高炉炉前作业自动化升级改造

高倩倩 苏鹏鹏

摘 要：为进一步提升高炉设备自动化水平，促进设备有效应用，需对高炉炉前作业自动化系统进行升级与改造。传统高炉炉前液动系统中，通过扳动先导阀的手柄来完成高炉炉前各个环节的操作，此种方式的作业效率较低，系统无法全面发挥其功能。通过在原系统基础之上升级改造，现场布置油管，使用电液控制阀代替液动控制阀，并配置PLC系统和电气系统，使炉前作业各操作实现升级，在遥控系统中预留高炉出铁接口，提升作业效率，促进高炉设备自动化水平的不断提升。

关键词：高炉;炉前作业;自动化;升级改造

前言：

高炉炼铁过程中，移盖机、开口机等设备组成了炉前关键系统，通过周期性开放铁口将冶炼后的铁水放出，完成操作后及时封堵开口。传统炉前设备一般采用液动液压系统，需手动打开铁口并进行封堵作业，每个动作液压阀门需配备手柄先导阀，在操作台上集中处理，并在每个铁口阀站中做好布置。

一、高炉炉前液压系统的升级

一般情况下，高炉设有多个出铁口，且每个出铁口都设有阀站，并配备移盖机、开口机等控制系统。液压发展中，控制系统的每一个操作都有相应的液压阀，每个操作可以单独进行，互相不做干扰。液压控制系统原理如下表所示：见表1.高炉炉前液压系统升级后，将液压系统中移盖机、开口机等原有手动液控升级改造为电液控制系统，其间配管也做出改造，将电气信号传送至PLC，设置遥控装置，操作人员在铁口处可以进行现场的遥控，不用再依靠发展手柄手动操作，系统运行效率大大提升[1]。

例如：液压泥炮的升级改造，在液压阀台上安装一个减压阀，将其中一个液压油通过减压之后升级为阀台换向控制油，并在阀台处安装手动的换向阀，经过控制减压之后构成开口机阀或者泥炮阀组。泥炮动作包含了旋转转进与转退以及泥缸打泥与退泥，在进行升级改造前，系统中旋转油缸对应相应的换向阀，打泥油缸对应相应的换向阀，安装手柄控制阀台先导阀，连通控制油之后，通过手柄的操作可以实现泥炮的不同动作与功能[2]。在改造之后，各个阀组原液动的换向阀转换为电液转向阀，安装I/O为系统提供电源，保障各调节阀可以有效使用。拆除手柄先导阀的操作台，更换为电源操作台，配备PLC 系统及电气自动化装置。使用遥控器进行远程的系统操作，电动与手动相结合，在紧急情况下，可以快速操作，提升系统操作效率。泥炮液压系统升级原理如下图所示，将①②⑤升级为电液换向阀，拆除③④，封堵配管之后，其他阀台组件可以正常使用。在同一个阀站中，移盖机、开口机阀组所对应的换向阀升级改造后，换向阀的作业效率更高，换向阀反应更快，系统精准度更高。阀站阀组升级改造与泥炮液压系统升级大致相同，通过更换液动转向阀，安装手柄先导阀、控制油路后，实现电液系统控制，配备PLC控制系统，实现远程操作功能。改进現场的液压管路，当开口机臂回转至立柱的中心处，增加旋转接头，改造大臂回转芯轴和上压盖，加工接头定位，重新安装孔，保留软管，去除大臂回转油缸，剩余均用硬管来连接。升级改造泥炮的方式是：泥炮回转液压油管由原来的软管连接转变为4路的转向接头，应用单独旋转接头连接水管，重新铺设硬管，在改造之后，现场的各个管路合理布局，系统故障减少，跑冒滴油现象减少[3]。

其中，①为比例换向阀，②为比例换向阀，③为手柄先导阀，④为手柄先导阀，⑤手动换向阀。

二、高炉炉前自动化控制升级

高炉炉前作业中，将手柄扳动先导阀操作升级为移动式远程操作系统，阀台处将液动控制系统改为电液控制系统，配备PLC控制装置。新配置两套电气自动化系统，一套控制南向出铁场，一套控制北向出铁场，在高炉控楼中配备核心控制系统，每个阀站处配置远程的I/O站，中控楼处以及工作人员值班室可以增设监控系统。升级过程中增设遥控器设备，用于每个铁口现场操作，在阀站处设置手动操作台，紧急情况下，可以手动操作设备系统，在阀站处增设泥炮压力显示屏，将信号输入其中。新设PLC系统应沿用原有系列型号，保障高炉控制设备一致，控制系统一套控制北向出铁场出铁口1 #、2#，一套系统控制南向出铁场出铁口3#、4#。应用冗余PLC系统，设置主机架，应用控制网设置I/O模块，并在现场处设置远程I/O站，将主机架安装至同一PLC柜中[4]。

炉前自动化系统网络结构采用信息层、自动化控制层与设备层多层结构的方式，在信息层安装一台交换机和四台工控机，在自动化控制层，结合现场情况，布置工艺原厂安装I/O柜。设置CPU网络冗余配置，保障控制系统安全可靠性。在设备层，通过升级改造后，在远程站中设置电磁阀，选用原系统PLC，保障系统完整统一性，从而控制系统的软件与硬件，使炼铁区HMI和控制设置统一，采用网络结构设置PLC系统，其通讯速率大大提升。

PLC控制系统中各个设备包含多个自动化软件程序，如流程、监控、控制组、报警、趋势画面等。PLC控制通过操作台采集信号，控制液压电磁阀站，应用现场设备进行一系列操作，实现PLC系统功能。HMI程序包含流程、监控、控制组画面等，其显示屏将设备状态以及运行情况显示出来，并及时通报报警信息，保障系统稳步运行。系统流程通过流程画面体现出来，对系统运行当前状态进行描述，系统设备工艺数据通过趋势画面体现出来，便于数据分析，查找操作不足之处，从而更好规划系统，实现系统最大化功能。各个设备手动窗口通过控制画面体现出来，系统报警信息通过报警画面呈现出来，可以追溯报警时间及问题点，并具有历史查询功能，使系统更高效、覆盖性更全面。通过以上升级方式，系统拓展性更强，在高炉中应用此系统，工作人员在办公室一键操作即可实现各种控制功能，真正意义上实现了远程操控的自动化作业。为提升系统安全可靠性，可以结合现状安装多个电源装置，远程I/O来提供电源[5]。

结语：综上所述，高炉炉前开口与封堵操作，需相关工作人员在操作台中手动扳动手柄，并在阀站处进行现场观测，从而完成炉前操作。结合高炉炉前实际情况与高温工况，传统操作方式安全性较低，且作业效率不高，对于企业未来发展产生很大影响。为提升作业效率，降低工作人员工作难度，提升炉前设备自动化水准，需对炉前系统升级和改造，并对现场管路进行优化和改进，配备旋转式接头，避免跑冒滴漏问题，从整体上提升液压系统功能性。

参考文献：

[1]李晓辉.高炉炉前作业自动化系统的应用[J].自动化应用，2017.

[2]翟玉龙，吴建华.梅钢高炉炉前自动化升级[J].冶金设备，2019.

[3]王敏，任荣霞.高炉炉前数字化生产管理系统的优势[J].金属世界，2021.

[4]徐飞.炉前作业对高炉使用寿命的影响[J].现代冶金，2020.

[5]L.S.Wang，Q.Yang，A.R.He，et al.Improvement of prediction model for work roll thermal contour in hotstripmill[J].Journal of Central South University of Technology，2010，17（ 06） ： 1251 -1257.