鉻鐵生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化

張國(guó)菊

（山西云時(shí)代太鋼信息自動(dòng)化技術(shù)有限公司， 山西 太原 030003）

鉻鐵合金是生產(chǎn)不銹鋼的主要原料，同時(shí)也是生產(chǎn)耐熱鋼、合金鋼、軸承鋼等特種鋼的原料及添加劑。鉻鐵項(xiàng)目可以讓能源利用率提高40%，鉻鐵項(xiàng)目一般包括鉻礦球團(tuán)焙燒生產(chǎn)線、鉻鐵冶煉生產(chǎn)線、爐渣金屬回收處理系統(tǒng)、煤氣回收發(fā)電系統(tǒng)等。由于現(xiàn)場(chǎng)工藝及設(shè)備運(yùn)行等原因，在鉻鐵生產(chǎn)關(guān)鍵自動(dòng)化系統(tǒng)中存在很多難點(diǎn)，造成很多鉻鐵廠生產(chǎn)效果不佳。為此，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行研究，以完善并優(yōu)化鉻鐵生產(chǎn)自動(dòng)化系統(tǒng)，使生產(chǎn)達(dá)到最佳，解決生產(chǎn)過(guò)程中燒結(jié)、礦熱爐等生產(chǎn)過(guò)程中的難題，成為鉻鐵廠穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。

1 實(shí)施前狀況

某鉻鐵生產(chǎn)廠包括一個(gè)造球燒結(jié)系統(tǒng)和配備有預(yù)熱窯的兩個(gè)冶煉爐。造球燒結(jié)生產(chǎn)線的燒結(jié)鉻鐵礦球團(tuán)產(chǎn)量為700 000 t/a。兩條冶煉廠的鉻總產(chǎn)量為300 000 t/a。由于關(guān)鍵自動(dòng)化控制系統(tǒng)功能缺失，系統(tǒng)運(yùn)行不當(dāng)，使生產(chǎn)效率不佳，嚴(yán)重制約鉻鐵廠生產(chǎn)。優(yōu)化主要解決在鉻鐵成產(chǎn)過(guò)程中燒結(jié)配料、預(yù)熱窯、礦熱爐等生產(chǎn)過(guò)程中的難題。

2 主要實(shí)施內(nèi)容

在燒結(jié)配料和造球控制過(guò)程中通過(guò)對(duì)混合攪拌器流量、料位、質(zhì)量閉環(huán)控制為造球提供均勻的混合料，通過(guò)控制噴淋嘴、轉(zhuǎn)速優(yōu)化來(lái)生產(chǎn)的相應(yīng)尺寸的球團(tuán)；在礦熱爐本體功率控制系統(tǒng)中，采用基于爐變二次電流和電極電流一體化評(píng)價(jià)，優(yōu)化自動(dòng)提擋功能實(shí)現(xiàn)三相爐變有功功率的穩(wěn)定、平衡控制，確保了大容量設(shè)備爐變的安全運(yùn)行，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的；在預(yù)熱窯的控制中，通過(guò)對(duì)爐料分配下料系統(tǒng)的優(yōu)化和對(duì)混合室溫度串級(jí)控制的穩(wěn)定、平衡控制的加強(qiáng)，確保了爐料溫度穩(wěn)定，進(jìn)一步降低電能及煤氣的消耗；采取基于熔池電阻，并輔以爐變功率、一次和二次電流、電極電流等生產(chǎn)工藝參數(shù)綜合評(píng)價(jià)的電極壓放優(yōu)化控制使電極滑動(dòng)更加精確；通過(guò)對(duì)工藝參數(shù)的優(yōu)化、點(diǎn)火控制的優(yōu)化、及相關(guān)連鎖的自動(dòng)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)爐壓控制的智能化。

2.1 配料和造球控制

燒結(jié)可以把貧礦變?yōu)槟軌驖M足高爐冶煉要求的人造富礦，從而使資源得到充分利用，配料和造球是將混合料各種成分混勻，保證燒結(jié)料物理化學(xué)性能均勻一致，使混合料水分合運(yùn)而均勻，從而獲得最好的粒度組成，改善燒結(jié)料層的透氣性，是提高燒結(jié)礦的產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵。

在整個(gè)球團(tuán)燒結(jié)控制過(guò)程中計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了開環(huán)監(jiān)視，閉環(huán)控制，在極短的時(shí)間內(nèi)將實(shí)際生產(chǎn)系統(tǒng)中大量確定的、不確定的和模糊信息進(jìn)行收集、處理，并根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的工況變化進(jìn)行控制，滿足了生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)性的要求，克服了經(jīng)典控制理論的局限性，使對(duì)于復(fù)雜工業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行高精度，高功能的控制成為現(xiàn)實(shí)。系統(tǒng)在具備切實(shí)有效的功能外，還應(yīng)具備很高的可靠性，檢測(cè)儀表的可靠性是系統(tǒng)可靠性的基本保證和關(guān)鍵所在，設(shè)備作業(yè)率對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定和生產(chǎn)的高效率有著舉足輕重的影響。系統(tǒng)提高設(shè)備作業(yè)率，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)管理，實(shí)現(xiàn)了整全過(guò)程的自動(dòng)控制、設(shè)備故障診斷和報(bào)警等功能。

2.2 預(yù)熱窯的控制

整個(gè)冶煉過(guò)程是預(yù)熱的加入料通過(guò)爐頂?shù)? 個(gè)加料管自由且連續(xù)地加入爐內(nèi)。加入料包括燒結(jié)球團(tuán)、焦炭、石英巖和塊礦。焦炭作為還原劑，石英巖作為助溶劑。電爐配有3 根自焙電極。電極用于給爐內(nèi)的加入料提供電能。電力用于冶煉和還原反應(yīng)，電力將使加入料熔化，熔渣溫度達(dá)到1 720 ℃，鉻鐵溫度達(dá)到1 580 ℃。熔渣和鉻鐵金屬下沉到爐子底部，熔化的料定期通過(guò)出鋼孔排出。

