煉鐵高爐生產(chǎn)過程的自動化控制

陳超

摘? 要：我國高爐生產(chǎn)歷史較長，基礎工藝也比較成熟，本文介紹了煉鐵高爐自動化控制系統(tǒng)的基本設置及相應的自動控制系統(tǒng)，旨在為提高高爐生產(chǎn)過程的自動化、智能化水平提供借鑒，并對此作一探討。

關(guān)鍵詞：煉鐵高爐;自動化控制;原料系統(tǒng)

中圖分類號： TF325.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.07.066

傳統(tǒng)煉鐵高爐生產(chǎn)過程比較復雜，操作人員經(jīng)常由于不能有效地控制生產(chǎn)過程而影響產(chǎn)品質(zhì)量，為了解決這一問題，隨著當今科學技術(shù)的不斷發(fā)展，在煉鐵高爐中采用自動化控制技術(shù)，不僅能提高生產(chǎn)工藝的安全性，而且能提高高爐的生產(chǎn)效率，增加高爐的經(jīng)濟效益。

一、煉鐵高爐自動化系統(tǒng)的基本設置

目前煉鐵高爐自動化系統(tǒng)建設過程中，為了保證系統(tǒng)建成后能滿足生產(chǎn)的實際需要，還能最大限度地降低系統(tǒng)的建設成本，大多數(shù)高爐自動化系統(tǒng)往往根據(jù)年長生產(chǎn)的特點分布在不同的地區(qū)，并非集中在某一地點，而各設備主要依靠纜線完成系統(tǒng)間的連接。另外，在現(xiàn)階段，為了進一步降低煉鐵高爐生產(chǎn)過程中對人力的需求，煉鐵高爐自動化系統(tǒng)不僅包括相應的檢測設備儀器、電氣系統(tǒng)、電氣設備，還包括PLC裝置系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)等部分。

二、煉鐵高爐的自動化控制系統(tǒng)

煉鐵高爐全系統(tǒng)的輸入包括熱風和原料，熱風方面可作為參數(shù)有鼓風的流量，氣體的溫濕度，氧的含量，原料可作為輸入?yún)?shù)有爐料的氧化程度，碳鐵的比例，鐵的含鐵度等;物料輸入可作為參數(shù)有生鐵、爐渣、廢氣等，氣的輸入可作為參數(shù)有液相和氣相兩個主要部分，液相可作為物料的量指標，爐渣的量指標，生鐵和爐渣的化學成分，溫度等，氣相可作為物料的流量，溫度，化學成分等。通過將上述數(shù)據(jù)輸入計算機操作系統(tǒng)，得到科學、具體的數(shù)學模型，在實際生產(chǎn)過程中，相關(guān)人員可對生鐵的質(zhì)量進行評價，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)對煉鐵高爐的爐溫、爐況等進行調(diào)整，從而確保生鐵的質(zhì)量能滿足當前市場的需求。

1.自動工藝控制系統(tǒng)

在實際生產(chǎn)中，由于煉鐵高爐的工藝流程比較復雜，在實際操作中，極易受到各種因素的影響而造成成品質(zhì)量問題，為了進一步加強高爐生產(chǎn)流程的管理，借助計算機、傳感器等設備，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)進行實時采集、分析和監(jiān)控，并根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果來調(diào)整生產(chǎn)狀態(tài)，已成為提高高爐生產(chǎn)質(zhì)量的有效途徑。因為在實際生產(chǎn)過程中，高爐的各項參數(shù)可能會受到設備和設施等因素的影響而發(fā)生波動，從而影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，為了進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，現(xiàn)階段，在高爐煉鐵過程中，不僅可以減少各種可控因素的影響，而且可以實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，使高爐生產(chǎn)過程中的各項相關(guān)參數(shù)不定期地改變，從而使高爐的生產(chǎn)參數(shù)穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，從而達到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。目前煉鐵高爐自動化過程控制系統(tǒng)在運行過程中，一般采用開環(huán)調(diào)整和閉環(huán)調(diào)整兩種調(diào)節(jié)方式，以保證產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)。其中開環(huán)調(diào)節(jié)主要是由計算機提出相應的調(diào)節(jié)方案，由工作人員決定最終的調(diào)節(jié)方案;而閉環(huán)調(diào)節(jié)則是由計算機在不受工作人員影響的情況下進行調(diào)節(jié)，閉環(huán)調(diào)節(jié)相對于目前高爐生產(chǎn)工藝中開環(huán)調(diào)節(jié)應用較為廣泛。

