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炼铁高炉生产过程的自动化控制研究

发表时间：2020/3/14 来源：《福光技术》2019年32期作者：荣世宇

[导读] 基于此，本文针对高炉炼铁生产过程的自动化控制进行了探析，以供参考。

本钢北营炼铁厂   辽宁本溪   117000
        摘要：在高炉炼铁生产过程的自动化控制过程中，最主要的难点是控制过程比较复杂并且响应时间较长，因此只有真正实现生产过程的自动化控制，才能够解决这些难题。基于此，本文针对高炉炼铁生产过程的自动化控制进行了探析，以供参考。
        关键词：炼铁；高炉；生产；自动化；控制


        高炉自动化控制系统的主要功能
        高炉自动化控制系统所组成的设备多、设备的位置分散、设备之间联系性强，而且运行环境恶劣。高炉控制技术需要结合机械设计和制造、电气化控制和计算机技术，其中以 PLC 为核心，系统往往包含上料系统、高炉本体、热风炉和除尘等四个控制站，然后通过以太网进行数据传输和通信，以达到高炉自动化控制的目的。为了保证自动化控制系统的合理性和自动化运行，高炉自动化控制系统往往采用二级控制系统和二层通讯网络。高炉自动化控制系统具有以下功能：第一，机群系统控制。基于高速工业以太网，每个系统都有 2~5 台相互独立、相互备用的监控机，现场控制站由 PLC 组成，能够与监控系统进行数据交换，实现对设备的控制和数据的处理。第二，高炉本体、槽下及炉顶控制系统。炼铁厂高炉自动控制系统主要包含上料及炉顶自动化控制系统、高炉本体自动化控制系统、热风炉自动化控制系统和除尘自动化控制系统 4 部分。槽下自动化控制系统的关键部分有料单的分解、称重和闸门的控制、主皮带的自动运行。炉顶控制系统中的受料斗接收由主皮带送来的原料，当受料斗中的料不满时，允许中间斗送料。第三，画面监控操作、数据采集以及历史趋势显示。高炉自动化控制系统的特点可以概述为以下几点：第一，该系统属于三电一体结构；第二，含有若干监控站以及 PLC 系统；第三，可以实现冗余 CPU 配置；第四，通过以太网实现数据通信；第五，模块分层明确，便于阅读与修改。
        高炉炼铁自动化分析
        设备自动化
        几乎所有的高炉都实现了设备自动化，各企业都对高炉设备自动化极其重视，这是因为如果控制系统发生故障，将直接导致高炉休风，甚至会危及到高炉的安全生产，产生严重的后果。相当一部分企业在设备自动化方面，配备了较好的检测、控制和执行装置，其检测准确度满足高炉基本操作要求，但仍然有较大的提升空间，如按环重量布料、热风炉自动燃烧、自动换炉、交叉并联送风等。
        过程自动化
        冶金企业铁水成本是影响产品成本的重要因素，降低铁水成本是冶金企业的主要任务之一。只有在保持高炉持续稳定生产的前提下，才有可能实现优质、低耗。因此，高炉的持续稳定生产是操作者最重要的目标。然而，高炉运行存在很多干扰因素，如操作的失误、人为因素、炉料化学成分的波动、工艺过程和热状态的改变等均会造成高炉的扰动，保持高炉长期稳定运行并不容易。
        炼铁高炉生产过程的自动化控制方法
        原料系统自动化在高炉生产过程中的控制
        炼铁高炉生产过程中，自动化控制的实现对于炼铁高炉的发展具有十分重要的作用。通过将计算机技术应用于炼铁高炉生产过程的自动化控制中，达到最佳的生产指标，提高炼铁高炉生产的经济指标，最终提升工作效率。同时，通过将计算机技术广泛应用于炼铁高炉的生产过程中，也能够有效地对不同的生产过程进行管理和调节，从而提升生产管理的效率，从真正意义上实现安全生产，提高社会经济效益。由于炼铁高炉生产过程中的原料系统应用计算机技术的历史较为悠久，因此，整个过程的自动化控制也相对较为成熟。原料系统的质量控制主要根据工作人员每次装入漏斗中的原料最终值而决定，之后再将原料剩余值减去，这样一来，就能够得到每次工作人员实际装入炼铁高炉中的原料最终值，通过与定值进行比较后，能够将其作为下次称重过程中进行原料添加的数据依据，原料系统实现自动化控制也能够为原来的数据精确计算提供重要依据，从而控制补给原料值的称量工作。

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具体步骤分以下几点：自动校正下次称重质量，通过卸空称量与满装称量后计算机的读取，这样再次卸空漏斗后计算机会显示为零值；负荷传感器测定称料漏斗中原料称量值，然后对实际称量值和卸料设定值进行比较运算，这时的设定值已经包含之前批次备料的亏欠或盈余值，当实际值达到设定值的 100% 时，计算机发出停止指令，显示满，
超过 100% 但是供料设备没有停止运行时，计算机会发出声光报警信号提醒；等到称料漏斗放料完成，空信号发向计算机，计算机发出信号关闭料斗阀门，重新启动给料器，发出放料指令，按照料单设定开始下一批操作。
        热风炉自动化在高炉生产过程中的控制
        高炉生产过程中热风炉自动化的控制系统是通过确定最佳的换炉时间，同时保持最佳燃烧状态，分析燃料的废气成分、湿度、高炉顶部湿度等，通过计算机计算自动启动调节燃烧空气和煤气量来实现。高炉生产过程中热风炉自动化的控制系统中一般包括三座热风炉，且有一定的工作周期。在每一个工作周期内，热风炉炉内温度循环性变化。随着送风时间的延长增加，风的温度会降低。通过减少送风时间，可迅速达到稳定阶段，从而缩短了燃烧时间。
        自动化自控在高炉生产过程中的控制
        高炉生产过程自动化自控系统中，气体、液体、固体的相互化学反应使得炉内生产过程相当复杂，而且每一个过程有一段相当长的时间过程，在此过程中原料的质量会发生上下波动，种种因素给高炉自动化自控带来了相当的难度，因而相较高炉生产过程中自动化控制中相对成熟的原料系统自动化的控制和热风炉自动化的控制，高炉生产过程中自动化自控系统显得并不是十分成熟。计算机对炉体的监控，对高炉操作数据的收集和显现，对炉况的操作指导和调节是现如今使用的降低设备故障导致过程的变化给产品带来的干扰的主要控制功能。控制输入的大量参数表化，准确的测量出可控参数，减少很多不可控参数以及未知变化对产品的干扰。
        结语
        总之，炼铁高炉生产过程的自动化控制能够在很大程度上促进生产，通过采用计算机技术从而实现系统的控制，为炼铁高炉生产过程提供有效的信息支持，并且随时提供相对应的控制方案，最终取得最佳的生产指标。随着人们对钢铁业数量和质量两方面要求的不断增加，也给高炉生产过程的自动化控制带来了新的发展机遇，同时又面临着严峻的挑战。随着钢铁行业在质量以及数量方面面对的要求越来越高，自动化控制高炉生产过程已成为必然发展趋势，相关人员需要对其给予高度重视，通过不断试验，对其自动化控制研究进行深入完善，为我国高炉自动化发展做出贡献。
        参考文献
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        作者简介
        荣世宇（1981.4.10—），男；吉林省；汉；大专学历；职称：自动化中级工程师；研究方向：炼铁高炉自动化；单位：本钢北营炼铁厂；邮编：117000。