孫豐利

摘要：INBA渣處理技術是引進盧森堡Paul Wurth（PW）公司的一種新型高爐熔渣處理工藝，可以將高爐爐渣轉為高品位的水泥原材料，實現(xiàn)爐渣的再生利用，是集經(jīng)濟效益、社會效益與環(huán)保效益于一體的高爐水渣處理新技術。

關鍵詞：一鍵式?jīng)_渣；脫水轉鼓；自控技術；環(huán)保節(jié)能

概述

高爐爐渣是高爐煉鐵的主要副產(chǎn)品之一。在傳統(tǒng)的高爐冶煉工藝中，未經(jīng)過處理的爐渣一般作為廢棄物運出廠區(qū)廢棄，不僅浪費資源，而且污染環(huán)境。所以選擇一種運行可靠、配套合理、綜合經(jīng)濟效益好的爐渣處理系統(tǒng)妥善處理爐渣，充分開發(fā)爐渣的經(jīng)濟價值是極為重要的?，F(xiàn)代渣處理主要是采用水力沖渣的方式將高爐煉鐵產(chǎn)生的熱態(tài)爐渣沖制成水渣的一種技術。這樣不僅可以解決高爐爐渣產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，更重要的是，水渣還可以作為生產(chǎn)水泥、混凝土、隔熱填料、礦渣微粉等的主要原料，可獲得可觀的經(jīng)濟效益。

1.研究內容

INBA系統(tǒng)具有設備復雜、布置緊湊、工藝成熟的特點，因此對自動化程度要求非常高。為了使這項技術能取得良好的運用效果，本文結合工藝和實踐，實現(xiàn)將INBA渣處理法應用于萊鋼3200m3高爐的目標，對系統(tǒng)實現(xiàn)綜合自動控制，主要研究系統(tǒng)全自動控制——“一鍵式”INBA沖渣的實現(xiàn)，并自動計算渣流量，技術上主要根據(jù)現(xiàn)場實際實現(xiàn)脫水轉鼓變頻、變頻冷卻泵的自動調速，使水渣能夠高效、方便的?；?、脫水、冷卻、運輸，在控制上給操作人員帶來極大的方便，使系統(tǒng)達到節(jié)約用水，環(huán)保的目的。

系統(tǒng)主要分為三大部分：皮帶連鎖啟停，水循環(huán)連鎖以及脫水轉鼓控制。

（1）按照工藝，程序要實現(xiàn)渣運輸皮帶逆啟順停的控制。

（2）INBA水循環(huán)系統(tǒng)主要分為?；?、冷凝水路以及再循環(huán)水路，要分別實現(xiàn)系統(tǒng)的單機控制與自動啟停，實現(xiàn)INBA主循環(huán)，即轉鼓皮帶、轉鼓電機、再循環(huán)泵、?；?、冷卻泵、冷卻塔等設備的“一鍵式”連鎖自動控制。另外，INBA渣處理的冷凝系統(tǒng)和皮帶也實現(xiàn)了“一鍵式”操作。

（3）實現(xiàn)INBA系統(tǒng)的核心設備——脫水轉鼓的變頻控制，使轉鼓能夠自動調速，充分分離水渣混合物，達到最大限度的利用率；還可以根據(jù)轉鼓自動調速的相關參數(shù)，計算出渣流量。

2.“一鍵式”沖渣的實現(xiàn)

2.1工藝介紹

目前的環(huán)保節(jié)能型INBA是針對原來普通INBA系統(tǒng)中如水資源浪費、環(huán)境污染等問題所進行的改進。通過工藝流程的改進，不但實現(xiàn)沖渣用水的循環(huán)使用，而且對沖渣過程中產(chǎn)生的廢氣進行相應處理，從而減輕對環(huán)境的污染。新INBA法包括以下幾個系統(tǒng)：?；废到y(tǒng)、冷凝水路系統(tǒng)、高壓清洗水系統(tǒng)及事故水系統(tǒng)。

