高爐爐前作業自動化升級改造

高倩倩 蘇鵬鵬

摘 要：為進一步提升高爐設備自動化水平，促進設備有效應用，需對高爐爐前作業自動化系統進行升級與改造。傳統高爐爐前液動系統中，通過扳動先導閥的手柄來完成高爐爐前各個環節的操作，此種方式的作業效率較低，系統無法全面發揮其功能。通過在原系統基礎之上升級改造，現場布置油管，使用電液控制閥代替液動控制閥，并配置PLC系統和電氣系統，使爐前作業各操作實現升級，在遙控系統中預留高爐出鐵接口，提升作業效率，促進高爐設備自動化水平的不斷提升。

關鍵詞：高爐;爐前作業;自動化;升級改造

前言：

高爐煉鐵過程中，移蓋機、開口機等設備組成了爐前關鍵系統，通過周期性開放鐵口將冶煉后的鐵水放出，完成操作后及時封堵開口。傳統爐前設備一般采用液動液壓系統，需手動打開鐵口并進行封堵作業，每個動作液壓閥門需配備手柄先導閥，在操作臺上集中處理，并在每個鐵口閥站中做好布置。

一、高爐爐前液壓系統的升級

一般情況下，高爐設有多個出鐵口，且每個出鐵口都設有閥站，并配備移蓋機、開口機等控制系統。液壓發展中，控制系統的每一個操作都有相應的液壓閥，每個操作可以單獨進行，互相不做干擾。液壓控制系統原理如下表所示：見表1.高爐爐前液壓系統升級后，將液壓系統中移蓋機、開口機等原有手動液控升級改造為電液控制系統，其間配管也做出改造，將電氣信號傳送至PLC，設置遙控裝置，操作人員在鐵口處可以進行現場的遙控，不用再依靠發展手柄手動操作，系統運行效率大大提升[1]。

例如：液壓泥炮的升級改造，在液壓閥臺上安裝一個減壓閥，將其中一個液壓油通過減壓之后升級為閥臺換向控制油，并在閥臺處安裝手動的換向閥，經過控制減壓之后構成開口機閥或者泥炮閥組。泥炮動作包含了旋轉轉進與轉退以及泥缸打泥與退泥，在進行升級改造前，系統中旋轉油缸對應相應的換向閥，打泥油缸對應相應的換向閥，安裝手柄控制閥臺先導閥，連通控制油之后，通過手柄的操作可以實現泥炮的不同動作與功能[2]。在改造之后，各個閥組原液動的換向閥轉換為電液轉向閥，安裝I/O為系統提供電源，保障各調節閥可以有效使用。拆除手柄先導閥的操作臺，更換為電源操作臺，配備PLC 系統及電氣自動化裝置。使用遙控器進行遠程的系統操作，電動與手動相結合，在緊急情況下，可以快速操作，提升系統操作效率。泥炮液壓系統升級原理如下圖所示，將①②⑤升級為電液換向閥，拆除③④，封堵配管之后，其他閥臺組件可以正常使用。在同一個閥站中，移蓋機、開口機閥組所對應的換向閥升級改造后，換向閥的作業效率更高，換向閥反應更快，系統精準度更高。閥站閥組升級改造與泥炮液壓系統升級大致相同，通過更換液動轉向閥，安裝手柄先導閥、控制油路后，實現電液系統控制，配備PLC控制系統，實現遠程操作功能。改進現場的液壓管路，當開口機臂回轉至立柱的中心處，增加旋轉接頭，改造大臂回轉芯軸和上壓蓋，加工接頭定位，重新安裝孔，保留軟管，去除大臂回轉油缸，剩余均用硬管來連接。升級改造泥炮的方式是：泥炮回轉液壓油管由原來的軟管連接轉變為4路的轉向接頭，應用單獨旋轉接頭連接水管，重新鋪設硬管，在改造之后，現場的各個管路合理布局，系統故障減少，跑冒滴油現象減少[3]。

