炼铁高炉的电气自动控制系统探究

严飞

(首钢京唐钢铁联合有限责任公司，河北 唐山 063200)

钢铁是现代化工业生产的基础，房屋建设、运输、航天、军工等等，都需要钢铁作为材料，随着工业建设的发展，对钢铁的需求越来越大，对提炼的质量要求也更加严格。为了满足工业生产需求，必须改革钢铁提炼技术，提升生产效率和质量。高炉炼铁技术经过数千年的发展已经是一项非常成熟先进的钢铁冶炼生产工艺，因此，为了满足工业发展的需要，提高高炉冶炼效率，保证钢铁的产量和质量，利用电气自动控制系统对高炉的冶炼作业进行精确地操控，是有效提升钢铁产品质量的重要途径。另外，炼铁高炉电气自动化能够在节省人力和时间的前提下，更好地监控及反馈钢铁提炼作业的各个环节，确保钢铁冶炼生产能够安全稳定顺利地进行，保障企业的经济效益。

1 炼铁高炉电气自动化系统的基本配置

在高炉日常作业中，电气自动控制系统的设计与控制方式具有科学性，通常会应用较为开放的结构。对于高炉电气自动控制系统而言，其基本的设计思路就是高性能与低成本，从而提高生产效率，节约能源，促进企业发展。

利用电气自动化系统对炼铁高炉进行操控，主要目的是为了优化作业过程，提高生产经济效益，因此安全稳定是其最基本的要求。由于现代化炼铁高炉的各个构成部分并不是在同一个地点，所以合理的布局能够适当减少电缆和网线的使用，从而能够很好地节约建设及维护成本投入，提升设备性价比。炼铁高炉电气自动控制系统采用网络分层架构，使用网线将主站与分支连接在一起，以PLC系统作为基本操作站，对系统中所连接的监测仪表、电气系统和远程计算机进行控制操作，通过互联局域网将PLC设备收集到的运行数据汇总于主控计算机，监控人员根据数据反馈的情况对生产过程进行预判和实时调整，实现高炉自动化作业及管控。为了提升设备安全性和稳定性，各个控制系统均应采用冗余配置，支持电源冗余、CPU冗余、总线冗余，所有模块均支持带电插拔，这样就可以有效的避免某个单位环节出现问题而影响到整体系统的正常作业。

2 炼铁高炉电气自动控制的各系统组成

2.1 自动化系统

炼铁高炉的自动化系统是通过计算机硬件设施及监测软件、实时信息收集模块、信号解码器及仪表等对高炉冶炼作业的温度、压力、鼓风量、风压等生产参数进行数据监测计算，确认高炉是否处于正常作业中，一般情况下，高炉生产的主体系统主要是由电气、计算机和仪表来实现一体化控制，实现监视、集中控制和操作等功能。对于辅助系统，主要根据实际工作中控制的难易程度来定，通常会应用PLC系统或者继电器来对系统进行监视与操作控制。监控人员可根据模拟画面或趋势图查看历史参数的方法对现场设备运作状况做出判断，在发现故障时及时调整处理，从而保证生产作业过程顺利进行，也保证炉体和现场在岗人员的安全。控制人员可以在电脑上手动操作远程控制各类设备的开关和阀门的开闭，及时地对高炉炉况进行调节。

2.2 煤气净化控制系统

在高炉生产过程中，高炉煤气设备的污染和积尘会大大影响各种设备的运行效率，为了保证煤气输入质量能够满足高炉冶炼需要，则需要对高炉煤气设备积沉的杂质及粉尘进行及时清理。煤气精华控制系统是通过重力进程，用布袋过滤分离煤气中所含粉尘，确保煤气经过完全净化处理。过滤下来的积灰有一部分只截留于布袋之中，需要定期打开除尘设备的灰阀进行清理，因此煤气净化控制系统需要包含反吹与卸灰的功能以及具备自动控制和单独控制的功能，根据日常作业需求设置成定时卸灰和手动卸灰两种模式。

2.3 炉顶供料系统

以550m3高炉为例，炉顶供料系统设备有380V工业交流电压下的250kW上料卷扬电机，5.5kW布料倾动电机，11kW布料旋转电机，4kW探尺电机，10000V工业交流电压315kW矿槽除尘引风机设备等。

在炼铁高炉作业系统中，炉顶上料一般都使用交流——直流——交流变频调速控制，这样能很好地保障炉顶供料系统的稳定性。另外，在此基础上额外增加一台同容量变频器以及切换柜，使得线路能够在短时间内快速安全地切换，这样可以让备用变频器第一时间启动，进入在线工作状态。另外在操作画面中可以直接接触供料系统各套设备间的连锁，用CRT手动独立控制，进一步确保了系统的稳定运行。

2.4 自动热风炉系统

炼铁高炉的工作流程为燃烧——换炉——送风，因此需要配备三座以上的热风炉，因为炼铁过程中热风需要不断地输送到炉体内部，所以热风炉的主要作用就是将冷风进行预热，热风炉有三种操作方式即全自动、半自动和人工手动操作。全自动操作能够特性设定单座热风炉，根据设定好的拱顶温度和废气温度自动寻优控制烧炉过程，并且能记录每天的拱顶温度、废气温度、空气流量以及煤气流量的变化趋势，便于数据分析和监控，采取相应的作业调整。

2.5 自动监控系统

为了对作业现场数据详细地进行记录，以达到对自动系统的运行状态进行实时掌控的目的，高炉电气自动控制系统还需设计一个专门的监控系统，通过合理的工艺画面设计模块，对系统中的工业设计或其他所有设备进行监控，详细地掌握所有设备运作的状况，并将各类数据共享，方便相关工作人员能够及时发现问题做出相应调整，使得整个系统的安全性得到保障，保障生产作业的顺利进行。

3 电气自动化对高炉生产的影响

目前一些处于粗放型管理阶段，还不能实现精细化管理要求，还存在技术数据采集周期长、利用率低等问题，上级管理部门无法第一时间获取信息反馈，导致不能及时地做出管理决策；上级部门因无法掌握全面的生产信息，难以系统准确地对生产情况做出分析；大量数据需要人工二次采集、输入、计算，工作量大，工作效率低等，而利用信息技术手段和电气自动控制系统将高炉炼铁自动化以后，以上问题都得到了很好的解决，由自动监控系统所采集的数据十分详尽并且留有记录，避免了人工采集的费时费力以及疏漏可能，有效地保证了生产的顺利进行，从节约成本、提高产品质量到提升工作效率各方面都起到了积极的作用。

4 结语

信息自动化具备监测精确，数据记录，流程简便，节约人力及成本，控制和提升生产效率等诸多优点，适用于工业生产的诸多领域。

钢铁是现代化工业建设的基础原料，炼铁高炉的电气自动化极大地简化了高炉冶炼流程，并且能够提供更为详细准确的监测数据，方便工作人员及时做出相应调整以保证生产作业的顺利进行，以此保证生产产量和生产质量。就目前的技术手段而言，炼铁高炉电气自动控制系统还有宽广的研发前景，对此应当对其设计给予高度重视，结合实际情况对企业的电气自动控制系统进行设计改良，使得企业可以更好地发展。