高炉炉顶布料自动化控制与应用

高炉炉顶布料自动化控制与应用

孙涛

唐山钢铁国际工程技术股份有限公司河北唐山063000

摘要：高炉顺行的核心是确保高炉时刻保持一个合适的上下部调剂，其中高炉布料控制技术是高炉操作的核心。目前高炉用料越来越劣质化，更加需要高水平的布料控制，合适的布料调控手段对于维持高炉顺行、降低高炉能耗均具有决定性的作用。多年来，炼铁工作者一直致力于高炉过程的自动化控制，到目前为止，国内外开发了很多布料自动化控制系统，取得了一定的效果。

关键词：高炉炉顶布料；自动化；应用

高炉主要功能是生产铁水供炼钢使用，而想要低成本高效益的生产，就需要高水平的操作技术和条件才能实现，想要实现这样的工艺水平，就必须在掌握好一定的冶炼知识的同时，增强操作的技术含量，用技术支撑整个产业的发展。自动控制已经逐渐进入人们的生产生活，成为社会发展必不可少的一部分，引进自动控制进入高炉炉顶布料系统之中，可以在实际操作高炉的时候改善工艺条件，满足要求。本文介绍了高炉布料技术的发展历程以及高炉炉顶布料自动化技术。

一、高炉布料技术的发展历程

1、初步认识无钟炉顶。1989年，许多大型高炉操作和技术管理的理念还没有形成，对无钟炉顶布料技术也是刚刚接触，使用单环布料方式，对布料规律也只是粗浅的认识。1994年，逐渐开始使用多环布料，一般3～4个档位，后来开始使用中心加角技术，这时高炉的利用系数达到2．0以上。

2、布料技术的探索和进步。随着时间的推移，布料技术不断得到总结和提高，陆续总结了一些适应不同情况的布料方式和上、下部调剂方法。通过学习和研究，逐渐形成了布料的基本模式，控制气流分布以“中心为主、适当发展边缘”，十字测温边缘120～180℃，中心400～600℃，中间几点的温度在100～300℃之间，由边缘到中心依次升高。高炉技术指标得到改善，利用系数达到2．2以上，综合焦比500kg/t以下，煤比130kg/t以上。

3、用“小批半倒”的方法处理失常炉况。在2007年以前，对于炉况失常或焦炭质量较差引起的炉况难行，常采用“小批半倒”的装料制度，即：缩小矿批、边缘和中心同时减少矿石环数增加焦炭环数，以强制发展两道气流，类似于钟式炉顶“半倒装”的装料方式，对改善料柱透气性、扭转炉况失常摆动局面，在一定程度上起到了积极的作用。高炉开炉时也曾采用这种料制，较快地形成了相对合理的气流分布，加快了生产的速度。曾经有一段时间，因焦炭质量不好，长时间采用这样的布料制度，这样虽然能勉强维持了炉况的稳定，但带来损失是燃料比的大幅度升高和炉墙的侵蚀。

4、上下部调剂相结合，应对炉墙粘结。高炉经常出现炉墙粘结现象，逐渐摸索了一套上下部相结合的操作制度以避免炉墙粘结，主要是：上部始终保持充足的边缘气流（一般十字测温边缘温度不低于150℃），下部靠缩短风口、扩大风口面积促使初始煤气流向边缘的发展。基本想法就是通过上下部配合，始终让炉墙温度保持在较高的区间，而且还要采取减少冷却水量、提高冷却水温等“中部调剂”措施。这样的操作制度能维持较长时间不出现粘结现象，但也不能完全避免，而且势必带来燃料比的升高和高炉寿命的降低。

5、薄壁炉衬高炉布料制度的摸索。高炉开炉，高炉炉身下部和炉腰采用的铜冷却壁，属薄壁炉衬结构，通过对同类型高炉的学习和摸索，确立了“大

角度、大角差、大矿批、重边缘”的装料模式，即：“大角度”是布料的最大角度要使矿石的落料点在距离炉墙150～300mm的位置；“大角差”是矿石布料最大角度与最小角度的差值要在12°～14°之间，以获得较宽的布料平台；“大矿批”是矿石批重尽量提高，3200m3一般控制在90t以上；“重边缘”是通过加大边缘的矿焦比、使十字测温边缘温度控制在80℃以下（甚至低于50℃），还包括铜冷却壁的温度和炉身中上部铸铁冷却壁的温度没有大的波动并保持在一个合理的范围。相应的下部缩小风口已获得较高的鼓风动能，并加长风口、力争吹活炉缸。在原燃料质量较好的情况下，这种操作制度能够较好地发挥高炉的潜力，产量高、高煤比、高富氧、重负荷，可以获得较好的经济技术指标。