其中，①為比例換向閥，②為比例換向閥，③為手柄先導閥，④為手柄先導閥，⑤手動換向閥。

二、高爐爐前自動化控制升級

高爐爐前作業中，將手柄扳動先導閥操作升級為移動式遠程操作系統，閥臺處將液動控制系統改為電液控制系統，配備PLC控制裝置。新配置兩套電氣自動化系統，一套控制南向出鐵場，一套控制北向出鐵場，在高爐控樓中配備核心控制系統，每個閥站處配置遠程的I/O站，中控樓處以及工作人員值班室可以增設監控系統。升級過程中增設遙控器設備，用于每個鐵口現場操作，在閥站處設置手動操作臺，緊急情況下，可以手動操作設備系統，在閥站處增設泥炮壓力顯示屏，將信號輸入其中。新設PLC系統應沿用原有系列型號，保障高爐控制設備一致，控制系統一套控制北向出鐵場出鐵口1 #、2#，一套系統控制南向出鐵場出鐵口3#、4#。應用冗余PLC系統，設置主機架，應用控制網設置I/O模塊，并在現場處設置遠程I/O站，將主機架安裝至同一PLC柜中[4]。

爐前自動化系統網絡結構采用信息層、自動化控制層與設備層多層結構的方式，在信息層安裝一臺交換機和四臺工控機，在自動化控制層，結合現場情況，布置工藝原廠安裝I/O柜。設置CPU網絡冗余配置，保障控制系統安全可靠性。在設備層，通過升級改造后，在遠程站中設置電磁閥，選用原系統PLC，保障系統完整統一性，從而控制系統的軟件與硬件，使煉鐵區HMI和控制設置統一，采用網絡結構設置PLC系統，其通訊速率大大提升。

PLC控制系統中各個設備包含多個自動化軟件程序，如流程、監控、控制組、報警、趨勢畫面等。PLC控制通過操作臺采集信號，控制液壓電磁閥站，應用現場設備進行一系列操作，實現PLC系統功能。HMI程序包含流程、監控、控制組畫面等，其顯示屏將設備狀態以及運行情況顯示出來，并及時通報報警信息，保障系統穩步運行。系統流程通過流程畫面體現出來，對系統運行當前狀態進行描述，系統設備工藝數據通過趨勢畫面體現出來，便于數據分析，查找操作不足之處，從而更好規劃系統，實現系統最大化功能。各個設備手動窗口通過控制畫面體現出來，系統報警信息通過報警畫面呈現出來，可以追溯報警時間及問題點，并具有歷史查詢功能，使系統更高效、覆蓋性更全面。通過以上升級方式，系統拓展性更強，在高爐中應用此系統，工作人員在辦公室一鍵操作即可實現各種控制功能，真正意義上實現了遠程操控的自動化作業。為提升系統安全可靠性，可以結合現狀安裝多個電源裝置，遠程I/O來提供電源[5]。

結語：綜上所述，高爐爐前開口與封堵操作，需相關工作人員在操作臺中手動扳動手柄，并在閥站處進行現場觀測，從而完成爐前操作。結合高爐爐前實際情況與高溫工況，傳統操作方式安全性較低，且作業效率不高，對于企業未來發展產生很大影響。為提升作業效率，降低工作人員工作難度，提升爐前設備自動化水準，需對爐前系統升級和改造，并對現場管路進行優化和改進，配備旋轉式接頭，避免跑冒滴漏問題，從整體上提升液壓系統功能性。

參考文獻：

[1]李曉輝.高爐爐前作業自動化系統的應用[J].自動化應用，2017.

[2]翟玉龍，吳建華.梅鋼高爐爐前自動化升級[J].冶金設備，2019.

[3]王敏，任榮霞.高爐爐前數字化生產管理系統的優勢[J].金屬世界，2021.

[4]徐飛.爐前作業對高爐使用壽命的影響[J].現代冶金，2020.

[5]L.S.Wang，Q.Yang，A.R.He，et al.Improvement of prediction model for work roll thermal contour in hotstripmill[J].Journal of Central South University of Technology，2010，17（ 06） ： 1251 -1257.