高爐爐前作業(yè)自動(dòng)化升級(jí)改造

高倩倩 蘇鵬鵬

摘 要：為進(jìn)一步提升高爐設(shè)備自動(dòng)化水平，促進(jìn)設(shè)備有效應(yīng)用，需對(duì)高爐爐前作業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)與改造。傳統(tǒng)高爐爐前液動(dòng)系統(tǒng)中，通過扳動(dòng)先導(dǎo)閥的手柄來完成高爐爐前各個(gè)環(huán)節(jié)的操作，此種方式的作業(yè)效率較低，系統(tǒng)無法全面發(fā)揮其功能。通過在原系統(tǒng)基礎(chǔ)之上升級(jí)改造，現(xiàn)場布置油管，使用電液控制閥代替液動(dòng)控制閥，并配置PLC系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)，使?fàn)t前作業(yè)各操作實(shí)現(xiàn)升級(jí)，在遙控系統(tǒng)中預(yù)留高爐出鐵接口，提升作業(yè)效率，促進(jìn)高爐設(shè)備自動(dòng)化水平的不斷提升。

關(guān)鍵詞：高爐;爐前作業(yè);自動(dòng)化;升級(jí)改造

前言：

高爐煉鐵過程中，移蓋機(jī)、開口機(jī)等設(shè)備組成了爐前關(guān)鍵系統(tǒng)，通過周期性開放鐵口將冶煉后的鐵水放出，完成操作后及時(shí)封堵開口。傳統(tǒng)爐前設(shè)備一般采用液動(dòng)液壓系統(tǒng)，需手動(dòng)打開鐵口并進(jìn)行封堵作業(yè)，每個(gè)動(dòng)作液壓閥門需配備手柄先導(dǎo)閥，在操作臺(tái)上集中處理，并在每個(gè)鐵口閥站中做好布置。

一、高爐爐前液壓系統(tǒng)的升級(jí)

一般情況下，高爐設(shè)有多個(gè)出鐵口，且每個(gè)出鐵口都設(shè)有閥站，并配備移蓋機(jī)、開口機(jī)等控制系統(tǒng)。液壓發(fā)展中，控制系統(tǒng)的每一個(gè)操作都有相應(yīng)的液壓閥，每個(gè)操作可以單獨(dú)進(jìn)行，互相不做干擾。液壓控制系統(tǒng)原理如下表所示：見表1.高爐爐前液壓系統(tǒng)升級(jí)后，將液壓系統(tǒng)中移蓋機(jī)、開口機(jī)等原有手動(dòng)液控升級(jí)改造為電液控制系統(tǒng)，其間配管也做出改造，將電氣信號(hào)傳送至PLC，設(shè)置遙控裝置，操作人員在鐵口處可以進(jìn)行現(xiàn)場的遙控，不用再依靠發(fā)展手柄手動(dòng)操作，系統(tǒng)運(yùn)行效率大大提升[1]。

例如：液壓泥炮的升級(jí)改造，在液壓閥臺(tái)上安裝一個(gè)減壓閥，將其中一個(gè)液壓油通過減壓之后升級(jí)為閥臺(tái)換向控制油，并在閥臺(tái)處安裝手動(dòng)的換向閥，經(jīng)過控制減壓之后構(gòu)成開口機(jī)閥或者泥炮閥組。泥炮動(dòng)作包含了旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)進(jìn)與轉(zhuǎn)退以及泥缸打泥與退泥，在進(jìn)行升級(jí)改造前，系統(tǒng)中旋轉(zhuǎn)油缸對(duì)應(yīng)相應(yīng)的換向閥，打泥油缸對(duì)應(yīng)相應(yīng)的換向閥，安裝手柄控制閥臺(tái)先導(dǎo)閥，連通控制油之后，通過手柄的操作可以實(shí)現(xiàn)泥炮的不同動(dòng)作與功能[2]。在改造之后，各個(gè)閥組原液動(dòng)的換向閥轉(zhuǎn)換為電液轉(zhuǎn)向閥，安裝I/O為系統(tǒng)提供電源，保障各調(diào)節(jié)閥可以有效使用。拆除手柄先導(dǎo)閥的操作臺(tái)，更換為電源操作臺(tái)，配備PLC 系統(tǒng)及電氣自動(dòng)化裝置。使用遙控器進(jìn)行遠(yuǎn)程的系統(tǒng)操作，電動(dòng)與手動(dòng)相結(jié)合，在緊急情況下，可以快速操作，提升系統(tǒng)操作效率。泥炮液壓系統(tǒng)升級(jí)原理如下圖所示，將①②⑤升級(jí)為電液換向閥，拆除③④，封堵配管之后，其他閥臺(tái)組件可以正常使用。在同一個(gè)閥站中，移蓋機(jī)、開口機(jī)閥組所對(duì)應(yīng)的換向閥升級(jí)改造后，換向閥的作業(yè)效率更高，換向閥反應(yīng)更快，系統(tǒng)精準(zhǔn)度更高。閥站閥組升級(jí)改造與泥炮液壓系統(tǒng)升級(jí)大致相同，通過更換液動(dòng)轉(zhuǎn)向閥，安裝手柄先導(dǎo)閥、控制油路后，實(shí)現(xiàn)電液系統(tǒng)控制，配備PLC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作功能。改進(jìn)現(xiàn)場的液壓管路，當(dāng)開口機(jī)臂回轉(zhuǎn)至立柱的中心處，增加旋轉(zhuǎn)接頭，改造大臂回轉(zhuǎn)芯軸和上壓蓋，加工接頭定位，重新安裝孔，保留軟管，去除大臂回轉(zhuǎn)油缸，剩余均用硬管來連接。升級(jí)改造泥炮的方式是：泥炮回轉(zhuǎn)液壓油管由原來的軟管連接轉(zhuǎn)變?yōu)?路的轉(zhuǎn)向接頭，應(yīng)用單獨(dú)旋轉(zhuǎn)接頭連接水管，重新鋪設(shè)硬管，在改造之后，現(xiàn)場的各個(gè)管路合理布局，系統(tǒng)故障減少，跑冒滴油現(xiàn)象減少[3]。

