煉鐵高爐的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)探究

摘 要：社會(huì)生產(chǎn)生活中對(duì)于鋼鐵的需求量十分巨大，冶煉技術(shù)隨著科學(xué)的進(jìn)步不斷更新，高爐冶煉已進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)代。文章介紹了煉鐵高爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的基本設(shè)置、運(yùn)行方式，以及各系統(tǒng)組成，并對(duì)煉鐵高爐電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的建造和設(shè)計(jì)提出意見(jiàn)和建議。

關(guān)鍵詞：冶煉技術(shù)；煉鐵高爐；電氣自動(dòng)化；控制系統(tǒng)

前言

房地產(chǎn)行業(yè)、汽車(chē)制造業(yè)、航空航天業(yè)等行業(yè)對(duì)鋼鐵的需求量十分巨大，并且對(duì)鋼鐵質(zhì)量的要求不斷提高。高爐煉鐵生產(chǎn)主要是依靠高爐本體以及其它輔助設(shè)備來(lái)完成，高爐是冶金過(guò)程中使用的主要冶煉設(shè)備，直接影響鋼鐵的硬度、韌性。為了能夠從等量資源中冶煉出更多生鐵，需要對(duì)煉鐵高爐進(jìn)行電氣自動(dòng)化升級(jí)，以提升冶煉效率和質(zhì)量，同時(shí)煉鐵高爐的連續(xù)作業(yè)能夠通過(guò)電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)所進(jìn)行的無(wú)人化管理來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1 煉鐵高爐電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的基本設(shè)置

現(xiàn)代化的煉鐵高爐通過(guò)監(jiān)測(cè)儀表、PLC控制系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、遠(yuǎn)程管理計(jì)算機(jī)組成。煉鐵高爐的自動(dòng)控制系統(tǒng)必須滿足生產(chǎn)要求，保證高安全性的同時(shí)還要保證建設(shè)成本維持在一定限度之內(nèi)。煉鐵高爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的各部分獨(dú)立并不在同一地點(diǎn)，檢測(cè)儀表設(shè)備、控制系統(tǒng)設(shè)備、電氣化系統(tǒng)設(shè)備之間依靠纜線連接。適當(dāng)?shù)販p少纜線使用的數(shù)量，可以減輕系統(tǒng)維護(hù)成本，同時(shí)也能降低維修人員的工作量和維修難度。

電氣自動(dòng)化設(shè)備主要是按照網(wǎng)絡(luò)分支體系將主站和分站通過(guò)網(wǎng)線或光纖進(jìn)行連接，在煉鐵高爐的控制系統(tǒng)中存在一個(gè)問(wèn)題，每個(gè)控制系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，這樣的設(shè)計(jì)方式在進(jìn)行操作時(shí)會(huì)有很大的不便，但可以通過(guò)PLC系統(tǒng)將其作為一個(gè)最基本的操作站，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行比較好的控制操作，形成以PLC為核心，集中與分散相結(jié)合的自動(dòng)化控制過(guò)程及監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)布局結(jié)構(gòu)。為保證各工藝過(guò)程的安全運(yùn)行，各控制系統(tǒng)可采用冗余配置，系統(tǒng)支持電源冗余、處理器核心冗余、總線冗余，所有模塊均支持帶電插拔，無(wú)論生產(chǎn)過(guò)程中哪個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都可以不影響生產(chǎn)，使系統(tǒng)的安全性、可靠性大大提高[1]。

煉鐵高爐電氣化自動(dòng)控制系統(tǒng)采用可編程控制器為基礎(chǔ)控制設(shè)備，通過(guò)互聯(lián)局域網(wǎng)連接到控制電腦上，PLC設(shè)備收集的運(yùn)行數(shù)據(jù)都匯總到此，控制人員可通過(guò)顯示器上顯示的實(shí)時(shí)狀態(tài)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)整。為了保證冶煉過(guò)程的安全，電氣化自動(dòng)控制終端必須保證跟自動(dòng)控制系統(tǒng)相連接，使PLC系統(tǒng)得到數(shù)據(jù)上傳完整、及時(shí)。

