范俊慧
在煉鐵高爐生產(chǎn)的過程當(dāng)中,原料系統(tǒng)以及熱風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)通過計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制。目前,煉鐵高爐生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制已經(jīng)取得了較大的發(fā)展。
高爐煉鐵是鋼鐵生產(chǎn)中的非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié),也是煉鐵工藝中最普遍使用的一個(gè)手法。這種煉鐵方法是由古人發(fā)明的豎爐煉鐵發(fā)展并逐漸改進(jìn)而成的。采用高爐的技術(shù)來煉鐵的話,爐的本體從上而下分為了5個(gè)部分,分別是爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸,當(dāng)實(shí)際工作時(shí),這5各部分分別做工,共同致力于鋼鐵的冶煉。高爐煉鐵工藝長時(shí)間以來能夠收到鋼鐵產(chǎn)業(yè)的青睞,甚至在全世界的鋼鐵生產(chǎn)中都占據(jù)著主導(dǎo)地位,主要是因?yàn)楦郀t煉鐵技術(shù)具有操作工藝簡單,生產(chǎn)效率高,產(chǎn)出高消耗少,經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)。就目前我國的高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展情況來看,主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段:從最開始的傳統(tǒng)陳舊的操作技術(shù),即通過外界的壓力或操作來調(diào)控爐內(nèi)的生產(chǎn)環(huán)境,并且通過大量的儀表盤以及人工的判斷來監(jiān)測爐內(nèi)的各項(xiàng)情況與指標(biāo),再進(jìn)行相應(yīng)的流程調(diào)整,以增強(qiáng)成品的飽和度。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)度,煉鐵行業(yè)在新的科技環(huán)境下也有了新的需求,從以往的人工操作流程居多向自動(dòng)化控制方向轉(zhuǎn)變,并且由于自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步與優(yōu)化,近幾年我國的煉鐵技術(shù)已經(jīng)有了突飛猛進(jìn)的提高。從高爐技術(shù)自動(dòng)化的發(fā)展歷程可以看出,我國鋼鐵生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展在不斷的順應(yīng)時(shí)代潮流,在優(yōu)化與改進(jìn)自身技術(shù)流程的同時(shí),也在積極的學(xué)習(xí)與借鑒國外的其他優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn),例如引進(jìn)設(shè)備、吸引優(yōu)秀人才等,不斷對自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化與調(diào)整。綜合來看,我國目前的高爐煉鐵技術(shù)基本處于國際市場上的常規(guī)水平,更重要的關(guān)注點(diǎn)已經(jīng)開始向低耗減排進(jìn)行側(cè)重了。
煉鐵高爐的自動(dòng)化控制系統(tǒng)是一個(gè)強(qiáng)大的電子化維護(hù)體系,其中包括了生產(chǎn)設(shè)備的鏈接系統(tǒng)、電氣裝備、相關(guān)儀表儀器的監(jiān)控裝置等多個(gè)部分組成,形成一個(gè)流程完整、功能強(qiáng)大的自動(dòng)化控制系統(tǒng)。自動(dòng)化的系統(tǒng)最主要是的為了滿足鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)要求,為生產(chǎn)目的服務(wù),為順應(yīng)新技術(shù)時(shí)代搭建自動(dòng)化生產(chǎn)體系,但不同的企業(yè)對于自動(dòng)化控制系統(tǒng)的運(yùn)用是有所差異的,這主要取決于企業(yè)的規(guī)模、經(jīng)濟(jì)實(shí)力與實(shí)際的需求,然后使用規(guī)模不一的系統(tǒng)。每個(gè)企業(yè)確定了需要的系統(tǒng)后,再根據(jù)具體的場地、生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行設(shè)備的布控,在布控的環(huán)節(jié)中,要充分考慮到整體環(huán)境與場景,根據(jù)實(shí)際建設(shè)的難度然后有針對性的設(shè)計(jì)布控方案。同時(shí)為了保證自動(dòng)化系統(tǒng)的整體運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性,在設(shè)置系統(tǒng)的時(shí)候要尤為注重整體環(huán)節(jié)效率的把控以及安全性能的監(jiān)測,使整個(gè)系統(tǒng)能夠自動(dòng)排查與處理各項(xiàng)異常情況,即使系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),局部也可正常工作,以此來保障生產(chǎn)進(jìn)程的順利有序進(jìn)行。
