張子強(qiáng)

摘 ? 要：在當(dāng)下鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)型改革的大背景下，鋼鐵企業(yè)需要向有科學(xué)理論依據(jù)、精確控制、高效節(jié)約、清潔環(huán)保的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變。宣鋼通過(guò)實(shí)施二高線自動(dòng)上料和燃燒系統(tǒng)升級(jí)改造項(xiàng)目，提高了二高線加熱爐燒鋼效率和質(zhì)量、降低能耗和氧化燒損率，大幅提高加熱爐效率。同時(shí)煙氣排放符合環(huán)保要求，符合現(xiàn)代工業(yè)精確控制、高效節(jié)約、清潔環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展理念，創(chuàng)造了良好的社會(huì)效益。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)上料 ?加熱爐 ?燃燒控制

中圖分類號(hào)：TG307 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）02（a）-0116-02

1 ?立項(xiàng)背景

宣鋼二高線現(xiàn)有的加熱爐自動(dòng)化系統(tǒng)生產(chǎn)使用已近10年時(shí)間。其控制系統(tǒng)與現(xiàn)在主流加熱爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)水平均有較大差距。主要表現(xiàn)在：控制水平不高，操作繁瑣，操作員勞動(dòng)強(qiáng)度很大。裝鋼端臺(tái)架、裝料輥道、剔鋼動(dòng)作、裝鋼動(dòng)作、推鋼動(dòng)作，完全依靠人員熟練程度一步步手工操作。燃燒部分自動(dòng)化程度也較低，由于閥門數(shù)量多均需要人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致操作員調(diào)節(jié)不及時(shí)，不能穩(wěn)定燃燒，無(wú)法對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)定的控制。能耗極高，且環(huán)保指標(biāo)不合格。

為了改善現(xiàn)狀，解決這一難題，我們決定通過(guò)對(duì)目前加熱爐進(jìn)行基礎(chǔ)自動(dòng)化的優(yōu)化改造，實(shí)現(xiàn)爐區(qū)燃燒自動(dòng)控制，以減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度、提高加熱爐區(qū)燒鋼效率和質(zhì)量、降低能耗和氧化燒損率，同時(shí)煙氣排放符合環(huán)保要求，大幅提高加熱爐效率。

2 ?總體思路

目前二線加熱爐出爐側(cè)依靠人工確認(rèn)出爐側(cè)空鋼位，以及裝爐端有鋼位，已實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)連續(xù)出鋼。在實(shí)際生產(chǎn)中，操作員勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較小，可以繼續(xù)沿用現(xiàn)有控制系統(tǒng)，不用進(jìn)行過(guò)多改造。

二線加熱爐裝鋼段每臺(tái)設(shè)備，裝鋼端臺(tái)架、裝料輥道、剔鋼動(dòng)作、裝鋼動(dòng)作、推鋼動(dòng)作，完全依靠人員熟練程度一步步手工操作。自動(dòng)化程度較低，操作繁瑣，操作員勞動(dòng)強(qiáng)度過(guò)大。因此，裝鋼作為本次改造的重點(diǎn)之一。

裝鋼要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，必須保證傳動(dòng)響應(yīng)迅速，而原來(lái)的手動(dòng)模式下，入爐輥道變頻器給定斜坡器的上升下降時(shí)間為10s之長(zhǎng)，導(dǎo)致入爐定位無(wú)法準(zhǔn)確定位。但是如果將此時(shí)間設(shè)置過(guò)短，du/dt過(guò)快會(huì)導(dǎo)致變頻器報(bào)超壓故障。應(yīng)找到一個(gè)既能滿足定位快速響應(yīng)的要求又能保證變頻器不報(bào)故障的平衡點(diǎn)。

現(xiàn)有的加熱爐自動(dòng)化系統(tǒng)生產(chǎn)使用已近10年時(shí)間，其控制系統(tǒng)與現(xiàn)在主流加熱爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)水平均有較大差距。燃燒部分自動(dòng)化程度也較低，由于閥門數(shù)量多均需要人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致操作員調(diào)節(jié)不及時(shí)，不能穩(wěn)定燃燒，無(wú)法對(duì)溫度場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)定的控制。我們決定通過(guò)采用雙交叉限幅的方法對(duì)溫度進(jìn)行控制，雙交叉限幅實(shí)際上是以燃?xì)饬髁繛槟繕?biāo)PID內(nèi)環(huán)，溫度為目標(biāo)PID外環(huán)的串級(jí)控制。而內(nèi)環(huán)的燃?xì)饬髁靠刂苿t又與當(dāng)前空氣流量的放縮量互相交叉選擇的一種控制方法。其特點(diǎn)是：空氣和燃?xì)獾幕旌鲜冀K圍繞理論空燃比的參照螺旋交叉穩(wěn)步上升或下降，達(dá)到充分的燃燒效果。