2 煉鐵高爐電氣自動(dòng)控制的各系統(tǒng)組成

煉鐵高爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)主要由高爐本體、爐頂供料系統(tǒng)、熱風(fēng)爐系統(tǒng)、自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)組成。

2.1 煉鐵高爐的自動(dòng)化系統(tǒng)

煉鐵高爐自動(dòng)化系統(tǒng)主要對(duì)高爐內(nèi)原料反應(yīng)情況進(jìn)行監(jiān)控，自動(dòng)化的煉鐵高爐保證高爐冶煉過(guò)程穩(wěn)定、爐體安全。高爐自動(dòng)化監(jiān)測(cè)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)崗位人員也有極大地保護(hù)。煉鐵高爐的檢測(cè)設(shè)備負(fù)責(zé)對(duì)煉鐵高爐的生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行收集，包括計(jì)算機(jī)硬件設(shè)施和配套的計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)軟件、實(shí)時(shí)信息收集模塊、信號(hào)解碼器、監(jiān)測(cè)儀表等?？刂贫嗽O(shè)備可以用模擬高爐畫(huà)面的形式實(shí)時(shí)顯示煉鐵高爐內(nèi)部溫度、爐體壓力、鼓風(fēng)量及風(fēng)壓等參數(shù)，也可以用趨勢(shì)圖的形式查看以上歷史參數(shù)。煉鐵高爐的控制軟件功能豐富，能夠隨時(shí)調(diào)出歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，檢查爐體是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，還可以有效控制高爐的送風(fēng)量和風(fēng)溫等參數(shù)?？刂迫藛T也可以通過(guò)手動(dòng)操作電腦畫(huà)面按鈕，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各設(shè)備及閥門(mén)進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)高爐爐況的調(diào)節(jié)。

2.2 高爐爐頂供料系統(tǒng)

以550M3高爐為例，爐頂供料系統(tǒng)設(shè)備有380V工業(yè)交流電壓下的250KW上料卷?yè)P(yáng)電機(jī)、5.5KW布料傾動(dòng)電機(jī)、11KW布料旋轉(zhuǎn)電機(jī)，4KW探尺電機(jī)，10000V工業(yè)交流電壓315KW礦槽除塵引風(fēng)機(jī)設(shè)備等。

其中爐頂上料料車(chē)在采用交流—直流—交流變頻調(diào)速控制時(shí)，為了保證系統(tǒng)的可靠性，增加了一臺(tái)同容量的變頻器及其切換柜，可直接通過(guò)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)切換線路，快速可靠地將備用變頻器設(shè)備投入到在線狀態(tài)，操作時(shí)間不超過(guò)15秒鐘。此外爐頂供料系統(tǒng)的各套設(shè)備間的聯(lián)鎖可在操作畫(huà)面中直接解除，采用CRT手動(dòng)進(jìn)行獨(dú)立控制，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性，而且非常便于維護(hù)、維修高爐爐頂設(shè)備，確保了高爐爐頂供料系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，保證高爐冶煉的連續(xù)性。

2.3 自動(dòng)熱風(fēng)爐系統(tǒng)