1.3.1 具有自動(dòng)化控制功能
煉鐵高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)是指使用熔爐煉鐵的過程中,各個(gè)組成部分共同工作的同時(shí)能夠由自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)并準(zhǔn)確的測量、監(jiān)督爐內(nèi)的溫度、壓力、壓強(qiáng)等,當(dāng)檢測到某一指標(biāo)不符合已經(jīng)設(shè)定好的固定范圍指標(biāo)時(shí),可以通過智能化的算法自動(dòng)調(diào)節(jié)或控制各項(xiàng)指標(biāo),最終達(dá)到安全、高效生產(chǎn)的目的,而非通過人工的判斷來甄別整個(gè)生產(chǎn)流程的合規(guī)性。通過自動(dòng)化的控制系統(tǒng)較于以往傳統(tǒng)的老舊方法來看,除了生產(chǎn)效能更高之外,生產(chǎn)車間的安全性能也能得到大大的保賬,這主要是由于當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)異?;騿栴}時(shí),自動(dòng)化控制系統(tǒng)可以快速及時(shí)的找到問題源并作出相應(yīng)的保護(hù)措施,以保證生產(chǎn)環(huán)境中人員、資產(chǎn)的安全,減少企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失。
1.3.2 具有生產(chǎn)過程監(jiān)控功能
高爐煉鐵對于鋼鐵的生產(chǎn)來說只是其中一個(gè)環(huán)節(jié),因?yàn)殇撹F的生產(chǎn)不是單一的制造環(huán)節(jié),而是具有一些列的操作環(huán)節(jié),涉及到諸多的生產(chǎn)工藝與技術(shù)。電氣自動(dòng)化的控制技術(shù)在煉鐵環(huán)節(jié)中的使用是非常有必要的,自動(dòng)化的技術(shù)能夠提高生產(chǎn)的效率及安全性,此外,還有一個(gè)作用對于企業(yè)的管理層或監(jiān)督部門來說是非常有意義的,即對生產(chǎn)中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督與管理。一方面,監(jiān)督生產(chǎn)設(shè)備性能的穩(wěn)定性,自動(dòng)化系統(tǒng)可以對生產(chǎn)過程中涉及到的所有設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)與監(jiān)測,每一臺(tái)設(shè)備的運(yùn)行路徑與運(yùn)行時(shí)間,并隨時(shí)對機(jī)器的性能進(jìn)行監(jiān)督,當(dāng)設(shè)備的性能出現(xiàn)問題或異常時(shí),自動(dòng)化系統(tǒng)就會(huì)進(jìn)行預(yù)警提醒,提示操作人員可能發(fā)生的問題,以便相關(guān)負(fù)責(zé)人員能夠在問題發(fā)生之前對設(shè)備進(jìn)行檢修與維護(hù),降低生產(chǎn)安全事故的發(fā)生率與損失,一定程度上還可以減輕維修人員的檢測工作量;另一方面項(xiàng)目管理人員還可以通過自動(dòng)化設(shè)備隨時(shí)監(jiān)督生產(chǎn)工人的工作情況以及整條生產(chǎn)線的加工情況,為生產(chǎn)流程的調(diào)整與優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。
