长钢8号高炉供料自控系统设计浅析
2005-02-06 00:00 来源： 我的钢铁 作者：mysteel
1、 概述
长钢炼铁厂8号高炉设计有效容积为1080m3，是该厂兴建的第一座1000m3级高炉。该高炉供料系统采用皮带上料。炉顶采用僧氏串罐中心卸料式无料钟炉顶，炉顶系统设置均压放散、一次均压、二次均压各一个；槽下采用焦槽和矿槽平行的双排矿槽布置形式。自动化控制系统采用德国西门子公司的STEP 7软件进行可编程逻辑控制器组态和编程，用WinCC画面制作，由长钢集团所属的电气公司设计完成。8号高炉于2004年9月19日投产，仅7天时间，高炉利用系数就达到2.0t/m3·d，指标开创了长钢高炉开炉的最好水平，同时在全国同级高炉开炉中也是极少见的。其供料系统实现了全自动化控制，满足了高炉的生产需求。为高炉顺利开炉达产，冶炼强化提供了基本条件。
2、 自控系统设计的主要问题
长钢原有5座高炉，其中仅3号高炉（有效容积为350m3）采用皮带上料，但该高炉布料方式仅实现单环布料，主皮带设计为带料间断性停皮带，相对上料时间较长，并且设备难于维护。而新建的8号高炉设计利用系数为2.4t/m3·d，强大的供料能力将是最必备条件，如何做到不停皮带，炉顶实现多环布料，满足高炉要料要求，最终实现高炉的高产是本次设计的首要难题。
按设计要求，供料系统每小时将为高炉供应烧结矿约153.3t，球团矿约27.1t，杂矿约2.16t，焦炭约43.2t，共计225.76t，上料采用矿、焦分装，也就是说，平均每小时至少需上料约7.5批，即15小批/h，平均每个小批料仅仅4min。这就要求从上料整个过程入手，尽量节约过程时间，为设备动作创造宽裕的时间空间。
自动化系统设计的最终目的是为了满足高炉生产需求，如何缩短槽下各料批间隔时间是提高料速的关键。
2.1 炉顶系统设计
长钢8号高炉炉顶系统采用了僧氏串罐中心卸料式无料钟炉顶，是继攀钢1号高炉以后，第2家在1000m3级以上高炉采用该项技术的高炉。其SS型无料钟布料器，总结了已经投产的几座SS-400型无料钟炉顶设备的经验和教训，同步性能和控制精度更加优越。
8号高炉炉顶系统设置均压放散、一次均压、二次均压各一个，均压放散和一次均压为液压传动，二次均压为电机传动。结合8号高炉实际，炉顶自控系统具体设计为：
①8号高炉一次均压采用净煤气均压，开炉后，一均即能满足工艺设计要求，因此，自控系统中并未联锁二次均压；
②考虑到探尺到米提尺和一均开动作互不影响，采取一均开和探尺提尺同时动作；
③为节约放散料罐压力时间，均压放散采用提前开（不考虑受料斗满信号）。
④为尽量减少炉顶各类事故的发生，高炉装炉时通过实地监测设备动作情况和料流，获得了第一手资料，自控系统通过在程序中设延时器，实现对炉顶各设备动作的监控。
⑤炉顶料罐的料位主要依靠γ料位仪监测，而在程序内部同时设置延时器，防止γ料位仪不准确时无法下料，同时也是正常状态下的一种监测手段。
⑥炉顶自控系统操作画面上同时设置了手动模拟临时操作面板，防止因为现场信号问题影响上料，为解决今后生产中一些实际问题赢得了时间。
炉顶设备的正常装料制度为C↓O↓，采用周期装料，其程序为自动控制，可实现随机插入一批料或立即更改料制。无聊钟炉顶通过对布料溜槽的旋转和倾动、料流调节阀的排放等的自动化控制，可实现炉喉料面上的多种布料方式，具体布料方式有多环布料、单环布料、定点布料和扇形布料4种。具体布料方式是按照工长指定的实际装了程序进行设定，然后自动将高炉料布在炉喉断面的不同部位，每次布料环数和每环上的布料圈数，可以通过程序进行设定，并根据上一周的布料对下一周期修正，以获得最佳效果。每个矿批或焦批可布8环，布料环数可自爱10O-45O倾角范围上任选。同时，为克服料头、料尾造成圆周方向的翩析，每次布料溜槽步进66O，溜槽的旋转方向可在操作画面上实现手动换向。
