李輝

【摘 要】近些年，我國鋼鐵產(chǎn)能日益增大，優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源卻日漸匱乏。高爐噴吹系統(tǒng)應(yīng)用噴吹煤粉代替部分焦炭，進而可達到緩解煉焦煤供不應(yīng)求的情況，同時也可有效節(jié)約煤炭能源。隨著高爐噴吹關(guān)鍵技術(shù)的不斷進步和完善，其在鋼鐵冶煉工藝中的地位越來越高。論文以高爐噴吹系統(tǒng)中的自動控制為研究對象，簡要分析了其噴煤工藝與自控系統(tǒng)的設(shè)計，并探究了其實際應(yīng)用，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

【Abstract】In recent years， China's iron and steel production capacity is increasing， but high quality coking coal resources are increasingly scarce. The blast furnace injection system uses pulverized coal instead of some coke， which can reduce the supply of coking coal and save coal energy effectively. With the continuous progress and improvement of the key technology of blast furnace blowing， its position in steel smelting process is becoming higher and higher. Taking the automatic control of blast furnace injection system as the research object， this paper briefly analyzes the design of its coal injection process and automatic control system， and explores its practical application， so as to provide reference for the relevant technical personnel.

【關(guān)鍵詞】高爐噴吹系統(tǒng)；自動控制；系統(tǒng)設(shè)計；應(yīng)用

【Keywords】blast furnace blowing system； automatic control； system design； application

【中圖分類號】TP273 【文獻標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）04-0156-02

1 引言

社會經(jīng)濟發(fā)展速度的加快使得鋼鐵企業(yè)的競爭越來越激烈，提高生產(chǎn)作業(yè)率、降低企業(yè)成本、提高控制系統(tǒng)的自動化水平已經(jīng)成為各個企業(yè)的必然選擇。目前，我國不少鋼鐵企業(yè)都在開展適應(yīng)性改造，如此才能提高企業(yè)競爭力，而本文將重點闡釋的高爐噴吹系統(tǒng)就是改革內(nèi)容之一。從高爐風(fēng)口向爐內(nèi)直接噴吹出磨細的無煙煤粉、煙煤粉或兩者的混合物代替了部分焦炭所提供的熱量和還原劑[1]，進而可達到節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本的目的，而高爐噴煤自動控制系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)以及節(jié)能降耗的完成與其自動控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用密切相關(guān)。

2 高爐噴煤系統(tǒng)簡介

高爐噴煤系統(tǒng)包括原煤儲運、制粉、噴吹和供氣等工藝環(huán)節(jié)，具體構(gòu)成如下[2]：

①原煤儲運系統(tǒng)：原煤儲運系統(tǒng)包括煤場，永磁除鐵器，M1、M2、M3皮帶輸送機與寬帶給料機等。

②制粉系統(tǒng)：制粉系統(tǒng)主要有煙氣爐、磨煤機、給煤機、布袋收粉器、木屑分離器、高溫風(fēng)機、密封風(fēng)機、助燃風(fēng)機、主引風(fēng)機、設(shè)備相關(guān)閥門以及防爆抑爆與檢測控制設(shè)備。具體工序則有干燥與研磨、收粉與除塵等。

③噴吹系統(tǒng)：噴吹系統(tǒng)通常是先在噴吹罐組內(nèi)充以高壓氮氣，再經(jīng)過混合器引入高壓氮氣后將煤粉噴入高爐，其主要有并列式噴吹罐、種閥、硫化裝置等組成。

④供氣系統(tǒng)：噴吹系統(tǒng)的運行及整個噴煤系統(tǒng)的安全與供氣系統(tǒng)密切相關(guān)，其主要有高低壓氮氣和氧氣組成。

3 高爐噴吹系統(tǒng)自控系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 系統(tǒng)綜述

