王杰锟
（河钢集团承钢公司自动化中心，河北 承德 097001）
摘 要：为降低炼铁高炉的焦比，提高高炉生产效 率，详细分析了炼铁高炉喷吹系统的自动控制过程。以PLC自动控制技术为基础，详细分析喷吹系统的自动控制系统组成，重点分析了喷吹系统中的放散、装料、冲压以及喷吹四大自动控制过程，为后续的炼铁高炉喷吹系统改造打下较为坚实的基础。所分析的喷吹系统自动控制过程，能达到节能降耗的目的，同时提高炼铁高炉的产能。
关键词：喷吹系统；放散过程；装料过程；冲压；自动控制
0 引言
为响应国家节能减排的号召，各大钢铁企业积极探索节能降耗的方 法，提高高炉喷煤的生产工艺以及自动化控制水平，成为降低炼铁焦比、增加产能、提高高炉生产效率最有效的途径。高炉喷煤是将价格低廉的煤粉通过喷吹系统喷吹至高炉炉内，改善高炉炉内的工作转台和反应情况，使炉内铁的氧化反应可以稳定进行，同时炼铁的生产成本大幅度降低，提高了钢铁企业的竞争力［1-2］。国外的炼铁高炉喷煤技术的发展早于国内，尤其是以欧洲的 Kuttner 公司、日本的住友钢铁钢丝、卢森堡的 PaulWurth钢铁公司各有自己独特的喷煤流程。喷煤工艺流程的核心评价指标是月平均高炉喷煤比。如早在1995年，日本加古川1号高炉容积为4550m3，喷煤比就达到了205kg／t，并维持13个月之久。如在1996年意大利塔兰托 4 号高炉，容积为 3377m3，喷煤比就达到204kg／t，并维持了10个月。目前，世界上较先进的喷煤水平为185～220kg／t，喷煤率为41％～46％［3-4］。
1 自动控制系统的组成
炼铁高炉的喷吹系统采用倍福CX5130 为 主 控 制器，该控制器的处理器采用InterlAtomTM E3845 四核 芯片，主频为1.91GHz；主内 存 为4GB DDR3 RAM，辅内存为 CFast卡插槽；扩展有两个 TCP／IP口，4个 USB2.0口，2 个 CAN／CANopen通信 口。 扩展模块主要选用EL10188通道数字量输入扩展模块、EL20088通道数字量输出扩展模块以及 EL3154 模拟量输入扩展模块，EL3154为4通道的输入信号为4～20mA 电流信号的模拟量扩展模块。还包括 EL4028为8通道的模拟量输出扩展模块，输出信号为4～20mA的电流信号。表1为炼铁高炉喷吹系统部分信号配置。
2 自动控制过程分析
炼铁高炉的喷吹系统由煤粉仓、3个喷吹罐组成。将罐内压力降至大气压后，煤粉仓中的煤粉通过控制对应的球阀依 次 加 入3个喷吹罐中。当需要向高炉内喷吹时，通过加压阀门、流化阀门等控制，同时向罐内加入压缩氮气，将煤粉喷吹至高炉内，参与高炉内的炼铁还原反应［5］。炼铁高炉的喷吹系统主要由４个过程组成，依次为放散过程、装料过程、冲压过程以及喷吹过程。
2.1 放散过程
向喷吹罐加入煤粉时，由于罐内的压力远远高于罐外的压力，由大气压原理可知，此时无法向罐内加入煤粉，因此，喷吹系统中的放散过程是必不可少的。在进行放散过程时，按照图1所示的控制流程自动执行，即首先关闭炼铁高炉其他系统的所有阀门，然后依次打开大放散阀门和小放散阀门。利用安装的压力传感器实时检测放散罐压，如果该压力值小于 等于压力传感器量程的15％，则关闭大放散阀门，保持小放散阀门继续打开，用以保持喷吹罐的罐压与煤粉仓、中间仓的压力相同，使得煤粉顺利喷吹至罐内。如果压力值大于压力传感器量程的15％，则 继续保持大放散阀门打开，持续进行放散过程。
