鉻鐵生產自動控制系統的優化

張國菊

（山西云時代太鋼信息自動化技術有限公司， 山西 太原 030003）

鉻鐵合金是生產不銹鋼的主要原料，同時也是生產耐熱鋼、合金鋼、軸承鋼等特種鋼的原料及添加劑。鉻鐵項目可以讓能源利用率提高40%，鉻鐵項目一般包括鉻礦球團焙燒生產線、鉻鐵冶煉生產線、爐渣金屬回收處理系統、煤氣回收發電系統等。由于現場工藝及設備運行等原因，在鉻鐵生產關鍵自動化系統中存在很多難點，造成很多鉻鐵廠生產效果不佳。為此，對生產過程自動化系統進行研究，以完善并優化鉻鐵生產自動化系統，使生產達到最佳，解決生產過程中燒結、礦熱爐等生產過程中的難題，成為鉻鐵廠穩定運行的關鍵。

1 實施前狀況

某鉻鐵生產廠包括一個造球燒結系統和配備有預熱窯的兩個冶煉爐。造球燒結生產線的燒結鉻鐵礦球團產量為700 000 t/a。兩條冶煉廠的鉻總產量為300 000 t/a。由于關鍵自動化控制系統功能缺失，系統運行不當，使生產效率不佳，嚴重制約鉻鐵廠生產。優化主要解決在鉻鐵成產過程中燒結配料、預熱窯、礦熱爐等生產過程中的難題。

2 主要實施內容

在燒結配料和造球控制過程中通過對混合攪拌器流量、料位、質量閉環控制為造球提供均勻的混合料，通過控制噴淋嘴、轉速優化來生產的相應尺寸的球團；在礦熱爐本體功率控制系統中，采用基于爐變二次電流和電極電流一體化評價，優化自動提擋功能實現三相爐變有功功率的穩定、平衡控制，確保了大容量設備爐變的安全運行，進一步實現節能目的；在預熱窯的控制中，通過對爐料分配下料系統的優化和對混合室溫度串級控制的穩定、平衡控制的加強，確保了爐料溫度穩定，進一步降低電能及煤氣的消耗；采取基于熔池電阻，并輔以爐變功率、一次和二次電流、電極電流等生產工藝參數綜合評價的電極壓放優化控制使電極滑動更加精確；通過對工藝參數的優化、點火控制的優化、及相關連鎖的自動運行實現爐壓控制的智能化。

2.1 配料和造球控制

燒結可以把貧礦變為能夠滿足高爐冶煉要求的人造富礦，從而使資源得到充分利用，配料和造球是將混合料各種成分混勻，保證燒結料物理化學性能均勻一致，使混合料水分合運而均勻，從而獲得最好的粒度組成，改善燒結料層的透氣性，是提高燒結礦的產量和質量的關鍵。

在整個球團燒結控制過程中計算機系統實現了開環監視，閉環控制，在極短的時間內將實際生產系統中大量確定的、不確定的和模糊信息進行收集、處理，并根據生產過程的工況變化進行控制，滿足了生產過程實時性的要求，克服了經典控制理論的局限性，使對于復雜工業系統進行高精度，高功能的控制成為現實。系統在具備切實有效的功能外，還應具備很高的可靠性，檢測儀表的可靠性是系統可靠性的基本保證和關鍵所在，設備作業率對于系統的穩定和生產的高效率有著舉足輕重的影響。系統提高設備作業率，加強設備維護管理，實現了整全過程的自動控制、設備故障診斷和報警等功能。

2.2 預熱窯的控制

整個冶煉過程是預熱的加入料通過爐頂的9 個加料管自由且連續地加入爐內。加入料包括燒結球團、焦炭、石英巖和塊礦。焦炭作為還原劑，石英巖作為助溶劑。電爐配有3 根自焙電極。電極用于給爐內的加入料提供電能。電力用于冶煉和還原反應，電力將使加入料熔化，熔渣溫度達到1 720 ℃，鉻鐵溫度達到1 580 ℃。熔渣和鉻鐵金屬下沉到爐子底部，熔化的料定期通過出鋼孔排出。

