王鶴峰

（山信軟件股份有限公司，山東 日照 276800）

隨著鋼鐵行業(yè)的迅速發(fā)展，在有料鐘爐頂?shù)幕A(chǔ)上逐漸出現(xiàn)無料鐘爐頂，同時(shí)在串罐的基礎(chǔ)上衍生出并罐、三罐乃至四罐。相比于有料鐘爐頂，無料鐘爐頂可以將粉末狀爐料送入爐壁，降低爐壁受到的熱負(fù)荷沖擊。同時(shí)，與塊狀爐料相比，粉末狀爐料有利于降低冶煉生產(chǎn)成本，延長爐襯壽命。采用并罐式配置顯著提高上料效率，與三罐式、四罐式相比有著更低的建設(shè)維護(hù)費(fèi)用，但二者的上料可操作性、更高的冶煉質(zhì)量、更快的維護(hù)速度方面在高爐工藝中仍具有很強(qiáng)的競爭力。本文將以國內(nèi)某3 000 m3高爐爐頂為背景，展開描述主要工藝及基本邏輯。

1 設(shè)備組成

1.1 上部溜槽

上部溜槽是一個長約4.5 m 的半圓柱體，采用液壓驅(qū)動，其作用是將由礦焦槽經(jīng)主皮帶運(yùn)輸來的焦或礦放到料罐中，其有4 個限位判斷位置：1#料罐極限位，1#料罐停止位，2#料罐極限位，2#料罐停止位。

1.2 上密封閥

安裝于每套料罐上部，液壓驅(qū)動，主要作用為安裝在料罐爐料進(jìn)口處，在料罐向高爐內(nèi)裝料前，提高罐內(nèi)壓力的均壓操作時(shí)，密封罐內(nèi)壓力，上密封閥由閥板、密封圈、閥座、驅(qū)動裝置、閥板壓緊液壓缸、閥板旋轉(zhuǎn)液壓缸及軸端密封組件等組成[1]。

1.3 料罐

在爐頂約60 m 處設(shè)置2 個80 m3料罐，負(fù)責(zé)裝入燒結(jié)礦、塊礦、球團(tuán)礦、雜礦和焦炭等，每個料罐均配備獨(dú)立的稱重系統(tǒng)，包括3 個稱重傳感器和電子裝置，具備稱量皮重，超重報(bào)警、電氣故障報(bào)警等功能，同時(shí)對稱量值進(jìn)行壓力補(bǔ)償，消除壓力波動對稱量值的影響。

1.4 均排壓系統(tǒng)

系統(tǒng)中有2 套排壓閥，2 套煤氣回收閥（接到煤氣回收系統(tǒng)中），2 套凈煤氣一次均壓閥，2 套粉塵回收閥，配備2 套旋風(fēng)除塵器，負(fù)責(zé)煤氣粗除塵，均為液壓控制。2 套氮?dú)舛尉鶋洪y，為氣動調(diào)節(jié)閥。

1.5 均壓煤氣回收系統(tǒng)

設(shè)置均壓煤氣全回收系統(tǒng)，排壓煤氣通過旋風(fēng)除塵器粗除塵后經(jīng)回收閥引至均壓煤氣專用布袋除塵器，同時(shí)在煤氣管道設(shè)置引射閥。煤氣回收初期通過壓差使得氣體自然流入布袋除塵中，后期打開引射閥將殘余煤氣強(qiáng)制帶入除塵系統(tǒng)。達(dá)到廢棄能源回收利用，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的。

1.6 料流調(diào)節(jié)閥

液壓驅(qū)動中一套料流調(diào)節(jié)閥裝有2 個編碼器，起到互為備用、精確調(diào)節(jié)布料速度的作用。常用的有單閥板、雙閥板平行對開式、雙閥板菱形開口式[2]，主要構(gòu)成單元有閥板、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、檢測機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥外殼等，通過控制閥板開口面積實(shí)現(xiàn)布料可控。

1.7 下密封閥

安裝于料流調(diào)節(jié)閥下部，液壓驅(qū)動，組成結(jié)構(gòu)與上密封閥類似，主要用于對料罐煤氣密封，以保證爐頂設(shè)備帶壓操作及保壓。