“低碳環(huán)保”是目前全球各個(gè)國家都在追求的目標(biāo),鋼鐵的生產(chǎn)從目前的技術(shù)手段來看,生產(chǎn)過程中主要使用的燃料是煤炭,在煤炭高溫燃燒的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體,這對于綠色及環(huán)保的追求來說,這些污染物質(zhì)正是環(huán)境污染的主要來源。為了順應(yīng)綠色環(huán)保的時(shí)代潮流,我國各行各業(yè)都在積極的探索綠色能源的開發(fā)與利用,尤其是這些傳統(tǒng)的耗能較高的行業(yè),更應(yīng)該積極轉(zhuǎn)變理念,減少化石能源的消耗,從我國鋼鐵行業(yè)的領(lǐng)頭企業(yè)寶武集團(tuán)來看,該企業(yè)早就在2016年開始了綠色能源這一塊的大量投入與研究,研究重點(diǎn)主要聚集在氫能的利用。鋼鐵生產(chǎn)中主要排放出來的污染氣體就是二氧化碳,這是空氣污染的主要物質(zhì),要節(jié)能減排,就要控制二氧化碳的排放,就當(dāng)前相關(guān)專業(yè)人員的研究結(jié)果來看,基本可以確定的是氫氣煉鋼是現(xiàn)有技術(shù)中二氧化碳排放量最少的,也是最綠色的一項(xiàng)技術(shù)。除了寶武集團(tuán)之外,我國其他的鋼鐵行業(yè)大企業(yè),例如河鋼宣鋼、中晉太行等都已經(jīng)在使用制氫、用氫的技術(shù)了,并且通過實(shí)際的運(yùn)用可以看出氫能煉鋼已經(jīng)取得了比較滿意的效果,碳排放量已經(jīng)大幅度降低。
鐵焦是指將低品位煤和鐵礦石粉碎到規(guī)定粒度,并按一定比例混合后壓制成型,經(jīng)干餾、炭化,形成含有金屬鐵的一種新型焦炭。鐵焦由于高反應(yīng)性,可降低高爐熱儲(chǔ)備區(qū)溫度,促進(jìn)高爐內(nèi)鐵氧化物的還原,從而改善高爐的反應(yīng)效率及碳利用率,進(jìn)而降低高爐燃料比和實(shí)現(xiàn)CO2減排。目前,JFE鋼鐵、日本制鐵、神戶制鋼三家企業(yè)聯(lián)合開發(fā)了鐵焦工藝,建設(shè)成日產(chǎn)300t的鐵焦基地,能夠降低高爐10%的能源消耗;通過數(shù)值模擬研究了高反應(yīng)焦對高爐熱儲(chǔ)備區(qū)溫度的影響規(guī)律,結(jié)果表明,每噸生鐵能降低還原劑25kg~35kg。研究發(fā)現(xiàn),高爐使用鐵焦后,熱儲(chǔ)備區(qū)溫度顯著降低了150℃,每噸生鐵節(jié)省還原劑35kg。發(fā)現(xiàn)鐵焦的強(qiáng)度低于普通焦炭,在高爐中配加鐵焦能夠節(jié)約焦炭6%。因此,提高高爐中碳的反應(yīng)性是降低煉鐵過程中二氧化碳排放的一項(xiàng)創(chuàng)新措施,具有廣闊的應(yīng)用前景。但由于鐵焦熱強(qiáng)度低,替代焦炭量少,高爐CO2減排有限。
目前,國內(nèi)外生產(chǎn)海綿鐵所需的富氫還原氣體主要通過天然氣重整獲得,然而我國天然氣資源匱乏,難以滿足鋼鐵行業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用。我國含有豐富的焦?fàn)t煤氣資源,每年約產(chǎn)1916億m3,焦?fàn)t煤氣中含有大量H2、CH4和CO,其中H2、CH4含量分別為56%和27%左右。CH4遇高溫會(huì)裂解成H2和C參與還原反應(yīng),但同時(shí)導(dǎo)致碳的大量沉積,抑制氣固還原反應(yīng)的進(jìn)行,所以需要將甲烷重整改質(zhì),以進(jìn)一步提高焦?fàn)t煤氣中氫含量,從而改善豎爐的還原反應(yīng)效率。當(dāng)前焦?fàn)t煤氣主要作為燃料使用,沒有充分利用其還原性,造成了嚴(yán)重的資源浪費(fèi)。為此,將改質(zhì)焦?fàn)t煤氣作為氣基豎爐的還原氣,不僅解決了焦?fàn)t煤氣資源化利用問題,還為現(xiàn)階段氣基豎爐生產(chǎn)提供了一種獲得富氫還原氣的方法。
煉鐵高爐運(yùn)行時(shí)對原料系統(tǒng)的控制越來越穩(wěn)定,原料系統(tǒng)可完整記錄下高爐內(nèi)進(jìn)料量和消耗量數(shù)值,原料消耗期間會(huì)刪除漏斗內(nèi)所剩的原料值,以達(dá)到煉鐵高爐裝入原料的精準(zhǔn)性,以防系統(tǒng)計(jì)數(shù)出現(xiàn)差異。煉鐵高爐原料系統(tǒng)自動(dòng)化控制可依照統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果而進(jìn)行補(bǔ)料。同時(shí)該系統(tǒng)還可提供精準(zhǔn)的定值。如某正在運(yùn)行中的煉鐵高爐,我們重點(diǎn)研究了自動(dòng)化控制在原料系統(tǒng)中的應(yīng)用情況,煉鐵原料系統(tǒng)自動(dòng)化控制定值特指卸空后重量值,當(dāng)輸入進(jìn)去稱量漏斗數(shù)值后,系統(tǒng)會(huì)記錄漏斗滿載情況,煉鐵原料自動(dòng)化控制系統(tǒng)將所測定數(shù)值記錄下來,對比每次稱量數(shù)值,對存在較大誤差數(shù)值進(jìn)行矯正。矯正流程為:PC設(shè)備提供煉鐵原料系統(tǒng)卸料設(shè)定值,設(shè)備依據(jù)不同原料品類給出設(shè)定值,原料自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)的傳感器可給出漏斗中的原料數(shù)值,設(shè)定數(shù)值對比情況可發(fā)送至供料給料機(jī)。