2.2 槽下上料系统设计
长钢8号高炉采用皮带上料，槽下采用焦槽和矿槽平行的双排矿槽布置形式，共设14个矿仓（碎焦、焦粉、返矿除外），设上给料机，采用分散筛分、分散称量工艺。自控系统实现计算机全自控控制、计算机单机手动或机旁脱机手动操作。同时，在电脑控制画面上实现可随机更改仓名，随机选仓和更改当前称值、给满点和空点；通过设置设定值提前量，使上给料机提前停，实现了振动筛的轻负荷停车；实现了槽下称量值的自动补偿功能等。
有别于长钢炼铁其他高炉全自动控制系统，8号高炉实现正常工作状态下不停皮带，槽下下料由炉顶联锁控制。具体来说，即将主皮带按原料运行时间划分为三段（也称堆栈），由主皮带头轮至尾轮分别为一段、二段、三段，料尾到达一段上罐来满点；料尾到达二段同时下密开或下罐空，槽下下料。槽下采用分称逐次排料，同一料种按序选仓，预选后一批或后一称料，同时各设备均设动作限时预警，对画面实现更有效地监测。
3、 存在的问题及改进方向
现在，8号高炉供料系统上料速度为8.5批/h，自动化控制设计基本满足了高炉生产要求，取得了预期的效果。但也存在不足之处，主要表现在以下两个方面：
一是槽下电子称经常出现称值闪烁，造成满、空点的出现，会直接影响入炉原料量，目前已引起高度重视并且逐步地进行修改；二是随着8号高炉喷煤量的不断增加，高炉冶强提高，产量逐步增加，如何进一步提高上料速度，将成为自控系统研究的目标。
4、 结束语
长钢8号高炉的顺利达产达标，供料系统自动化控制的成功运用，实现了长钢集团高炉自动化控制系统的自行设计和应用，为今后新建和扩建大型高炉积累了经验，达到了节约资金，提高企业经济效益的目的。
长钢炼铁厂8号高炉设计有效容积为1080m3，是该厂兴建的第一座1000m3级高炉。该高炉供料系统采用皮带上料。炉顶采用僧氏串罐中心卸料式无料钟炉顶，炉顶系统设置均压放散、一次均压、二次均压各一个；槽下采用焦槽和矿槽平行的双排矿槽布置形式。自动化控制系统采用德国西门子公司的STEP 7软件进行可编程逻辑控制器组态和编程，用WinCC画面制作，由长钢集团所属的电气公司设计完成。8号高炉于2004年9月19日投产，仅7天时间，高炉利用系数就达到2.0t/m3·d，指标开创了长钢高炉开炉的最好水平，同时在全国同级高炉开炉中也是极少见的。其供料系统实现了全自动化控制，满足了高炉的生产需求。为高炉顺利开炉达产，冶炼强化提供了基本条件。
2、 自控系统设计的主要问题
长钢原有5座高炉，其中仅3号高炉（有效容积为350m3）采用皮带上料，但该高炉布料方式仅实现单环布料，主皮带设计为带料间断性停皮带，相对上料时间较长，并且设备难于维护。而新建的8号高炉设计利用系数为2.4t/m3·d，强大的供料能力将是最必备条件，如何做到不停皮带，炉顶实现多环布料，满足高炉要料要求，最终实现高炉的高产是本次设计的首要难题。
按设计要求，供料系统每小时将为高炉供应烧结矿约153.3t，球团矿约27.1t，杂矿约2.16t，焦炭约43.2t，共计225.76t，上料采用矿、焦分装，也就是说，平均每小时至少需上料约7.5批，即15小批/h，平均每个小批料仅仅4min。这就要求从上料整个过程入手，尽量节约过程时间，为设备动作创造宽裕的时间空间。
自动化系统设计的最终目的是为了满足高炉生产需求，如何缩短槽下各料批间隔时间是提高料速的关键。
2.1 炉顶系统设计