高爐爐渣經(jīng)熔渣溝進入?；?，被?；鋰姵龅膸焊咚偎骺焖俅憷浜土；?，形成顆粒狀水渣，?；a(chǎn)生的渣水混合物，從粒化塔流進能夠自動調整轉速的脫水轉鼓進行渣水分離，濾出的渣由通過轉鼓中心的皮帶運輸至堆渣場裝車外運。轉鼓過濾后的水進入位于轉鼓下的熱水池中，經(jīng)冷卻泵提升至冷卻塔進行冷卻，再由粒化泵送至?；淅^續(xù)沖渣，循環(huán)使用。

由于轉鼓過濾時會有少量的水渣將轉鼓的篩網(wǎng)孔眼堵塞，為了清洗篩網(wǎng)，需要用高壓清洗水對篩網(wǎng)進行吹掃，這部分水通過生產(chǎn)水加壓或用高爐高壓凈環(huán)水供給。同時有部分水渣穿過篩網(wǎng)進入水中，為了避免水渣在熱水池底部沉淀，需要將該部分的水渣經(jīng)再循環(huán)泵打到連接件內進入轉鼓再次分離。

爐渣?；^程中會產(chǎn)生大量的蒸汽，同時也隨蒸汽帶走了部分小顆粒的水渣，為了凈化環(huán)境，回收蒸發(fā)水，需要對蒸汽進行直接的冷凝，冷凝水由冷凝泵供給。冷凝之后的水經(jīng)管道流入緩沖罐，然后經(jīng)冷凝回水泵加壓送冷卻塔，冷卻后的水進入冷水池再用冷凝泵送冷凝塔供蒸汽的冷凝使用。

當?；到y(tǒng)出現(xiàn)故障時，可以臨時啟用緊急事故水裝置進行供水，以此完成對爐渣的繼續(xù)?；?，時間通常為幾分鐘，同時操作人員應立即對事故進行處理。

2.2控制功能

高爐一般在出鐵后10～15分鐘開始出渣，當系統(tǒng)各設備的運行狀態(tài)滿足沖渣條件時，操作工便可以于出渣之前啟動設備。在接到高爐出渣的通知后，操作人員首先點擊畫面上的“皮帶啟動”按鈕，使水渣運輸系統(tǒng)運行，皮帶自動控制遵循“逆啟順?！钡脑瓌t；皮帶啟動后，在全自動情況下，操作人員只需點擊主畫面上“INBA啟動”按鈕，即可實現(xiàn)“一鍵式”沖渣。

系統(tǒng)將按照以下順序啟動：

啟動轉鼓皮帶機→啟動脫水轉鼓→啟動壓縮空氣吹掃閥→啟動再循環(huán)水路→打開?；鋵y門→啟動?；罚ò；眉氨煤箝y門）→啟動冷卻水路（包括冷卻泵及泵后閥門）→根據(jù)溫度需要決定是否開啟冷卻塔，由此形成一個閉路循環(huán)系統(tǒng)。出渣結束后，點擊“INBA停止”按鈕即可停止沖渣，再點擊“皮帶停止”結束整個系統(tǒng)運行。

（1）再循環(huán)水路：在脫水轉鼓運行之后，即可啟動再循環(huán)水路。入口電動閥為常開狀態(tài)，可以直接開啟兩臺再循環(huán)泵。由再循環(huán)泵將熱水池底部的細小水渣混合物運送到?；?jīng)過脫水轉鼓再次脫水，形成一個小的閉環(huán)水回路。

（2）粒化水路：?；霉灿腥_，兩用一備。在啟動水回路之前，操作人員根據(jù)所選擇的出渣口來選擇?；?。在程序中實現(xiàn)了所選?；鋵y門的自動開關。如果條件滿足，則根據(jù)粒化箱所對應上腔管路啟動一臺?；?。當渣流量大小超過4噸/分鐘時，啟動對應下腔管路的另一臺?；谩５谌_泵，即備用泵，應該在前兩臺?；弥g輪換使用。如果前兩臺泵中某一臺泵出現(xiàn)問題，也可以啟動備用泵。在每臺?；脝雍蟠蜷_其對應出口電動閥門。