1.8 探尺

爐頂共設(shè)2 臺12 m 機(jī)械探尺，同時(shí)各配備一套絕對值型編碼器和增量型編碼器，絕對值型編碼器將信號傳送到PLC 中，負(fù)責(zé)計(jì)算高度。增量型編碼器接入變頻器，負(fù)責(zé)計(jì)算轉(zhuǎn)速，還有2 臺雷達(dá)探尺，4 套探尺根據(jù)邏輯測得料線，進(jìn)而確定布料角度。

1.9 布料溜槽

布料溜槽主要是由鵝頭體、溜槽本體和耐磨襯板構(gòu)成。高爐布料溜槽在安裝過程中，其鵝頭插進(jìn)與爐頂水冷齒輪箱傾動齒輪連接的驅(qū)動軸的凹槽內(nèi)，再將左右兩邊的偏心銷軸插入鵝頭體的定位孔中，然后通過溜槽的傾動配合偏心銷軸的轉(zhuǎn)動鎖緊高爐布料溜槽[3]。其中作用分為傾動和旋轉(zhuǎn)，各由2 臺變頻器控制且互為備用。

1.10 重力除塵系統(tǒng)

在重力除塵器頂部設(shè)置1 臺DN500 和1 臺DN250 的氣動放散閥，用于放散除塵器內(nèi)氣體，方便設(shè)備維護(hù)與人員檢修。在重力除塵器上部設(shè)置1 臺Ф3 150 mm 鐘式遮斷閥，電動卷揚(yáng)機(jī)驅(qū)動，用于休風(fēng)時(shí)與煤氣管網(wǎng)隔斷。設(shè)有氮?dú)夥创甸y、卸灰球閥、閘閥及檢測灰面溫度、高度的熱電偶及料位計(jì)等，用以卸灰操作及上位實(shí)時(shí)顯示報(bào)警的功能。

1.11 液壓系統(tǒng)

由1臺循環(huán)泵，2臺主泵，1套加熱器，1套水冷器及蓄能器、過濾器等組成。主要為爐頂均排壓閥門、密封閥等提供動力源，同時(shí)帶有壓力、溫度、流量檢測設(shè)備，將液壓系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送給PLC，便于崗位人員監(jiān)控。

1.12 水冷系統(tǒng)

由2 臺主泵，2 套進(jìn)水閥、1 套排水閥、液位檢測和溫度檢測元件等組成，一路對齒輪箱冷卻水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)水; 另外一路水經(jīng)過濾器過濾后供給板式換熱器，對齒輪箱進(jìn)行冷卻，在進(jìn)水溫度控制在40 ℃以下的前提下，保持齒輪箱循環(huán)系統(tǒng)水溫低于50 ℃[4]。

2 基本工藝流程

上料時(shí)序如圖1 所示。

圖1 上料時(shí)序

當(dāng)皮帶有料時(shí)（料批計(jì)數(shù)大于等于1），帶有裝料牌且在“申布”狀態(tài)下的料罐的上密封閥先行打開到位，隨后上部溜槽開始擺到對應(yīng)罐的位置，此時(shí)料罐狀態(tài)為“正裝”，與礦焦槽通訊，此時(shí)滿足上料條件信號發(fā)往礦焦槽，如果無此信號，那么當(dāng)料頭抵達(dá)皮帶尾部（二檢）時(shí)會自動停止主皮帶。當(dāng)皮帶料尾抵達(dá)二檢，延時(shí)（可設(shè)定）后上料結(jié)束，上部溜槽擺到中間位置或另一罐位置，這要根據(jù)皮帶是否有料和另一罐上密封閥是否開到位綜合判定。上料結(jié)束的料罐此時(shí)狀態(tài)為“申布”，粉塵回收閥先行開到位，一次、二次均壓閥開始動作，均壓結(jié)束后，關(guān)閉均壓閥后再關(guān)閉粉塵回收閥，料罐即將開始布料。

布料溜槽此時(shí)正在旋轉(zhuǎn)且傾動到設(shè)定角度，下密封閥打開到位，料罐狀態(tài)變?yōu)椤罢肌?，此時(shí)滿足步進(jìn)角條件后料流調(diào)節(jié)閥打開到設(shè)定角度，根據(jù)料單設(shè)定，溜槽傾動自行動作，滿足料罐判空條件后料流調(diào)節(jié)閥全開，后全關(guān)。探尺下放跟蹤料線，排壓系統(tǒng)開始動作，投用煤氣系統(tǒng)時(shí)先進(jìn)行煤氣回收作業(yè)，壓力降到一定數(shù)值后關(guān)閉煤氣系統(tǒng)，打開排壓閥，滿足壓力要求后等待上料指令，自此單罐工藝完成。

