爐頂自動打水系統在長鋼九號高爐空料線停爐應用實踐

張建國， 陳紅俊， 宣中忠， 王保國， 黃 佩

（首鋼長治鋼鐵有限公司煉鐵廠， 山西 長治 046031）

首鋼長治鋼鐵有限公司（全文簡稱長鋼）九號高爐2019年2月25日計劃停爐大修，本次空料線停爐采用爐頂自動打水系統。2月25日16:25 開始打水空料線，2月26日7:25 分高爐休風，用時15 h。九號高爐本次大修空料線成功的把料線空到風口中心線以下，全程頂溫控制在310～370 ℃之間，十分理想，實現了安全、高效、無爆震安全停爐目標。

1 高爐打水空料線工藝存在的問題

長鋼高爐停爐打水空料線，筆者已經歷10 多次，過去打水空料線工藝是利用爐頂安裝的打水裝置結合爐喉人孔臨時安裝的4 支自制打水槍進行打水控制頂溫，打水工藝系統存在問題：

1）噴出的水霧化效果不好。

2）靠人工憑經驗結合爐頂溫度進行控制，打水量和打水時機的控制不好掌握。高爐爐頂打水量過多，易造成水霧化不好，易產生爐料積水，渣皮脫落；打水量過少，爐頂溫度過高，易造成爐頂設備燒壞，燒壞布袋，威脅高爐整體安全。

2 爐頂自動打水系統組成

高爐爐頂打水自動控制系統的目的在高爐停風降料面過程中，對爐頂打水量進行精確控制，并根據高爐降料面的過程，在線實時監測風量、料線深度、熱量變化、爐頂溫度等參數的變化。通過頂溫和料線控制自動實現對于爐頂打水量的控制，從而為高爐快速、安全、高效的降料面提供準確、及時、強大的數據和技術支撐，為實現高爐的長壽高效生產奠定基礎。

自動打水系統根據高爐操作參數的跟蹤和分析，以及對于打水量等參數的實時自動控制包含以下模塊：

2.1 爐頂打水自動控制模塊

爐頂打水自動控制的目標有兩個：爐頂溫度在控制范圍內；減小爆震強度和爆震次數。通過爐頂溫度、風量和風溫等參數的變化，在一定范圍之內對打水量進行控制。本次九號高爐爐頂溫度控制標準：300～350 ℃。

2.2 爐頂打水量自動跟蹤模塊

按照采集頻率，實時顯示爐頂溫度均值和打水量均值的變化曲線。其中爐頂溫度為爐頂四個方向的頂溫平均；打水量均值指的是4 根打水管的實際水流量變化趨勢。

2.3 高爐風量、風壓、風溫、爐頂壓力設計及評價模塊

按照料線，將高爐風量、風壓、風溫和爐頂壓力值按照歷史降料面的參數變化做成對比圖，并同本次降料面過程進行對比，進行比較評價。

2.4 在線料面跟蹤模塊

采集高爐機械探尺、雷達探尺數據，并根據料線的深度、變化情況，自動判斷是否失效，并對料線變化速度等進行自動計算，從而為高爐送風風量、風溫、打水量等參數的控制提供技術參考。

2.5 熱量收支平衡模塊

總的風量的變化影響高爐物理熱的吸收，同時由于焦炭的燃燒放熱，造成整個降料面過程中熱量的變化，從而影響打水量的變化，開發高爐降料面期間高爐熱量收支平衡模型，以實現對于高爐爐內熱量平衡的精確計算和趨勢分析，從而有效控制打水量，實現高爐平穩的降料面。

3 本次九號高爐空料線停爐情況統計（見表2）

表2 九高爐空料線停爐情況統計

4 自動打水的布置圖

長鋼的1080 m3高爐按照方位有六個打水槍，四個測溫點,當其中的某個測溫點溫度升高，測溫點相鄰的兩個打水裝置就會按照圖1 預設的角度打開相應角度來降溫。比如A 點東北部溫度升高到300～350 ℃之間，2號和3號槍會同時打開，槍的出水閥門開度為45 ℃，溫度在350～400 ℃之間會閥門開到65°，當回到300 ℃以下閥門會根據圖2 的設定全關。

圖1 爐頂打水裝置布局圖

4.1 自動打水中的閥門開度的控制

該系統自動狀態下，當爐氣溫度高于設定值時，設定值如下圖，上一排是爐頂溫度的范圍，下一排是閥門開度，當某個方位的溫度達到上排顯示范圍后，閥門的開度按預設開度開啟，達到自動控制頂溫的目的。

圖2 溫度和閥門開度對照圖

4.2 打水裝置數據采集和高爐的通訊

霧化打水系統讀取原高爐數據，原高爐四個上升管溫度是控制高爐自動打水的主要依據，和高爐通訊主要是讀取該數，原系統采用組態王組態軟件，通過Kepserver OPC 通訊方式，把高爐數據采集到畫面，然后用腳本方式傳到本地PLC，但使用過程中常出現組態不明原因的不能和高爐通訊，導致控制系統因溫度異常，不能自動打水，高爐打水一般是設備故障導致不能下料或生產不順爐頂溫度高，急需打水，這時如果不能打水會影響生產。后來采用PLC同PLC 通訊方式解決了這個問題，項目采用西門子的單邊通訊，這樣使用的好處可以不修改主CPU 的程序，在本CPU 的Netpro 視圖中配置與主CPU 的鏈接，連接類型選S7 connection,使用FB14 GET 指令,FB15 PUT 指令來完成和主PLC 的通訊。這樣即使打水畫面關閉也能正常打水。

5 結語

長鋼的自動打水裝置安裝好后就出色的完成了高爐的降料面工作，正常生產中現兩高爐采取自動控制打水控制爐頂頂溫，起到了良好的效果。