陳超

摘? 要：我國高爐生產(chǎn)歷史較長，基礎(chǔ)工藝也比較成熟，本文介紹了煉鐵高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)的基本設(shè)置及相應(yīng)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，旨在為提高高爐生產(chǎn)過程的自動(dòng)化、智能化水平提供借鑒，并對此作一探討。

關(guān)鍵詞：煉鐵高爐;自動(dòng)化控制;原料系統(tǒng)

中圖分類號： TF325.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.07.066

傳統(tǒng)煉鐵高爐生產(chǎn)過程比較復(fù)雜，操作人員經(jīng)常由于不能有效地控制生產(chǎn)過程而影響產(chǎn)品質(zhì)量，為了解決這一問題，隨著當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在煉鐵高爐中采用自動(dòng)化控制技術(shù)，不僅能提高生產(chǎn)工藝的安全性，而且能提高高爐的生產(chǎn)效率，增加高爐的經(jīng)濟(jì)效益。

一、煉鐵高爐自動(dòng)化系統(tǒng)的基本設(shè)置

目前煉鐵高爐自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)過程中，為了保證系統(tǒng)建成后能滿足生產(chǎn)的實(shí)際需要，還能最大限度地降低系統(tǒng)的建設(shè)成本，大多數(shù)高爐自動(dòng)化系統(tǒng)往往根據(jù)年長生產(chǎn)的特點(diǎn)分布在不同的地區(qū)，并非集中在某一地點(diǎn)，而各設(shè)備主要依靠纜線完成系統(tǒng)間的連接。另外，在現(xiàn)階段，為了進(jìn)一步降低煉鐵高爐生產(chǎn)過程中對人力的需求，煉鐵高爐自動(dòng)化系統(tǒng)不僅包括相應(yīng)的檢測設(shè)備儀器、電氣系統(tǒng)、電氣設(shè)備，還包括PLC裝置系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等部分。

二、煉鐵高爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)

煉鐵高爐全系統(tǒng)的輸入包括熱風(fēng)和原料，熱風(fēng)方面可作為參數(shù)有鼓風(fēng)的流量，氣體的溫濕度，氧的含量，原料可作為輸入?yún)?shù)有爐料的氧化程度，碳鐵的比例，鐵的含鐵度等;物料輸入可作為參數(shù)有生鐵、爐渣、廢氣等，氣的輸入可作為參數(shù)有液相和氣相兩個(gè)主要部分，液相可作為物料的量指標(biāo)，爐渣的量指標(biāo)，生鐵和爐渣的化學(xué)成分，溫度等，氣相可作為物料的流量，溫度，化學(xué)成分等。通過將上述數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)，得到科學(xué)、具體的數(shù)學(xué)模型，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，相關(guān)人員可對生鐵的質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)對煉鐵高爐的爐溫、爐況等進(jìn)行調(diào)整，從而確保生鐵的質(zhì)量能滿足當(dāng)前市場的需求。

1.自動(dòng)工藝控制系統(tǒng)

在實(shí)際生產(chǎn)中，由于煉鐵高爐的工藝流程比較復(fù)雜，在實(shí)際操作中，極易受到各種因素的影響而造成成品質(zhì)量問題，為了進(jìn)一步加強(qiáng)高爐生產(chǎn)流程的管理，借助計(jì)算機(jī)、傳感器等設(shè)備，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、分析和監(jiān)控，并根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果來調(diào)整生產(chǎn)狀態(tài)，已成為提高高爐生產(chǎn)質(zhì)量的有效途徑。因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)過程中，高爐的各項(xiàng)參數(shù)可能會受到設(shè)備和設(shè)施等因素的影響而發(fā)生波動(dòng)，從而影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，現(xiàn)階段，在高爐煉鐵過程中，不僅可以減少各種可控因素的影響，而且可以實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，使高爐生產(chǎn)過程中的各項(xiàng)相關(guān)參數(shù)不定期地改變，從而使高爐的生產(chǎn)參數(shù)穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，從而達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。目前煉鐵高爐自動(dòng)化過程控制系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，一般采用開環(huán)調(diào)整和閉環(huán)調(diào)整兩種調(diào)節(jié)方式，以保證產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)。其中開環(huán)調(diào)節(jié)主要是由計(jì)算機(jī)提出相應(yīng)的調(diào)節(jié)方案，由工作人員決定最終的調(diào)節(jié)方案;而閉環(huán)調(diào)節(jié)則是由計(jì)算機(jī)在不受工作人員影響的情況下進(jìn)行調(diào)節(jié)，閉環(huán)調(diào)節(jié)相對于目前高爐生產(chǎn)工藝中開環(huán)調(diào)節(jié)應(yīng)用較為廣泛。

2.自動(dòng)原材料控制系統(tǒng)

