冷钢高炉布料料流阀在布料控制过程中的成功应用

冷钢炼铁厂高效环保的五座现代化无料钟炉顶高炉及生产区一角。记者熊又华/摄

中国钢铁企业网冷钢讯（记者 熊又华 通讯员蒋寿延 /报道）料流调节阀是湖南博长控股集团有限公司冷钢炼铁厂无料钟炉顶高炉的关键设备之一,对其控制效果的好坏直接影响高炉的稳定运行。由于料流调节阀其运行速度要快、控制精度要求高,而传统料流调节阀的驱动和控制系统存在不少的问题,实现对料流调节阀的精确、可靠控制一直是一个难题。冷钢高炉料流阀在布料控制过程中的实际成功应用的效果。

冷钢对早期的料流调节阀的控制原理、控制效果及其存在的问题等进行了分析和总结，并应用了一种新型的由液压伺服阀驱动的料流阀调节控制系统,该控制系统的构成和控制原理，最后对两种控制系统的性能进行了比较,新型料流调节阀具有优点和控制效果。在现代化炼铁生产中，冷钢无料钟炉顶上料系统在高炉上的应用，提高了装料方式的灵活性。在冷钢炼铁生产中，也已实现了多环布料，由于环形布料可自由选择溜槽倾角和改变旋转的速度，故可以在炉喉任一部位实现单、双、多环布料，在布料过程中通过对溜槽倾角的改变，可以将焦炭和矿石布在距离高炉中心不同的部位上，达到调整炉内边缘或中心的煤气分布，提高煤气利用率，为高炉的顺行提供了可的保障。

冷钢高炉上料系统包括槽下、炉顶两大系统，其中槽下系统主要完成原料（矿石、焦炭）的称量和运输任务，炉顶系统完成原料在炉内的均匀分布。原材料由料车从槽下送至炉顶受料斗，再由受料斗装入料罐内，当在布料条件满足时，罐内的原材料经料流调节阀、下密封阀、溜槽，按料单设定的布料溜槽倾动角度及溜槽旋转圈数，布入炉内，当罐内的料布完后，冷钢是以料流阀开的时间为依据，关好料流调节阀和下密封阀，探尺放尺，探测料面，完成一次布料过程。布料系统主要由柱塞阀、上密阀、上均压阀、料流阀、下密阀、下均压阀及倾动装置和布料溜槽组成。

冷钢无料钟炉顶实现精确布料。冷钢高炉采用了料流调节阀加布料溜槽的控制方式来实现矿、焦在炉内的精确布料。在炉顶布料控制中，下料斗料流调节阀的开度控制是至关重要的，因为只有实现精确控制，才能有效地控制好下料的料流量，进而更准确的控制好每批料布料的厚度、环数及布料的起点和终点。

冷钢高炉料流调节阀开度改造前控制方法：为了能控制料流阀的开度，在料流阀油缸中间某位置上安装接近开关，用电路来实现开度控制。

从冷钢2003年第一座投产的1#高炉和2004年12月投产的2#炉，两座高炉都是采用这种控制方法，很明显这种控制方法存在很多缺点：1、料流阀开度控制很不准确，误差大。料流阀开度只能固定在某个角度，不能按料批进行灵活调整。无法实现自动控制。2、料流阀开度调整极不方便，每次调整时，需要电工到炉顶去调整料流阀油缸的接近开关，并且调整很不精确。3、该电路电气元件多，联锁多，电气故障率很高，时常影响高炉下料，影响生产。由于料流阀开度不能准确控制，炉料在炉内的布料不能得到精准控制，造成高炉产量上不去，炉况很难长期顺行，严重制约着炼铁的生产。

由于上面的原因，从2005年开始，通过冷钢广大科技人员的攻关，在料流阀油缸上加装磁致伸缩位移传感器，该传感器能输出4-20mA信号给PLC，通过PLC实现了料流阀的角度反馈和控制，从而淘汰了油缸中间加装接近开关的控制方式，实现了通过PLC进行控制。其基本原理是：料流阀打开卸料时，当料流阀实际开度（通过磁致伸缩位移传感器检测得到） 达到冷钢设定的料流阀角度时，料流阀开电磁阀和料流控制阀电磁阀都断电，油缸停在设定的角度位置。当炉料卸完后，再次让料流阀开电磁阀和料流控制阀电磁阀都得电，料流阀全开，在时间到时，关料流阀。这种方式最大的优点是控制比原来的控制要简单，其液控原理图。

