淺析煉鐵高爐的自動控制系統

摘 要：隨著科學技術的不斷發展進步，人們對鋼鐵的產能與產品質量要求也一直在不停的提高，這加速了鋼鐵行業的快速發展。文章主要是對高爐的電氣自動化控制系統進行介紹，首先對高爐生產工藝進行了簡介，其次對高爐自動化過程控制系統進行介紹，之后分別對高爐本體控制系統、高爐傳動控制系統、熱風爐控制系統、自動控制系統的監測與控制進行淺析介紹，最后結論是高爐煉鐵采用電氣自動控制系統增強了鋼鐵企業的競爭力，能夠為社會和企業帶來巨大的效益。

關鍵詞：煉鐵；高爐；電氣自動化控制

1 概述

隨著科學技術的不斷發展進步，人們對鋼鐵的產能與產品質量要求也一直在不停的提高。眾所周知，在鋼鐵生產過程中，煉鐵是核心部分，高爐的出鐵產能和鐵水質量關系到下游成品鋼材的產量和產品質量，因此高爐運行情況是鋼鐵生產中至關重要的環節。在生產過程中，高爐煉鐵不能出現停滯情況，需要一直連續作業，同時，高爐生產溫度高、生產工藝復雜，需要配套的電氣自動化系統對整個高爐生產進行操作控制。高爐電氣自動化控制是在無人直接參與的狀態下，運行儀表檢測和自動控制手段對一些機械設備進行工序過程控制。目前，大型現代化高爐全部是使用儀表檢測控制系統、電氣自動化控制系統以及計算機監控管理的過程控制來完成高爐生產。儀表檢測控制系統和電氣自動化控制系統通過DCS或PLC系統完成。

2 高爐工藝簡介

高爐可將鐵礦石球團與焦炭混合，通過氧化還原反應生成生鐵與其他產物。高爐煉鐵在爐料由上而下，煤氣由下而上接觸反應，是個連續的生產過程。爐料從爐頂裝進爐內，將從熱風爐加熱到1000°C以上的熱風從進風口由鼓風機送入高爐內，爐料內的焦炭進行燃燒，生成高溫的還原性氣體，并加熱緩慢下落的爐料，還原鐵礦石球團，變為鐵。鐵礦石上升到一定溫度后，鐵水熔化滴落，鐵礦石中其他物質變為鐵渣，實現渣鐵分離。上升的煤氣流將熱能傳導至爐料，溫度降低，形成高爐煤氣。

3 高爐自動化過程控制系統

高爐過程控制是根據儀表采集獲得的檢測數據，對高爐運行狀態進行預判，從而實現對高爐的全程控制。高爐自動化過程控制系統要求運行安全可靠，能夠滿足生產需求。其依據設計原則，結合高爐生產運行原理及總結出的經驗和技術。采用儀表檢測、計算機監控，實現高爐生產全方位工序的監測與過程控制。主要包含數據的采集和處理、自動控制、顯示數據和波形記錄等。高爐過程控制系統的特點為集中操控和分散控制。為實現降低成本、減少電纜使用及方便點檢維護，自動化設備主站與遠程分站主要采用網絡進行連接。高爐過程控制系統每一個子控制系統相互獨立，通過PLC系統，將每一個子控制系統作為一個基本的控制站，以PLC為控制核心，通過網絡銜接整個系統，能夠較好的實現高爐過程控制操作。為保證高爐整個工序過程安全可靠運行，各控制站采用LK冗余系統，其包括電源、CPU、總線的冗余，并且所有運行模件支持熱插拔，能夠保證高爐在生產過程中更加安全、可靠。

系統采用PLC為基本控制站，上位機為操作站，基本控制站對高爐煉鐵的機械設備、儀表檢測出的工藝參數和整個設備的工序過程進行操作和控制。操作站對儀表檢測出的工藝參數進行監測，并根據現場實際運行狀況對整個高爐生產過程進行判斷和干預。上位機與上位機或上位機與PLC之間使用工業以太網進行連接，選用以太網的前提是必須滿足上位機與上位機或上位機與PLC之間通訊運行可靠。PLC相互之間或PLC與遠程站之間使用現場總線（如Profibus-DP）進行連接，以實現數據傳輸的實時性與可靠性。