（3）冷卻水路：冷卻泵共三臺，一臺非變頻冷卻泵和兩臺變頻冷卻泵。當粒化水路啟動90s且熱水池水位達到3m后，即可以啟動冷卻水路。若?；坏陀?m，只需開啟一臺冷卻泵時，要開啟一臺變頻冷卻泵；若?；桓哂?m，需要開啟兩臺冷卻泵時，則要開啟一臺非變頻冷卻泵和一臺變頻冷卻泵。為了方便控制，程序中將冷卻泵分為兩組，冷卻泵一組包括非變頻冷卻泵1和變頻冷卻泵2，冷卻泵二組包括非變頻冷卻泵1和變頻冷卻泵3。在系統(tǒng)自動運行時，操作人員可在啟動系統(tǒng)之前選擇要用的冷卻泵組，系統(tǒng)則可以按照順序啟動冷卻泵，接著打開相應的出口電動閥門。

（4）冷卻塔：如果環(huán)境溫度大于10℃，或出口水溫高于40℃，則在冷卻水路啟動后，自動開啟冷卻塔，來自熱水池的水和冷凝回水從上部管路流入冷卻塔，冷卻后流入冷水池。如果環(huán)境溫度低于10℃，并且出口水溫低于40℃，則在冷卻水路啟動后，自動開啟冷卻塔下部管路電動閥，來自熱水池的水及冷凝回水從下部管路直接流入冷卻塔下部的冷水池，無需開啟冷卻塔冷卻。

3.技術創(chuàng)新點

3.1皮帶自動控制

由于本系統(tǒng)皮帶較多，而皮帶拉繩、跑偏等故障信號容易引起皮帶停機，在系統(tǒng)全自動時，皮帶的一些停機信號會導致整個INBA系統(tǒng)全停，而影響系統(tǒng)沖渣，故要完善系統(tǒng)全自動時的工藝。為了降低系統(tǒng)自動運行時的停機率，程序中將系統(tǒng)在全自動情況下的控制分為皮帶自動和INBA自動兩部分，避免由于皮帶故障而導致整個系統(tǒng)停止，特別是轉鼓停機的情況，造成渣子堵轉鼓的現(xiàn)象。

3.2冷卻泵變頻調速技術

變頻冷卻泵通過變頻輸出轉速，若是人為調速，在設定速度和控制水位平衡上不好把握，若調節(jié)不當，會嚴重影響沖渣質量。所以，操作工除了可以在畫面手動設定變頻速度外，還可以將畫面上“速度手/自動”按鈕切換為自動模式，程序中要利用的PI1功能塊，通過PID調節(jié)來控制變頻冷卻泵，根據(jù)實際水位和平衡水位之間的差距來輸出變頻速度，實現(xiàn)變頻冷卻泵的自動調速，以此來保持熱水池水位平衡。其中要在調試時根據(jù)現(xiàn)場實際，填寫增益，積分時間等重要參數(shù)。

3.3冷凝系統(tǒng)自動控制

由于冷凝水路的運行并不影響INBA主循環(huán)的控制，故為了完善工藝，特將冷凝系統(tǒng)單獨控制。程序中同樣實現(xiàn)了冷凝系統(tǒng)的“一鍵式”操作。操作員可以根據(jù)現(xiàn)場需要，在不影響INBA主系統(tǒng)運行的情況下，隨時啟停冷凝系統(tǒng)。

3.4轉鼓自動調速技術

3.4.1轉鼓速度控制原理

在自動情況下，脫水轉鼓以最小轉速0.2 rpm啟動，運轉1min后，由PLC自動控制其轉速。在正常運行期間，轉鼓速度控制主要依靠PW公司提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)做出的轉鼓轉矩—速度、液位—速度控制模型，系統(tǒng)根據(jù)轉鼓轉矩和轉鼓液位共同控制轉鼓轉速。PLC根據(jù)儲存在其內部的三條曲線模型計算出最佳的轉鼓轉速，實現(xiàn)轉鼓自動調速。

