天鋼高爐爐頂控制系統的運行分析

李志鐵

（天津鋼鐵集團有限公司，天津 300301）

天津鋼鐵有限公司3 200m3高爐于2005年5月投產，該高爐引進了大量國際上最先進的設備。以下著重介紹其中代表國際先進水平的爐頂系統。

一、高爐上料及爐頂裝料系統設備

1.工藝系統概述

高爐上料及爐頂裝料系統設備包括：爐頂裝料設備、均排壓系統、探料尺設備、爐頂液壓潤滑系統、齒輪箱水冷系統、N2密封系統、爐頂打水、軟水密閉循環水系統。

2.爐頂裝料系統

高爐爐頂裝料設備可分為鐘式裝料設備和無料鐘裝料設備兩大類。無料鐘爐頂裝料設備具有多種非常靈活的布料手段，可將爐料直接布到料面的任何位置，可控制爐料的滾動效應，從而實現高爐最佳的布料效果，以達到控制煤氣流分布的目的，尤其在高爐噴吹煤粉的情況下，其效果更加明顯。其次，無料鐘爐頂裝料設備密封性能好、設備簡單、維護方便。近十幾年來，無料鐘裝料設備也在不斷改進和發展，其技術更趨完善。因此，目前無料鐘爐頂裝料設備已在國內外大、小高爐上廣泛采用。表1為無料鐘爐頂裝料設備的主要技術參數。

天鋼3 200m3高爐的爐頂裝料采用了盧森堡某公司最新開發的靜態無料鐘爐頂加料設備。其中，關鍵設備（傳動齒輪箱、下閥箱）原裝引進，其余部分由國內廠家配套。

3.爐頂輔助設施

（1） 均壓系統

使用半凈高爐煤氣均壓，含塵量0.5～1.0g/m3（料罐進口）；緊急均壓使用氮氣；爐頂氣體放散系統：降至大氣壓；爐頂氣體粉塵：采用旋風除塵回收。

（2） 冷卻系統

氣密箱閉路冷卻水路；輔助氮氣系統用來防止過量的粉塵進入氣密箱；用來冷卻下閥箱的氮氣系統。

（3） 液壓系統

無料鐘爐頂和均排壓系統所有閥的液壓驅動，工作壓力為18～20MPa；獨立的閥臺和蓄能器站，用于爐頂和高爐放散閥；設備適于采用礦物油。

（4） 集中干油潤滑

無料鐘爐頂雙線集中干油潤滑系統，帶有兩個回路，回路1每45min潤滑一次，用于氣密箱；回路2每8h驅動一次，用于無料鐘爐頂，均壓系統和探尺的所有其他干油潤滑點。

（5） 蒸汽加熱

用于上下密封閥座的蒸汽加熱系統，可避免冷凝和粉塵沉積。

4.高爐上料系統

高爐采用膠帶運輸機上料，上料主膠帶機運輸能力：燒結礦3 500t／h；焦炭880t/h。

5.傳動系統

上料主皮帶機為四臺10kV、315kW交流電動機驅動。焦炭、礦石稱量漏斗為380V交流電動機驅動。爐頂布料溜槽傾動（α） 裝置、溜槽旋轉（β）裝置采用交流380V變頻電動機驅動；溜槽旋轉（β） 裝置可選用高、低速控制方式，也可選用直接速度給定方式。探尺有三套，采用交流380V變頻電動機驅動。爐頂閥門共有33套，除料流調節閥（γ）為直流24V電磁閥外，其余閥門為交流220V電磁閥。爐頂打水系統共有交流380V電動機13套。軟水密閉循環冷卻系統共有交流380V電動機一套，交流220V電磁閥兩套。

二、高爐上料及爐頂裝料自動化控制系統

在整個高爐L1級基礎自動化控制系統中，高爐上料及爐頂裝料控制系統主要完成高爐上料、爐頂裝料、爐頂打水系統等工藝設備的控制，所有設備的集中監視與操作均通過HMI上的CRT畫面進行。其他系統與本系統有關的聯鎖信號通過高速通信網絡相互聯系和交換。本系統構成簡圖如圖1所示。

圖1 高爐上料及爐頂裝料控制系統構成

1.爐頂裝料制度

礦槽、焦槽每次工作均為裝入爐頂無料鐘一個料罐的料，即一個罐的料為一個礦批或一個焦批。正常焦批為22t，礦批為116.2t。最大焦批為24t，最大礦批為127.3t。

料批循環定為12個料罐數，可隨意放置礦石罐或焦碳罐，并可隨時加空焦。往爐內每裝入一罐料后均需放下探尺，再裝料前提起探尺。

料批應有每天、每班和每小時的記錄，其中包括批重、變更時間、批數等。

2.爐頂裝料功能的實現

（1） 往受料罐裝料

當每批料的料頭通過檢查點C（第三個檢查點）時，必須滿足以下三個條件才能繼續往受料罐裝料：受料罐已放空料；上料閘處于關閉狀態；上密封閥處于關閉狀態。

當三個條件有任何一個不滿足時，必須停止主皮帶機運轉，同時發出聲光報警信號。

（2）由受料罐往稱量罐倒料

由受料罐往稱量罐倒料必須滿足以下條件：料尾通過檢查點C，延時8～10s，并且受料罐發出料滿信號；稱量料罐料已放空，即稱量罐電子稱發出料空信號；料流調節閥全開后延時3s關閉；下密封閥處于關閉狀態；放散閥已打開。

