煉鐵高爐的電氣自動控制系統(tǒng)探究

嚴飛

(首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北 唐山 063200)

鋼鐵是現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，房屋建設、運輸、航天、軍工等等，都需要鋼鐵作為材料，隨著工業(yè)建設的發(fā)展，對鋼鐵的需求越來越大，對提煉的質(zhì)量要求也更加嚴格。為了滿足工業(yè)生產(chǎn)需求，必須改革鋼鐵提煉技術(shù)，提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量。高爐煉鐵技術(shù)經(jīng)過數(shù)千年的發(fā)展已經(jīng)是一項非常成熟先進的鋼鐵冶煉生產(chǎn)工藝，因此，為了滿足工業(yè)發(fā)展的需要，提高高爐冶煉效率，保證鋼鐵的產(chǎn)量和質(zhì)量，利用電氣自動控制系統(tǒng)對高爐的冶煉作業(yè)進行精確地操控，是有效提升鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量的重要途徑。另外，煉鐵高爐電氣自動化能夠在節(jié)省人力和時間的前提下，更好地監(jiān)控及反饋鋼鐵提煉作業(yè)的各個環(huán)節(jié)，確保鋼鐵冶煉生產(chǎn)能夠安全穩(wěn)定順利地進行，保障企業(yè)的經(jīng)濟效益。

1 煉鐵高爐電氣自動化系統(tǒng)的基本配置

在高爐日常作業(yè)中，電氣自動控制系統(tǒng)的設計與控制方式具有科學性，通常會應用較為開放的結(jié)構(gòu)。對于高爐電氣自動控制系統(tǒng)而言，其基本的設計思路就是高性能與低成本，從而提高生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，促進企業(yè)發(fā)展。

利用電氣自動化系統(tǒng)對煉鐵高爐進行操控，主要目的是為了優(yōu)化作業(yè)過程，提高生產(chǎn)經(jīng)濟效益，因此安全穩(wěn)定是其最基本的要求。由于現(xiàn)代化煉鐵高爐的各個構(gòu)成部分并不是在同一個地點，所以合理的布局能夠適當減少電纜和網(wǎng)線的使用，從而能夠很好地節(jié)約建設及維護成本投入，提升設備性價比。煉鐵高爐電氣自動控制系統(tǒng)采用網(wǎng)絡分層架構(gòu)，使用網(wǎng)線將主站與分支連接在一起，以PLC系統(tǒng)作為基本操作站，對系統(tǒng)中所連接的監(jiān)測儀表、電氣系統(tǒng)和遠程計算機進行控制操作，通過互聯(lián)局域網(wǎng)將PLC設備收集到的運行數(shù)據(jù)匯總于主控計算機，監(jiān)控人員根據(jù)數(shù)據(jù)反饋的情況對生產(chǎn)過程進行預判和實時調(diào)整，實現(xiàn)高爐自動化作業(yè)及管控。為了提升設備安全性和穩(wěn)定性，各個控制系統(tǒng)均應采用冗余配置，支持電源冗余、CPU冗余、總線冗余，所有模塊均支持帶電插拔，這樣就可以有效的避免某個單位環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題而影響到整體系統(tǒng)的正常作業(yè)。

2 煉鐵高爐電氣自動控制的各系統(tǒng)組成

2.1 自動化系統(tǒng)

煉鐵高爐的自動化系統(tǒng)是通過計算機硬件設施及監(jiān)測軟件、實時信息收集模塊、信號解碼器及儀表等對高爐冶煉作業(yè)的溫度、壓力、鼓風量、風壓等生產(chǎn)參數(shù)進行數(shù)據(jù)監(jiān)測計算，確認高爐是否處于正常作業(yè)中，一般情況下，高爐生產(chǎn)的主體系統(tǒng)主要是由電氣、計算機和儀表來實現(xiàn)一體化控制，實現(xiàn)監(jiān)視、集中控制和操作等功能。對于輔助系統(tǒng)，主要根據(jù)實際工作中控制的難易程度來定，通常會應用PLC系統(tǒng)或者繼電器來對系統(tǒng)進行監(jiān)視與操作控制。監(jiān)控人員可根據(jù)模擬畫面或趨勢圖查看歷史參數(shù)的方法對現(xiàn)場設備運作狀況做出判斷，在發(fā)現(xiàn)故障時及時調(diào)整處理，從而保證生產(chǎn)作業(yè)過程順利進行，也保證爐體和現(xiàn)場在崗人員的安全?？刂迫藛T可以在電腦上手動操作遠程控制各類設備的開關(guān)和閥門的開閉，及時地對高爐爐況進行調(diào)節(jié)。

2.2 煤氣凈化控制系統(tǒng)

