1280m3高炉控制系统研究与应用

徐震

（莱芜钢铁集团自动化部，山东 莱芜 271104）

前言

20 世纪50年代末期电子计算机开始应用于高炉生产。当时仅作为过程解析之用。20世纪60年代初期，用计算机对高炉进行局部控制，扩大了应用范围。在此期间，高炉由程序控制（上料系统）、仪表控制（热风系统），逐步向计算机控制过渡。1975年世界上已有近半数的高炉采用计算机控制。

高炉本体自动控制主要担负炉身、炉底、炉顶、气密箱、溜槽、冷却水、氮气、蒸汽、氧气等各测点的数据监控,以及炉顶压力调节阀组、洒水切断阀、氧气切断阀、氮气进气管切断阀、密蒸汽电磁阀、混风温度调节阀等的自动手动控制。高炉本体及炉顶控制系统由4个机架组成，其中两个冗余配置主机架，两个远程机架。由于每个机架有I/O字数的限制以保证数据采集的快速性、实时性，I/O模块分布于2个远程机架中，机架之间通过S908协议通讯。PLC通过以太网模块，经过交换机，采用TCP/IP协议连接到高炉区的局域网上，在高炉值班室设四台监控站，监视本体、炉顶工艺和设备状态。

本文研究并开发了高炉炉顶控制系统，经过长时间运行实践，表明该系统运行稳定，为企业创造了良好效益。

1 控制策略

炼铁生产过程是在高炉内进行的一系列氧化还原反应。炉料从炉顶进入高炉，冷风经过加热形成高温热风后进入高炉，随着气流自下往上运动。炉料由上往下运动。相互接触发生氧化还原反应，最后在炉子内形成生铁，同时形成炉渣。高炉炼铁较其他部门需要更复杂的数学模型，目前计算机控制主要用于各种数据的收集、分析、记录，炉料的称量、校正、装卸、运输，控制热平衡，稳定炉况等。比较成熟的是用于热风炉系统和装料系统的自动控制。高炉自动化控制主要是保证配料正确并装入炉内，使炉料均匀下降，并控制炉料与气体良好接触，保证高炉整体处于正确的热状态。

1.1 信号处理方式

(1)开关量输入信号采用直接输入，对不稳定或保持时间较短的信号加以处理，保持信号的可靠性。(2)对于模拟量输入，在程序中必须具有调整参数功能，以达到与现场值相吻合。(3)对于不同的炉顶工艺，保证工作制度切换时，设备能够正常工作。

1.2 手/自动关系

(1)本系统有自动、手动两种模式。(2)在开炉或调试重新启动PLC时，对系统进行初始化.。

2.炉顶设备控制流程

2.1 装料流程

料车将原料运到炉顶并倒入受料斗中（最多装四车）。料罐经过放散，然后打开上密阀和柱塞阀并向料罐填装原料。装料完成后料罐进行均压。收料斗准备接受下一批原料时就进行布料，先打开下密阀并将调节阀打开。通过射线检测料罐清空并发出信号后，关闭料流调节阀、下密封阀以及放散阀进行放散，准备下一次装料。

2.2 布料流程

一批料中，焦矿可设定两个不同的料线位置。当探尺达到规定的料线位置后，自动提升到位，发出布料信号，下密封阀打开，布料溜槽进行启动。β角旋转到设定速度并且到达布料位置，开启料流调节阀，按照批重及规定的布料程序，调节料流调节阀开度和流槽倾角，使每圈料流均匀、重量相等和首尾相接的向炉喉任意布料。

3 控制功能

3.1 溜槽的旋转驱动

溜槽的旋转由交流电机驱动。在齿轮箱上有位置传感器，检测溜槽的旋转位置。在自动模式下，溜槽不停的旋转，如果溜槽的倾角位置达到了上限或下限，或者探尺在炉内时溜槽倾角大于45度，溜槽要立即停止旋转并报警。在电子位置传感器上设定一个触点，指示溜槽的拆卸位置。自动模式下，每一次料罐卸料的起始位置可根据位置传感器的设备设定，卸料的起始位置由操作员在炉顶布料料单中填写。

3.2 料流调节阀控制

料流调节阀的打开和定位是由液压驱动的。通过电磁阀控制液压缸，料流调节阀的开度由一个线性位置变送器检测。设定2个极限开关用来检测料流调节阀的位置。PLC根据炉布料代号设定料流调节阀开始布料，当接收到料罐清空信号，关闭调节阀。

3.3 上料闸控制

上料闸由液压缸启动，其打开和闭合位置由2个极限开关检测。同时设计备用电磁阀台。在自动模式下，PLC按照无料钟炉顶的顺序控制上料闸，如果料罐发出申请装料信号且上密已经打开且受料斗内有料，则上料闸打开。延时一定时间后关闭，炉料装入料罐中，这时受料罐发允许料车上行信号。

3.4 均压系统

均压阀和放散阀液压缸启动，其打开和闭合位置由2个极限开关检测。在自动模式下，PLC按照无料钟炉顶的顺序控制均压阀和放散阀。当料罐发出申请装料信号后，打开放散阀进行放散，上密封阀关闭后关闭放散阀。在放散过程中，打开放散阀并料罐内压力等于大气压力，则认为放散好。

4 控制功能

4.1 炉顶压力减压阀组调节阀控制

炉顶压力分高压状态和低压状态两种操作方式。（1）炉顶低压状态操作：当操作员在计算机画面上选择炉顶低压状态操作按扭时，自动控制方式将被切断，调压阀保持当前位置且转换到手动控制（M），操作员可通过计算机画面手动控制调压阀组各阀门的开度。（2）炉顶高压状态操作：当操作员在计算机画面上选择炉顶高压状态操作按扭时，计算机则根据程序自动选择高量程的变送器的数值作为炉顶压力的测量PV。

4.2 氧气总管流量调节控制

当选择手动操作方式时，操作员可通过计算机画面，参照画面显示的氧气流量值，根据生产需要手动控制阀门的开度，调节氧气流量的大小。

4.3 混风温度调节控制

操作员通过计算机画面，参照画面显示的混风温度值，根据生产需要手动控制混风阀门的开度，调节混风温度。

4.4 氮气总管压力调节控制

当选择手动操作方式时，操作员可通过计算机画面上的手操作器，根据电脑显示的现场氮气总管压力，手动控制阀门调节氮气总管压力。在自动模式下，操作者在电脑显示画面上输入氮气总管压力的给定值SP，计算机则根据氮气总管压力，自动控制阀门的开度，保持氮气总管压力稳定在给定值的范围之内。

结语

本文介绍了1280m3高炉的控制工艺，研发了高炉炉顶控制系统，经过长时间运行实践，表明该系统运行稳定，保证了生产的顺利进行，为企业创造了良好效益。

[1]王徐鹏.马钢新区高炉控制系统的组成与控制原理，安徽冶金[J].2011，(3):23-25.

[2]陈志虎.TRT装置对高炉炉顶压力的影响和控制，控制工程[J].2009，(3):22-26.