天鋼高爐爐頂控制系統(tǒng)的運行分析

李志鐵

（天津鋼鐵集團有限公司，天津 300301）

天津鋼鐵有限公司3 200m3高爐于2005年5月投產(chǎn)，該高爐引進了大量國際上最先進的設(shè)備。以下著重介紹其中代表國際先進水平的爐頂系統(tǒng)。

一、高爐上料及爐頂裝料系統(tǒng)設(shè)備

1.工藝系統(tǒng)概述

高爐上料及爐頂裝料系統(tǒng)設(shè)備包括：爐頂裝料設(shè)備、均排壓系統(tǒng)、探料尺設(shè)備、爐頂液壓潤滑系統(tǒng)、齒輪箱水冷系統(tǒng)、N2密封系統(tǒng)、爐頂打水、軟水密閉循環(huán)水系統(tǒng)。

2.爐頂裝料系統(tǒng)

高爐爐頂裝料設(shè)備可分為鐘式裝料設(shè)備和無料鐘裝料設(shè)備兩大類。無料鐘爐頂裝料設(shè)備具有多種非常靈活的布料手段，可將爐料直接布到料面的任何位置，可控制爐料的滾動效應(yīng)，從而實現(xiàn)高爐最佳的布料效果，以達到控制煤氣流分布的目的，尤其在高爐噴吹煤粉的情況下，其效果更加明顯。其次，無料鐘爐頂裝料設(shè)備密封性能好、設(shè)備簡單、維護方便。近十幾年來，無料鐘裝料設(shè)備也在不斷改進和發(fā)展，其技術(shù)更趨完善。因此，目前無料鐘爐頂裝料設(shè)備已在國內(nèi)外大、小高爐上廣泛采用。表1為無料鐘爐頂裝料設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)。

天鋼3 200m3高爐的爐頂裝料采用了盧森堡某公司最新開發(fā)的靜態(tài)無料鐘爐頂加料設(shè)備。其中，關(guān)鍵設(shè)備（傳動齒輪箱、下閥箱）原裝引進，其余部分由國內(nèi)廠家配套。

3.爐頂輔助設(shè)施

（1） 均壓系統(tǒng)

使用半凈高爐煤氣均壓，含塵量0.5～1.0g/m3（料罐進口）；緊急均壓使用氮氣；爐頂氣體放散系統(tǒng)：降至大氣壓；爐頂氣體粉塵：采用旋風(fēng)除塵回收。

（2） 冷卻系統(tǒng)

氣密箱閉路冷卻水路；輔助氮氣系統(tǒng)用來防止過量的粉塵進入氣密箱；用來冷卻下閥箱的氮氣系統(tǒng)。

（3） 液壓系統(tǒng)

無料鐘爐頂和均排壓系統(tǒng)所有閥的液壓驅(qū)動，工作壓力為18～20MPa；獨立的閥臺和蓄能器站，用于爐頂和高爐放散閥；設(shè)備適于采用礦物油。

（4） 集中干油潤滑

無料鐘爐頂雙線集中干油潤滑系統(tǒng)，帶有兩個回路，回路1每45min潤滑一次，用于氣密箱；回路2每8h驅(qū)動一次，用于無料鐘爐頂，均壓系統(tǒng)和探尺的所有其他干油潤滑點。

（5） 蒸汽加熱

用于上下密封閥座的蒸汽加熱系統(tǒng)，可避免冷凝和粉塵沉積。

4.高爐上料系統(tǒng)

高爐采用膠帶運輸機上料，上料主膠帶機運輸能力：燒結(jié)礦3 500t／h；焦炭880t/h。

5.傳動系統(tǒng)

上料主皮帶機為四臺10kV、315kW交流電動機驅(qū)動。焦炭、礦石稱量漏斗為380V交流電動機驅(qū)動。爐頂布料溜槽傾動（α） 裝置、溜槽旋轉(zhuǎn)（β）裝置采用交流380V變頻電動機驅(qū)動；溜槽旋轉(zhuǎn)（β） 裝置可選用高、低速控制方式，也可選用直接速度給定方式。探尺有三套，采用交流380V變頻電動機驅(qū)動。爐頂閥門共有33套，除料流調(diào)節(jié)閥（γ）為直流24V電磁閥外，其余閥門為交流220V電磁閥。爐頂打水系統(tǒng)共有交流380V電動機13套。軟水密閉循環(huán)冷卻系統(tǒng)共有交流380V電動機一套，交流220V電磁閥兩套。

