高炉智能自动装铁系统的研发与应用

2023-08-31王在丰赵善阳马进运张贵余

山东冶金 2023年4期

王在丰，赵善阳，马进运，张贵余，景锋

（山东钢铁集团日照有限公司，山东日照 276800）

山东钢铁集团日照有限公司（简称山钢日照公司）炼铁厂2座5 100 m3高炉分别于2017年12月和2019年4月投产，高炉设有4个铁口，采用双矩形出铁场，两出铁场对称布置，每个出铁场设有两个铁口，铁口间夹角81°。高炉铁水采用汽车运输，铁水运输距离180 m，炼钢不设中间包，实行“一罐到底，精准炼钢”的模式，高炉铁水装入量准确率直接影响炼钢的生产节奏，铁水装入量准确率的提高，能提高终点命中率，稳定废钢加入量和出钢温度，降低生产成本。高炉人工放铁，受烟尘、出铁过程中液位波动大、人员经验和注意力等因素的影响，铁水装准率控制较差，按目标值±2 t计算，铁水装准率控制在80%～90%。因此，山钢日照公司开发高炉智能自动控制系统，以提高高炉铁水装准率，满足炼钢需求。

1 控制系统

首先对高炉炉前的摆动流嘴进行自动化改造，采用施耐德M340 系列P342020 控制器，该控制器性能可靠稳定，运算和逻辑处理能力比较高，包含3种通讯接口、USB、以太网和Modbus 口，通讯接口比较灵活。M340 系列I/O 模块支持热插拔，对于后期使用具备可选择性。该系统控制结构简单，电气节点数量较少。网络结构采用独立控制方式，信号采集全部硬线直连，使用双电源供电，设备监控采用物理信号和程序判断多重安全防护，增加系统安全性。

每个出铁口附近安装操作员交互界面，画面显示出铁过程中的实时数据及报警信息，操作人员可根据炼钢需求更改目标值，如果是从其他铁口转过来的半包铁可更改皮重值。

本控制系统与原有的铁钢包系统、高炉二级系统、车载秤系统和现场PLC 控制系统相结合，形成一套“一罐到底、精准炼钢”管控模式的铁钢界面，整套系统采用局域网环网结构将两座5 100 m3高炉的出铁口控制系统连接起来，通过网络隔离链路分别进入车载秤系统和高炉二级系统，实现多方位全过程管控，以满足生产及监控需求。

2 车载称改造

本控制系统以车载称值为控制依据，原有的铁水车载称为液压感应计量器，其数值稳定性差，受气温影响，液压油黏稠状态发生改变，影响数值计量精度，不能满足控制系统需求。对铁水车的车载称进行改造，把液压感应计量器改为电子秤，提高计量精度和稳定性。通过在铁水车落包位四角加装固定桩，保证铁水包准确安全落入落包位，在原铁水包支撑位安装车载电子秤，通过电阻值变化和计量程序，计算出铁水包重量，计量信息接入智能自动装铁控制系统。

3 控制系统的安全设定

本控制系统必须保证放铁过程的安全，不能出现铁水满溢或者无罐落地的情况

3.1 过程控制隐患风险及危害

经过分析，整个控制流程存在较大的安全隐患主要有：无车时误摆动；该摆时不摆动；摆动时停不下来。

过程控制隐患导致的危害是：（1）如果摆动流嘴摆动对面罐位无铁水罐，将导致铁水落地，会对地面、墙体和周边设施造成破坏，附近若有操作人员可能造成烫伤甚至死亡。（2）铁水重量达到目标值时溜槽应该摆向对面罐位，但没有摆动，可能造成罐车超重包，没有及时发现会发生甚至铁水满溢，严重时烧坏车辆。（3）摆动过程若无法停止，可能造成摆动流嘴角度过大，铁水外溢或损坏摆动流嘴电机和减速机。

3.2 隐患风险控制办法

（1）首先保证有车信号稳定可靠，摆动的前提是必须有车。判断有车需具备5个条件：主驾光电开关、副驾光电开关、车尾激光测距仪、铁水罐液位、车载秤称重。溜槽满足这5个条件才具备基本的摆动功能。具体分析为：前3个条件为水平面检测车的位置，液位信号为垂直面检测车的位置，再加上车辆称重，共4 种不同的检测方式，可以确保有车信号的可靠。（2）出现第二种情况，现场制作声光报警装置，提醒炉前工转到手动操作。（3）目前程序设计摆动时出铁位置由倾角仪来判断，如果倾角仪出现故障无法停止，需要靠摆动流嘴的物理机械限位控制，如果机械限位也损坏，最后一道停止判断由左摆运行信号或者右摆运行信号延时9 s来停止动作。

4 控制系统应用

智能化自动控制系统以车载称计量值为主要控制依据，同时以雷达液位计作为辅助判断。

4.1 操作界面功能

通过工程师和调度操作界面，可以实现2座高炉8个铁口的出铁系统的全面监控，可以对铁水罐放铁目标值进行设定和修改，同时可通过趋势对放铁过程进行进行统计分析，必要时进行优化改善。操作员界面用于炉前工的现场操作，画面显示出铁的目标值、皮重值、毛重值、铁水流速、铁水液位、放铁线位、车号信息、报警信息等实时数据，炉前工可现场修改从其他铁口转来半包铁的皮重值，处理报警信息。

在智能化自动状态系统发生故障时，会发出声光报警，提醒炉前工退出智能化自动状态系统，切换为就地模式或者遥控器模式，避免发生铁水满溢事故。