3 控制邏輯

3.1 上部溜槽邏輯

調(diào)試及正常生產(chǎn)過程中，以1#料罐極限位，1#料罐停止位共同觸發(fā)來判定上部溜槽停在1#料罐上部，同樣的，以2#料罐極限位，2#料罐停止位共同觸發(fā)來判定上部溜槽停在2#料罐上部，1#料罐停止位，2#料罐停止位共同觸發(fā)在中間位置。當(dāng)條件不滿足時(shí)，若主皮帶上的爐料經(jīng)過二檢（尾輪處），則會立刻停機(jī)，很大程度保證上料安全性。

如圖2 所示，介紹了上部溜槽基本控制邏輯。當(dāng)程序判定哪個料罐存在裝料牌時(shí)，上部溜槽就向哪個方向擺動，當(dāng)判定排壓完成后開啟對應(yīng)料罐上密封閥為裝料準(zhǔn)備。當(dāng)裝料完成后，在主皮帶無料的情況下會擺動至中間位停止，等待下一批料到來時(shí)再向有裝料牌的料罐方向擺動。當(dāng)上一批次料全部裝完后，此時(shí)皮帶上仍有下一批次料，上部溜槽向另一料罐擺動到位，不會在中間位停止。

圖2 上部溜槽控制邏輯

3.2 均排壓邏輯

如圖3 所示，投用煤氣回收系統(tǒng)則在料罐布料結(jié)束，下密封閥關(guān)閉時(shí)打開二次引射閥，系統(tǒng)開始排壓時(shí)打開煤氣回收閥，當(dāng)壓力降到一定數(shù)值后打開一次引射閥，煤氣回收完畢后關(guān)閉煤氣回收閥，再關(guān)閉2 套引射閥，隨后打開排壓閥。

圖3 均排壓邏輯

3.3 爐料料單

為滿足不同上料類型，在一定程度上保證爐況穩(wěn)定，需單獨(dú)設(shè)定料單界面，料線已由探尺測得并根據(jù)主尺、副尺情況給出連鎖料線，進(jìn)而控制不同的傾動角度，料流閥開度。焦礦分別給出8 種可設(shè)定區(qū)間，11 種傾動角度，在實(shí)際測定料線后，判斷所在區(qū)間，取大值所對應(yīng)的角度布料，區(qū)間亦可進(jìn)行修改。

增益功能：為了方便調(diào)整同一料線區(qū)間的傾動角度，在料單界面增加增益功能，輸入相應(yīng)數(shù)值后，在每次上料結(jié)束后可自動增加或減少相應(yīng)數(shù)值，同時(shí)增益設(shè)定值清零，方便崗位人員操作。

3.4 爐頂放散閥

爐頂設(shè)置有3 臺放散閥，一臺設(shè)在下降管頂部，一臺設(shè)在凈煤氣主管上，一臺設(shè)在五通球上?？刂七B鎖依據(jù)爐頂頂壓（二者選一）濾波后進(jìn)行判定，3 臺放散閥設(shè)定不同的連鎖壓力依次打開，在滿足小于同一壓力后全部關(guān)閉，保護(hù)爐頂設(shè)備。

3.5 液壓與水冷系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)與水冷系統(tǒng)主要控制邏輯類似，均安裝2 臺泵組且互為主備關(guān)系，當(dāng)檢測壓力低時(shí)，延時(shí)觸發(fā)啟動備泵指令，同時(shí)給出報(bào)警。若此時(shí)檢測壓力恢復(fù)正常值，則繼續(xù)以備泵運(yùn)行，若此時(shí)壓力依舊低，會有管道泄露的可能，停止所有泵組并提示操作人員。液壓系統(tǒng)安裝一套冷卻裝置及一套加熱裝置用于油溫過低或過高時(shí)的冷卻及升溫。在油箱上安裝液位計(jì)檢測油箱油位，當(dāng)油位低或油溫異常時(shí)不允許泵組啟動。冷卻系統(tǒng)安裝4 套音叉液位計(jì)，用于檢測液位，2 套用于檢測及連鎖，2 套只用于檢測。安裝的2 臺補(bǔ)水閥，當(dāng)檢測到液位低時(shí)，開啟一臺補(bǔ)水閥，另一臺補(bǔ)水閥則根據(jù)設(shè)定時(shí)間開啟。