2.2 装料过程
待放散过程结束后，执行喷吹系统中的装料过程，即向喷吹罐中装入煤粉，控制过程如 图2所示。首先需 要打开煤粉仓的下球阀，以及该下球阀上部的上球阀，使得煤粉自由落下。此时，必须保持小放散阀门打开，用以保持喷吹罐、煤粉仓以及中间仓的压力值一致。此时，需要实时检测煤粉值是否达到目标设定值，如果没有达到，则继续装料。如果此时喷吹的煤粉值达到目标设定值，则自动控制关闭放散阀，间隔20s后关闭上球阀，再间隔20s后关闭下球阀。上球阀和下球阀全部关闭后，将 小放散阀门也关闭，此时喷吹系统的装料过程完成。
2.3 冲压过程
图3为炼铁高炉喷吹系统中的冲压过程控制流程，该过程是为保证喷吹罐内有足够大的压力向高炉内喷吹煤粉，即保证喷吹罐内的压力值远大于炉内压力。首先打开冲压阀，大冲压阀；然后打开冲压调节阀，对冲压压力目标值进行设定，并通过 PID控制进行压力调节；接着打开补压阀，即小冲压阀。利用安装在喷吹罐内的压力传感器实时检测压力值，当罐内压力值达到目标值后，关闭大冲压阀，保持小冲压阀处于开位，以保持罐内压力稳定。如果冲压压力没有达到目标值，则持续进行冲压过程，直至冲压压力达到目标值。
2.4 喷吹过程
图4为喷吹系统的喷吹过程控制流程，该过程是向高炉内喷吹煤粉。首先将喷吹阀打开，并打开罐底的流化阀、流化调节阀，同时保持小冲压阀处于开位。流化阀的作用是将煤粉进行流化，防止煤粉在罐底进行板结。此时，实时检测喷吹罐罐重是否小于设定值，如果小于设定值，则表明喷吹的煤粉达到目标要求，停止喷吹，同时关闭流化调节阀、罐底流化阀，最后关闭喷吹系统。如果检测到喷吹的煤粉没有达到目标值，则继续向高炉内喷吹煤 粉，同时保持放散系统、装料系统的阀门处于关闭状态。
2.5 其他
在炼铁高炉的喷吹系统中，还包括过程量调节，如罐底流化气量、氮气总管压力、喷吹压力调节等。在上述调节过程中，既可以通过手动人工干预方式完成，也可以通过自动模型调节 完 成。当喷吹系统出现故障时，还需要有语音报警系统辅助设备完成故障的语音报警和提示。
3 结语
炼铁高炉的喷吹系统是将煤粉喷入高炉内，煤粉需要经过喷煤车间、输煤管道、分煤器、喷煤围管、喷枪进入高炉。将煤粉代替焦炭，降低生产成本的同时，提高了炼铁高炉的效率。另外，煤粉还可利用鼓风机鼓风加快铁的还原反应，是一种经济且资源丰富的燃料。喷吹系 统的自动控制过程有利于炼铁高炉智能化过程的推进，有很大的推广价值。
参考文献
［1］于勇，王立，李京社，等．国内外高炉喷煤技术现状及发展趋势［J］．河南冶金2008，16（5）：1－3．
［2］周德谋．首钢高炉喷煤自动控制系统的设计与实现［D］．沈阳：东北大学，2009．
［3］盛亚利．红钢高炉喷煤自动控制系统的设计与实现［D］．昆明理工大学，2008．
［4］肖志敏，赵 燕．PLC在高炉喷煤制粉中的应用［C］／／中国计量协会冶金分会 2011 年会论文集，2011：12－16．
［5］温大威．世界高炉喷煤技术现状及发展［N］．中国冶金报，2006－02－28（012）．