煉鐵原料自動(dòng)控制系統(tǒng)內(nèi)磁力比較運(yùn)算器可給出實(shí)際稱量值,若原料的實(shí)際稱量值達(dá)到給定值的95%時(shí),供料設(shè)備會(huì)接收到系統(tǒng)發(fā)出的指令,減緩供料,可有效防止實(shí)際稱量數(shù)量超出設(shè)定重量。當(dāng)實(shí)際稱量數(shù)量達(dá)到了給定值的100%時(shí),供料設(shè)備會(huì)自動(dòng)停運(yùn),PC設(shè)備提示“滿”,最終顯示的數(shù)值是稱量值,若煉鐵原料上料過程出現(xiàn)問題,供料給料機(jī)接收到自動(dòng)化控制系統(tǒng)發(fā)出的滿料信息后未停止供料,緊急制動(dòng)命令會(huì)自動(dòng)生效,上料設(shè)備會(huì)根據(jù)所接受到系統(tǒng)發(fā)出指令而進(jìn)行關(guān)閉料斗,當(dāng)料斗停止運(yùn)行后,給料器可進(jìn)行啟動(dòng),依據(jù)實(shí)際情況決定是否可以運(yùn)行,以達(dá)到精準(zhǔn)給料。煉鐵原料系統(tǒng)自動(dòng)化控制重點(diǎn)是確保給料的準(zhǔn)確性,防止給料過度或不給情況發(fā)生,以提升煉鐵生產(chǎn)率。
成像設(shè)備這一應(yīng)用,能夠在很大程度上提高煉鐵高爐自動(dòng)化控制的準(zhǔn)確性,這一設(shè)備主要通過在爐的頂部放置一個(gè)與之配套的成像設(shè)備,再加上用氬氣流套筒的保護(hù),在操作室中設(shè)置一個(gè)監(jiān)視設(shè)備,從而做到時(shí)刻觀察著高爐中的反應(yīng)來做出全方位的安全保護(hù)。隨著布料方式的樣數(shù)增加,布料的精確性也相應(yīng)提升,利用率增加,成本也隨之降低。更有意思的是,如果有了成像設(shè)備,在進(jìn)行高爐維護(hù)養(yǎng)護(hù)工作時(shí),還能擁有更加真實(shí)有效的數(shù)據(jù)作為工作人員后續(xù)養(yǎng)護(hù)工作過程中的重要依據(jù),這是目前各大煉鋼高爐自動(dòng)化控制發(fā)展的主要方向。有效利用人際界面功能,以實(shí)現(xiàn)煉鐵高爐生產(chǎn)的集中自動(dòng)化控制,最終對煉鐵高爐的整個(gè)生產(chǎn)過程所運(yùn)行的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的自動(dòng)化控制。這也從側(cè)面督促煉鐵作業(yè)人員在生產(chǎn)過程中全面掌握各設(shè)備的功能及運(yùn)行狀態(tài),通過人機(jī)界面的監(jiān)控和顯示能夠?qū)⒄麄€(gè)煉鐵高爐生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)的畫面直接傳輸?shù)脚涮椎挠?jì)算機(jī)上。這樣一來,PC設(shè)備可對煉鐵相關(guān)設(shè)備進(jìn)行有效控制,當(dāng)某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障,自動(dòng)控制系統(tǒng)接收指令及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),便于工作人員及時(shí)進(jìn)行處理,這也為工作人員對設(shè)備進(jìn)行日常檢修工作提供維修依據(jù),通過人機(jī)界面監(jiān)控技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)煉鐵高爐生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制的資源和數(shù)據(jù)共享。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),煉鐵自動(dòng)化控制系統(tǒng)加入了PLC系統(tǒng),更便于對煉鐵高爐在運(yùn)行過程中的全方位管理與控制。不是單一的降低了煉鐵高爐在運(yùn)行期間所出現(xiàn)的故障率,還能夠?qū)φ麄€(gè)煉鐵高爐生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控和狀態(tài)檢測,這也在很大程度上增強(qiáng)了工作人員具體操作的便捷性和效率。