2.自動原材料控制系統(tǒng)

在現(xiàn)階段，隨著長期的應用和發(fā)展，煉鐵高爐所采用的原料自動控制系統(tǒng)已日趨成熟，大多數(shù)高爐原料自動控制系統(tǒng)都能通過記錄料斗輸入和輸出料值的方式，準確地計算出爐料總量。特別是，物料自動控制系統(tǒng)的物料總量計算方法為：第一，根據(jù)生產(chǎn)需要及已確定的物料質(zhì)量，由計算機控制系統(tǒng)確定物料的卸料總量;第二，負載傳感器記錄稱量斗中物料的質(zhì)量，并將所記錄的數(shù)據(jù)傳送到磁力比較運算器中，將實際重量與既定量值進行比較，當實際重量達到95%時，將傳送"減速"的指令，然后再傳送"減速"的指令;第三，當物料的實際質(zhì)量與既定量值相等時，由計算機控制系統(tǒng)發(fā)出一個"滿"的信號，在傳送"滿"指令時，將物料的稱量值記錄下來，如果出現(xiàn)設備故障，或物料的稱量值在正常情況下不能停止時，計算機控制系統(tǒng)將啟動備用的"停"指令;最后，在卸料作業(yè)結(jié)束后，料斗閘門關(guān)閉，電腦控制系統(tǒng)將發(fā)出一個"停"指令。

3.傳動自動化控制系統(tǒng)

現(xiàn)階段，在煉鐵高爐系統(tǒng)生產(chǎn)的過程中，諸如探尺電機、卷揚機電機等各種高低壓傳動設備被廣泛應用于高爐的傳動系統(tǒng)當中，并且在其控制方式主要是借助交流或者直流調(diào)速控制，而交—直—交變頻調(diào)速控制是使用最為廣泛的一種控制方式。近年來，為進一步降低高爐傳動系統(tǒng)在正常工作過程中出現(xiàn)故障的概率，相關(guān)工作人員往往會通過在調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部設置冗余設置的方式，保證系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。舉例來說，某工作人員通過在高爐傳動自動化控制系統(tǒng)中的調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)部，添加與控制裝置相同的變頻器作為備用系統(tǒng)的方式，保證系統(tǒng)在主裝置出現(xiàn)故障無法正常運行時，通過主備切換的方式，借助備用系統(tǒng)避免傳動系統(tǒng)停工的情況出現(xiàn)。

4.熱風爐的自動控制系統(tǒng)

因為熱風爐的工作狀態(tài)直接關(guān)系到煉鐵高爐的產(chǎn)品質(zhì)量，所以熱風爐的自動控制系統(tǒng)在高爐中也占有極其重要的地位，近幾年來，人們經(jīng)常通過多設三個以上的熱風爐來保證高爐的正常運行。具體地說，現(xiàn)階段的熱風自動化系統(tǒng)根據(jù)自己的生產(chǎn)需要，主要有自動化、半自動化和人工控制這三種切換方式，其中自動化方式可幫助相關(guān)工作人員在熱風系統(tǒng)預熱過程中，結(jié)合具體的爐拱溫度和廢料排出的煙氣溫度等具體參數(shù)，實現(xiàn)對熱風系統(tǒng)預熱過程的有效控制，相對半自動和人工方式，自動化方式的控制效率最高。

5.自動生產(chǎn)控制系統(tǒng)

目前煉鐵高爐生產(chǎn)過程中，由于金屬熔煉過程比較復雜，原料質(zhì)量不夠穩(wěn)定，操作變化反應時間長，爐料固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)可能會發(fā)生相互作用，增加了生產(chǎn)自動化系統(tǒng)的設置難度，因此，通過對目前市場上廠家生產(chǎn)自動化系統(tǒng)的分析，可以看出，該系統(tǒng)還沒有像原料自動化系統(tǒng)和熱風自動化系統(tǒng)那樣成熟，其功能主要包括監(jiān)測爐體，收集和顯示操作數(shù)據(jù)，以及操作指令的閉環(huán)控制。

總而言之，在高爐煉鐵過程中的難點主要是生產(chǎn)控制過程較為復雜，并且生產(chǎn)變化相應所需的時間也比較長，為降低因這些問題對生產(chǎn)的影響，現(xiàn)階段，在煉鐵高爐生產(chǎn)過程中采用自動化控制技術(shù)，主要是借助計算機技術(shù)對高爐煉鐵的過程加以控制，從而達到提升生產(chǎn)管控效果，提升產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

參考文獻：

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