煉鐵高爐的電氣自動控制系統探究

嚴飛

(首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北 唐山 063200)

鋼鐵是現代化工業生產的基礎，房屋建設、運輸、航天、軍工等等，都需要鋼鐵作為材料，隨著工業建設的發展，對鋼鐵的需求越來越大，對提煉的質量要求也更加嚴格。為了滿足工業生產需求，必須改革鋼鐵提煉技術，提升生產效率和質量。高爐煉鐵技術經過數千年的發展已經是一項非常成熟先進的鋼鐵冶煉生產工藝，因此，為了滿足工業發展的需要，提高高爐冶煉效率，保證鋼鐵的產量和質量，利用電氣自動控制系統對高爐的冶煉作業進行精確地操控，是有效提升鋼鐵產品質量的重要途徑。另外，煉鐵高爐電氣自動化能夠在節省人力和時間的前提下，更好地監控及反饋鋼鐵提煉作業的各個環節，確保鋼鐵冶煉生產能夠安全穩定順利地進行，保障企業的經濟效益。

1 煉鐵高爐電氣自動化系統的基本配置

在高爐日常作業中，電氣自動控制系統的設計與控制方式具有科學性，通常會應用較為開放的結構。對于高爐電氣自動控制系統而言，其基本的設計思路就是高性能與低成本，從而提高生產效率，節約能源，促進企業發展。

利用電氣自動化系統對煉鐵高爐進行操控，主要目的是為了優化作業過程，提高生產經濟效益，因此安全穩定是其最基本的要求。由于現代化煉鐵高爐的各個構成部分并不是在同一個地點，所以合理的布局能夠適當減少電纜和網線的使用，從而能夠很好地節約建設及維護成本投入，提升設備性價比。煉鐵高爐電氣自動控制系統采用網絡分層架構，使用網線將主站與分支連接在一起，以PLC系統作為基本操作站，對系統中所連接的監測儀表、電氣系統和遠程計算機進行控制操作，通過互聯局域網將PLC設備收集到的運行數據匯總于主控計算機，監控人員根據數據反饋的情況對生產過程進行預判和實時調整，實現高爐自動化作業及管控。為了提升設備安全性和穩定性，各個控制系統均應采用冗余配置，支持電源冗余、CPU冗余、總線冗余，所有模塊均支持帶電插拔，這樣就可以有效的避免某個單位環節出現問題而影響到整體系統的正常作業。

2 煉鐵高爐電氣自動控制的各系統組成

2.1 自動化系統

煉鐵高爐的自動化系統是通過計算機硬件設施及監測軟件、實時信息收集模塊、信號解碼器及儀表等對高爐冶煉作業的溫度、壓力、鼓風量、風壓等生產參數進行數據監測計算，確認高爐是否處于正常作業中，一般情況下，高爐生產的主體系統主要是由電氣、計算機和儀表來實現一體化控制，實現監視、集中控制和操作等功能。對于輔助系統，主要根據實際工作中控制的難易程度來定，通常會應用PLC系統或者繼電器來對系統進行監視與操作控制。監控人員可根據模擬畫面或趨勢圖查看歷史參數的方法對現場設備運作狀況做出判斷，在發現故障時及時調整處理，從而保證生產作業過程順利進行，也保證爐體和現場在崗人員的安全。控制人員可以在電腦上手動操作遠程控制各類設備的開關和閥門的開閉，及時地對高爐爐況進行調節。

2.2 煤氣凈化控制系統

在高爐生產過程中，高爐煤氣設備的污染和積塵會大大影響各種設備的運行效率，為了保證煤氣輸入質量能夠滿足高爐冶煉需要，則需要對高爐煤氣設備積沉的雜質及粉塵進行及時清理。煤氣精華控制系統是通過重力進程，用布袋過濾分離煤氣中所含粉塵，確保煤氣經過完全凈化處理。過濾下來的積灰有一部分只截留于布袋之中，需要定期打開除塵設備的灰閥進行清理，因此煤氣凈化控制系統需要包含反吹與卸灰的功能以及具備自動控制和單獨控制的功能，根據日常作業需求設置成定時卸灰和手動卸灰兩種模式。

2.3 爐頂供料系統

以550m3高爐為例，爐頂供料系統設備有380V工業交流電壓下的250kW上料卷揚電機，5.5kW布料傾動電機，11kW布料旋轉電機，4kW探尺電機，10000V工業交流電壓315kW礦槽除塵引風機設備等。

在煉鐵高爐作業系統中，爐頂上料一般都使用交流——直流——交流變頻調速控制，這樣能很好地保障爐頂供料系統的穩定性。另外，在此基礎上額外增加一臺同容量變頻器以及切換柜，使得線路能夠在短時間內快速安全地切換，這樣可以讓備用變頻器第一時間啟動，進入在線工作狀態。另外在操作畫面中可以直接接觸供料系統各套設備間的連鎖，用CRT手動獨立控制，進一步確保了系統的穩定運行。

2.4 自動熱風爐系統

煉鐵高爐的工作流程為燃燒——換爐——送風，因此需要配備三座以上的熱風爐，因為煉鐵過程中熱風需要不斷地輸送到爐體內部，所以熱風爐的主要作用就是將冷風進行預熱，熱風爐有三種操作方式即全自動、半自動和人工手動操作。全自動操作能夠特性設定單座熱風爐，根據設定好的拱頂溫度和廢氣溫度自動尋優控制燒爐過程，并且能記錄每天的拱頂溫度、廢氣溫度、空氣流量以及煤氣流量的變化趨勢，便于數據分析和監控，采取相應的作業調整。

2.5 自動監控系統

為了對作業現場數據詳細地進行記錄，以達到對自動系統的運行狀態進行實時掌控的目的，高爐電氣自動控制系統還需設計一個專門的監控系統，通過合理的工藝畫面設計模塊，對系統中的工業設計或其他所有設備進行監控，詳細地掌握所有設備運作的狀況，并將各類數據共享，方便相關工作人員能夠及時發現問題做出相應調整，使得整個系統的安全性得到保障，保障生產作業的順利進行。

3 電氣自動化對高爐生產的影響

目前一些處于粗放型管理階段，還不能實現精細化管理要求，還存在技術數據采集周期長、利用率低等問題，上級管理部門無法第一時間獲取信息反饋，導致不能及時地做出管理決策；上級部門因無法掌握全面的生產信息，難以系統準確地對生產情況做出分析；大量數據需要人工二次采集、輸入、計算，工作量大，工作效率低等，而利用信息技術手段和電氣自動控制系統將高爐煉鐵自動化以后，以上問題都得到了很好的解決，由自動監控系統所采集的數據十分詳盡并且留有記錄，避免了人工采集的費時費力以及疏漏可能，有效地保證了生產的順利進行，從節約成本、提高產品質量到提升工作效率各方面都起到了積極的作用。

4 結語

信息自動化具備監測精確，數據記錄，流程簡便，節約人力及成本，控制和提升生產效率等諸多優點，適用于工業生產的諸多領域。

鋼鐵是現代化工業建設的基礎原料，煉鐵高爐的電氣自動化極大地簡化了高爐冶煉流程，并且能夠提供更為詳細準確的監測數據，方便工作人員及時做出相應調整以保證生產作業的順利進行，以此保證生產產量和生產質量。就目前的技術手段而言，煉鐵高爐電氣自動控制系統還有寬廣的研發前景，對此應當對其設計給予高度重視，結合實際情況對企業的電氣自動控制系統進行設計改良，使得企業可以更好地發展。