李海成、高鑫
光阳工程技术有限公司， 山东莱芜， 271100
摘要：随着时代的发展，高炉喷煤在现代高炉炼铁工艺中革命性的重要角色。不仅能够用低廉的煤粉代替日趋匮乏的煤炭而更加环保，也能有效降低炼铁焦比而降低生产成本。喷煤的主要工艺流程是原煤仓通过输煤皮带进煤，通过给料机向磨机输送煤，磨机磨煤的同时用高炉废气和烟气炉烘干煤粉，磨机磨出的煤粉在主排风机的动力下，经布袋除尘，储备到煤粉仓中。
关键词：高炉喷煤；自动控制系统；功能设计与优化
引言
高炉喷煤工艺系统能够有效降低入炉焦比，继而对生产成本、进度等进行控制优化，高炉喷煤系统也存在较为严重的粉尘污染，这需要引起技术人员的重视，在高炉喷煤工艺流程中，如果喷煤量控制在较小的水平，则往往需要使用常规仪表系统进行控制。当前，随着信息化技术的普遍化应用，高炉喷煤系统的自动化也越来越复杂、大型化，一般采取稳定性较高的集散控制系统是实现恶劣环境下高炉喷煤工作的关键，其自动控制系统在高炉喷煤中的应用能够很好地满足工艺技术标准要求。
1高炉喷煤系统概述
高炉喷煤在现代高炉炼铁工艺中革命性的重要角色。不仅能够用低廉的煤粉代替日趋匮乏的煤炭而更加环保，也能有效降低炼铁焦比而降低生产成本。喷煤是将煤粉通过喷煤管径直吹管喷入高炉风口，喷煤管的工作环境十分恶劣，喷煤管容易破损，破损后导致喷出的煤粉射流改变流动方向，对高炉风口直接冲刷，造成风口损坏、影响生产。一般来说，喷煤管使用寿命在2个月左右，最低不少于1个月，某高炉喷煤管近期出现频繁破损的故障，为查明原因，取样进行分析。喷煤的主要工艺流程是原煤仓通过输煤皮带进煤，通过给料机向磨机输送煤，磨机磨煤的同时用高炉废气和烟气炉烘干煤粉，磨机磨出的煤粉在主排风机的动力下，经布袋除尘，储备到煤粉仓中。为保证连续给高炉输送煤粉，煤粉仓为三个并列的喷吹罐输送煤粉，再经喷吹管道，一分二分配屏和32路喷吹支管喷到高炉内。自动化控制程度的高低直接影响喷煤工艺的安全和稳定，进而影响高炉炉况。根据工艺流程和现场实际的设备，经过与唐钢新区资深工艺人员的研讨，制定了切合唐钢新区喷煤实际的高炉喷煤自动控制系统。
2高炉喷煤自动控制系统功能设计与优化
2.1软件设计的控制与优化
对于系统软件设计，自动系统具备多类型的编程模式（LAD、STL、CFC、SFC、SCL等），并且该控制系统程序组织执行使用较为简便，控制系统内置的组织块能够充当用户程序和系统之间的接口，通过操作系统的调用进行驱动程序的中断和循环以及程序控制器的动态化启动，也可以进行错误响应的处理。一般而言，自动控制系统具备以下三个方面的软件要求，首先，是能够实现对传统工艺参数的报警、检测功能，CFC变成模式的采取主要考虑到内置功能模块的通用性，如阀门控制、数据监测、PID调节等，可以进行极为简洁方便的参数预警监测分析，且程序的设置一般在OB35（中断时间循环组织块），可以在0.1s时间间隔进行单次循环；其次，对于自动调节回路则主要采取CFC编程模式，串级调节模式为喷吹速度控制主要模式，内外环的自动调节形式不一致，煤粉喷吹工艺主要与湿度、温度、煤粉品种具有重要关联，实施喷吹速度一般只能够选取为特定时间段的平均值，时间间隔则要适当选取，实际生产阶段，一般选取为50秒；对于自动倒罐作业，则需要考虑井罐喷煤阀门的自动化顺序工作，一般在下一个动作命令发出之前，上一个阀门需要进那个开关到位工作，顺序控制特征也是软件设计需要重点考虑的，为此，需要采取SFC模式进行编程处理，软件程序则设置在0B35内。
2.2喷吹位置划分的控制与优化
