泰钢高炉无料钟炉顶设备改造

泰钢集团公司，高炉无料钟炉顶设备，采用的是串罐式无料钟炉顶，在使用过程中，虽然串罐式无料钟炉顶，具有布料灵活多样、密封可靠、寿命长、并可实现高压或超高压炉顶操作当等优点，但同时也存着许多不足，利用工艺休风和定期检修时间，通过对无料钟炉顶设备的不断改造，消除了设备在应用过程中的隐患，减少了备件消耗，为高炉稳产高产打下了坚实基础。

一、无料种炉顶简介

1、设备特点

无料钟炉顶，主体设备从上至下包括：受料斗、截料阀、料罐(包括上密阀)、料流调节阀(节流阀)、下密封阀、布料器、溜槽及其辅助系统。与炼铁厂其它马基式双钟炉顶相比，无料钟炉顶设备布料灵活，能自动实现环形、螺旋形布料；手动遥控可进行定点、扇形布料。布料均匀，每罐料布12圈左右，可通过料流节阀调节料流，布料溜槽倾角设定为11个。利于改善布料、提高煤气利用率。密封可靠且寿命长，更换密封件容易。利于提高炉顶压力，维修方便、能够满足高炉强化冶炼等优势。

2、存在问题

泰钢几座高炉在串罐式无料钟炉顶实际应用过程中，暴露出以下几点不足：1）易蓬料。2）节流阀无法正常打开。3）炉顶设备控制精度不够精确。问题的出现，直接造成炉顶设备无法正常上料、炉况波动，造成高炉减压或休风，产量不稳定，高炉吨铁成本较高。

二、原因分析及改造对策

1、高炉蓬料原因及对策

泰钢几座高炉串罐式无料钟炉顶设备，原设计料罐的料空料满采用的是γ射线检测，因种种原因，炉顶γ射线检测未投运，实际料罐的料空料满采用的是：在料流控制恒定的情况下，利用PLC内部时间继电器，设定落料时间来控制的。节流阀开启到工艺要求设定角度，料灌落料，下完料后节流阀关闭。一方面，因料空信号是由时间控制，时间到PLC自动转换为料空信号，再者，因炉料粒级的变化、炉顶压力不稳，造成落料时间的变化；以及因下密封阀密封不严或均压压力的波动，或者因放散阀、上密封阀的关闭不严，造成料罐内压力波动，使料罐内炉料在PLC设定的时间内，完不成彻底向炉内落料，出现料灌残余剩料，经过几个批次的下料循环，积少成多造成蓬料事故。导致高炉无法正常下料，高炉常常因此被迫休风。

为了解决料灌向炉内的落料料流不稳定，我们利用上料PLC做平台，采用时间控制法建立落料数学模型，以达到在规定时间内，根据料流速度，精确控制料流开度的目的。

时间控制法的原理是：在某一罐料布料过程中，料流调节阀的开度是恒定的，料流量近似稳定。

按时间原则推导控制料流量的数学模型如下：

按时间原则控制的开度：γ=f（t）, γ是关于设定时间t的函数。

布完一罐料后，通过计时器可以知道该罐料实际布料时间t_实，在根据料流特性曲线找到γ=f（t_实）。这样就将设定布料时间和实际布料时间的偏差转化为开度的偏差值：

⊿γ=f(t_设)-f(t_实)

在同一料种下可以得到下一罐料经过偏差处理的设定开度值：

γ=γ_设+⊿γ

= f(t_设)+[ f(t_上设)- f(t_上实)]

式中γ_设——未经过偏差处理的设定开度值

     t_设——未经过偏差处理的设定时间

     t_上设——上次设定的布料时间

     t_上实——上次实际的布料时间

依上述关系进行PLC运算控制，可根据实际下料时间，不断修正料流调节阀开度γ以获得最佳料流。

2、高炉节流阀无法正常打开的原因及对策

泰钢几座高炉串罐式无料钟炉顶节流阀，采用的是抄手式结构，当节流阀处于关闭位置时，大小瓜皮的底部重叠，重叠量约为50mm，重叠部位上下间隙约l~5mm。由于入炉原料的冲刷造成的间隙变大和实际人炉原料的颗粒大小不一，当烧结和块矿粒度在5mm左右时，关阀会造成原料颗粒挤入大小瓜皮之间，致使瓜皮卡死，节流阀无法开启。

经过分析，在设备方面，我们把节流阀大小瓜皮的重叠改为齐头，同时，从程序控制方面进行改进，下料时节流阀先开到设定角度，出现料空信号后，节流阀由设定角度开到最大，延时2S后再关闭节流阀，这样完全避免了因节流阀卡料、或因大块料造成的节流阀打不开或节流阀卡住的现象。

3、炉顶设备控制精度不够精确的原因及对策

炉顶设备的控制准确性，关系着高炉的上料稳定性，对稳定炉况、降低焦比、提高高炉利用系数起着至关重要的作用。在泰钢高炉炉顶设备实际使用过程中，经常出现因开关到位等位置信号的抖动；因炉顶设备震动或编码器联轴器松动，造成编码器数值持续跳动，近而引起炉顶自动控制程序不执行或执行紊乱。造成高炉无法正常下料。

针对以上情况，我们从软硬件两方面入手进行解决。硬件方面我们采取了，在炉顶设备控制程序中，对每个开关到位信号进行了消抖处理，利用PLC程序软件的延时通、延时断时钟指令，对采集的信号进行延时处理，无论是开位还是关位信号，在到达PLC后，经过两个扫描周期（300ms）的滞留时间判断后，开关到位信号无变化后，PLC再发出发出动作信号，用于设备的控制。同时利用高炉操作监控画面，设置手动强制干预，一旦现场检测元件损坏或开关到位信号抖动，人工发出模拟信号，用于非正常情况下上料，直到检测元件恢复正常，这样就有效的避免了因抖动造成的假信号对设备控制的影响。

在软件方面，对于编码器模拟量检测信号，表现出的因检测元件固定不牢等原因造成的，采样数值不稳定，持续不断跳动变化，我们采用软件滤波的方式消除（算术平均值滤波法）。由于炉顶的各角度检测是连续的，且在工艺要求设定值附近上下波动，所以在一个采样周期内连续取N个采样值进行算术平均运算，取结果为最后值参与程序控制。这样经过算术平均值处理的信号，效果平滑度较高，可以满足工艺和设备的控制要求。

通过采用硬件和软件共同的抗干扰措施，避免了编码器、位移传感器等设备受到外界环境干扰造成的波动，大大提高了测量数据的准确度和稳定性，为程序控制设备动作奠定了基础，提高了设备动作的精度。

三、改造后应用效果

改造完成后各高炉至今蓬料事故为零，非设备原因导致的节流阀无法打开事故为零，消除了外界干扰引起的，炉顶设备程序执行紊乱，效果非常明显，降低了高炉休慢风率，保障了高炉高产稳产，稳定顺行。

四、结语

在生产实践中，通过对泰钢高炉无料钟炉顶的设备改造，延长了备件使用寿命，改善了设备运行环境，减轻了维修工人的劳动强度，同时，也对稳定炉况、降低焦比、提高高炉利用系数，为高炉采用多环布料矩阵，发挥无料钟的优势创造了条件，满足了高炉提高顶压、扩大矿批等强化冶炼需求，高炉经济技术指标明显改善。

作者简介：蒋广宇（1968-）男  山东省首席技师、高级工程师、高级技师   主要从事冶金行业尤其是高炉方面的电气传动、基础自动化系统的设计、维护。