分配裝置分配爐料進(jìn)入預(yù)熱窯的9 個(gè)扇區(qū)。旋轉(zhuǎn)分配通過(guò)一個(gè)電子驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的，將爐料分配到9 個(gè)扇區(qū)。分配裝置只能是順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由變頻器控制，是用來(lái)改變旋轉(zhuǎn)速度的，扇區(qū)1、4、7 的體積要高于2、3、5、6、8、9 扇區(qū)的體積，扇區(qū)1、4、7 來(lái)的裝料管道于電弧爐電極之間，這會(huì)導(dǎo)致流過(guò)這些扇區(qū)的材料加熱速度較快?？梢酝ㄟ^(guò)自動(dòng)或是手動(dòng)填料，自動(dòng)模式下，根據(jù)扇區(qū)的料位選擇喂料的扇區(qū)；手動(dòng)模式下，操作人員可以手動(dòng)選擇喂料的扇區(qū)，扇區(qū)進(jìn)料，根據(jù)測(cè)量的扇區(qū)料位差計(jì)算喂料時(shí)間來(lái)停止進(jìn)料槽。操作人員估計(jì)所需要的給料時(shí)間，并按照爐窯給料倉(cāng)中的料位，爐窯扇區(qū)給料停止通過(guò)振動(dòng)給料機(jī)，如果操作人員沒(méi)有在之前手動(dòng)停止它們，振動(dòng)給料機(jī)在運(yùn)行20 min 后自動(dòng)停止。

2.3 礦熱爐的爐壓控制

礦熱爐的爐壓保持需要與大氣氣壓接近，以防止空氣泄漏到爐中或有毒CO 氣體外泄或火焰噴出爐外，使用CO 風(fēng)機(jī)扇控制壓力。2 個(gè)洗滌器形成1個(gè)向爐的抽吸力，使用風(fēng)機(jī)扇的速度自動(dòng)調(diào)節(jié)爐壓。壓力檢測(cè)由3 個(gè)壓力傳送器來(lái)完成，傳送器在爐內(nèi)氣體空間的上方。

爐子里未凈化煤氣煙囪堆積供給到控制閥門，控制爐壓，以防CO 風(fēng)機(jī)扇不作用或CO 線路不工作。未凈化煤氣煙囪堆積的閥門是水冷式擋板型。當(dāng)爐窯煤氣控制在CO 風(fēng)扇旁路線由CO 風(fēng)機(jī)和旁通控制時(shí)，CO 煤氣煙囪堆積燒嘴是連續(xù)不斷的啟動(dòng)的。CO 氣網(wǎng)的壓力是控制是允許CO 氣體到煙囪堆積點(diǎn)燃來(lái)控制燒。同樣地，當(dāng)壓力控制是在未凈化煤氣煙囪堆積控制檔時(shí)，未凈化煤氣煙囪的堆積燒嘴是連續(xù)不斷啟動(dòng)的的。

從未凈化煤氣煙囪到旁路煙囪控制，和從未凈化煤氣到CO 風(fēng)機(jī)扇控制的壓力控制之間的轉(zhuǎn)換，可以通過(guò)順序程序自動(dòng)切換，也可以從CO 風(fēng)機(jī)扇控制到旁路控制，再?gòu)腃O 風(fēng)機(jī)扇控制到未凈化煤氣煙囪堆積，自動(dòng)返回。根據(jù)最終設(shè)計(jì)，未凈化煤氣煙囪堆積可以連續(xù)充到在冶煉爐中用到，或是未凈化煤氣煙囪堆積本身必須在順序中手動(dòng)排到中間充入冶煉爐中。

2.4 其他控制系統(tǒng)

在本體功率控制系統(tǒng)中，部分重要生產(chǎn)控制參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)置同時(shí)優(yōu)化了自動(dòng)提檔功能，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了三相爐變有功功率的穩(wěn)定、平衡控制，確保了大容量設(shè)備爐變的安全運(yùn)行，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。水處理及冷卻水控制系統(tǒng)提供直接冷卻水。冷卻塔冷卻循環(huán)回來(lái)的熱水，熱水冷卻后進(jìn)入儲(chǔ)水池，再由供水泵將冷水送至現(xiàn)場(chǎng)。在各個(gè)系統(tǒng)的研究應(yīng)用中采用了成熟、可靠的PSC 系統(tǒng)控制模式且有利用內(nèi)部燒結(jié)、高爐等工藝的優(yōu)勢(shì)，全面優(yōu)化改進(jìn)，全面貫徹?zé)o故障、無(wú)維修優(yōu)化的理念，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行可靠。3 結(jié)論

鉻鐵生產(chǎn)工序自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化主要解決在鉻鐵成產(chǎn)過(guò)程中燒結(jié)配料、預(yù)熱窯、礦熱爐等生產(chǎn)過(guò)程中的難題，為鉻鐵生產(chǎn)保產(chǎn)、優(yōu)化和工藝改進(jìn)提供保證，消除了因控制故障造成的系統(tǒng)熱停時(shí)，確保了項(xiàng)目的順利實(shí)施。同時(shí)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)提高原料利用率，降低了對(duì)電能的消耗?？刂葡到y(tǒng)的優(yōu)化成功大大降低了對(duì)電能和焦炭的消耗，節(jié)省了開支，同時(shí)提高了鉻鐵生產(chǎn)的生產(chǎn)效率，并減少了故障停機(jī)，消除隱患，有效提高了能源利用率，減少了污染物的外排。

（編輯：苗運(yùn)平）