根据喷吹站所处位置，喷吹系统可分为直接喷吹和间接喷吹两种形式。制粉系统和喷吹系统合建在同一个厂房内，制粉系统生产的煤粉进入煤粉仓后由喷吹罐直接向高炉喷吹的形式为直接喷吹。对样品内壁部位进行金相检测知，磨损严重部位存在严重的网状裂纹，裂纹位于晶界位置，为晶间腐蚀的特征。此外，平滑部位也有网状裂纹脱落形成的凹坑。电镜能谱分析发现，晶界部位Cr元素含量低于基体Cr元素含量，为典型的贫铬现象。喷煤管靠近风口温度一般要求在400℃以内，但是实际作业的区域温度一般在400-600℃范围内，虽然06Cr25Ni20属于耐热不锈钢范畴，可适用于1000℃以上的作业环境，但是，一般来说奥氏体不锈钢的敏化区间为450-850℃，在此温度区间内长时间停留，晶粒内的Cr元素扩散能力增强，极易使晶界贫铬出现晶间腐蚀。喷煤是经喷煤管在氮气作用下高速喷入高炉内，煤粉在喷煤管快速运动对内壁造成冲蚀，由于内壁发生晶间腐蚀，在煤粉冲蚀下发生晶间腐蚀的内壁表层会被率先冲刷掉，造成喷煤管内壁减薄。在高温及煤粉高速冲蚀长时间作用下，喷煤管内壁会逐渐减薄直至穿透。此外，电镜能谱检测还发现晶界存在一定含量的Cl元素，由于Cl离子体积较小，极易破坏不锈钢表面的钝化膜，使得晶界出现贫铬现象，会进一步加剧腐蚀现象的发生。经查询，Cl离子应为洗煤所用水中的，洗煤过程中附着在煤粉中进入喷煤管。
2.3制粉功能控制与优化
①磨煤机自成控制系统（包含磨煤机本体、润滑油站、密封风机等的控制）。根据磨机出口烟气温度设定值，自动调节高炉煤气流量，使磨机出口烟气温度基本上稳定在出口烟气温度设定值。②主排风机配入口调节风门及一体式电子执行器，执行器可实现就地和远程操作功能。主排风机设有风机轴承温度、电动机轴承温度和电动机定子温度等上限报警，并与机组连锁。当温度达到上限时，风机停止，以保证风机机组安全运行：其中风机轴承温度报警值75℃，停机值85℃；电动机轴承温度报警值80℃，停机值85℃；电动机定子温度报警值135℃，停机值145℃。③烟气引风机配入口调节风门及一体式电子执行器，执行器可实现就地和远程操作功能。烟气引风机设有风机轴承温度、电动机轴承温度和电动机定子温度等上限报警，并与机组连锁。当温度达到上限时，风机停止，以保证风机机组安全运行：其中风机轴承温度报警值75℃，停机值85℃；电动机轴承温度报警值80℃，停机值85℃；电动机定子温度报警值135℃，停机值145℃。
2.4喷吹煤粉浓度控制与优化
根据煤粉浓度的不同还可以分为浓相输送和稀相输送。通常将固气比在40kg/kg以上时称为浓相输送。与稀相输送相比，浓相输送气源消耗量小，可轻易实现大喷煤量。煤粉在管路中运行速度慢，管路磨损小。但该喷吹形式适合较短距离喷吹，管路越长越不容易实现浓相喷吹。设计者需通过严格的计算以保证管路系统通径、喷煤量和气源流量压力的匹配。该种方式对操作者的水平要求很高，需要经过长期的实验和实践才能实现，一旦控制不好，容易出现堵煤现象，现场处理困难。与浓相喷吹方式相比，稀相输送控制简便，管路设计容易，但耗气量大，气源设备如空压机等投资较高。
结语
我国强调“持续推进民生改善和社会建设”时强调,打好节能减排和环境治理攻坚战。高炉喷煤不但可以实现结构节能，也能减少焦化引起的空气污染，还能降低炼铁的成本投资。此高炉喷煤自动控制系统的应用，不但减少了操作人员的负担，减少了操作错误率，而且推动了“无人值守”中控的发展。有助于精准喷吹，稳定喷吹和完全自动喷吹的发展。能够有效降低高炉的焦比，创造了更大的经济效益。