天钢高炉炉顶控制系统的运行分析

李志铁

（天津钢铁集团有限公司，天津 300301）

天津钢铁有限公司3 200m3高炉于2005年5月投产，该高炉引进了大量国际上最先进的设备。以下着重介绍其中代表国际先进水平的炉顶系统。

一、高炉上料及炉顶装料系统设备

1.工艺系统概述

高炉上料及炉顶装料系统设备包括：炉顶装料设备、均排压系统、探料尺设备、炉顶液压润滑系统、齿轮箱水冷系统、N2密封系统、炉顶打水、软水密闭循环水系统。

2.炉顶装料系统

高炉炉顶装料设备可分为钟式装料设备和无料钟装料设备两大类。无料钟炉顶装料设备具有多种非常灵活的布料手段，可将炉料直接布到料面的任何位置，可控制炉料的滚动效应，从而实现高炉最佳的布料效果，以达到控制煤气流分布的目的，尤其在高炉喷吹煤粉的情况下，其效果更加明显。其次，无料钟炉顶装料设备密封性能好、设备简单、维护方便。近十几年来，无料钟装料设备也在不断改进和发展，其技术更趋完善。因此，目前无料钟炉顶装料设备已在国内外大、小高炉上广泛采用。表1为无料钟炉顶装料设备的主要技术参数。

天钢3 200m3高炉的炉顶装料采用了卢森堡某公司最新开发的静态无料钟炉顶加料设备。其中，关键设备（传动齿轮箱、下阀箱）原装引进，其余部分由国内厂家配套。

3.炉顶辅助设施

（1） 均压系统

使用半净高炉煤气均压，含尘量0.5～1.0g/m3（料罐进口）；紧急均压使用氮气；炉顶气体放散系统：降至大气压；炉顶气体粉尘：采用旋风除尘回收。

（2） 冷却系统

气密箱闭路冷却水路；辅助氮气系统用来防止过量的粉尘进入气密箱；用来冷却下阀箱的氮气系统。

（3） 液压系统

无料钟炉顶和均排压系统所有阀的液压驱动，工作压力为18～20MPa；独立的阀台和蓄能器站，用于炉顶和高炉放散阀；设备适于采用矿物油。

（4） 集中干油润滑

无料钟炉顶双线集中干油润滑系统，带有两个回路，回路1每45min润滑一次，用于气密箱；回路2每8h驱动一次，用于无料钟炉顶，均压系统和探尺的所有其他干油润滑点。

（5） 蒸汽加热

用于上下密封阀座的蒸汽加热系统，可避免冷凝和粉尘沉积。

4.高炉上料系统

高炉采用胶带运输机上料，上料主胶带机运输能力：烧结矿3 500t／h；焦炭880t/h。

5.传动系统

上料主皮带机为四台10kV、315kW交流电动机驱动。焦炭、矿石称量漏斗为380V交流电动机驱动。炉顶布料溜槽倾动（α） 装置、溜槽旋转（β）装置采用交流380V变频电动机驱动；溜槽旋转（β） 装置可选用高、低速控制方式，也可选用直接速度给定方式。探尺有三套，采用交流380V变频电动机驱动。炉顶阀门共有33套，除料流调节阀（γ）为直流24V电磁阀外，其余阀门为交流220V电磁阀。炉顶打水系统共有交流380V电动机13套。软水密闭循环冷却系统共有交流380V电动机一套，交流220V电磁阀两套。

二、高炉上料及炉顶装料自动化控制系统

在整个高炉L1级基础自动化控制系统中，高炉上料及炉顶装料控制系统主要完成高炉上料、炉顶装料、炉顶打水系统等工艺设备的控制，所有设备的集中监视与操作均通过HMI上的CRT画面进行。其他系统与本系统有关的联锁信号通过高速通信网络相互联系和交换。本系统构成简图如图1所示。

图1 高炉上料及炉顶装料控制系统构成

1.炉顶装料制度

矿槽、焦槽每次工作均为装入炉顶无料钟一个料罐的料，即一个罐的料为一个矿批或一个焦批。正常焦批为22t，矿批为116.2t。最大焦批为24t，最大矿批为127.3t。

料批循环定为12个料罐数，可随意放置矿石罐或焦碳罐，并可随时加空焦。往炉内每装入一罐料后均需放下探尺，再装料前提起探尺。

料批应有每天、每班和每小时的记录，其中包括批重、变更时间、批数等。

2.炉顶装料功能的实现

（1） 往受料罐装料

当每批料的料头通过检查点C（第三个检查点）时，必须满足以下三个条件才能继续往受料罐装料：受料罐已放空料；上料闸处于关闭状态；上密封阀处于关闭状态。

当三个条件有任何一个不满足时，必须停止主皮带机运转，同时发出声光报警信号。

（2）由受料罐往称量罐倒料

由受料罐往称量罐倒料必须满足以下条件：料尾通过检查点C，延时8～10s，并且受料罐发出料满信号；称量料罐料已放空，即称量罐电子称发出料空信号；料流调节阀全开后延时3s关闭；下密封阀处于关闭状态；放散阀已打开。