（1）第一條曲線是轉鼓轉速與負荷轉矩的關系，將測得的轉矩值每0.25s采樣一次，并且以相同的頻率取轉矩平均值M，如圖1所示。

（2）第二條曲線是與轉鼓轉速與轉鼓液位的關系，程序中需要表示出轉速與轉鼓液位的分段函數(shù)，如圖2所示。

以上兩條曲線疊加，即將與轉鼓液位成函數(shù)關系的速度值加到由第一條曲線計算出的速度值上，系統(tǒng)自動計算出新的轉鼓轉速，即液位參與速度控制后的轉鼓轉速n，該轉速值由PLC輸出給變頻器，直接控制轉鼓的實際轉速。

（3）第三條曲線是轉鼓轉速與空轉矩的關系。當裝置在以轉鼓最小轉速0.2rpm且只有水的情況下運轉時，讀取整個轉動一周的轉矩值，每5秒鐘記錄一次，然后取平均值，得到空轉矩M0，該值在后面的渣流量計算中將會用到。如圖1中空載曲線所示。

3.4.2轉速自動控制的實現(xiàn)

要實現(xiàn)上面介紹的轉鼓速度的自動控制，我們需要利用程序軟件中的功能塊LOOKUP_TABLE1，其作用是使特性曲線線性化，將轉速和負荷轉矩的拋物線關系表示出。轉速與液位的分段函數(shù)則用程序中的四則運算功能塊表示，將轉速與負荷轉矩、轉速與液位的函數(shù)曲線進行疊加，來實現(xiàn)脫水轉鼓自動調速。

在PW公司所提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)中，轉鼓達到最大速度1.2 rpm時，對應的轉鼓轉矩為193Nm，若超過此轉矩，說明渣量過大，為防止超出轉鼓的承載能力，需要分流爐渣，以防粒化渣堵塞轉鼓。

4.“一鍵式”INBA沖渣的優(yōu)點

“一鍵式”INBA沖渣系統(tǒng)由?；到y(tǒng)和脫水系統(tǒng)組成。與老INBA法相比，此法多了一套用來去除沖制水渣時產(chǎn)生的蒸汽及SO2和H2S的措施——冷凝系統(tǒng)（主要由冷卻塔、冷凝泵、冷凝塔、緩沖罐、冷凝回水泵及相關管道組成）。新INBA工藝解決了沖制熔渣時產(chǎn)生的大量有害蒸汽對環(huán)境的污染，環(huán)保條件得到了很大的改善；而且回收利用蒸汽，使得水系統(tǒng)循環(huán)使用，節(jié)約了能源。

新INBA系統(tǒng)的主要優(yōu)點：（1）體積小，用地少；（2）具有連續(xù)?；兔撍δ?；（3）無活動部件；（4）維修量少；（5）無爆炸危險，安全性能高；（6）通過電機帶動的轉矩測量瞬間渣量；（7）對污染進行全面控制，減少硫的排放；（8）高可靠性，高運轉率。

5.應用效果

“一鍵式”INBA沖渣自動控制系統(tǒng)自2010年3月投入運行以來，表現(xiàn)出良好的適用性、穩(wěn)定性、安全性、可靠性，自動化設備一直連續(xù)零故障運行。轉鼓自動調速技術使用效果良好，轉鼓的利用率由原來的不到60%提高到了90%以上，并且提高了INBA系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與安全性，生產(chǎn)趨于穩(wěn)定，粒化作業(yè)率提高，發(fā)揮了INBA系統(tǒng)可連續(xù)?；兔撍?、可自動調節(jié)脫水轉速并連續(xù)測得爐渣量以及環(huán)保的優(yōu)勢，達到了預期目的，取得了良好的效果。

6.結束語

“一鍵式”INBA沖渣自控技術在3200m3 高爐上的應用，提高了?；Ч?，消除了泡沫渣現(xiàn)象；改善了轉鼓脫水效果，提高了轉鼓的利用率；解決了沖制熔渣時產(chǎn)生的大量有害蒸汽對環(huán)境的污染，環(huán)保條件得到了很大的改善；新INBA法蒸汽冷凝水回收循環(huán)使用，節(jié)約了大量用水，經(jīng)濟效益相當可觀。