二、高炉炉顶布料自动控制技术控制与应用

1、高炉炉顶布料自动控制系统软件特点。软件程序主要是使用PLC程序进行编程，主要控制炉顶布料和炉顶装料两个部分。炉顶装料主要是控制焦炭和烧结矿之类的入炉原料，从皮带运送到高炉的顶部，并倒到相应的受料罐之中，向称量罐装料，最后用一定压力压实，完成整个过程。自动控制系统主要通过称量罐的称重系统发出清空的信号，就及时关闭物料料流的调节阀以及下密封阀装置，使炉顶布料设备准备下一次的装料过程。

2、高炉炉顶布料自动控制系统监控特点。现在的机械制造技术离不开自动化进程，而许多自动化进程是由计算机控制的，对车间的运行以及一些人为不好操作的机器进行管控，高炉炉顶布料的各项操作需要进行一定的监控，以往的监控都是人为进行的，而自动控制下的监控主要形式是监控人员通过各种监控设备与仪器传递的画面进行实时的观测，肉眼不能测得的地方，可以用监控设备代替，这样不仅提高了监控的准确率，还节省了人力物力，取得良好的效果。

3、高炉炉顶布料自动控制系统警报功能。监测过程中一旦出现问题，自动控制系统的监视画面就会有报警显示，相关人员可以根据提示对设备仪器的问题部位进行及时抢修，防止造成生产损失；警报的次数与记录将会由系统打印出来留有记录，以供之后的使用。

4、高炉炉顶布料自动控制系统数据处理与统计。高炉炉顶布料控制系统是针对不同信号源以及不同的工艺生产流程，进行多重改进与修正的，主要有压力称量补偿和信号数字滤波处理。炉顶布料的控制过程中有许多需要测量的参数，需要进行一定的实时记录，记录之后再对其与历史的趋势之间进行比较，得出具体的结论，这将成为接下来布料的角度测量的依据与指导，控制系统记录的数据将存有一些参数。一些数据还可以利用软件被画成相应的趋势曲线，进行一定的分析。

5、高炉炉顶布料自动控制系统系统安全设置。软件具有安全功能，可以设置不同的密码权限浏览不同的监控画面。在炉顶布料监控系统中共设置三个权限，分别为工程师权限、管理员权限和操作工权限。不同的权限的人员分别具有各自的账号和密码，对应着在监控画面中能操作的设备。

6、高炉炉顶布料自动控制系统实时、历史趋势图。炉顶布料的过程中有探尺探到的料面深度、溜槽倾动的角度等重要的参数，它们需要实时地记录和查询历史趋势判断布料是否正确，以此为依据指导接下来地布料角度，因此在这个监控系统中需要用实时或者历史趋势记录上述参数。软件中的趋势图显示连续的趋势曲线，还可以读取曲线上任一点的实际数据和时间，进行曲线压缩显示和细化显示，设置趋势显示区间、趋势采样间隔、纵坐标刻度。这些特点可以帮助操作人员查找分析趋势中的数据

随着原燃料条件、炉型等的变化，布料制度也在不断改进，实践证明，要获得更好的经济技术指标，还需要不断优化布料制度、提高布料操作技术。高炉炉顶布料自动化控制系统满足了高炉工艺生产的要求，针对不同需求也做了定制化的功能。各高炉建于不同时间，控制系统在设计理念、功能实现上也在不断进步。通过生产应用分析和对比，找到一些完善高炉布料自动化控制系统的方法和途径，更好地为高炉炉顶布料自动化控制与应用作出贡献。

参考文献：

[1]杜磊明，吴怀宇，高炉五车制控制系统研究.2013

[2]张凤娟高炉多矿种布料研究与应用.2011