二、高爐上料及爐頂裝料自動化控制系統(tǒng)

在整個高爐L1級基礎(chǔ)自動化控制系統(tǒng)中，高爐上料及爐頂裝料控制系統(tǒng)主要完成高爐上料、爐頂裝料、爐頂打水系統(tǒng)等工藝設(shè)備的控制，所有設(shè)備的集中監(jiān)視與操作均通過HMI上的CRT畫面進行。其他系統(tǒng)與本系統(tǒng)有關(guān)的聯(lián)鎖信號通過高速通信網(wǎng)絡(luò)相互聯(lián)系和交換。本系統(tǒng)構(gòu)成簡圖如圖1所示。

圖1 高爐上料及爐頂裝料控制系統(tǒng)構(gòu)成

1.爐頂裝料制度

礦槽、焦槽每次工作均為裝入爐頂無料鐘一個料罐的料，即一個罐的料為一個礦批或一個焦批。正常焦批為22t，礦批為116.2t。最大焦批為24t，最大礦批為127.3t。

料批循環(huán)定為12個料罐數(shù)，可隨意放置礦石罐或焦碳罐，并可隨時加空焦。往爐內(nèi)每裝入一罐料后均需放下探尺，再裝料前提起探尺。

料批應(yīng)有每天、每班和每小時的記錄，其中包括批重、變更時間、批數(shù)等。

2.爐頂裝料功能的實現(xiàn)

（1） 往受料罐裝料

當(dāng)每批料的料頭通過檢查點C（第三個檢查點）時，必須滿足以下三個條件才能繼續(xù)往受料罐裝料：受料罐已放空料；上料閘處于關(guān)閉狀態(tài)；上密封閥處于關(guān)閉狀態(tài)。

當(dāng)三個條件有任何一個不滿足時，必須停止主皮帶機運轉(zhuǎn)，同時發(fā)出聲光報警信號。

（2）由受料罐往稱量罐倒料

由受料罐往稱量罐倒料必須滿足以下條件：料尾通過檢查點C，延時8～10s，并且受料罐發(fā)出料滿信號；稱量料罐料已放空，即稱量罐電子稱發(fā)出料空信號；料流調(diào)節(jié)閥全開后延時3s關(guān)閉；下密封閥處于關(guān)閉狀態(tài)；放散閥已打開。

滿足上述條件后即可開上密封閥，接著開上料閘向稱量料罐放料，當(dāng)稱量料罐發(fā)出料滿信號（或受料罐發(fā)出料空信號）后延時3～5s，然后關(guān)閉上料閘、上密封閥和放散閥。

（3）由稱量料罐往爐內(nèi)布料

由稱量料罐往爐內(nèi)布料的條件如下。①上料閘、上密封閥、放散閥處于關(guān)閉狀態(tài)。②均壓閥、粉塵回收閥打開后，延時，待料罐壓力達到設(shè)定值（△P≤0.015MPa）后關(guān)閉。③三個探尺均已提到指定料線。④下密封閥打開，延時全開。⑤料流調(diào)節(jié)閥處于開啟狀態(tài)。⑥稱量料罐為料滿信號。⑦眼鏡閥為開啟狀態(tài)。⑧布料溜槽到達設(shè)定的α角和β角位置。

3.布料溜槽布料功能實現(xiàn)

爐頂布料溜槽的布料方式有環(huán)形、螺旋、扇形和定點四種。生產(chǎn)中常用環(huán)形布料及螺旋布料方式，扇形和定點布料僅在少數(shù)情況下使用。

環(huán)形布料、螺旋布料為全自動工作，扇形和定點布料為手動啟動后自動工作。設(shè)計規(guī)定布料溜槽為連續(xù)工作制。

（1） 環(huán)形布料

環(huán)形布料包括單環(huán)布料和多環(huán)布料。布料溜槽設(shè)11個傾角位置 (α角)，設(shè)定每罐料最多布13環(huán)。

單環(huán)布料是一罐料中，布料溜槽按一個指定的α角按指定的環(huán)數(shù)布料。在采用單環(huán)布料時焦炭和燒結(jié)礦可選用不同的傾角α。

