高炉智能自动装铁系统的研发与应用.pdf

第45卷第4期2023年8 月信息化建设2高炉智能自动装铁系统的研发与应用王在丰,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2 7 6 8 0 0）摘要：山钢日照公司为满足“一罐到底，精准炼钢”的需要，开发了智能化自动装铁系统，高炉装铁实现自动化，并通过优化改进，高炉铁水装准率由8 0%90%（2 t)提高到90%（1.5t)以上，满足了炼钢生产需求。关键词：高炉；智能化装铁；装准率；车载称中图分类号：TP273文献标识码：B山东冶金Shandong Metallurgy文章编号：10 0 4-46 2 0(2 0 2 3)0 4-0 0 49-0 2Vol.45 No.4August 2023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510 0 m高炉分别于2 0 17 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8 1。高炉铁水采用汽车运输，铁水运输距离18 0 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，铁水装人量准确率的提高，能提高终点命中率，稳定废钢加人量和出钢温度，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8 0%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、高炉二级系收稿日期：2 0 2 3-0 2-2 8作者简介：王在丰，男，198 4年生，现为山东钢铁集团日照有限公司炼铁厂高级工程师，从事高炉炼铁工作。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510 0 m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人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人落包位，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，计量信息接人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。492023年8 月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，炉前工可山东冶金图1#摆动流嘴摆动过程的铁水流速趋势算，则摆动流嘴的摆动的车载称值为：目标值+皮重值-3.7 5铁速：6 0。其中铁速高炉二级系统根据车载称的增加速度计算，可直接引用。当车载称达到计算值时，控制器发出动作指令，摆动流嘴自动执行摆动任务。4.3摆动流嘴的摆动条件设定为保证安全，防止铁水满溢，设定毛重值和液位计上限。（1)计算车载称达到摆动条件时，自动摆向对面。（2）车载称值达到330 t，自动摆向对面。（3）雷达液位计值达到5.1m时，自动摆向对面。4.4系统优化由图2 看出，高炉铁水装准率有大幅提升。为进一步提升铁水装准率，采集高炉车载净重值和目标值数据，对数据偏差进行分析比对。重量偏差多为正偏差，数据均值为0.7 6 t，于是对摆动流嘴摆罐秤值进行调整，在原计算公式减0.7 6 t,高炉铁水装置率进一步提升。62第45卷10(5.1)/率86420123456时间s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。4.2摆动流嘴动作的时机计算根据现场测算，摆动流嘴在动作过程中的铁水流速如图1所示。摆动流嘴从开始摆动到摆动完成，流入铁水罐的铁水重量可近似用（1.5+4.5=2）铁速=6 0 计Development and Application of Intelligent Automatic Loading Iron System forAbstract:To meet the needs for“one tank to the end,precise steel-making,Rizhao branch of Shangdong steel group has developedan intelligent automatic loading iron system.The automation of blast furnace iron loading has been achieved,the accuracy of hotmetal loading in blast furnace has been improved from 80%-90%(2 t)to over 90%(1.5 t)by optimizing and improving.Ithas met the demand for steelmaking.Key words:blast furnace;intelligent loading iron;loading accuracy;vehicle scale50-2-60图2 铁水重量差值散点图5结语通过高炉摆动流嘴自动化控制系统与原有的高炉二级系统，车载秤系统和现场PLC控制系统相结合，山钢日照公司开发出智能化自动装铁系统，并通过优化改进，高炉铁水装准率由8 0%90%（2 t)提高到90%（1.5t)以上,满足了炼钢生产需求。Blast FurnaceWANG Zaifeng,ZHAO Shanyang,MA Jinyun,ZHANG Guiyu,JING Feng(Rizhao Branch of Shangdong Steel Group,Rizhao 276800,China)60120180