滿足上述條件后即可開上密封閥，接著開上料閘向稱量料罐放料，當稱量料罐發出料滿信號（或受料罐發出料空信號）后延時3～5s，然后關閉上料閘、上密封閥和放散閥。

（3）由稱量料罐往爐內布料

由稱量料罐往爐內布料的條件如下。①上料閘、上密封閥、放散閥處于關閉狀態。②均壓閥、粉塵回收閥打開后，延時，待料罐壓力達到設定值（△P≤0.015MPa）后關閉。③三個探尺均已提到指定料線。④下密封閥打開，延時全開。⑤料流調節閥處于開啟狀態。⑥稱量料罐為料滿信號。⑦眼鏡閥為開啟狀態。⑧布料溜槽到達設定的α角和β角位置。

3.布料溜槽布料功能實現

爐頂布料溜槽的布料方式有環形、螺旋、扇形和定點四種。生產中常用環形布料及螺旋布料方式，扇形和定點布料僅在少數情況下使用。

環形布料、螺旋布料為全自動工作，扇形和定點布料為手動啟動后自動工作。設計規定布料溜槽為連續工作制。

（1） 環形布料

環形布料包括單環布料和多環布料。布料溜槽設11個傾角位置 (α角)，設定每罐料最多布13環。

單環布料是一罐料中，布料溜槽按一個指定的α角按指定的環數布料。在采用單環布料時焦炭和燒結礦可選用不同的傾角α。

多環布料是一罐料中采用變動多個α傾角布料。在指定的每個α傾角位置上可布單環料也可布多環料。爐料可以從外圈順序布到爐中心方向，也可從爐中心順序布到外圈，一般是從外圈往爐中心方向布。

多環布料有兩種控制方式，一種是按時間控制，一種是按料空信號控制。

當按時間控制時，布料溜槽按8r/min的恒定速度回轉，每轉完一圈的時間是7.5s。在每個指定的傾角α回轉，直到按要求布料完畢。

當按料空信號控制時，布料溜槽最多的回轉圈數規定為13圈（0～13圈可調），13圈時間為97.5s。在該時間內（由布料圈數決定）應接到稱量料罐的料空信號，如果超過這個時間無料空信號，說明下料有卡阻現象，這時應發出聲光報警信號，繼續旋轉直到接到料空信號，然后自動進行卡料處理。

正常情況下，在接到料空信號后全開料流調節閥，延時3s，關料流調節閥。

布料流槽回轉時間從第一個傾角（即第一環的布料傾角α）以料流調節閥打開時算起，以后每轉一環加7.5s。

布料溜槽采用連續工作制，每罐料的布料第一環起始位置，規定比前一罐料步進60°。因此要求對每次布料溜槽開始布料的起始位置β角應有記憶、跟蹤，每次在布料溜槽到達應步進到的位置時，才打開料流調節閥布料。

（2） 螺旋布料

這種布料是布料溜槽在作勻速的回轉 (旋轉)運動，同時作徑向運動 (傾動)而形成的變徑螺旋形爐料分布。其徑向運動是布料溜槽由外向里（也可以由里向外）改變傾角而獲得的，擺動速度由慢變快（或由快變慢）。這種布料方法能把爐料布到爐喉截面任一部位。根據生產要求不僅可以調整料層的厚度，而且能獲得較為平坦的料面。

布料螺旋線起始于要求布下第一份爐料的位置，終止于最后選定的位置。

（3） 扇形布料

采用扇形布料時，料流調節閥的開度按上一罐同類原料的開度執行，布料溜槽旋轉速度為低速。布料溜槽由外往爐中心方向按正、反方向反復運行（變化α角）。

采用此法布料時，應設定扇形的β角及溜槽的傾角α，完成扇形布料后，剩下的料應使溜槽返回原始傾角，按環形布料方式（轉速為8r/min）將剩余料布完。

（4） 定點布料

定點布料應設定布料點的位置即β角及α角，并設定布料的時間。設計規定定點布料的時間不能超過22.5s（從打開料流調節閥時算起），料流調節閥開度的規定與扇形布料的規定相同。

定點布料執行完后，溜槽轉到上一罐料的同樣傾角α，按環形布料方式（轉速8r/min）將剩下的料布完。

三、結論

該系統自投入使用以來，性能可靠、運行穩定，滿足生產及工藝需求。在同等規模級別高爐橫向對比中爐頂裝料布料靈活準確、生產利用系數突出。

[1]丁少宏，李鐵等.NO.2PLC電氣控制系統軟件基本設計 [M].中冶京誠工程技術有限公司.

[2]陳達士.最新高爐煉鐵新工藝新技術實用手冊 [M].當代中國音像出版社.