铬铁生产自动控制系统的优化

张国菊

（山西云时代太钢信息自动化技术有限公司， 山西 太原 030003）

铬铁合金是生产不锈钢的主要原料，同时也是生产耐热钢、合金钢、轴承钢等特种钢的原料及添加剂。铬铁项目可以让能源利用率提高40%，铬铁项目一般包括铬矿球团焙烧生产线、铬铁冶炼生产线、炉渣金属回收处理系统、煤气回收发电系统等。由于现场工艺及设备运行等原因，在铬铁生产关键自动化系统中存在很多难点，造成很多铬铁厂生产效果不佳。为此，对生产过程自动化系统进行研究，以完善并优化铬铁生产自动化系统，使生产达到最佳，解决生产过程中烧结、矿热炉等生产过程中的难题，成为铬铁厂稳定运行的关键。

1 实施前状况

某铬铁生产厂包括一个造球烧结系统和配备有预热窑的两个冶炼炉。造球烧结生产线的烧结铬铁矿球团产量为700 000 t/a。两条冶炼厂的铬总产量为300 000 t/a。由于关键自动化控制系统功能缺失，系统运行不当，使生产效率不佳，严重制约铬铁厂生产。优化主要解决在铬铁成产过程中烧结配料、预热窑、矿热炉等生产过程中的难题。

2 主要实施内容

在烧结配料和造球控制过程中通过对混合搅拌器流量、料位、质量闭环控制为造球提供均匀的混合料，通过控制喷淋嘴、转速优化来生产的相应尺寸的球团；在矿热炉本体功率控制系统中，采用基于炉变二次电流和电极电流一体化评价，优化自动提挡功能实现三相炉变有功功率的稳定、平衡控制，确保了大容量设备炉变的安全运行，进一步实现节能目的；在预热窑的控制中，通过对炉料分配下料系统的优化和对混合室温度串级控制的稳定、平衡控制的加强，确保了炉料温度稳定，进一步降低电能及煤气的消耗；采取基于熔池电阻，并辅以炉变功率、一次和二次电流、电极电流等生产工艺参数综合评价的电极压放优化控制使电极滑动更加精确；通过对工艺参数的优化、点火控制的优化、及相关连锁的自动运行实现炉压控制的智能化。

2.1 配料和造球控制

烧结可以把贫矿变为能够满足高炉冶炼要求的人造富矿，从而使资源得到充分利用，配料和造球是将混合料各种成分混匀，保证烧结料物理化学性能均匀一致，使混合料水分合运而均匀，从而获得最好的粒度组成，改善烧结料层的透气性，是提高烧结矿的产量和质量的关键。

在整个球团烧结控制过程中计算机系统实现了开环监视，闭环控制，在极短的时间内将实际生产系统中大量确定的、不确定的和模糊信息进行收集、处理，并根据生产过程的工况变化进行控制，满足了生产过程实时性的要求，克服了经典控制理论的局限性，使对于复杂工业系统进行高精度，高功能的控制成为现实。系统在具备切实有效的功能外，还应具备很高的可靠性，检测仪表的可靠性是系统可靠性的基本保证和关键所在，设备作业率对于系统的稳定和生产的高效率有着举足轻重的影响。系统提高设备作业率，加强设备维护管理，实现了整全过程的自动控制、设备故障诊断和报警等功能。

2.2 预热窑的控制

整个冶炼过程是预热的加入料通过炉顶的9 个加料管自由且连续地加入炉内。加入料包括烧结球团、焦炭、石英岩和块矿。焦炭作为还原剂，石英岩作为助溶剂。电炉配有3 根自焙电极。电极用于给炉内的加入料提供电能。电力用于冶炼和还原反应，电力将使加入料熔化，熔渣温度达到1 720 ℃，铬铁温度达到1 580 ℃。熔渣和铬铁金属下沉到炉子底部，熔化的料定期通过出钢孔排出。

分配装置分配炉料进入预热窑的9 个扇区。旋转分配通过一个电子驱动电机来驱动的，将炉料分配到9 个扇区。分配装置只能是顺时针方向旋转，驱动电机由变频器控制，是用来改变旋转速度的，扇区1、4、7 的体积要高于2、3、5、6、8、9 扇区的体积，扇区1、4、7 来的装料管道于电弧炉电极之间，这会导致流过这些扇区的材料加热速度较快。可以通过自动或是手动填料，自动模式下，根据扇区的料位选择喂料的扇区；手动模式下，操作人员可以手动选择喂料的扇区，扇区进料，根据测量的扇区料位差计算喂料时间来停止进料槽。操作人员估计所需要的给料时间，并按照炉窑给料仓中的料位，炉窑扇区给料停止通过振动给料机，如果操作人员没有在之前手动停止它们，振动给料机在运行20 min 后自动停止。

2.3 矿热炉的炉压控制

矿热炉的炉压保持需要与大气气压接近，以防止空气泄漏到炉中或有毒CO 气体外泄或火焰喷出炉外，使用CO 风机扇控制压力。2 个洗涤器形成1个向炉的抽吸力，使用风机扇的速度自动调节炉压。压力检测由3 个压力传送器来完成，传送器在炉内气体空间的上方。

炉子里未净化煤气烟囱堆积供给到控制阀门，控制炉压，以防CO 风机扇不作用或CO 线路不工作。未净化煤气烟囱堆积的阀门是水冷式挡板型。当炉窑煤气控制在CO 风扇旁路线由CO 风机和旁通控制时，CO 煤气烟囱堆积烧嘴是连续不断的启动的。CO 气网的压力是控制是允许CO 气体到烟囱堆积点燃来控制烧。同样地，当压力控制是在未净化煤气烟囱堆积控制档时，未净化煤气烟囱的堆积烧嘴是连续不断启动的的。

从未净化煤气烟囱到旁路烟囱控制，和从未净化煤气到CO 风机扇控制的压力控制之间的转换，可以通过顺序程序自动切换，也可以从CO 风机扇控制到旁路控制，再从CO 风机扇控制到未净化煤气烟囱堆积，自动返回。根据最终设计，未净化煤气烟囱堆积可以连续充到在冶炼炉中用到，或是未净化煤气烟囱堆积本身必须在顺序中手动排到中间充入冶炼炉中。

2.4 其他控制系统

在本体功率控制系统中，部分重要生产控制参数进行了优化设置同时优化了自动提档功能，进一步实现了三相炉变有功功率的稳定、平衡控制，确保了大容量设备炉变的安全运行，进一步实现节能目的。水处理及冷却水控制系统提供直接冷却水。冷却塔冷却循环回来的热水，热水冷却后进入储水池，再由供水泵将冷水送至现场。在各个系统的研究应用中采用了成熟、可靠的PSC 系统控制模式且有利用内部烧结、高炉等工艺的优势，全面优化改进，全面贯彻无故障、无维修优化的理念，实现现场的运行可靠。3 结论

铬铁生产工序自动控制系统优化主要解决在铬铁成产过程中烧结配料、预热窑、矿热炉等生产过程中的难题，为铬铁生产保产、优化和工艺改进提供保证，消除了因控制故障造成的系统热停时，确保了项目的顺利实施。同时通过对系统的优化和改进提高原料利用率，降低了对电能的消耗。控制系统的优化成功大大降低了对电能和焦炭的消耗，节省了开支，同时提高了铬铁生产的生产效率，并减少了故障停机，消除隐患，有效提高了能源利用率，减少了污染物的外排。

（编辑：苗运平）