炉顶自动打水系统在长钢九号高炉空料线停炉应用实践

张建国， 陈红俊， 宣中忠， 王保国， 黄 佩

（首钢长治钢铁有限公司炼铁厂， 山西 长治 046031）

首钢长治钢铁有限公司（全文简称长钢）九号高炉2019年2月25日计划停炉大修，本次空料线停炉采用炉顶自动打水系统。2月25日16:25 开始打水空料线，2月26日7:25 分高炉休风，用时15 h。九号高炉本次大修空料线成功的把料线空到风口中心线以下，全程顶温控制在310～370 ℃之间，十分理想，实现了安全、高效、无爆震安全停炉目标。

1 高炉打水空料线工艺存在的问题

长钢高炉停炉打水空料线，笔者已经历10 多次，过去打水空料线工艺是利用炉顶安装的打水装置结合炉喉人孔临时安装的4 支自制打水枪进行打水控制顶温，打水工艺系统存在问题：

1）喷出的水雾化效果不好。

2）靠人工凭经验结合炉顶温度进行控制，打水量和打水时机的控制不好掌握。高炉炉顶打水量过多，易造成水雾化不好，易产生炉料积水，渣皮脱落；打水量过少，炉顶温度过高，易造成炉顶设备烧坏，烧坏布袋，威胁高炉整体安全。

2 炉顶自动打水系统组成

高炉炉顶打水自动控制系统的目的在高炉停风降料面过程中，对炉顶打水量进行精确控制，并根据高炉降料面的过程，在线实时监测风量、料线深度、热量变化、炉顶温度等参数的变化。通过顶温和料线控制自动实现对于炉顶打水量的控制，从而为高炉快速、安全、高效的降料面提供准确、及时、强大的数据和技术支撑，为实现高炉的长寿高效生产奠定基础。

自动打水系统根据高炉操作参数的跟踪和分析，以及对于打水量等参数的实时自动控制包含以下模块：

2.1 炉顶打水自动控制模块

炉顶打水自动控制的目标有两个：炉顶温度在控制范围内；减小爆震强度和爆震次数。通过炉顶温度、风量和风温等参数的变化，在一定范围之内对打水量进行控制。本次九号高炉炉顶温度控制标准：300～350 ℃。

2.2 炉顶打水量自动跟踪模块

按照采集频率，实时显示炉顶温度均值和打水量均值的变化曲线。其中炉顶温度为炉顶四个方向的顶温平均；打水量均值指的是4 根打水管的实际水流量变化趋势。

2.3 高炉风量、风压、风温、炉顶压力设计及评价模块

按照料线，将高炉风量、风压、风温和炉顶压力值按照历史降料面的参数变化做成对比图，并同本次降料面过程进行对比，进行比较评价。

2.4 在线料面跟踪模块

采集高炉机械探尺、雷达探尺数据，并根据料线的深度、变化情况，自动判断是否失效，并对料线变化速度等进行自动计算，从而为高炉送风风量、风温、打水量等参数的控制提供技术参考。

2.5 热量收支平衡模块

总的风量的变化影响高炉物理热的吸收，同时由于焦炭的燃烧放热，造成整个降料面过程中热量的变化，从而影响打水量的变化，开发高炉降料面期间高炉热量收支平衡模型，以实现对于高炉炉内热量平衡的精确计算和趋势分析，从而有效控制打水量，实现高炉平稳的降料面。

3 本次九号高炉空料线停炉情况统计（见表2）

表2 九高炉空料线停炉情况统计

4 自动打水的布置图

长钢的1080 m3高炉按照方位有六个打水枪，四个测温点,当其中的某个测温点温度升高，测温点相邻的两个打水装置就会按照图1 预设的角度打开相应角度来降温。比如A 点东北部温度升高到300～350 ℃之间，2号和3号枪会同时打开，枪的出水阀门开度为45 ℃，温度在350～400 ℃之间会阀门开到65°，当回到300 ℃以下阀门会根据图2 的设定全关。

图1 炉顶打水装置布局图

4.1 自动打水中的阀门开度的控制

该系统自动状态下，当炉气温度高于设定值时，设定值如下图，上一排是炉顶温度的范围，下一排是阀门开度，当某个方位的温度达到上排显示范围后，阀门的开度按预设开度开启，达到自动控制顶温的目的。

图2 温度和阀门开度对照图

4.2 打水装置数据采集和高炉的通讯

雾化打水系统读取原高炉数据，原高炉四个上升管温度是控制高炉自动打水的主要依据，和高炉通讯主要是读取该数，原系统采用组态王组态软件，通过Kepserver OPC 通讯方式，把高炉数据采集到画面，然后用脚本方式传到本地PLC，但使用过程中常出现组态不明原因的不能和高炉通讯，导致控制系统因温度异常，不能自动打水，高炉打水一般是设备故障导致不能下料或生产不顺炉顶温度高，急需打水，这时如果不能打水会影响生产。后来采用PLC同PLC 通讯方式解决了这个问题，项目采用西门子的单边通讯，这样使用的好处可以不修改主CPU 的程序，在本CPU 的Netpro 视图中配置与主CPU 的链接，连接类型选S7 connection,使用FB14 GET 指令,FB15 PUT 指令来完成和主PLC 的通讯。这样即使打水画面关闭也能正常打水。

5 结语

长钢的自动打水装置安装好后就出色的完成了高炉的降料面工作，正常生产中现两高炉采取自动控制打水控制炉顶顶温，起到了良好的效果。