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煉鐵高爐噴吹系統自動控制過程分析

放大字體  縮小字體 發布日期:2019-10-14  作者:王杰錕  瀏覽次數:658
 
核心提示:摘 要:為降低煉鐵高爐的焦比,提高高爐生產效 率,詳細分析了煉鐵高爐噴吹系統的自動控制過程。以PLC自動控制技術為基礎,詳細分析噴吹系統的自動控制系統組成,重點分析了噴吹系統中的放散、裝料、沖壓以及噴吹四大自動控制過程,為后續的煉鐵高爐噴吹系統改造打下較為堅實的基礎。所分析的噴吹系統自動控制過程,能達到節能降耗的目的,同時提高煉鐵高爐的產能。 關鍵詞:噴吹系統;放散過程;裝料過程;沖壓;自動控制

王杰錕

(河鋼集團承鋼公司自動化中心,河北 承德 097001)

摘 要為降低煉鐵高爐的焦比,提高高爐生產效 率,詳細分析了煉鐵高爐噴吹系統的自動控制過程。以PLC自動控制技術為基礎,詳細分析噴吹系統的自動控制系統組成,重點分析了噴吹系統中的放散、裝料、沖壓以及噴吹四大自動控制過程,為后續的煉鐵高爐噴吹系統改造打下較為堅實的基礎。所分析的噴吹系統自動控制過程,能達到節能降耗的目的,同時提高煉鐵高爐的產能。

關鍵詞噴吹系統;放散過程;裝料過程;沖壓;自動控制

0  引言

為響應國家節能減排的號召,各大鋼鐵企業積極探索節能降耗的方 法,提高高爐噴煤的生產工藝以及自動化控制水平,成為降低煉鐵焦比、增加產能、提高高爐生產效率最有效的途徑。高爐噴煤是將價格低廉的煤粉通過噴吹系統噴吹至高爐爐內,改善高爐爐內的工作轉臺和反應情況,使爐內鐵的氧化反應可以穩定進行,同時煉鐵的生產成本大幅度降低,提高了鋼鐵企業的競爭力1-2。國外的煉鐵高爐噴煤技術的發展早于國內,尤其是以歐洲的 Kuttner 公司、日本的住友鋼鐵鋼絲、盧森堡的 PaulWurth鋼鐵公司各有自己獨特的噴煤流程。噴煤工藝流程的核心評價指標是月平均高爐噴煤比。如早在1995年,日本加古川1號高爐容積為4550m3,噴煤比就達到了205kg/t,并維持13個月之久。如在1996年意大利塔蘭托 4 號高爐,容積為 3377m3,噴煤比就達到204kg/t,并維持了10個月。目前,世界上較先進的噴煤水平為185~220kg/t,噴煤率為41%~46%3-4

1  自動控制系統的組成

煉鐵高爐的噴吹系統采用倍福CX5130 為 主 控 制器,該控制器的處理器采用InterlAtomTM E3845 四核 芯片,主頻為1.91GHz;主內 存 為4GB  DDR3  RAM,輔內存為 CFast卡插槽;擴展有兩個 TCP/IP口,4個 USB2.0口,2 個 CAN/CANopen通信 口。 擴展模塊主要選用EL10188通道數字量輸入擴展模塊、EL20088通道數字量輸出擴展模塊以及 EL3154 模擬量輸入擴展模塊,EL3154為4通道的輸入信號為4~20mA 電流信號的模擬量擴展模塊。還包括 EL4028為8通道的模擬量輸出擴展模塊,輸出信號為4~20mA的電流信號。表1為煉鐵高爐噴吹系統部分信號配置。

圖片1 

2  自動控制過程分析

煉鐵高爐的噴吹系統由煤粉倉、3個噴吹罐組成。將罐內壓力降至大氣壓后,煤粉倉中的煤粉通過控制對應的球閥依 次 加 入3個噴吹罐中。當需要向高爐內噴吹時,通過加壓閥門、流化閥門等控制,同時向罐內加入壓縮氮氣,將煤粉噴吹至高爐內,參與高爐內的煉鐵還原反應5。煉鐵高爐的噴吹系統主要由4個過程組成,依次為放散過程、裝料過程、沖壓過程以及噴吹過程。