4 高爐本體控制系統

高爐本體控制系統包括基本控制站和操作站組成。系統的基本控制站由儀表檢測元件通過控制設備對整個高爐本體進行數據檢測和過程控制。

高爐本體的數據檢測和過程控制主要包括：爐內運行監測、高爐運行過程操作、高爐本體及人員保護等。高爐本體控制系統能夠實現高爐本體的工藝數據采集和工序過程控制，由檢測儀表、信號處理、基本控制模板（PLC）和上位機（計算機軟硬件）構成。通過上位機能夠顯示所需高爐本體相關的壓力、流量、液位、溫度等物理量，可將這些物理量反映至工藝運行流程和過程控制的顯示控制畫面中，并將其顯示至工藝數據列表和歷史運行趨勢上，方便查看和分析高爐過程運行工況。高爐本體通過PLC編程實現風溫、風壓等物理量的PID自動調節與控制，對PID參數進行設置，控制混風閥裝置調節，并在上位機畫面上顯示設定的數據、實際的數據和閥門開度等。

5 高爐傳動控制系統

高爐傳動控制系統可使用交直流調速實現機組設備運行。高爐傳動系統包括低壓傳動和高壓傳動設備，低壓傳動包括上料卷揚機電機、布料器傾動電機、布料器旋轉電機、探尺電機等；高壓傳動設備包括離心鼓風機電機、礦槽除塵主引風機電機、凈環給水泵電機。

交流調速控制技術逐漸發展完善，基于交流電機結構簡單，維護量小等優點，目前，高爐傳動系統一般采用交流調速系統。一般高爐傳動控制系統多采用交-直-交變頻調速控制。為確保高爐傳動控制的安全可靠性，將故障影響降低至最小程度，可以將調速裝置像PLC系統一樣設置稱為冗余的形式，即可增加與所傳動控制相同型號、功率的一臺變頻器，設置為主/備用方式，通過控制切換，若主變頻器出現故障，可迅速自動投用備用裝置來替換主裝置，這樣，使得傳動系統運行穩定，便于維護。

6 熱風爐控制系統

熱風爐是高爐系統的重要設備，其作用是為高爐不間斷的供給1000℃以上的熱風。一般高爐都有3-4座熱風爐，每個熱風爐工作循環包括三個過程，它們分別是燃燒，換爐和供風，這確保了熱風能夠連續進入高爐，以滿足高爐的需要。熱風爐是將外部的空氣預熱，這就是其在高爐系統的主要作用。另外，適當的設定燃燒控制系統和換爐控制系統，能夠增加蓄熱能力，提高送風溫度，這樣可以使得熱風爐控制系統的潛能提升，更好地滿足工藝要求，確保了熱風爐設備的安全性，提高了熱效率，降低了能耗。熱風爐的動作可以大致分為三類：全自動控制，半自動控制，人工手動控制，為了進一步提高風溫，利用熱風爐廢煙氣把助燃空氣和高爐煤氣預熱，提高30℃左右風溫。

7 自動控制系統的監測與控制

為使得現場操作的數據能夠實時的記錄和對高爐控制系統運行進行高效的監測與控制，一般采用自動控制系統的檢測與控制技術對集中控制系統進行監測與控制。被監控的內容包括：首先是監控工業設計體系，其次監控所有設備的運行，可以快速發現問題，并使相關人員能夠盡快應對問題。當然，控制系統需要實現數據共享，以便能夠做到各系統的運行監視，這樣可以降低故障率，并且系統的安全性和可靠性得到不斷改善，整個生產過程將更加安全可靠。

8 結束語

通過電氣自動控制系統對高爐煉鐵操作進行控制，不僅提高了高爐的工作效率，提升了人工勞效，降低了人員操作失誤，而且優化了高爐煉鐵工藝，并使其操作趨于簡單化。因此，高爐煉鐵采用電氣自動控制系統增強了鋼鐵企業的競爭力，能夠為社會和企業帶來巨大的效益。

參考文獻

[1]中國冶金建設協會編.鋼鐵企業過程檢測和控制自動化設計手冊[M].冶金工業出版社，2000.

[2]俞浩.高爐電氣自動控制系統設計實現[J].科技與創新，2015（10）.

[3]張明君，孫優賢，皮道映.控制系統設計的一般進程模式探討[J].機械工業自動化，1998（3）.

[4]劉旭東.計算機控制系統設計的技術要求與總體方案設計[J].科技風，2013（4）.