旋转给料机喷吹系统在高炉喷煤的应用

陈龙 李平

摘 要：莱钢集团的3200m3高炉喷煤系统在建设时引进了英国克莱德公司以ROTOFEED旋转给料机为核心设备的喷吹系统。该给料机为变频电机驱动，具有调节范围广，控制精度高等特点。

关键词：高炉；喷煤；ROTOFEED旋转给料机

在上世纪八十年代，英国克莱德公司就是高炉粒煤和粉煤喷吹技术的先驱。1084年和1985年克莱德最早的两套粒煤喷吹系统安装在英钢联（Corus）斯肯索普工厂的安妮女王号和维多利亚女王号两座高炉上，之后又在另两座高炉上也应用了克莱德粒煤喷吹系统。克莱德在克利夫兰4号高炉的设计煤比高达400千克/吨铁，是迄今为止全世界煤比最高的设计，曾在1991年6月短期喷到了318千克/吨铁的世界最好成绩，平均煤比超过230千克/吨铁。

1 ROTOFEED旋转给料机简介

ROTOFEED旋转给料机的主体为圆柱形，内部采用星型容积式结构，围绕着旋转轴设有几个等容积的储煤格。给料机与喷吹罐之间设有一道挡板，挡板上留有孔洞，煤粉可通过该孔进入储煤格。在给料机外部的侧面设有进气孔，当装满煤粉的储煤格转过进气孔位置时，输送气体进入而将煤粉吹出进入输煤管道，最终通过分配器输送至高炉各风口。

旋转给料机利用变频电机驱动，根据高炉喷煤量的设定值，通过PLC系统进行计算来自动设定变频电机的转速，从而控制系统的喷煤量。在喷吹系统运行中，PLC系统会反复的校核电机的转速，从而精确地控制系统的喷煤量。

2 圆顶阀简介

ROTOFEED旋转给料机喷吹系统的另一核心设备是圆顶阀，圆顶阀在开启和关闭过程中实现密封面无摩擦启闭，不易卡涩，启闭灵活，关闭后对密封圈充气以对阀门进行密封，密封接合面呈带状，密封性良好，并具有开启时全截面流通物料，不磨损密封面的特点。由于其以上的优良特点，圆顶阀在电力、食品、医药、化工、塑料、矿山、钢铁等行业得到了广泛的应用。

该类型喷吹系统在喷吹罐入口采用雙圆顶阀配置，在装料时按顺序启闭，能有效保证喷吹罐入口下圆顶阀的密封性。

3 喷吹系统简介

该煤粉喷吹系统共包含有两个相同的工艺流程。

每个旋转给料系统由两个喷吹罐组成，连接同一条喷吹主管。每个喷吹罐的出口都装有一台ROTOFEED旋转给料机，按照一定速率卸放物料进入喷吹主管。输送空气从给料机的输送气入口引入，物料通过气动输送经过喷枪喷入高炉的风口。

两个喷吹罐的操作是顺序进行的，一个罐卸放煤进入喷吹主管的同时，另一个罐装填物料，以保持煤粉连续且均匀的进入高炉。

在打开进口阀门对喷吹罐进行装料过程前会先打开排气阀，将喷吹罐内的压力进行放散，同时在放散管道上设有调节阀，能够对气流进行调节，以保证压力放散匀速进行，减少放散气流对放散管道的冲击。装料时，煤粉在重力作用下，从煤粉仓流下进入喷吹罐，为了保证煤粉的流动性，煤粉仓出口附近设置有多组流化器以对煤粉进行流化。当罐被加满煤粉后再重新加压。

第一个喷吹罐装料加压完成后，待同一系列的另一个喷吹罐即将完成喷吹时，控制系统会自动启动第一个罐的给料机，并慢慢提高其转速直到达到设定的喷吹速率，与此同时，第二个罐的给料机也在控制系统的控制下，慢慢降低转速直到停止，在倒罐的过程中，两个给料机转速提升和降低的速度是一样的，这样可以避免倒罐时喷吹速率发生较大的波动。

每个喷吹罐从第一次装料结束，到喷吹结束后完成下一次的装料的过程视为一个循环过程。

喷吹罐均设置有称重装置。在旋转给料机运行过程中，控制系统在每个循环过程中会记录两次喷吹罐容重。第一次是在喷吹罐装满煤粉后，第二次是在喷吹罐喷吹完成后。在两次测量重量的这段计时区间内，控制系统将记录给料机的旋转数据。喷吹罐装满煤粉后的重量减去喷吹完成后的重量得到的数据即该时期内喷吹罐的喷吹量。通过除以给料机在同一时间内的转数获得“给料机校准因数”。这个数据相当于给料机每转的喷吹的煤粉量，操作者可以把它用于控制系统来设置给料机需要的转速以获得理想的喷吹速率。

该喷吹系统在运行过程中，通过PLC的控制可以实现完全自动化喷吹，喷吹量的设定值可以在设计范围内自由调整，当喷吹量的设定值调整后，系统可以自动调整旋转给料机的转速，直至达到喷吹量的设定值。

4 给料机校准因数

为进一步提高喷吹速率的精度，在喷吹进程中给料机校准因数的值将不断的被修正。

从喷吹开始起，控制系统将整合喷吹速率的设定值，以计算从那时起喷煤的理论重量。此设定值与从喷吹周期开始时煤粉的实际喷吹重量作对比来校正给料机校准因数。如果实际喷吹重量大于理论重量，那么校准因数将增加，反之亦然。

给料机的校准因数每5秒钟整合一次，PLC根据整合后得到的校准因数反过来调整给料机的转速，从而进一步提高给料机的喷吹精度。

5 给料机的转速控制

给料机每转的喷吹量是一个固定值，控制系统通过调节给料机的转速来实现喷吹量的自动控制。

在喷吹过程中，PLC通过对给料机校准因数的周期性计算，根据程序运算来控制给料机的转速。

当旋转给料机启动时，或者操作员设定的喷吹量设定值增加时，控制系统自动逐渐增加旋转给料机的设定量，直到达到操作员设定的设定量。

如果从人机界面上操作者输入的设定值是增加的，那么给料机喷吹速率的调整速率为2吨/小时/秒。

如果操作者在人机界面减小设定值，那么给料机喷吹速率的设定值会立即减而不是缓慢减小。

6 给料机速度测量

给料机转轴的一部分带有凸起，该结构类似于齿轮。当给料机转动时，转轴的凸起会接近安装在毗邻的给料机壳体上的接近开关而使其发出脉冲信号，PLC通过这些脉冲信号用于确定给料机转速。

实际的喷吹速率公式为：

实际喷吹速率=实际给料机转速 × 给料机校准系数（CF） / 16.67

7 结论

以ROTOFEED旋转给料机为核心设备的喷吹系统通过PLC周期性地计算给料机的校准因数来计算系统的理论喷吹量，并与给定的喷吹量进行对比来控制给料机的转速，从而控制系统的实际喷吹量，大大提高了系统的喷吹精度，喷吹精度可达±0.5%。

参考文献：

[1]崔桂梅，张轩，顾东洋.高炉冶炼喷煤操作模式匹配和演化的研究[J].冶金自动化，2014（04）.

[2]曹京慧.高炉喷吹焦炉煤气技术[J].炼铁（双月刊），2009，28（5）.