在高爐生產(chǎn)過程中，高爐煤氣設備的污染和積塵會大大影響各種設備的運行效率，為了保證煤氣輸入質(zhì)量能夠滿足高爐冶煉需要，則需要對高爐煤氣設備積沉的雜質(zhì)及粉塵進行及時清理。煤氣精華控制系統(tǒng)是通過重力進程，用布袋過濾分離煤氣中所含粉塵，確保煤氣經(jīng)過完全凈化處理。過濾下來的積灰有一部分只截留于布袋之中，需要定期打開除塵設備的灰閥進行清理，因此煤氣凈化控制系統(tǒng)需要包含反吹與卸灰的功能以及具備自動控制和單獨控制的功能，根據(jù)日常作業(yè)需求設置成定時卸灰和手動卸灰兩種模式。

2.3 爐頂供料系統(tǒng)

以550m3高爐為例，爐頂供料系統(tǒng)設備有380V工業(yè)交流電壓下的250kW上料卷揚電機，5.5kW布料傾動電機，11kW布料旋轉(zhuǎn)電機，4kW探尺電機，10000V工業(yè)交流電壓315kW礦槽除塵引風機設備等。

在煉鐵高爐作業(yè)系統(tǒng)中，爐頂上料一般都使用交流——直流——交流變頻調(diào)速控制，這樣能很好地保障爐頂供料系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，在此基礎(chǔ)上額外增加一臺同容量變頻器以及切換柜，使得線路能夠在短時間內(nèi)快速安全地切換，這樣可以讓備用變頻器第一時間啟動，進入在線工作狀態(tài)。另外在操作畫面中可以直接接觸供料系統(tǒng)各套設備間的連鎖，用CRT手動獨立控制，進一步確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

2.4 自動熱風爐系統(tǒng)

煉鐵高爐的工作流程為燃燒——換爐——送風，因此需要配備三座以上的熱風爐，因為煉鐵過程中熱風需要不斷地輸送到爐體內(nèi)部，所以熱風爐的主要作用就是將冷風進行預熱，熱風爐有三種操作方式即全自動、半自動和人工手動操作。全自動操作能夠特性設定單座熱風爐，根據(jù)設定好的拱頂溫度和廢氣溫度自動尋優(yōu)控制燒爐過程，并且能記錄每天的拱頂溫度、廢氣溫度、空氣流量以及煤氣流量的變化趨勢，便于數(shù)據(jù)分析和監(jiān)控，采取相應的作業(yè)調(diào)整。

2.5 自動監(jiān)控系統(tǒng)

為了對作業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)詳細地進行記錄，以達到對自動系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行實時掌控的目的，高爐電氣自動控制系統(tǒng)還需設計一個專門的監(jiān)控系統(tǒng)，通過合理的工藝畫面設計模塊，對系統(tǒng)中的工業(yè)設計或其他所有設備進行監(jiān)控，詳細地掌握所有設備運作的狀況，并將各類數(shù)據(jù)共享，方便相關(guān)工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)問題做出相應調(diào)整，使得整個系統(tǒng)的安全性得到保障，保障生產(chǎn)作業(yè)的順利進行。

3 電氣自動化對高爐生產(chǎn)的影響

目前一些處于粗放型管理階段，還不能實現(xiàn)精細化管理要求，還存在技術(shù)數(shù)據(jù)采集周期長、利用率低等問題，上級管理部門無法第一時間獲取信息反饋，導致不能及時地做出管理決策；上級部門因無法掌握全面的生產(chǎn)信息，難以系統(tǒng)準確地對生產(chǎn)情況做出分析；大量數(shù)據(jù)需要人工二次采集、輸入、計算，工作量大，工作效率低等，而利用信息技術(shù)手段和電氣自動控制系統(tǒng)將高爐煉鐵自動化以后，以上問題都得到了很好的解決，由自動監(jiān)控系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)十分詳盡并且留有記錄，避免了人工采集的費時費力以及疏漏可能，有效地保證了生產(chǎn)的順利進行，從節(jié)約成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量到提升工作效率各方面都起到了積極的作用。

4 結(jié)語

信息自動化具備監(jiān)測精確，數(shù)據(jù)記錄，流程簡便，節(jié)約人力及成本，控制和提升生產(chǎn)效率等諸多優(yōu)點，適用于工業(yè)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域。

鋼鐵是現(xiàn)代化工業(yè)建設的基礎(chǔ)原料，煉鐵高爐的電氣自動化極大地簡化了高爐冶煉流程，并且能夠提供更為詳細準確的監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便工作人員及時做出相應調(diào)整以保證生產(chǎn)作業(yè)的順利進行，以此保證生產(chǎn)產(chǎn)量和生產(chǎn)質(zhì)量。就目前的技術(shù)手段而言，煉鐵高爐電氣自動控制系統(tǒng)還有寬廣的研發(fā)前景，對此應當對其設計給予高度重視，結(jié)合實際情況對企業(yè)的電氣自動控制系統(tǒng)進行設計改良，使得企業(yè)可以更好地發(fā)展。