宣鋼二高線自動上料和燃燒系統升級改造

張子強

摘 ? 要：在當下鋼鐵生產企業轉型改革的大背景下，鋼鐵企業需要向有科學理論依據、精確控制、高效節約、清潔環保的生產模式轉變。宣鋼通過實施二高線自動上料和燃燒系統升級改造項目，提高了二高線加熱爐燒鋼效率和質量、降低能耗和氧化燒損率，大幅提高加熱爐效率。同時煙氣排放符合環保要求，符合現代工業精確控制、高效節約、清潔環保的可持續發展理念，創造了良好的社會效益。

關鍵詞：自動上料 ?加熱爐 ?燃燒控制

中圖分類號：TG307 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）02（a）-0116-02

1 ?立項背景

宣鋼二高線現有的加熱爐自動化系統生產使用已近10年時間。其控制系統與現在主流加熱爐自動化控制系統水平均有較大差距。主要表現在：控制水平不高，操作繁瑣，操作員勞動強度很大。裝鋼端臺架、裝料輥道、剔鋼動作、裝鋼動作、推鋼動作，完全依靠人員熟練程度一步步手工操作。燃燒部分自動化程度也較低，由于閥門數量多均需要人工手動調節，導致操作員調節不及時，不能穩定燃燒，無法對溫度場進行穩定的控制。能耗極高，且環保指標不合格。

為了改善現狀，解決這一難題，我們決定通過對目前加熱爐進行基礎自動化的優化改造，實現爐區燃燒自動控制，以減輕人員勞動強度、提高加熱爐區燒鋼效率和質量、降低能耗和氧化燒損率，同時煙氣排放符合環保要求，大幅提高加熱爐效率。

2 ?總體思路

目前二線加熱爐出爐側依靠人工確認出爐側空鋼位，以及裝爐端有鋼位，已實現半自動連續出鋼。在實際生產中，操作員勞動強度相對較小，可以繼續沿用現有控制系統，不用進行過多改造。

二線加熱爐裝鋼段每臺設備，裝鋼端臺架、裝料輥道、剔鋼動作、裝鋼動作、推鋼動作，完全依靠人員熟練程度一步步手工操作。自動化程度較低，操作繁瑣，操作員勞動強度過大。因此，裝鋼作為本次改造的重點之一。

裝鋼要實現自動定位，必須保證傳動響應迅速，而原來的手動模式下，入爐輥道變頻器給定斜坡器的上升下降時間為10s之長，導致入爐定位無法準確定位。但是如果將此時間設置過短，du/dt過快會導致變頻器報超壓故障。應找到一個既能滿足定位快速響應的要求又能保證變頻器不報故障的平衡點。

現有的加熱爐自動化系統生產使用已近10年時間，其控制系統與現在主流加熱爐自動化控制系統水平均有較大差距。燃燒部分自動化程度也較低，由于閥門數量多均需要人工手動調節，導致操作員調節不及時，不能穩定燃燒，無法對溫度場進行穩定的控制。我們決定通過采用雙交叉限幅的方法對溫度進行控制，雙交叉限幅實際上是以燃氣流量為目標PID內環，溫度為目標PID外環的串級控制。而內環的燃氣流量控制則又與當前空氣流量的放縮量互相交叉選擇的一種控制方法。其特點是：空氣和燃氣的混合始終圍繞理論空燃比的參照螺旋交叉穩步上升或下降，達到充分的燃燒效果。

3 ?技術方案

3.1 解決方案和控制特點

當前加熱爐燃燒系統基礎自動化的主流控制方法為雙交叉限幅的方法。控制方式則是按照升溫曲線模擬的多段線升溫保溫控制模式。

（1）雙交叉限幅的方法實際上是以燃氣流量為目標PID內環，溫度為目標PID外環的串級控制。而內環的燃氣流量控制則又與當前空氣流量的放縮量互相交叉選擇的一種控制方法。其特點是：空氣和燃氣的混合始終圍繞理論空燃比的參照螺旋交叉穩步上升或下降，達到充分的燃燒效果。

（2）多段升溫曲線控制模式則是升溫過程按照工藝人員經驗設定好的溫度/時間模擬多段線逐步升溫;這種簡化的曲線在基礎自動化實際應用中效果很好。

3.2 改造方案所需增加功能

3.2.1 控制方式

自動操作：自動操作是系統在正常工作時的主要操作方式，用此種操作方式操作時，操作位置顯示自動位置，各設備將按預先設定好的聯鎖關系自動啟動或停止，操作工在操作室內進行操作或監視。