2.1  放散過程

向噴吹罐加入煤粉時,由于罐內的壓力遠遠高于罐外的壓力,由大氣壓原理可知,此時無法向罐內加入煤粉,因此,噴吹系統中的放散過程是必不可少的。在進行放散過程時,按照圖1所示的控制流程自動執行,即首先關閉煉鐵高爐其他系統的所有閥門,然后依次打開大放散閥門和小放散閥門。利用安裝的壓力傳感器實時檢測放散罐壓,如果該壓力值小于 等于壓力傳感器量程的15%,則關閉大放散閥門,保持小放散閥門繼續打開,用以保持噴吹罐的罐壓與煤粉倉、中間倉的壓力相同,使得煤粉順利噴吹至罐內。如果壓力值大于壓力傳感器量程的15%,則 繼續保持大放散閥門打開,持續進行放散過程。

 

圖片2 

2.2   裝料過程

待放散過程結束后,執行噴吹系統中的裝料過程,即向噴吹罐中裝入煤粉,控制過程如 圖2所示。首先需 要打開煤粉倉的下球閥,以及該下球閥上部的上球閥,使得煤粉自由落下。此時,必須保持小放散閥門打開,用以保持噴吹罐、煤粉倉以及中間倉的壓力值一致。此時,需要實時檢測煤粉值是否達到目標設定值,如果沒有達到,則繼續裝料。如果此時噴吹的煤粉值達到目標設定值,則自動控制關閉放散閥,間隔20s后關閉上球閥,再間隔20s后關閉下球閥。上球閥和下球閥全部關閉后,將 小放散閥門也關閉,此時噴吹系統的裝料過程完成。

圖片3 

2.3   沖壓過程

圖3為煉鐵高爐噴吹系統中的沖壓過程控制流程,該過程是為保證噴吹罐內有足夠大的壓力向高爐內噴吹煤粉,即保證噴吹罐內的壓力值遠大于爐內壓力。首先打開沖壓閥,大沖壓閥;然后打開沖壓調節閥,對沖壓壓力目標值進行設定,并通過 PID控制進行壓力調節;接著打開補壓閥,即小沖壓閥。利用安裝在噴吹罐內的壓力傳感器實時檢測壓力值,當罐內壓力值達到目標值后,關閉大沖壓閥,保持小沖壓閥處于開位,以保持罐內壓力穩定。如果沖壓壓力沒有達到目標值,則持續進行沖壓過程,直至沖壓壓力達到目標值。

圖片4 

2.4   噴吹過程

圖4為噴吹系統的噴吹過程控制流程,該過程是向高爐內噴吹煤粉。首先將噴吹閥打開,并打開罐底的流化閥、流化調節閥,同時保持小沖壓閥處于開位。流化閥的作用是將煤粉進行流化,防止煤粉在罐底進行板結。此時,實時檢測噴吹罐罐重是否小于設定值,如果小于設定值,則表明噴吹的煤粉達到目標要求,停止噴吹,同時關閉流化調節閥、罐底流化閥,最后關閉噴吹系統。如果檢測到噴吹的煤粉沒有達到目標值,則繼續向高爐內噴吹煤 粉,同時保持放散系統、裝料系統的閥門處于關閉狀態。

圖片5 

2.5   其他

在煉鐵高爐的噴吹系統中,還包括過程量調節,如罐底流化氣量、氮氣總管壓力、噴吹壓力調節等。在上述調節過程中,既可以通過手動人工干預方式完成,也可以通過自動模型調節 完 成。當噴吹系統出現故障時,還需要有語音報警系統輔助設備完成故障的語音報警和提示。

3  結語

煉鐵高爐的噴吹系統是將煤粉噴入高爐內,煤粉需要經過噴煤車間、輸煤管道、分煤器、噴煤圍管、噴槍進入高爐。將煤粉代替焦炭,降低生產成本的同時,提高了煉鐵高爐的效率。另外,煤粉還可利用鼓風機鼓風加快鐵的還原反應,是一種經濟且資源豐富的燃料。噴吹系 統的自動控制過程有利于煉鐵高爐智能化過程的推進,有很大的推廣價值。

參考文獻

[1]于勇,王立,李京社,等.國內外高爐噴煤技術現狀及發展趨勢[J].河南冶金2008,16(5):1-3.

[2]周德謀.首鋼高爐噴煤自動控制系統的設計與實現[D].沈陽:東北大學,2009.

[3]盛亞利.紅鋼高爐噴煤自動控制系統的設計與實現[D].昆明理工大學,2008.

[4]肖志敏,趙 燕.PLC在高爐噴煤制粉中的應用[C]//中國計量協會冶金分會 2011 年會論文集,2011:12-16.

[5]溫大威.世界高爐噴煤技術現狀及發展[N].中國冶金報,2006-02-28(012).

 
 
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