3.6 料線判定

如圖4 給出14 種料線判定方法，雖然在實(shí)際作業(yè)時(shí)選擇常用幾種判定組合，但為力求完善，在2 套機(jī)械探尺、2 套雷達(dá)探尺的硬件基礎(chǔ)上給出全面的判定組合。以第一種為例：1#探尺為主尺時(shí)，在主尺未達(dá)到設(shè)定料面時(shí)，副尺將持續(xù)跟隨料面下行，直到主尺到達(dá)料面后共同提尺，測定料面為主尺下降深度。以第五種為例，1#、2#探尺均為主尺時(shí)，滿足均到達(dá)設(shè)定料線后才會提尺，判定料線為淺尺深度。能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)料面傾斜情況并做出調(diào)整。

圖4 料線判定邏輯

3.7 料空判定

分為重量判空、時(shí)間判空、圈數(shù)判空和γ射線判空4種方式。重量判空是指小于設(shè)定重量時(shí)判定料罐空，時(shí)間判空指當(dāng)布料時(shí)間超出設(shè)定時(shí)間時(shí)判定料罐空，圈數(shù)判空指布料時(shí)溜槽旋轉(zhuǎn)總數(shù)達(dá)到設(shè)定值后判定料罐空，γ射線判空指由專用γ料位計(jì)檢測后發(fā)出的料罐空信號，此信號需設(shè)備調(diào)試時(shí)測試。在實(shí)際應(yīng)用中，為保證上料穩(wěn)定性，常將判空的2~3個信號一起使用，例如，在重量判定的基礎(chǔ)上加上γ射線的判定，在時(shí)間判定的基礎(chǔ)上加上重量判定等。有時(shí)因工藝需要，礦焦槽配給3~5 t 焦炭作為中心焦，此時(shí)可自動選擇為時(shí)間判空的方式，防止誤判。

3.8 倒罐判定

如圖5 所示，設(shè)定倒罐批數(shù)N，當(dāng)2#罐每次開始布料時(shí)，倒罐計(jì)數(shù)加1，滿足設(shè)定的倒罐批數(shù)時(shí)，停用2#罐，繼續(xù)1#罐上料及布料，此時(shí)裝料牌與放料牌均在1#罐，上部溜槽會在上料結(jié)束后停在中間位，等待本批料布料完成后再次轉(zhuǎn)到1#罐。倒罐完成后啟用2#罐，料罐狀態(tài)與上部溜槽動作邏輯恢復(fù)正常，倒罐結(jié)束，計(jì)數(shù)狀態(tài)歸零。

圖5 倒罐邏輯

3.9 料罐狀態(tài)判定

給出當(dāng)前料罐狀態(tài)：申裝、正裝、申布、正布，給出料罐裝放料允許信號：裝料牌、放料牌。料罐的回收排壓步驟均在“申裝”狀態(tài)下完成，上密封閥打開后進(jìn)入“正裝”狀態(tài)開始裝料，裝料結(jié)束后的均壓過程均在“申布”狀態(tài)下完成，滿足連鎖壓力后打開下密封閥開始布料，料罐狀態(tài)進(jìn)入“正布”，布料結(jié)束后進(jìn)入“申裝”狀態(tài)，周而復(fù)始。同時(shí)，裝料牌的意義在于皮帶上的料將要進(jìn)入哪一料罐中，上部溜槽向?qū)?yīng)罐擺動，上密封閥打開，放料牌的意義在于哪一料罐將要或正在布料，由此給出明確的上位顯示，均可手動修正，便于操作人員查看及維護(hù)。

4 結(jié)束語

隨著新技術(shù)、新材料的不斷應(yīng)用，并罐式無料鐘爐頂也有了許多新的技術(shù)革新，例如改良布料溜槽結(jié)構(gòu)，使用壽命得以延長。改進(jìn)稱重料罐支撐方式，使稱重系統(tǒng)更加準(zhǔn)確?？s小料罐之間中心距，減小落料偏析等。打破了國外公司對技術(shù)的壟斷，使國產(chǎn)設(shè)備的應(yīng)用達(dá)到了新的高度。