HMI手動操作：HMI手動操作功能，主要用于燃燒、汽化控制的臨時人工干預。操作顯示手動操作位置，操作人員在操作室內能直接操作各設備的運行，并監視其運行情況。

通常，手動操作使用于下列情況：（1）設備調試或試運轉;（2）事故處理。

操作臺手動操作：操作臺手動操作，主要用于裝出鋼順序控制的工藝臨時操作，并通過現場或攝像頭監視實物運行狀況。

通常，操作臺手動使用與下列情況：（1）設備調試或使運轉;（2）事故處理;（3）其它。

3.2.2 工藝改造控制功能

（1）裝鋼部分改造。

針對目前的生產情況，上料臺架可能出現兩根鋼坯同時掉落的情況，這種特殊的情況無法依靠檢測設備進行自動檢測。這是本次改造基礎自動化的一個盲區，因此裝鋼時，不能實現無人值守全自動裝鋼。但在人員實時監控的狀態下，可實現全自動裝鋼。一旦發生落雙鋼的問題，需人工將操作臺旋鈕切換至手動進行操作干預，問題解決后即可繼續全自動裝鋼。

上料臺架端部設置一個冷檢，用于監測鋼坯。當沒有鋼坯時，臺架自動向前運鋼，直到監測有鋼，臺架停止。待上料輥道條件允許送鋼，臺架步進一周期。

若測長輥道無鋼，則上料輥道啟動，測長輥道啟動，將鋼坯運送至測長輥道進行測長。鋼坯運至測長輥道后輥道自動停止，程序自動判定鋼坯長度是否可以裝鋼，如鋼坯不合格，會在HMI畫面上報警（或設置聲光報警），需操作人員確定后，人工剔除方可裝鋼。測長輥道需增加兩個冷檢和一臺編碼器。

測長輥道上的鋼坯合格后，滿足裝鋼條件便可自動裝鋼，定位根據測長輥道的測量的長度進行自動定位，不再撞擊爐內的側擋板。定位完成，推鋼機自動推鋼，推鋼機回到位，裝鋼完成，步進梁可以向出爐側送鋼。

自動裝鋼與步進梁設有連鎖。爐門口需增加一臺冷檢用于確定是否裝鋼完成，上料輥道和測長輥道之間也需增加一臺冷檢用于檢測鋼坯是否脫離上料輥道。

爐門、升降擋板、受料架需要增加10個接近開關用于檢測升降到位信號。

（2）出鋼部分改造。

保留原有出鋼操作臺功能，優化程序，并將原有的出爐操作臺HMI進行升級，減少人員操作量。出鋼實現自動水除磷需要增加一臺熱檢。

（3）燃燒基礎自動化控制部分改造。

加熱爐分為6段燃燒控制，一個燃燒控制區都設置3個軟件控制器。燃燒控制中，爐體上的各段空煤氣調節閥的控制是重點。如下圖閥門的操作面板。

各段操作如圖，每段控制為一個小面板，在實際生產中，操作員可根據需要進行空氣、燃氣、溫度進行設定，所有調節閥將自動進行PID閉環調節，達到并保持所需生產要求。

以目前老舊設備的運行情況，燃燒自動控制的可以滿足目標溫度±10℃范圍。因此，對涉及燃燒控制的設備和工藝參數有所要求，以滿足達到控制溫度±5℃的范圍。

（4）汽化冷卻。

汽化冷卻部分沿用目前生產控制系統，主管道增加流量監測，實現流量與柴油泵啟停連鎖。

4 ?實施效果

該項目實施后，實現了爐區燃燒調節閥的自動控制，減輕了人員勞動強度。提高了加熱爐區燒鋼效率和質量、降低能耗和氧化燒損率，同時煙氣排放符合環保要求，大幅提高加熱爐效率。實現溫度閉環控制，精度在±5℃。2017上半年消耗高爐煤氣折合標煤單耗達到38.65kg標煤/t，比去年同期降低6.82kg標煤/t。實現裝鋼端臺架、裝料輥道、剔鋼動作、裝鋼動作、推鋼動作的全自動控制，降低了操作工勞動強度。實現了鋼坯測長功能，及時判定鋼坯長度是否合格，避免超長鋼坯入爐。實現了鋼坯自動入爐定位功能，避免了對緩沖擋板的沖撞，延長了緩沖擋板的壽命。

參考文獻

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