3 ?技術(shù)方案

3.1 解決方案和控制特點(diǎn)

當(dāng)前加熱爐燃燒系統(tǒng)基礎(chǔ)自動(dòng)化的主流控制方法為雙交叉限幅的方法?？刂品绞絼t是按照升溫曲線模擬的多段線升溫保溫控制模式。

（1）雙交叉限幅的方法實(shí)際上是以燃?xì)饬髁繛槟繕?biāo)PID內(nèi)環(huán)，溫度為目標(biāo)PID外環(huán)的串級(jí)控制。而內(nèi)環(huán)的燃?xì)饬髁靠刂苿t又與當(dāng)前空氣流量的放縮量互相交叉選擇的一種控制方法。其特點(diǎn)是：空氣和燃?xì)獾幕旌鲜冀K圍繞理論空燃比的參照螺旋交叉穩(wěn)步上升或下降，達(dá)到充分的燃燒效果。

（2）多段升溫曲線控制模式則是升溫過(guò)程按照工藝人員經(jīng)驗(yàn)設(shè)定好的溫度/時(shí)間模擬多段線逐步升溫;這種簡(jiǎn)化的曲線在基礎(chǔ)自動(dòng)化實(shí)際應(yīng)用中效果很好。

3.2 改造方案所需增加功能

3.2.1 控制方式

自動(dòng)操作：自動(dòng)操作是系統(tǒng)在正常工作時(shí)的主要操作方式，用此種操作方式操作時(shí)，操作位置顯示自動(dòng)位置，各設(shè)備將按預(yù)先設(shè)定好的聯(lián)鎖關(guān)系自動(dòng)啟動(dòng)或停止，操作工在操作室內(nèi)進(jìn)行操作或監(jiān)視。

HMI手動(dòng)操作：HMI手動(dòng)操作功能，主要用于燃燒、汽化控制的臨時(shí)人工干預(yù)。操作顯示手動(dòng)操作位置，操作人員在操作室內(nèi)能直接操作各設(shè)備的運(yùn)行，并監(jiān)視其運(yùn)行情況。

通常，手動(dòng)操作使用于下列情況：（1）設(shè)備調(diào)試或試運(yùn)轉(zhuǎn);（2）事故處理。

操作臺(tái)手動(dòng)操作：操作臺(tái)手動(dòng)操作，主要用于裝出鋼順序控制的工藝臨時(shí)操作，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)或攝像頭監(jiān)視實(shí)物運(yùn)行狀況。

通常，操作臺(tái)手動(dòng)使用與下列情況：（1）設(shè)備調(diào)試或使運(yùn)轉(zhuǎn);（2）事故處理;（3）其它。

3.2.2 工藝改造控制功能

（1）裝鋼部分改造。

針對(duì)目前的生產(chǎn)情況，上料臺(tái)架可能出現(xiàn)兩根鋼坯同時(shí)掉落的情況，這種特殊的情況無(wú)法依靠檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。這是本次改造基礎(chǔ)自動(dòng)化的一個(gè)盲區(qū)，因此裝鋼時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守全自動(dòng)裝鋼。但在人員實(shí)時(shí)監(jiān)控的狀態(tài)下，可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)裝鋼。一旦發(fā)生落雙鋼的問(wèn)題，需人工將操作臺(tái)旋鈕切換至手動(dòng)進(jìn)行操作干預(yù)，問(wèn)題解決后即可繼續(xù)全自動(dòng)裝鋼。

上料臺(tái)架端部設(shè)置一個(gè)冷檢，用于監(jiān)測(cè)鋼坯。當(dāng)沒(méi)有鋼坯時(shí)，臺(tái)架自動(dòng)向前運(yùn)鋼，直到監(jiān)測(cè)有鋼，臺(tái)架停止。待上料輥道條件允許送鋼，臺(tái)架步進(jìn)一周期。