长钢8号高炉炉顶系统采用了僧氏串罐中心卸料式无料钟炉顶，是继攀钢1号高炉以后，第2家在1000m3级以上高炉采用该项技术的高炉。其SS型无料钟布料器，总结了已经投产的几座SS-400型无料钟炉顶设备的经验和教训，同步性能和控制精度更加优越。
8号高炉炉顶系统设置均压放散、一次均压、二次均压各一个，均压放散和一次均压为液压传动，二次均压为电机传动。结合8号高炉实际，炉顶自控系统具体设计为：
①8号高炉一次均压采用净煤气均压，开炉后，一均即能满足工艺设计要求，因此，自控系统中并未联锁二次均压；
②考虑到探尺到米提尺和一均开动作互不影响，采取一均开和探尺提尺同时动作；
③为节约放散料罐压力时间，均压放散采用提前开（不考虑受料斗满信号）。
④为尽量减少炉顶各类事故的发生，高炉装炉时通过实地监测设备动作情况和料流，获得了第一手资料，自控系统通过在程序中设延时器，实现对炉顶各设备动作的监控。
⑤炉顶料罐的料位主要依靠γ料位仪监测，而在程序内部同时设置延时器，防止γ料位仪不准确时无法下料，同时也是正常状态下的一种监测手段。
⑥炉顶自控系统操作画面上同时设置了手动模拟临时操作面板，防止因为现场信号问题影响上料，为解决今后生产中一些实际问题赢得了时间。
炉顶设备的正常装料制度为C↓O↓，采用周期装料，其程序为自动控制，可实现随机插入一批料或立即更改料制。无聊钟炉顶通过对布料溜槽的旋转和倾动、料流调节阀的排放等的自动化控制，可实现炉喉料面上的多种布料方式，具体布料方式有多环布料、单环布料、定点布料和扇形布料4种。具体布料方式是按照工长指定的实际装了程序进行设定，然后自动将高炉料布在炉喉断面的不同部位，每次布料环数和每环上的布料圈数，可以通过程序进行设定，并根据上一周的布料对下一周期修正，以获得最佳效果。每个矿批或焦批可布8环，布料环数可自爱10O-45O倾角范围上任选。同时，为克服料头、料尾造成圆周方向的翩析，每次布料溜槽步进66O，溜槽的旋转方向可在操作画面上实现手动换向。
2.2 槽下上料系统设计
长钢8号高炉采用皮带上料，槽下采用焦槽和矿槽平行的双排矿槽布置形式，共设14个矿仓（碎焦、焦粉、返矿除外），设上给料机，采用分散筛分、分散称量工艺。自控系统实现计算机全自控控制、计算机单机手动或机旁脱机手动操作。同时，在电脑控制画面上实现可随机更改仓名，随机选仓和更改当前称值、给满点和空点；通过设置设定值提前量，使上给料机提前停，实现了振动筛的轻负荷停车；实现了槽下称量值的自动补偿功能等。
有别于长钢炼铁其他高炉全自动控制系统，8号高炉实现正常工作状态下不停皮带，槽下下料由炉顶联锁控制。具体来说，即将主皮带按原料运行时间划分为三段（也称堆栈），由主皮带头轮至尾轮分别为一段、二段、三段，料尾到达一段上罐来满点；料尾到达二段同时下密开或下罐空，槽下下料。槽下采用分称逐次排料，同一料种按序选仓，预选后一批或后一称料，同时各设备均设动作限时预警，对画面实现更有效地监测。
3、 存在的问题及改进方向
现在，8号高炉供料系统上料速度为8.5批/h，自动化控制设计基本满足了高炉生产要求，取得了预期的效果。但也存在不足之处，主要表现在以下两个方面：
一是槽下电子称经常出现称值闪烁，造成满、空点的出现，会直接影响入炉原料量，目前已引起高度重视并且逐步地进行修改；二是随着8号高炉喷煤量的不断增加，高炉冶强提高，产量逐步增加，如何进一步提高上料速度，将成为自控系统研究的目标。
4、 结束语
长钢8号高炉的顺利达产达标，供料系统自动化控制的成功运用，实现了长钢集团高炉自动化控制系统的自行设计和应用，为今后新建和扩建大型高炉积累了经验，达到了节约资金，提高企业经济效益的目的。