分配裝置分配爐料進入預熱窯的9 個扇區。旋轉分配通過一個電子驅動電機來驅動的，將爐料分配到9 個扇區。分配裝置只能是順時針方向旋轉，驅動電機由變頻器控制，是用來改變旋轉速度的，扇區1、4、7 的體積要高于2、3、5、6、8、9 扇區的體積，扇區1、4、7 來的裝料管道于電弧爐電極之間，這會導致流過這些扇區的材料加熱速度較快。可以通過自動或是手動填料，自動模式下，根據扇區的料位選擇喂料的扇區；手動模式下，操作人員可以手動選擇喂料的扇區，扇區進料，根據測量的扇區料位差計算喂料時間來停止進料槽。操作人員估計所需要的給料時間，并按照爐窯給料倉中的料位，爐窯扇區給料停止通過振動給料機，如果操作人員沒有在之前手動停止它們，振動給料機在運行20 min 后自動停止。

2.3 礦熱爐的爐壓控制

礦熱爐的爐壓保持需要與大氣氣壓接近，以防止空氣泄漏到爐中或有毒CO 氣體外泄或火焰噴出爐外，使用CO 風機扇控制壓力。2 個洗滌器形成1個向爐的抽吸力，使用風機扇的速度自動調節爐壓。壓力檢測由3 個壓力傳送器來完成，傳送器在爐內氣體空間的上方。

爐子里未凈化煤氣煙囪堆積供給到控制閥門，控制爐壓，以防CO 風機扇不作用或CO 線路不工作。未凈化煤氣煙囪堆積的閥門是水冷式擋板型。當爐窯煤氣控制在CO 風扇旁路線由CO 風機和旁通控制時，CO 煤氣煙囪堆積燒嘴是連續不斷的啟動的。CO 氣網的壓力是控制是允許CO 氣體到煙囪堆積點燃來控制燒。同樣地，當壓力控制是在未凈化煤氣煙囪堆積控制檔時，未凈化煤氣煙囪的堆積燒嘴是連續不斷啟動的的。

從未凈化煤氣煙囪到旁路煙囪控制，和從未凈化煤氣到CO 風機扇控制的壓力控制之間的轉換，可以通過順序程序自動切換，也可以從CO 風機扇控制到旁路控制，再從CO 風機扇控制到未凈化煤氣煙囪堆積，自動返回。根據最終設計，未凈化煤氣煙囪堆積可以連續充到在冶煉爐中用到，或是未凈化煤氣煙囪堆積本身必須在順序中手動排到中間充入冶煉爐中。

2.4 其他控制系統

在本體功率控制系統中，部分重要生產控制參數進行了優化設置同時優化了自動提檔功能，進一步實現了三相爐變有功功率的穩定、平衡控制，確保了大容量設備爐變的安全運行，進一步實現節能目的。水處理及冷卻水控制系統提供直接冷卻水。冷卻塔冷卻循環回來的熱水，熱水冷卻后進入儲水池，再由供水泵將冷水送至現場。在各個系統的研究應用中采用了成熟、可靠的PSC 系統控制模式且有利用內部燒結、高爐等工藝的優勢，全面優化改進，全面貫徹無故障、無維修優化的理念，實現現場的運行可靠。3 結論

鉻鐵生產工序自動控制系統優化主要解決在鉻鐵成產過程中燒結配料、預熱窯、礦熱爐等生產過程中的難題，為鉻鐵生產保產、優化和工藝改進提供保證，消除了因控制故障造成的系統熱停時，確保了項目的順利實施。同時通過對系統的優化和改進提高原料利用率，降低了對電能的消耗。控制系統的優化成功大大降低了對電能和焦炭的消耗，節省了開支，同時提高了鉻鐵生產的生產效率，并減少了故障停機，消除隱患，有效提高了能源利用率，減少了污染物的外排。

（編輯：苗運平）