煉鐵高爐生產過程的自動化控制

陳超

摘? 要：我國高爐生產歷史較長，基礎工藝也比較成熟，本文介紹了煉鐵高爐自動化控制系統的基本設置及相應的自動控制系統，旨在為提高高爐生產過程的自動化、智能化水平提供借鑒，并對此作一探討。

關鍵詞：煉鐵高爐;自動化控制;原料系統

中圖分類號： TF325.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.07.066

傳統煉鐵高爐生產過程比較復雜，操作人員經常由于不能有效地控制生產過程而影響產品質量，為了解決這一問題，隨著當今科學技術的不斷發展，在煉鐵高爐中采用自動化控制技術，不僅能提高生產工藝的安全性，而且能提高高爐的生產效率，增加高爐的經濟效益。

一、煉鐵高爐自動化系統的基本設置

目前煉鐵高爐自動化系統建設過程中，為了保證系統建成后能滿足生產的實際需要，還能最大限度地降低系統的建設成本，大多數高爐自動化系統往往根據年長生產的特點分布在不同的地區，并非集中在某一地點，而各設備主要依靠纜線完成系統間的連接。另外，在現階段，為了進一步降低煉鐵高爐生產過程中對人力的需求，煉鐵高爐自動化系統不僅包括相應的檢測設備儀器、電氣系統、電氣設備，還包括PLC裝置系統、計算機系統等部分。

二、煉鐵高爐的自動化控制系統

煉鐵高爐全系統的輸入包括熱風和原料，熱風方面可作為參數有鼓風的流量，氣體的溫濕度，氧的含量，原料可作為輸入參數有爐料的氧化程度，碳鐵的比例，鐵的含鐵度等;物料輸入可作為參數有生鐵、爐渣、廢氣等，氣的輸入可作為參數有液相和氣相兩個主要部分，液相可作為物料的量指標，爐渣的量指標，生鐵和爐渣的化學成分，溫度等，氣相可作為物料的流量，溫度，化學成分等。通過將上述數據輸入計算機操作系統，得到科學、具體的數學模型，在實際生產過程中，相關人員可對生鐵的質量進行評價，并根據這些數據對煉鐵高爐的爐溫、爐況等進行調整，從而確保生鐵的質量能滿足當前市場的需求。

1.自動工藝控制系統

在實際生產中，由于煉鐵高爐的工藝流程比較復雜，在實際操作中，極易受到各種因素的影響而造成成品質量問題，為了進一步加強高爐生產流程的管理，借助計算機、傳感器等設備，對生產過程中產生的各種數據進行實時采集、分析和監控，并根據數據結果來調整生產狀態，已成為提高高爐生產質量的有效途徑。因為在實際生產過程中，高爐的各項參數可能會受到設備和設施等因素的影響而發生波動，從而影響到產品的質量，為了進一步提高產品質量的穩定性，現階段，在高爐煉鐵過程中，不僅可以減少各種可控因素的影響，而且可以實時監測數據的變化，使高爐生產過程中的各項相關參數不定期地改變，從而使高爐的生產參數穩定在一定的范圍內，從而達到提高產品質量的目的。目前煉鐵高爐自動化過程控制系統在運行過程中，一般采用開環調整和閉環調整兩種調節方式，以保證產品的穩定生產。其中開環調節主要是由計算機提出相應的調節方案，由工作人員決定最終的調節方案;而閉環調節則是由計算機在不受工作人員影響的情況下進行調節，閉環調節相對于目前高爐生產工藝中開環調節應用較為廣泛。

2.自動原材料控制系統

在現階段，隨著長期的應用和發展，煉鐵高爐所采用的原料自動控制系統已日趨成熟，大多數高爐原料自動控制系統都能通過記錄料斗輸入和輸出料值的方式，準確地計算出爐料總量。特別是，物料自動控制系統的物料總量計算方法為：第一，根據生產需要及已確定的物料質量，由計算機控制系統確定物料的卸料總量;第二，負載傳感器記錄稱量斗中物料的質量，并將所記錄的數據傳送到磁力比較運算器中，將實際重量與既定量值進行比較，當實際重量達到95%時，將傳送"減速"的指令，然后再傳送"減速"的指令;第三，當物料的實際質量與既定量值相等時，由計算機控制系統發出一個"滿"的信號，在傳送"滿"指令時，將物料的稱量值記錄下來，如果出現設備故障，或物料的稱量值在正常情況下不能停止時，計算機控制系統將啟動備用的"停"指令;最后，在卸料作業結束后，料斗閘門關閉，電腦控制系統將發出一個"停"指令。

3.傳動自動化控制系統

現階段，在煉鐵高爐系統生產的過程中，諸如探尺電機、卷揚機電機等各種高低壓傳動設備被廣泛應用于高爐的傳動系統當中，并且在其控制方式主要是借助交流或者直流調速控制，而交—直—交變頻調速控制是使用最為廣泛的一種控制方式。近年來，為進一步降低高爐傳動系統在正常工作過程中出現故障的概率，相關工作人員往往會通過在調速系統內部設置冗余設置的方式，保證系統工作的穩定性。舉例來說，某工作人員通過在高爐傳動自動化控制系統中的調速系統內部，添加與控制裝置相同的變頻器作為備用系統的方式，保證系統在主裝置出現故障無法正常運行時，通過主備切換的方式，借助備用系統避免傳動系統停工的情況出現。

4.熱風爐的自動控制系統

因為熱風爐的工作狀態直接關系到煉鐵高爐的產品質量，所以熱風爐的自動控制系統在高爐中也占有極其重要的地位，近幾年來，人們經常通過多設三個以上的熱風爐來保證高爐的正常運行。具體地說，現階段的熱風自動化系統根據自己的生產需要，主要有自動化、半自動化和人工控制這三種切換方式，其中自動化方式可幫助相關工作人員在熱風系統預熱過程中，結合具體的爐拱溫度和廢料排出的煙氣溫度等具體參數，實現對熱風系統預熱過程的有效控制，相對半自動和人工方式，自動化方式的控制效率最高。

5.自動生產控制系統

目前煉鐵高爐生產過程中，由于金屬熔煉過程比較復雜，原料質量不夠穩定，操作變化反應時間長，爐料固態、液態和氣態可能會發生相互作用，增加了生產自動化系統的設置難度，因此，通過對目前市場上廠家生產自動化系統的分析，可以看出，該系統還沒有像原料自動化系統和熱風自動化系統那樣成熟，其功能主要包括監測爐體，收集和顯示操作數據，以及操作指令的閉環控制。

總而言之，在高爐煉鐵過程中的難點主要是生產控制過程較為復雜，并且生產變化相應所需的時間也比較長，為降低因這些問題對生產的影響，現階段，在煉鐵高爐生產過程中采用自動化控制技術，主要是借助計算機技術對高爐煉鐵的過程加以控制，從而達到提升生產管控效果，提升產品質量的目的。

參考文獻：

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