裴永紅，葉宗春
（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山 243000）
【摘 要】 分析了自動撥風工藝現(xiàn)狀，闡述了基礎控制技術，針對不同風壓參數(shù)高爐供風系統(tǒng)的撥風安全性問題，研究出一種控制方法，實時采集系統(tǒng)風壓參數(shù)，在控制單元中設置撥風閥開度控制曲線及撥風閥開啟條件，顯著提高了撥風工藝性能，實現(xiàn)了不同風壓高爐供風系統(tǒng)安全可靠的自動撥風。
【關鍵詞】 高爐供風；不同風壓；自動撥風；工藝技術
引言
高爐供風對煉鐵生產(chǎn)具有極其重要作用。高爐生產(chǎn)特性決定了鼓風機組與高爐是一對一的供風方式，鼓風機組一旦出現(xiàn)故障停機、供風中斷，即會造成高爐斷風、風口灌渣等嚴重事故，企業(yè)直接和間接經(jīng)濟損失很大。為避免以上生產(chǎn)事故發(fā)生，冶金行業(yè)的高爐供風系統(tǒng)普遍采用了撥風工藝裝置。生產(chǎn)中，一旦某一臺鼓風機組出現(xiàn)異常并失去供風能力，撥風工藝裝置及時將處于正常運行鼓風機組的部分風量撥送至異常鼓風機組所對應高爐，從而可有效避免高爐斷風事故。
1 工藝現(xiàn)狀
2 座及以上高爐的供風系統(tǒng)，都具備了實施撥風工藝的條件。撥風工藝裝置包括撥風閥組和控制單元兩個部分，撥風閥組設置在高爐鼓風站供風管道現(xiàn)場，撥風閥組由撥風閥、隔離閥和撥風管道組成。為了確保撥風的時效性，撥風閥通常選用氣動蝶閥，控制單元設置在高爐鼓風站控制室，負責采集鼓風機組異常停機等信息，判斷撥風允許條件并向撥風閥發(fā)出 開啟指令，實現(xiàn)供風系統(tǒng)自動撥風。［1］ 目前，行業(yè)的高爐供風系統(tǒng)撥風工藝裝置都是采取撥風閥全開全關控制方式，通過調(diào)整撥風閥組的隔離閥開度可對撥風量進行適度控制。這種撥風工藝裝置和控制方式在實際供風壓力參數(shù)相同或相近的高爐供風系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用，撥風過程也是安全可靠的，但在不同爐容、不同供風壓力參數(shù)的高爐供風系統(tǒng)，以及爐容雖然相同但實際供風壓力參數(shù)有明顯差異的生產(chǎn)情景，使用這種撥風工藝裝置和控制方式就會存在諸多安全隱患。若較低風壓的鼓風機組出現(xiàn)異常，撥風閥打開混風瞬間，會使較低風壓的高爐風量、風壓快速上升，直接影響到高爐安全生產(chǎn)。若較高風壓的鼓風機組出現(xiàn)異常，撥風閥打開混風瞬間，因供風管道容積作用，較高風壓鼓風機組供風管道的風壓仍然存在，可能會導致較低風壓的高爐風量、風壓突然上升，影響高爐爐況。若兩臺鼓風機組的供風壓力差異很大，極易引起較低風壓的鼓風機組安全保護動作，導致事故擴大。
鑒于以上情況，為了保障撥風過程安全，行業(yè)內(nèi)被動采取各種做法。例如，根據(jù)經(jīng)驗減小隔離閥開度來增加管路系統(tǒng)阻力，實行較高風壓高爐向較低風壓高爐撥風。但較低風壓高爐向較高風壓高爐安全撥風問題難以解決，即只能實現(xiàn)單向撥風。又如，當爐容相同高爐的實際供風壓力參數(shù)有明顯差異時，人為將撥風工藝裝置從生產(chǎn)系統(tǒng)中退出停用，當實際供風壓力參數(shù)相同或相近時，再投入撥風工藝裝置，等等。顯然這些做法不僅大大削弱了撥風工藝裝置的功能作用，同時也影響了高爐的安全供風保障。
2 撥風工藝基礎控制
控制單元是撥風工藝裝置的關鍵環(huán)節(jié)，控制單元設計方案的優(yōu)劣很大程度上決定了撥風工藝過程的安全性和可靠性，控制單元的設計要充分考慮 撥風允許條件和系統(tǒng)關聯(lián)因素。