高爐噴吹系統(tǒng)主要由上位機、PLC和現(xiàn)場控制的各控制單元組成，上位機可同時完成制粉和噴吹工藝，該單元安裝有兩臺計算機，可對系統(tǒng)的運行狀況、制煤工藝的執(zhí)行情況以及故障燈進行有效的監(jiān)控，兩臺計算機可相互備份。系統(tǒng)各個部分的數(shù)據(jù)傳輸與共享均通過以太網(wǎng)實現(xiàn)。上位機發(fā)出停機指令后，處于工作狀態(tài)的系統(tǒng)就會每隔一段設(shè)定時間停止一個機組，直至停止最后一個機組。觸發(fā)報警指令后，上位機會立刻彈出報警提示界面并要求停車，如果這一信號未得到反應(yīng)，系統(tǒng)就會自動運行技術(shù)人員事前設(shè)定的工藝要求，確保系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。

3.2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)硬件網(wǎng)絡(luò)由遠程控制模塊、PLC和上位機計算機通過PORFIBUS-DP連接，遠程控制模塊組從站之間的數(shù)據(jù)交換采用周期I/O模式，也就是采用主從式數(shù)據(jù)交換方式周期地將數(shù)據(jù)從從站發(fā)回主站，主站經(jīng)過計算后再將響應(yīng)傳回從站，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸[3]。在系統(tǒng)各個部分的PLC運算周期內(nèi)，主站CPU與接口模塊之間的數(shù)據(jù)交換主要是通過內(nèi)部數(shù)據(jù)總線完成，而從站的數(shù)據(jù)交換則通過布爾處理器與通信處理器。

3.3 系統(tǒng)程序設(shè)計

在PLC程序設(shè)計上，通常設(shè)有5個FC塊和1個OB塊，OB塊是主程序塊，是執(zhí)行程序的入口，而5個FC塊則主要負(fù)責(zé)設(shè)計工作。當(dāng)選擇自動時，系統(tǒng)會自動執(zhí)行FC13（制粉過程的自動控制程序）和FC14（噴吹過程自動控制程序）[4]；當(dāng)選擇手動時，技術(shù)人員可根據(jù)實際的工藝流程在上位機執(zhí)行操作，同時運用FC11（制粉過程手動控制程序）與FC12（系統(tǒng)整體手動和自動調(diào)節(jié)）。高爐噴吹過程實質(zhì)上包含泄壓、加料、加壓以及噴吹四個過程，值得注意的是在不同動作條件下不同的閥應(yīng)處于不同的開閉狀態(tài)下。

3.4 畫面功能

高爐噴吹系統(tǒng)在計算機監(jiān)控和自動控制所有設(shè)備時采用WINCC畫面監(jiān)控軟件和STEP7編程軟件，不僅具備自動采集/處理工藝數(shù)據(jù)、自動/手動啟停、自動調(diào)節(jié)PID回路的功能，還具備顯示工藝畫面動態(tài)、緊急停噴報警以及顯示歷史和實時趨勢記錄等功能。下面將簡單介紹該系統(tǒng)的畫面功能。

①主畫面：高爐噴吹系統(tǒng)的高爐煤氣、熱風(fēng)廢氣、中低壓氮氣的溫度、壓力與流量等數(shù)據(jù)均通過主畫面顯示，以及噴吹系統(tǒng)的相關(guān)流程也通過主畫面進行監(jiān)測。主畫面設(shè)計包含各類型設(shè)備和閥門控制按鈕以及手自動等各個畫面間相互切換的按鈕。原煤倉料位過高或過低的情況下，主畫面均會通過閃爍的方式進行實時報警。技術(shù)人員還可通過畫面完成自動調(diào)節(jié)與軟手動調(diào)節(jié)以及各個閥門的開啟及操作等工作。

②監(jiān)控畫面：監(jiān)控畫面的主要功能是顯示噴吹系統(tǒng)的溫度、壓力和流量分布狀況，同時還負(fù)責(zé)完成各個閥門的啟停與狀態(tài)監(jiān)視。