煉鐵高爐配備三座或以上的熱風(fēng)爐。工作流程為燃燒—換爐—送風(fēng)。為了保證煉鐵需要的熱風(fēng)不斷地輸送到爐體內(nèi)部，滿足熱風(fēng)爐周期性工作的特點(diǎn)，需要對(duì)冷風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱。將冷風(fēng)進(jìn)行預(yù)熱就是熱風(fēng)爐在煉鐵高爐中的主要作用，對(duì)于熱風(fēng)爐的操作大致可以分為全自動(dòng)化、半自動(dòng)化和人工操作[2]，其中熱風(fēng)爐全自動(dòng)燃燒控制優(yōu)勢(shì)最為明顯，它可以對(duì)單座爐子進(jìn)行特性設(shè)定，通過(guò)設(shè)定相應(yīng)的拱頂溫度和廢氣溫度，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)燒爐過(guò)程的自動(dòng)尋優(yōu)控制。此外，它還包含了對(duì)歷史記錄的查詢功能，系統(tǒng)記錄每天熱風(fēng)爐的拱頂溫度、廢氣溫度、空氣流量、煤氣流量的變化趨勢(shì)，通過(guò)查詢歷史數(shù)據(jù)可以對(duì)燒爐的歷史狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和分析，對(duì)于提高熱風(fēng)溫度，降低工序能耗起到了很大作用。

2.4 自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)

自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄分析，并根據(jù)數(shù)據(jù)反映的實(shí)際情況自動(dòng)采取相應(yīng)的措施。監(jiān)控系統(tǒng)不僅要對(duì)煉鐵高爐進(jìn)行監(jiān)控，還要對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)中的所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，以保證生產(chǎn)過(guò)程的順利進(jìn)行。監(jiān)控系統(tǒng)之間互相連接，可以傳輸信息，使故障率降低，也為及時(shí)排除故障提供了極大便利。

3 電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)常見(jiàn)問(wèn)題

電氣自動(dòng)化控制設(shè)備都是電子設(shè)備，設(shè)備本身精密，對(duì)環(huán)境要求高，然而生產(chǎn)過(guò)程中煉鐵高爐本體的高溫和外部水渣含硫蒸氣的腐蝕對(duì)于電子設(shè)備來(lái)說(shuō)十分惡劣，使自動(dòng)控制系統(tǒng)中的電子設(shè)備可能會(huì)在超負(fù)荷或高腐蝕的環(huán)境下運(yùn)行。因此在生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)控制系統(tǒng)可能出現(xiàn)無(wú)法預(yù)知的故障[3]。

為了避免故障造成損失和人員傷害，需要煉鐵高爐的電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行自檢設(shè)計(jì)，并增加各重點(diǎn)部位繼電器和限位的趨勢(shì)監(jiān)控畫(huà)面，以方便工作人員及時(shí)排除故障。同時(shí)還應(yīng)做好相關(guān)設(shè)備的防高溫、防腐蝕、除靜電、防干擾處理，保證線纜安全。通過(guò)保護(hù)措施確保整個(gè)電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而提高冶煉效率，保證現(xiàn)場(chǎng)人員的安全。

4 煉鐵高爐電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)升級(jí)方向

電子信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展促使電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)的進(jìn)一步升級(jí)，智能化模式是電氣自動(dòng)控制的趨勢(shì)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制終端以及手持控制設(shè)備的接入，能夠?qū)掕F高爐進(jìn)行全天候、全方位控制。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日漸成熟，自動(dòng)化系統(tǒng)將會(huì)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互結(jié)合，使整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的功能更加完善，系統(tǒng)所涉及的功能將會(huì)更加豐富，操作更加簡(jiǎn)單，同時(shí)也能夠更好地提高整個(gè)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，節(jié)約更多的人力資源，使企業(yè)逐漸向無(wú)人化、高智能化的趨勢(shì)發(fā)展[4]。

5 結(jié)束語(yǔ)

鋼鐵制造行業(yè)通過(guò)引入電氣自動(dòng)控制系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)煉鐵高爐的自動(dòng)化控制，能夠減少工作人員負(fù)荷，提升金屬冶煉效率，降低生產(chǎn)損耗。因此對(duì)煉鐵高爐的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的更新和維護(hù)不能停止和松懈，電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的智能化改造需要得到重視，以便為生產(chǎn)安全帶來(lái)更多的保障，為企業(yè)帶來(lái)更多的效益。

參考文獻(xiàn)

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