其中，①為比例換向閥，②為比例換向閥，③為手柄先導(dǎo)閥，④為手柄先導(dǎo)閥，⑤手動(dòng)換向閥。

二、高爐爐前自動(dòng)化控制升級(jí)

高爐爐前作業(yè)中，將手柄扳動(dòng)先導(dǎo)閥操作升級(jí)為移動(dòng)式遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)，閥臺(tái)處將液動(dòng)控制系統(tǒng)改為電液控制系統(tǒng)，配備PLC控制裝置。新配置兩套電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，一套控制南向出鐵場，一套控制北向出鐵場，在高爐控樓中配備核心控制系統(tǒng)，每個(gè)閥站處配置遠(yuǎn)程的I/O站，中控樓處以及工作人員值班室可以增設(shè)監(jiān)控系統(tǒng)。升級(jí)過程中增設(shè)遙控器設(shè)備，用于每個(gè)鐵口現(xiàn)場操作，在閥站處設(shè)置手動(dòng)操作臺(tái)，緊急情況下，可以手動(dòng)操作設(shè)備系統(tǒng)，在閥站處增設(shè)泥炮壓力顯示屏，將信號(hào)輸入其中。新設(shè)PLC系統(tǒng)應(yīng)沿用原有系列型號(hào)，保障高爐控制設(shè)備一致，控制系統(tǒng)一套控制北向出鐵場出鐵口1 #、2#，一套系統(tǒng)控制南向出鐵場出鐵口3#、4#。應(yīng)用冗余PLC系統(tǒng)，設(shè)置主機(jī)架，應(yīng)用控制網(wǎng)設(shè)置I/O模塊，并在現(xiàn)場處設(shè)置遠(yuǎn)程I/O站，將主機(jī)架安裝至同一PLC柜中[4]。

爐前自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用信息層、自動(dòng)化控制層與設(shè)備層多層結(jié)構(gòu)的方式，在信息層安裝一臺(tái)交換機(jī)和四臺(tái)工控機(jī)，在自動(dòng)化控制層，結(jié)合現(xiàn)場情況，布置工藝原廠安裝I/O柜。設(shè)置CPU網(wǎng)絡(luò)冗余配置，保障控制系統(tǒng)安全可靠性。在設(shè)備層，通過升級(jí)改造后，在遠(yuǎn)程站中設(shè)置電磁閥，選用原系統(tǒng)PLC，保障系統(tǒng)完整統(tǒng)一性，從而控制系統(tǒng)的軟件與硬件，使煉鐵區(qū)HMI和控制設(shè)置統(tǒng)一，采用網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)置PLC系統(tǒng)，其通訊速率大大提升。

PLC控制系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備包含多個(gè)自動(dòng)化軟件程序，如流程、監(jiān)控、控制組、報(bào)警、趨勢(shì)畫面等。PLC控制通過操作臺(tái)采集信號(hào)，控制液壓電磁閥站，應(yīng)用現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行一系列操作，實(shí)現(xiàn)PLC系統(tǒng)功能。HMI程序包含流程、監(jiān)控、控制組畫面等，其顯示屏將設(shè)備狀態(tài)以及運(yùn)行情況顯示出來，并及時(shí)通報(bào)報(bào)警信息，保障系統(tǒng)穩(wěn)步運(yùn)行。系統(tǒng)流程通過流程畫面體現(xiàn)出來，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行描述，系統(tǒng)設(shè)備工藝數(shù)據(jù)通過趨勢(shì)畫面體現(xiàn)出來，便于數(shù)據(jù)分析，查找操作不足之處，從而更好規(guī)劃系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最大化功能。各個(gè)設(shè)備手動(dòng)窗口通過控制畫面體現(xiàn)出來，系統(tǒng)報(bào)警信息通過報(bào)警畫面呈現(xiàn)出來，可以追溯報(bào)警時(shí)間及問題點(diǎn)，并具有歷史查詢功能，使系統(tǒng)更高效、覆蓋性更全面。通過以上升級(jí)方式，系統(tǒng)拓展性更強(qiáng)，在高爐中應(yīng)用此系統(tǒng)，工作人員在辦公室一鍵操作即可實(shí)現(xiàn)各種控制功能，真正意義上實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程操控的自動(dòng)化作業(yè)。為提升系統(tǒng)安全可靠性，可以結(jié)合現(xiàn)狀安裝多個(gè)電源裝置，遠(yuǎn)程I/O來提供電源[5]。

結(jié)語：綜上所述，高爐爐前開口與封堵操作，需相關(guān)工作人員在操作臺(tái)中手動(dòng)扳動(dòng)手柄，并在閥站處進(jìn)行現(xiàn)場觀測，從而完成爐前操作。結(jié)合高爐爐前實(shí)際情況與高溫工況，傳統(tǒng)操作方式安全性較低，且作業(yè)效率不高，對(duì)于企業(yè)未來發(fā)展產(chǎn)生很大影響。為提升作業(yè)效率，降低工作人員工作難度，提升爐前設(shè)備自動(dòng)化水準(zhǔn)，需對(duì)爐前系統(tǒng)升級(jí)和改造，并對(duì)現(xiàn)場管路進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，配備旋轉(zhuǎn)式接頭，避免跑冒滴漏問題，從整體上提升液壓系統(tǒng)功能性。

參考文獻(xiàn)：

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