满足上述条件后即可开上密封阀，接着开上料闸向称量料罐放料，当称量料罐发出料满信号（或受料罐发出料空信号）后延时3～5s，然后关闭上料闸、上密封阀和放散阀。

（3）由称量料罐往炉内布料

由称量料罐往炉内布料的条件如下。①上料闸、上密封阀、放散阀处于关闭状态。②均压阀、粉尘回收阀打开后，延时，待料罐压力达到设定值（△P≤0.015MPa）后关闭。③三个探尺均已提到指定料线。④下密封阀打开，延时全开。⑤料流调节阀处于开启状态。⑥称量料罐为料满信号。⑦眼镜阀为开启状态。⑧布料溜槽到达设定的α角和β角位置。

3.布料溜槽布料功能实现

炉顶布料溜槽的布料方式有环形、螺旋、扇形和定点四种。生产中常用环形布料及螺旋布料方式，扇形和定点布料仅在少数情况下使用。

环形布料、螺旋布料为全自动工作，扇形和定点布料为手动启动后自动工作。设计规定布料溜槽为连续工作制。

（1） 环形布料

环形布料包括单环布料和多环布料。布料溜槽设11个倾角位置 (α角)，设定每罐料最多布13环。

单环布料是一罐料中，布料溜槽按一个指定的α角按指定的环数布料。在采用单环布料时焦炭和烧结矿可选用不同的倾角α。

多环布料是一罐料中采用变动多个α倾角布料。在指定的每个α倾角位置上可布单环料也可布多环料。炉料可以从外圈顺序布到炉中心方向，也可从炉中心顺序布到外圈，一般是从外圈往炉中心方向布。

多环布料有两种控制方式，一种是按时间控制，一种是按料空信号控制。

当按时间控制时，布料溜槽按8r/min的恒定速度回转，每转完一圈的时间是7.5s。在每个指定的倾角α回转，直到按要求布料完毕。

当按料空信号控制时，布料溜槽最多的回转圈数规定为13圈（0～13圈可调），13圈时间为97.5s。在该时间内（由布料圈数决定）应接到称量料罐的料空信号，如果超过这个时间无料空信号，说明下料有卡阻现象，这时应发出声光报警信号，继续旋转直到接到料空信号，然后自动进行卡料处理。

正常情况下，在接到料空信号后全开料流调节阀，延时3s，关料流调节阀。

布料流槽回转时间从第一个倾角（即第一环的布料倾角α）以料流调节阀打开时算起，以后每转一环加7.5s。

布料溜槽采用连续工作制，每罐料的布料第一环起始位置，规定比前一罐料步进60°。因此要求对每次布料溜槽开始布料的起始位置β角应有记忆、跟踪，每次在布料溜槽到达应步进到的位置时，才打开料流调节阀布料。

（2） 螺旋布料

这种布料是布料溜槽在作匀速的回转 (旋转)运动，同时作径向运动 (倾动)而形成的变径螺旋形炉料分布。其径向运动是布料溜槽由外向里（也可以由里向外）改变倾角而获得的，摆动速度由慢变快（或由快变慢）。这种布料方法能把炉料布到炉喉截面任一部位。根据生产要求不仅可以调整料层的厚度，而且能获得较为平坦的料面。

布料螺旋线起始于要求布下第一份炉料的位置，终止于最后选定的位置。

（3） 扇形布料

采用扇形布料时，料流调节阀的开度按上一罐同类原料的开度执行，布料溜槽旋转速度为低速。布料溜槽由外往炉中心方向按正、反方向反复运行（变化α角）。

采用此法布料时，应设定扇形的β角及溜槽的倾角α，完成扇形布料后，剩下的料应使溜槽返回原始倾角，按环形布料方式（转速为8r/min）将剩余料布完。

（4） 定点布料

定点布料应设定布料点的位置即β角及α角，并设定布料的时间。设计规定定点布料的时间不能超过22.5s（从打开料流调节阀时算起），料流调节阀开度的规定与扇形布料的规定相同。

定点布料执行完后，溜槽转到上一罐料的同样倾角α，按环形布料方式（转速8r/min）将剩下的料布完。

三、结论

该系统自投入使用以来，性能可靠、运行稳定，满足生产及工艺需求。在同等规模级别高炉横向对比中炉顶装料布料灵活准确、生产利用系数突出。

[1]丁少宏，李铁等.NO.2PLC电气控制系统软件基本设计 [M].中冶京诚工程技术有限公司.

[2]陈达士.最新高炉炼铁新工艺新技术实用手册 [M].当代中国音像出版社.