但这种方式的缺点也很明显。其一是该液压系统控制的液压缸，其推力受系统压力的影响比较大，容易形成冲击，对料流阀的寿命有着一定的影响。其次就是料流阀的位置精度很难控制，原因是料流阀在开到给定角度时，由于料流阀在开的过程中阀口处就充满了炉料，只能一次到位而不能调节。液压缸一次定位的精度误差比较大，一般有1.5-2.0度，有时竟大到2.5-3.5度的误差。这样的控制精度在高炉布大粒度料（例如20mm以上的烧结矿或焦炭）的时候可能影响不是太严重，但是在需要布小粒度料的时候，尤其是小于5mm的碎矿或碎焦时，就很难满足工艺要求了。为了最大限度的消除系统压力变化对推力的影响，减小液压对机械系统的冲击，同时把控制精度大幅提高，使料流阀开度控制更为准确，今年以来，通过多次攻关，冷钢大胆启用国内较为先进的利用比例阀来控制料流阀的控制方法，并在5#炉获得成功。

比例阀在冷钢高炉料流阀上的成功应用。比例阀通过自带的集成放大器，可以连续的调节比例阀的开度，这是与前面普通的液控单向阀的最大不同。由于比例阀的开度是连续可调的，因此供给油缸的油的流量也是连续可调的，这样就实现了对油缸的速度、推力的连续调节和控制。

冷钢采用了西门子公司的PLC控制系统，负责采集炉顶料流阀的实际开度值（由磁致伸缩位移传感器检测转换成实际角度），接收炉顶控制系统发出的开度大小和动作指令。在经过分析处理后，把开度指令转换成4~20mA的电信号发给比例阀的集成放大器,用来控制比例阀的开度。当西门子PLC输出12mA时，料流阀处于停止状态；PLC输出16mA时，料流阀开,PLC输出8mA时，料流阀关。这种控制方式的精度能达到0.8度左右。

其基本原理是：高炉接到下料指令时，PLC输出16mA电流，比例阀线圈通入16mA电流，料流阀油缸打开卸料，当料流阀实际开度（通过磁致伸缩位移传感器检测得到）达到我们设定的料流阀角度时，PLC输出12mA电流，比例阀线圈通入12mA电流，料流阀立即处于停止状态，同时，料流控制阀电磁阀即液压锁断电，油缸停在设定的角度位置。当炉料卸完后，再次让料流比例阀线圈通入16mA电流，同时，料流控制阀电磁阀即液压锁得电，料流阀油缸全开，全开到位时，料流比例阀线圈通入12mA电流，同时，料流控制阀电磁阀即液压锁失电，料流阀处于停止状态。在全开时间到时,再次让料流比例阀线圈通入8mA电流，同时，料流控制阀电磁阀即液压锁得电，料流阀油缸关。由于我们把料流阀开度实际值与料流阀开度设定值之间进行了角度纠正，其误差不能大于正、负0.8度，这种控制方式基本能满足冷钢高炉的布料要求，但控制精度还不够高，由于还没有实现闭环控制，还没有实现对油缸的速度、推力的连续调节和控制，还存在一定缺陷。

冷钢料流阀控制今后改进方向和思路。为了使系统既能有较大的推力和快速性，又能够达到理想的准确度，冷钢的目标是料流阀在控制方式上采用开环控制和闭环控制相结合的方法，以期实现对油缸的速度、推力的连续调节和控制。需要注意的是，由于液压伺服比例系统本身具有较高的放大系数，另外还有机械系统固有频率的影响，因此如果PID调节的各项参数（如比例、微分、积分系数，延时时间，偏移量等）调整的不好的话，系统极易产生振荡，因此各项PID参数的设置需要反复试验，以达到最好的效果。

料流比例阀由于具有工作可靠、控制精度高、响应速度快等优点，在冷钢高炉得到了成功的应用，取得了显着的经济效益，为冷钢高炉稳产、顺产做出了较大贡献。