目前,在鋼鐵企業(yè)的高爐煉鐵設(shè)備當(dāng)中,自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)變得非常普遍,通過該系統(tǒng)的有效應(yīng)用,能夠針對各種高爐煉鐵設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制及管理,包括上料設(shè)備、礦焦槽設(shè)備等等,其不僅可以減少設(shè)備運(yùn)行當(dāng)中的人工操作,將相關(guān)人員的工作量有效降低,還能實(shí)現(xiàn)高爐煉鐵設(shè)備的自動(dòng)化控制,從而將人員因素對設(shè)備正常運(yùn)行的影響降到最低。最重要的是,運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù),能夠針對高爐煉鐵設(shè)備設(shè)置遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng),相關(guān)人員只需要登錄系統(tǒng),通過遠(yuǎn)程診斷維護(hù)中心,即可對高爐煉鐵設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控,且在設(shè)備出現(xiàn)故障問題以后,系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出故障警報(bào),并向相關(guān)人員發(fā)送告警信息,包括故障位置分析、故障原因分析以及故障處理方法推薦等,使相關(guān)人員能夠快速明確故障位置,并結(jié)合相關(guān)信息以及現(xiàn)場實(shí)際情況對問題進(jìn)行及時(shí)、有效的處理,從而提高故障處理的效率和質(zhì)量,將故障影響降到最低。除此之外,利用計(jì)算機(jī)技術(shù),企業(yè)還可以通過診斷維護(hù)中心對高爐煉鐵設(shè)備的各項(xiàng)問題進(jìn)行咨詢,而廠家技術(shù)管理人員則可以通過移動(dòng)端在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間接入網(wǎng)絡(luò),為用戶提供相應(yīng)的技術(shù)服務(wù)。滿足用戶的設(shè)備使用需求和維護(hù)管理需求。
高爐自動(dòng)化技術(shù)在未來會(huì)充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù),充分利用計(jì)算機(jī)當(dāng)中的通訊功能、圖像處理功能,并且結(jié)合各種儀表技術(shù),建立起一個(gè)現(xiàn)代化的工作平臺(tái),實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。在未來當(dāng)中,高爐自動(dòng)化控制系統(tǒng)會(huì)更加先進(jìn),設(shè)備會(huì)更為齊全,會(huì)朝向生態(tài)化、可視化等方向發(fā)展。首先,來看生態(tài)高爐。生態(tài)高爐主要立足的是環(huán)境保護(hù)理念,最大限度地降低生產(chǎn)過程當(dāng)中能源的消耗,減少污染物的排放。而實(shí)現(xiàn)的渠道是通過降低高爐生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中內(nèi)反應(yīng)的強(qiáng)度,以及強(qiáng)化檢測和控制環(huán)節(jié)當(dāng)中降低反應(yīng)強(qiáng)度,不斷提高高噴煤比,以此來優(yōu)化操作流程,減少生產(chǎn)過程當(dāng)中二氧化硫、一化硫等硫化物的排放力度。其次,來看可視化高爐。可視化高爐主要利用的是智能化檢測技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及傳感技術(shù)等,對于整個(gè)高爐工藝生產(chǎn)流程進(jìn)行有效的監(jiān)督,以及檢測,再將所采集到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為圖像。工作人員通過這些圖像可以總結(jié)高爐內(nèi)部生產(chǎn)的機(jī)理數(shù)據(jù),總結(jié)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn),對高爐的操作活動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化,以此來提高高爐運(yùn)行過程當(dāng)中的穩(wěn)定性,提高高爐的使用壽命。最后,來看低成本高爐。低成本高度主要是在自動(dòng)化的基礎(chǔ)之上,進(jìn)一步減少高爐建設(shè)活動(dòng)當(dāng)中的建設(shè)成本投入,生產(chǎn)過程當(dāng)中,人力資源的投入。實(shí)現(xiàn)整個(gè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制,來提高生產(chǎn)的質(zhì)量和效率,減少工作當(dāng)中勞動(dòng)力的使用,同時(shí)還能夠減少人工檢測和故障排查方面的經(jīng)費(fèi)。
隨著高爐煉鐵自動(dòng)化系統(tǒng)不斷完善,為工作人員營造良好的工作環(huán)境,通過遠(yuǎn)程控制不同設(shè)備,積極參與高爐煉鐵不同環(huán)節(jié),及時(shí)做好監(jiān)測工作。