多環(huán)布料是一罐料中采用變動多個α傾角布料。在指定的每個α傾角位置上可布單環(huán)料也可布多環(huán)料。爐料可以從外圈順序布到爐中心方向，也可從爐中心順序布到外圈，一般是從外圈往爐中心方向布。

多環(huán)布料有兩種控制方式，一種是按時間控制，一種是按料空信號控制。

當(dāng)按時間控制時，布料溜槽按8r/min的恒定速度回轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)完一圈的時間是7.5s。在每個指定的傾角α回轉(zhuǎn)，直到按要求布料完畢。

當(dāng)按料空信號控制時，布料溜槽最多的回轉(zhuǎn)圈數(shù)規(guī)定為13圈（0～13圈可調(diào)），13圈時間為97.5s。在該時間內(nèi)（由布料圈數(shù)決定）應(yīng)接到稱量料罐的料空信號，如果超過這個時間無料空信號，說明下料有卡阻現(xiàn)象，這時應(yīng)發(fā)出聲光報警信號，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直到接到料空信號，然后自動進行卡料處理。

正常情況下，在接到料空信號后全開料流調(diào)節(jié)閥，延時3s，關(guān)料流調(diào)節(jié)閥。

布料流槽回轉(zhuǎn)時間從第一個傾角（即第一環(huán)的布料傾角α）以料流調(diào)節(jié)閥打開時算起，以后每轉(zhuǎn)一環(huán)加7.5s。

布料溜槽采用連續(xù)工作制，每罐料的布料第一環(huán)起始位置，規(guī)定比前一罐料步進60°。因此要求對每次布料溜槽開始布料的起始位置β角應(yīng)有記憶、跟蹤，每次在布料溜槽到達應(yīng)步進到的位置時，才打開料流調(diào)節(jié)閥布料。

（2） 螺旋布料

這種布料是布料溜槽在作勻速的回轉(zhuǎn) (旋轉(zhuǎn))運動，同時作徑向運動 (傾動)而形成的變徑螺旋形爐料分布。其徑向運動是布料溜槽由外向里（也可以由里向外）改變傾角而獲得的，擺動速度由慢變快（或由快變慢）。這種布料方法能把爐料布到爐喉截面任一部位。根據(jù)生產(chǎn)要求不僅可以調(diào)整料層的厚度，而且能獲得較為平坦的料面。

布料螺旋線起始于要求布下第一份爐料的位置，終止于最后選定的位置。

（3） 扇形布料

采用扇形布料時，料流調(diào)節(jié)閥的開度按上一罐同類原料的開度執(zhí)行，布料溜槽旋轉(zhuǎn)速度為低速。布料溜槽由外往爐中心方向按正、反方向反復(fù)運行（變化α角）。

采用此法布料時，應(yīng)設(shè)定扇形的β角及溜槽的傾角α，完成扇形布料后，剩下的料應(yīng)使溜槽返回原始傾角，按環(huán)形布料方式（轉(zhuǎn)速為8r/min）將剩余料布完。

（4） 定點布料

定點布料應(yīng)設(shè)定布料點的位置即β角及α角，并設(shè)定布料的時間。設(shè)計規(guī)定定點布料的時間不能超過22.5s（從打開料流調(diào)節(jié)閥時算起），料流調(diào)節(jié)閥開度的規(guī)定與扇形布料的規(guī)定相同。

定點布料執(zhí)行完后，溜槽轉(zhuǎn)到上一罐料的同樣傾角α，按環(huán)形布料方式（轉(zhuǎn)速8r/min）將剩下的料布完。

三、結(jié)論

該系統(tǒng)自投入使用以來，性能可靠、運行穩(wěn)定，滿足生產(chǎn)及工藝需求。在同等規(guī)模級別高爐橫向?qū)Ρ戎袪t頂裝料布料靈活準確、生產(chǎn)利用系數(shù)突出。

[1]丁少宏，李鐵等.NO.2PLC電氣控制系統(tǒng)軟件基本設(shè)計 [M].中冶京誠工程技術(shù)有限公司.

[2]陳達士.最新高爐煉鐵新工藝新技術(shù)實用手冊 [M].當(dāng)代中國音像出版社.