爐頂自動(dòng)打水系統(tǒng)在長鋼九號高爐空料線停爐應(yīng)用實(shí)踐

張建國， 陳紅俊， 宣中忠， 王保國， 黃 佩

（首鋼長治鋼鐵有限公司煉鐵廠， 山西 長治 046031）

首鋼長治鋼鐵有限公司（全文簡稱長鋼）九號高爐2019年2月25日計(jì)劃停爐大修，本次空料線停爐采用爐頂自動(dòng)打水系統(tǒng)。2月25日16:25 開始打水空料線，2月26日7:25 分高爐休風(fēng)，用時(shí)15 h。九號高爐本次大修空料線成功的把料線空到風(fēng)口中心線以下，全程頂溫控制在310～370 ℃之間，十分理想，實(shí)現(xiàn)了安全、高效、無爆震安全停爐目標(biāo)。

1 高爐打水空料線工藝存在的問題

長鋼高爐停爐打水空料線，筆者已經(jīng)歷10 多次，過去打水空料線工藝是利用爐頂安裝的打水裝置結(jié)合爐喉人孔臨時(shí)安裝的4 支自制打水槍進(jìn)行打水控制頂溫，打水工藝系統(tǒng)存在問題：

1）噴出的水霧化效果不好。

2）靠人工憑經(jīng)驗(yàn)結(jié)合爐頂溫度進(jìn)行控制，打水量和打水時(shí)機(jī)的控制不好掌握。高爐爐頂打水量過多，易造成水霧化不好，易產(chǎn)生爐料積水，渣皮脫落；打水量過少，爐頂溫度過高，易造成爐頂設(shè)備燒壞，燒壞布袋，威脅高爐整體安全。

2 爐頂自動(dòng)打水系統(tǒng)組成

高爐爐頂打水自動(dòng)控制系統(tǒng)的目的在高爐停風(fēng)降料面過程中，對爐頂打水量進(jìn)行精確控制，并根據(jù)高爐降料面的過程，在線實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)量、料線深度、熱量變化、爐頂溫度等參數(shù)的變化。通過頂溫和料線控制自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對于爐頂打水量的控制，從而為高爐快速、安全、高效的降料面提供準(zhǔn)確、及時(shí)、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐，為實(shí)現(xiàn)高爐的長壽高效生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

自動(dòng)打水系統(tǒng)根據(jù)高爐操作參數(shù)的跟蹤和分析，以及對于打水量等參數(shù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)控制包含以下模塊：

2.1 爐頂打水自動(dòng)控制模塊

爐頂打水自動(dòng)控制的目標(biāo)有兩個(gè)：爐頂溫度在控制范圍內(nèi)；減小爆震強(qiáng)度和爆震次數(shù)。通過爐頂溫度、風(fēng)量和風(fēng)溫等參數(shù)的變化，在一定范圍之內(nèi)對打水量進(jìn)行控制。本次九號高爐爐頂溫度控制標(biāo)準(zhǔn)：300～350 ℃。

2.2 爐頂打水量自動(dòng)跟蹤模塊

按照采集頻率，實(shí)時(shí)顯示爐頂溫度均值和打水量均值的變化曲線。其中爐頂溫度為爐頂四個(gè)方向的頂溫平均；打水量均值指的是4 根打水管的實(shí)際水流量變化趨勢。

2.3 高爐風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)溫、爐頂壓力設(shè)計(jì)及評價(jià)模塊

按照料線，將高爐風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)溫和爐頂壓力值按照歷史降料面的參數(shù)變化做成對比圖，并同本次降料面過程進(jìn)行對比，進(jìn)行比較評價(jià)。

2.4 在線料面跟蹤模塊

采集高爐機(jī)械探尺、雷達(dá)探尺數(shù)據(jù)，并根據(jù)料線的深度、變化情況，自動(dòng)判斷是否失效，并對料線變化速度等進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算，從而為高爐送風(fēng)風(fēng)量、風(fēng)溫、打水量等參數(shù)的控制提供技術(shù)參考。

2.5 熱量收支平衡模塊

總的風(fēng)量的變化影響高爐物理熱的吸收，同時(shí)由于焦炭的燃燒放熱，造成整個(gè)降料面過程中熱量的變化，從而影響打水量的變化，開發(fā)高爐降料面期間高爐熱量收支平衡模型，以實(shí)現(xiàn)對于高爐爐內(nèi)熱量平衡的精確計(jì)算和趨勢分析，從而有效控制打水量，實(shí)現(xiàn)高爐平穩(wěn)的降料面。

3 本次九號高爐空料線停爐情況統(tǒng)計(jì)（見表2）

表2 九高爐空料線停爐情況統(tǒng)計(jì)

4 自動(dòng)打水的布置圖

長鋼的1080 m3高爐按照方位有六個(gè)打水槍，四個(gè)測溫點(diǎn),當(dāng)其中的某個(gè)測溫點(diǎn)溫度升高，測溫點(diǎn)相鄰的兩個(gè)打水裝置就會按照圖1 預(yù)設(shè)的角度打開相應(yīng)角度來降溫。比如A 點(diǎn)東北部溫度升高到300～350 ℃之間，2號和3號槍會同時(shí)打開，槍的出水閥門開度為45 ℃，溫度在350～400 ℃之間會閥門開到65°，當(dāng)回到300 ℃以下閥門會根據(jù)圖2 的設(shè)定全關(guān)。

圖1 爐頂打水裝置布局圖

4.1 自動(dòng)打水中的閥門開度的控制

該系統(tǒng)自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)爐氣溫度高于設(shè)定值時(shí)，設(shè)定值如下圖，上一排是爐頂溫度的范圍，下一排是閥門開度，當(dāng)某個(gè)方位的溫度達(dá)到上排顯示范圍后，閥門的開度按預(yù)設(shè)開度開啟，達(dá)到自動(dòng)控制頂溫的目的。

圖2 溫度和閥門開度對照圖

4.2 打水裝置數(shù)據(jù)采集和高爐的通訊

霧化打水系統(tǒng)讀取原高爐數(shù)據(jù)，原高爐四個(gè)上升管溫度是控制高爐自動(dòng)打水的主要依據(jù)，和高爐通訊主要是讀取該數(shù)，原系統(tǒng)采用組態(tài)王組態(tài)軟件，通過Kepserver OPC 通訊方式，把高爐數(shù)據(jù)采集到畫面，然后用腳本方式傳到本地PLC，但使用過程中常出現(xiàn)組態(tài)不明原因的不能和高爐通訊，導(dǎo)致控制系統(tǒng)因溫度異常，不能自動(dòng)打水，高爐打水一般是設(shè)備故障導(dǎo)致不能下料或生產(chǎn)不順爐頂溫度高，急需打水，這時(shí)如果不能打水會影響生產(chǎn)。后來采用PLC同PLC 通訊方式解決了這個(gè)問題，項(xiàng)目采用西門子的單邊通訊，這樣使用的好處可以不修改主CPU 的程序，在本CPU 的Netpro 視圖中配置與主CPU 的鏈接，連接類型選S7 connection,使用FB14 GET 指令,FB15 PUT 指令來完成和主PLC 的通訊。這樣即使打水畫面關(guān)閉也能正常打水。

5 結(jié)語

長鋼的自動(dòng)打水裝置安裝好后就出色的完成了高爐的降料面工作，正常生產(chǎn)中現(xiàn)兩高爐采取自動(dòng)控制打水控制爐頂頂溫，起到了良好的效果。