一、概述

　　邯鄲鋼鐵集團有限責任公司位于河北省南部重工業城市---邯鄲市，1958年建廠，屬國家特大型鋼鐵聯合企業，具有年產鐵鋼材500萬噸的生產能力。1999年8月，五大技改工程之一的2000m3高爐動工建設，2000年6月高爐順利出鐵。該高爐為引進德國克虜伯鋼鐵公司的設備和技術，年產生鐵150萬噸，利用系數 2.5，焦比480kg，噴煤量150kg/t，各項經濟技術指標位居國內同類型高爐第三名。


　　二、機型

　　2000m3高爐包括高爐及熱風爐本體、水處理、煤粉噴吹、環保除塵等崗位，從性價比綜合指標考慮，采用了大量性能優良的施耐德電氣產品。高爐熱風爐本體基礎自動化控制系統PLC選用了TSX QUANTUM系列產品，風機變頻器選用了Altivar產品，低壓電器選用施耐德軟起動器、梅蘭日蘭開關、斷路器、接近開關、光電開關等產品。


　　三、工藝描述

　　煉鐵是在高爐內進行還原反應過程，爐料、礦石、燃料和熔劑從無鐘爐頂裝入爐內，從鼓風機來的冷風經熱風爐后，形成熱風從高爐風口鼓入，隨著焦碳燃燒，產生熱煤氣由下向上運動，而爐料則由上而下運動，互相接觸，進行熱交換，逐步還原，最后到爐子下部，還原成生鐵，同時形成爐渣。積聚在爐缸的鐵水和爐渣分別由鐵口和出渣口放出。

　　高爐自動化的目的主要是保證高爐操作的4個主要問題：即正確的配料并以一定的順序及時裝入爐內；控制爐料均勻下降；調節料柱中爐料分布及保持與煤氣流良好的接觸；保持合適的熱狀態。

　　現代高爐自動化主要是指儀表檢測及控制系統、電氣控制系統和過程及管理用計算機。儀表控制系統和電氣控制系統通常由DCS或PLC完成。由于高爐在鋼鐵廠處于咽喉位置，需及時和穩定地供給煉鋼工序合格的鐵水，故其穩定性是很重要的。近年來，高爐向大型化方向發展，稍有不正常，損失就很大，因此其穩定性就顯得愈加重要。高爐自動化的控制性能是決定高爐穩定順行的一個至關重要的因素。


　　四、系統控制內容及功能要求

　　高爐生產要求計算機控制系統能夠保證生產過程的連續性和實時監控性，而且要求數據量最多，所有設備的自動化程度要高。計算機系統要求數據采集周期短，刷新速率快，特別對通訊網絡而言，數據傳輸速率、網絡穩定性和正確性尤為重要。


　　1、 高爐部分

　　·爐頂、爐喉、爐身、爐腰、爐缸、爐底、爐基的溫度、壓力、差壓、流量、料位、重量的檢測。要求數據采集精確度≤0.2%，采集速率≤0.8S。

　　·爐頂壓力控制：這是高爐生產中最重要的、必須投入自動運行的控制。正常情況下，高爐頂壓為250±3KPa。2000 m3高爐頂壓調節采用了比肖夫環縫洗滌塔專利技術，串聯方式的上下兩級喉口一個投入自動，一個投入手動。

　　·爐身靜壓校正：在高爐不同高度測量爐身靜壓力，可以較早得知爐況變化，較準確判斷局部管道和懸料位置，以便及時采取措施。2000 m3高爐在四個水平面上裝設4個取壓口以測量爐身靜壓力。

　　·爐體冷卻壁熱負荷檢測：高爐一代爐役的長短取決于冷卻壁的侵蝕情況。因此冷卻壁熱負荷檢測屬于重點監控和維護內容，分析該處實時曲線和歷史趨勢可以幫助高爐工長正確判斷爐況，采取相應措施延長高爐爐齡。

　　·煤氣分析：分析高爐煤氣中H2、N2、CO、CO2含量，可以了解爐內反應，風口或冷卻系統漏水等情況。

　　·水冷系統控制：通過膨脹罐、接受罐、水泵、氣密箱、密閉循環水系統、爐頂打水的連鎖與閥門控制保護爐頂設備。

　　·氮風系統控制：通過送風閥、送氮閥、風機連鎖控制保護齒輪箱、閥箱等爐頂設備。
2熱風爐部分

　　·爐體溫度、壓力、差壓、流量參數檢測

　　·熱風溫度控制：通過自動調節混風切斷閥開度將適當配比的冷風摻入熱風管道中，控制送往高爐熱風圍管的熱風溫度在1200±20℃內。

　　·廢氣溫度與煤氣支管流量的串級控制：廢氣溫度與煤氣支管流量組成串級調節回路，廢氣溫度調節器的輸出作為煤氣支管流量調節器的外給定值。



圖1 廢氣溫度與煤氣支管流量串級控制原理圖




　　·煤氣支管流量與冷風支管流量的比值控制：煤氣支管流量與助燃風支管流量組成配比調節回路，以煤氣支管流量作為比值器的輸入，比值器的輸出作為助燃風支管流量調節器的外給定值。



圖2 煤氣支管流量與冷風支管流量比值控制原理圖



　　·開始燃燒時，廢氣溫度調節器、煤氣支管流量調節器及助燃風支管流量調節器均切換到手動狀態，使廢氣溫度調節器的輸出為零，使煤氣支管流量及助燃風支管流量調節閥處于小開度狀態。當延時幾秒后或廢氣溫度達到350℃時，調節器自動切換到自動調節狀態。當爐子退出燃燒時，煤氣及助燃風支管流量調節閥均切換到手動狀態，且兩閥全關閉。


　　以下是高爐、熱風爐主要生產工藝監控畫面。