4 高爐噴吹系統(tǒng)自動控制的實際應(yīng)用

4.1 煤粉預(yù)熱噴吹

常規(guī)煤粉噴吹法所產(chǎn)生的噴吹量較低，煤粉的燃盡率也不高，而煤粉預(yù)熱噴吹法則在降低焦比、提升企業(yè)效益方面具有更大的優(yōu)勢。煤粉經(jīng)過預(yù)熱后可提前熱解，之后再進行噴吹有利于其燃燒氣化，同時還可促進熱風(fēng)溫度的提升以及煤粉在回旋區(qū)停留時間的延長。煤粉預(yù)熱噴吹模式下，煤粉的燃燒區(qū)域可得到遷移，其燃盡率自然可得到提高。實踐經(jīng)驗表明，預(yù)熱溫度每提高50℃，煤粉的燃盡率平均就會提高2%[5]。

4.2 自動倒罐作業(yè)

目前不少高爐噴吹系統(tǒng)都采用了并列乃至三列的罐噴煤裝置，以并列罐噴煤的自動倒罐作業(yè)為例，兩個噴吹罐并列置于一個煤粉倉下，一個罐噴吹時，另一個罐卸壓裝煤后沖壓進入備用狀態(tài)，當(dāng)噴吹罐噴完并完成卸壓、裝煤、充壓與均壓等一系列操作后，備用罐開始進行噴吹。自動倒罐作業(yè)可實現(xiàn)煤粉的連續(xù)噴吹，降低了手動操作中較易出現(xiàn)的空煤和重煤問題的發(fā)生幾率，操作人員勞動強度過大、誤操作等問題也可避免。為防止因煤粉層被擊穿而造成向高爐空吹，一般應(yīng)在噴吹罐內(nèi)保留總煤粉的10%左右的煤粉量。不管系統(tǒng)處于何種狀態(tài)，一旦壓力過低或過高，系統(tǒng)將自動關(guān)閉所有下煤閥和補壓閥，同時還將彈出窗口進行聲光報警。如果相關(guān)閥門出現(xiàn)了故障，操作人員可視實際情況對系統(tǒng)進行人工干預(yù)，可直接跳過此步后繼續(xù)作業(yè)，也可按下噴吹停止按鈕，停止自動倒罐作業(yè)，轉(zhuǎn)入手動倒罐作業(yè)。

4.3 自動調(diào)節(jié)回路

高爐噴吹系統(tǒng)分為內(nèi)、外兩環(huán)，內(nèi)環(huán)為噴吹罐罐內(nèi)壓力自動調(diào)節(jié)回路，外環(huán)則為噴吹速度自動調(diào)節(jié)回路。由于自動調(diào)節(jié)回路系統(tǒng)會受到煤粉品種、濕度、溫度等因素的影響，因此系統(tǒng)無法一直保持理想的且均勻的噴吹狀態(tài)。針對這一問題，技術(shù)人員需頻繁調(diào)節(jié)回路，且應(yīng)選擇合適的時間間隔來輸出調(diào)節(jié)信號，以防頻繁的手動操作對調(diào)節(jié)效果的影響。延期發(fā)生爐高爐煤氣、空氣流量均采用單回路閉環(huán)調(diào)節(jié)，自動調(diào)節(jié)程序則采用周期運行的服務(wù)方式。

5 結(jié)語

高爐噴吹系統(tǒng)增加了自動控制的集成程度，實現(xiàn)了煤粉預(yù)熱噴吹、自動倒罐作業(yè)與自動調(diào)節(jié)回路，可有效降低對原料的要求，進而可降低企業(yè)生產(chǎn)成本，而且便于及時發(fā)現(xiàn)并消除隱患。

【參考文獻】

【1】馬成偉，王正新，李宏偉，等.首鋼京唐1號高爐提高煤比冶煉實踐[J].煉鐵，2016，35（01）：29-32.

【2】韋武強，楊雙平，張朝暉.提高高爐噴煤量的實踐[J].鑄造技術(shù)，2011，32（08）：1152-1154.

【3】高雪生，石金奎，焦剛.長鋼8號高爐雙槍噴煤實踐[J].煉鐵技術(shù)通訊，2006（08）：11-12+10.

【4】黃振泰，容勁強，徐祖云.新鋼二鐵廠8號高爐噴煤噴吹系統(tǒng)的改造[J].江西冶金，2014，34（06）：27-29.

【5】王振海.日本高爐粉煤噴吹技術(shù)的發(fā)展[J].中國冶金，1996（03）：49-50.