在現(xiàn)階段，隨著長期的應(yīng)用和發(fā)展，煉鐵高爐所采用的原料自動(dòng)控制系統(tǒng)已日趨成熟，大多數(shù)高爐原料自動(dòng)控制系統(tǒng)都能通過記錄料斗輸入和輸出料值的方式，準(zhǔn)確地計(jì)算出爐料總量。特別是，物料自動(dòng)控制系統(tǒng)的物料總量計(jì)算方法為：第一，根據(jù)生產(chǎn)需要及已確定的物料質(zhì)量，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)確定物料的卸料總量;第二，負(fù)載傳感器記錄稱量斗中物料的質(zhì)量，并將所記錄的數(shù)據(jù)傳送到磁力比較運(yùn)算器中，將實(shí)際重量與既定量值進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際重量達(dá)到95%時(shí)，將傳送"減速"的指令，然后再傳送"減速"的指令;第三，當(dāng)物料的實(shí)際質(zhì)量與既定量值相等時(shí)，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)"滿"的信號，在傳送"滿"指令時(shí)，將物料的稱量值記錄下來，如果出現(xiàn)設(shè)備故障，或物料的稱量值在正常情況下不能停止時(shí)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將啟動(dòng)備用的"停"指令;最后，在卸料作業(yè)結(jié)束后，料斗閘門關(guān)閉，電腦控制系統(tǒng)將發(fā)出一個(gè)"停"指令。

3.傳動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)

現(xiàn)階段，在煉鐵高爐系統(tǒng)生產(chǎn)的過程中，諸如探尺電機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)電機(jī)等各種高低壓傳動(dòng)設(shè)備被廣泛應(yīng)用于高爐的傳動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)中，并且在其控制方式主要是借助交流或者直流調(diào)速控制，而交—直—交變頻調(diào)速控制是使用最為廣泛的一種控制方式。近年來，為進(jìn)一步降低高爐傳動(dòng)系統(tǒng)在正常工作過程中出現(xiàn)故障的概率，相關(guān)工作人員往往會通過在調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)置冗余設(shè)置的方式，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。舉例來說，某工作人員通過在高爐傳動(dòng)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部，添加與控制裝置相同的變頻器作為備用系統(tǒng)的方式，保證系統(tǒng)在主裝置出現(xiàn)故障無法正常運(yùn)行時(shí)，通過主備切換的方式，借助備用系統(tǒng)避免傳動(dòng)系統(tǒng)停工的情況出現(xiàn)。

4.熱風(fēng)爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)

因?yàn)闊犸L(fēng)爐的工作狀態(tài)直接關(guān)系到煉鐵高爐的產(chǎn)品質(zhì)量，所以熱風(fēng)爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)在高爐中也占有極其重要的地位，近幾年來，人們經(jīng)常通過多設(shè)三個(gè)以上的熱風(fēng)爐來保證高爐的正常運(yùn)行。具體地說，現(xiàn)階段的熱風(fēng)自動(dòng)化系統(tǒng)根據(jù)自己的生產(chǎn)需要，主要有自動(dòng)化、半自動(dòng)化和人工控制這三種切換方式，其中自動(dòng)化方式可幫助相關(guān)工作人員在熱風(fēng)系統(tǒng)預(yù)熱過程中，結(jié)合具體的爐拱溫度和廢料排出的煙氣溫度等具體參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對熱風(fēng)系統(tǒng)預(yù)熱過程的有效控制，相對半自動(dòng)和人工方式，自動(dòng)化方式的控制效率最高。

5.自動(dòng)生產(chǎn)控制系統(tǒng)

目前煉鐵高爐生產(chǎn)過程中，由于金屬熔煉過程比較復(fù)雜，原料質(zhì)量不夠穩(wěn)定，操作變化反應(yīng)時(shí)間長，爐料固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)可能會發(fā)生相互作用，增加了生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)置難度，因此，通過對目前市場上廠家生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)的分析，可以看出，該系統(tǒng)還沒有像原料自動(dòng)化系統(tǒng)和熱風(fēng)自動(dòng)化系統(tǒng)那樣成熟，其功能主要包括監(jiān)測爐體，收集和顯示操作數(shù)據(jù)，以及操作指令的閉環(huán)控制。

總而言之，在高爐煉鐵過程中的難點(diǎn)主要是生產(chǎn)控制過程較為復(fù)雜，并且生產(chǎn)變化相應(yīng)所需的時(shí)間也比較長，為降低因這些問題對生產(chǎn)的影響，現(xiàn)階段，在煉鐵高爐生產(chǎn)過程中采用自動(dòng)化控制技術(shù)，主要是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)對高爐煉鐵的過程加以控制，從而達(dá)到提升生產(chǎn)管控效果，提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

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