若測(cè)長(zhǎng)輥道無(wú)鋼，則上料輥道啟動(dòng)，測(cè)長(zhǎng)輥道啟動(dòng)，將鋼坯運(yùn)送至測(cè)長(zhǎng)輥道進(jìn)行測(cè)長(zhǎng)。鋼坯運(yùn)至測(cè)長(zhǎng)輥道后輥道自動(dòng)停止，程序自動(dòng)判定鋼坯長(zhǎng)度是否可以裝鋼，如鋼坯不合格，會(huì)在HMI畫(huà)面上報(bào)警（或設(shè)置聲光報(bào)警），需操作人員確定后，人工剔除方可裝鋼。測(cè)長(zhǎng)輥道需增加兩個(gè)冷檢和一臺(tái)編碼器。

測(cè)長(zhǎng)輥道上的鋼坯合格后，滿足裝鋼條件便可自動(dòng)裝鋼，定位根據(jù)測(cè)長(zhǎng)輥道的測(cè)量的長(zhǎng)度進(jìn)行自動(dòng)定位，不再撞擊爐內(nèi)的側(cè)擋板。定位完成，推鋼機(jī)自動(dòng)推鋼，推鋼機(jī)回到位，裝鋼完成，步進(jìn)梁可以向出爐側(cè)送鋼。

自動(dòng)裝鋼與步進(jìn)梁設(shè)有連鎖。爐門口需增加一臺(tái)冷檢用于確定是否裝鋼完成，上料輥道和測(cè)長(zhǎng)輥道之間也需增加一臺(tái)冷檢用于檢測(cè)鋼坯是否脫離上料輥道。

爐門、升降擋板、受料架需要增加10個(gè)接近開(kāi)關(guān)用于檢測(cè)升降到位信號(hào)。

（2）出鋼部分改造。

保留原有出鋼操作臺(tái)功能，優(yōu)化程序，并將原有的出爐操作臺(tái)HMI進(jìn)行升級(jí)，減少人員操作量。出鋼實(shí)現(xiàn)自動(dòng)水除磷需要增加一臺(tái)熱檢。

（3）燃燒基礎(chǔ)自動(dòng)化控制部分改造。

加熱爐分為6段燃燒控制，一個(gè)燃燒控制區(qū)都設(shè)置3個(gè)軟件控制器。燃燒控制中，爐體上的各段空煤氣調(diào)節(jié)閥的控制是重點(diǎn)。如下圖閥門的操作面板。

各段操作如圖，每段控制為一個(gè)小面板，在實(shí)際生產(chǎn)中，操作員可根據(jù)需要進(jìn)行空氣、燃?xì)?、溫度進(jìn)行設(shè)定，所有調(diào)節(jié)閥將自動(dòng)進(jìn)行PID閉環(huán)調(diào)節(jié)，達(dá)到并保持所需生產(chǎn)要求。

以目前老舊設(shè)備的運(yùn)行情況，燃燒自動(dòng)控制的可以滿足目標(biāo)溫度±10℃范圍。因此，對(duì)涉及燃燒控制的設(shè)備和工藝參數(shù)有所要求，以滿足達(dá)到控制溫度±5℃的范圍。

（4）汽化冷卻。

汽化冷卻部分沿用目前生產(chǎn)控制系統(tǒng)，主管道增加流量監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)流量與柴油泵啟停連鎖。

4 ?實(shí)施效果

該項(xiàng)目實(shí)施后，實(shí)現(xiàn)了爐區(qū)燃燒調(diào)節(jié)閥的自動(dòng)控制，減輕了人員勞動(dòng)強(qiáng)度。提高了加熱爐區(qū)燒鋼效率和質(zhì)量、降低能耗和氧化燒損率，同時(shí)煙氣排放符合環(huán)保要求，大幅提高加熱爐效率。實(shí)現(xiàn)溫度閉環(huán)控制，精度在±5℃。2017上半年消耗高爐煤氣折合標(biāo)煤?jiǎn)魏倪_(dá)到38.65kg標(biāo)煤/t，比去年同期降低6.82kg標(biāo)煤/t。實(shí)現(xiàn)裝鋼端臺(tái)架、裝料輥道、剔鋼動(dòng)作、裝鋼動(dòng)作、推鋼動(dòng)作的全自動(dòng)控制，降低了操作工勞動(dòng)強(qiáng)度。實(shí)現(xiàn)了鋼坯測(cè)長(zhǎng)功能，及時(shí)判定鋼坯長(zhǎng)度是否合格，避免超長(zhǎng)鋼坯入爐。實(shí)現(xiàn)了鋼坯自動(dòng)入爐定位功能，避免了對(duì)緩沖擋板的沖撞，延長(zhǎng)了緩沖擋板的壽命。

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