2.1 撥風條件設計鼓風機組“故障停機”會造成高爐斷風，鼓風機組轉(zhuǎn)入“安全運轉(zhuǎn)”，會出現(xiàn)靜葉角度關至最小、防喘振閥打開，同樣會造成高爐斷風，故此，需將“故障停機”和“安全運轉(zhuǎn)”信號采集傳送至控制單元，兩者為并列關系，是允許撥風的前提條件。為防止撥風時正常運行鼓風機組的供風流入異常鼓風機組內(nèi)部，造成其轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動和設備損壞，需將異常鼓風機組的逆止閥關閉信號采集傳送至控制單元，是允許撥風必要條件之一。撥風時，即出現(xiàn)一臺鼓風機組向兩座高爐供風情況，2座高爐的風量、風壓與正常生產(chǎn)時相比會有大幅度下降，為避免對高爐爐況產(chǎn)生嚴重影響，同時要確保正常運行鼓風機組設備安全，需要設置風量、風壓設定值，控制單元實時采集鼓風機組出口風量、風壓參數(shù)并與設定值進行比較，當實際風量、風壓不小于設定值時，即可安全撥風，這是允許撥風的又一必要條件。以上允許撥風條件均滿足時，控制單元即刻向撥風閥發(fā)出開啟指令，供風系統(tǒng)進入撥風狀態(tài)。
2.2 系統(tǒng)關聯(lián)設計
大型高爐鼓風機組正常運行中都是執(zhí)行定風量或定風壓自動控制。撥風時，僅有 1 臺鼓風機組向 2 座高爐供風，處于正常運行鼓風機組的出口風量和風壓參數(shù)必然會出現(xiàn)很大變化。若是執(zhí)行定風量控制，靜葉角度會一定程度關小，2座高爐的風量、風壓都會進一步減少，嚴重影響撥風效果和高爐爐況。若是執(zhí)行定風壓控制，靜葉角度會急劇增大，嚴重危害鼓風機組安全運行。為防止以上情況發(fā)生，設計控制單元在向氣動撥風閥發(fā)出開啟指令時，同時向正常運行鼓風機組發(fā)出定風量或定風壓控制信號，從自動轉(zhuǎn)為手動指令。［2］
2.3 控制邏輯
撥風工藝基礎控制邏輯，見圖1。［3］
3 不同風壓參數(shù)撥風工藝控制
3.1 總體思路
實時采集 2 座高爐的實際供風壓力參數(shù)，在控制單元中設置不同供風壓力參數(shù)差值對應的撥風閥開度和開啟條件。撥風時，控制單元識別出較低或較高風壓鼓風機組異常信息并按照撥風閥開啟圖1 控制邏輯圖控制策略向撥風閥發(fā)出指令，提高撥風閥打開混風瞬間的系統(tǒng)穩(wěn)定性，從而可實現(xiàn)不同風壓參數(shù)的自動撥風。
3.2 撥風閥開度和風壓差值控制范圍
撥風閥選用的是蝶閥，因開度在15°～70°之間，具有近似的對數(shù)流量特性，節(jié)流和流量調(diào)節(jié)性能好，故可選定15°為最小開度，70°為最大開度。根據(jù)國內(nèi)冶金行業(yè)情況調(diào)研，在同一座高爐鼓風站的供風系統(tǒng)，不同高爐的實際供風壓力參數(shù)差值一般不會大于 0.25 MPa，故可確定供風壓力差值控制范圍為0～0.25 MPa。
3.3 撥風閥開啟控制策略
當較低風壓鼓風機組出現(xiàn)異常，較高風壓鼓風機組向較低風壓鼓風機組所對應的高爐撥風時，2 座高爐的實際供風壓力參數(shù)差值與對應的撥風閥開度設置，見圖2。
當較高風壓鼓風機組出現(xiàn)異常，需要較低風壓鼓風機組向較高風壓鼓風機組所對應的高爐撥風，控制單元設置撥風閥開啟條件，當監(jiān)測到兩臺鼓風機組出口風壓參數(shù)相等時再發(fā)出撥風閥開啟指令，撥風閥開度設置為70°，也可設置為全開。在高爐正常供風生產(chǎn)中，一旦某一臺鼓風機組出現(xiàn)異常并失去供風能力，控制單元即根據(jù)基礎控制邏輯和撥風閥開啟控制策略向撥風閥發(fā)出開啟指令，實現(xiàn)自動撥風。
4 結束語
在高爐鼓風站的供風系統(tǒng)，不同高爐實際供風壓力有差異的情況并不鮮見，研究出的撥風閥開度和開啟條件控制方法，可有效解決不同風壓參數(shù)的高爐供風系統(tǒng)安全可靠撥風問題，顯著提高了撥風工藝裝置的性能和適用范圍，該控制技術在馬鋼2 500 m3 、3 200 m3 、4 000 m3 高爐供風系統(tǒng)試驗性使用效果較好。
［參 考 文 獻］
[1] 陳玉俊，張云霞 . 高爐鼓風機快速撥風控制系統(tǒng)的應用與改進[C］//全國冶金自動化信息網(wǎng)2012年會論文集.2012：31-34.
[2] 徐永強 . 高爐鼓風機自動撥風系統(tǒng)的設計與應用［J］. 冶金自動化，2016，40（1）：69-73.
[3] 全國鋼鐵標準化技術委員會 .高爐自動撥風安全技術規(guī)范：YB/ T 4489—2015［S］.北京：冶金工業(yè)出版社，2015.