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1、,炼铁生产控制,宝钢不锈钢事业部炼铁厂,-赵 健,宝钢不锈钢事业部炼铁厂设计能力年产铁水234万吨，年产烧结矿396万吨；综合原料场经扩建后，拥有 12台堆取料机，46公里皮带，年处理原料量可达2000万吨，年生产混匀矿可达420万吨；两座石灰套筒竖窑其年产优质活性石灰量可达35万吨。通过技术进步，04年炼铁能力已突破300万吨，同时烧结年产也于06年实现了442.85 万吨的突破，烧结矿的品质也实现了高铁、低硅、高强度和高稳定率，高炉铁水根据炼钢需要，可实现全数脱硅。,原料分厂,烧结分厂,高炉分厂,一、高炉工艺简介 炼铁工艺是将含铁原料（烧结矿、球团矿或铁矿）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它辅助
2、原料（石灰石、白云石、锰矿等）按一定比例装入高炉，从鼓 风机来的冷风经热风炉后，形成热风从高炉风口鼓入，随着焦炭燃烧，产生热煤气流由下而上运动，而炉料则由上而下运动，互相接触，进行热交换，逐步还原，最后到炉子下部，还原成生铁，同时形成炉渣，炉底铁水间断地放出装入铁水罐，送往炼钢厂。同时产生高炉煤气、炉渣两种副产品。,高炉冶炼用的原料,高炉冶炼用的原料主要由铁矿石、燃料（焦炭）和熔剂（石灰石）三部分组成。通常，冶炼1吨生铁需要吨铁矿石，吨焦炭，吨熔剂，总计需要2-3吨原料。为了保证高炉生产的连续性，要求有足够数量的原料供应。,高炉的操作主要是解决下列四个问题：1、正确的配料并以一定的顺序及时装入
3、炉内；2、控制炉料均匀下降；3、调节料柱中炉料分布及保持与煤气流良好的接触；4、保持合适的热状态。2、3、4、可归结为要求炉况稳定顺行。只有在炉况稳定顺行的状态下，才能达到优质、低耗、高产的目的，为确保高炉炉况稳定必须随时掌握炉内各参数的变化情况，及时予以调整，这就有赖于自动控制技术。高炉自动化主要是指仪表检测及控制系统、电气控制系统和计算机，即基础自动化、过程自动化和管理自动化，仪表控制系统和电气控制系统通常由DCS或PLC来完成。,二、高炉生产检测与自动化控制系统构成 高炉自动化过程主要包含高炉本体控制、上料和炉顶控制、热风炉控制，以及除尘系统控制等。高炉生产必须要求计算机控制系统能够很好
4、地保证生产过程的连续性和实时监控性，而且要求数据量最多，所有设备的自动化程度要高。计算机系统要求数据采集周期短，刷新速率快，特别对通讯网络而言，数据传输速率、网络稳定性和正确性尤为重要。高炉的自动化控制方案，首先应着眼于系统的可靠性、实用性和先进性，并在此基础上提高系统的性价比。,可靠性：高炉在钢铁厂生产中处于十分重要的位置，要及时稳定的给炼钢工序提供合格的铁水，高炉生产的短时间中断都会给整个生产流程带来不可估量的损失。因此，必须把系统的可靠性也即安全性放在高炉控制系统设计的第一位。在设备控制方面，要满足炼铁设备及工艺的特定要求，完善 必要的软硬件连锁，实现最可靠的开停车顺序控制，以及可靠的处
5、理突发性事件的应急处理方案，确保整个高炉生产系统的安全性。为保证这些设备安全可靠运行，除了系统硬件之外，还必须在软件编程上增加多种保护功能，以进一步提高系统的安全性和可靠性。,实用性：为适应大型规模钢铁厂在生产管理的技术基本点面上要求循序渐进、逐步提高的多数情况，对高炉生产的过程控制，设有手动和自动两种操作状态，两种操作状态之间，可实现无扰动切换。由工业微型计算机和DCS/PLC系统、计算机网络、控制软件组成在线计算机应用系统，上位机通过各检测仪表，采集高炉上料、配料运行数据、炉体温度、风温、风压，除尘系统等工艺参数。,先进性：采用智能控制技术，以改变控制策略去适应对象的复杂性和不确定性。具有
6、更好的适应性、容错性、鲁棒性、自组织功能，具有自学习能力、更强的实时性和人机协同功能。通过记录、分析高炉的历史生产数据，采用“优选图法”，指导操作人员，使之确定的每一步动作更加精确和科学。在这种状况较之传统人工操作模式下，高炉各操作参数的离散程度将明显缩小，向着最佳区间，甚至最佳点靠拢的趋势将非常明显。在系统更进一步优化后，可实现多种“趋势分析”，计算机能够做出趋势预报，及时为操作者提供更多的手段，相当于真正做到了类似于传统操作模式下，工艺管理上经常会提出“早调、勤调、少调”的要求。高炉生产过程在应用本系统后将更加趋向稳定。,宝钢股份不锈钢事业部的 2500m3高炉于1999 年10 月8 日
7、顺利点火投产，该高炉在自动化控制系统方面充分吸收了当时国内、国外的先进经验，无论在控制系统的构成上，在控制功能上，还是在系统操作水平上，都处于当时国内先进水平。,2500高炉采用美国西屋公司的WDPF II Plus分布式控制系统（DCS）进行自动化控制。该控制系统具有以下特点：(1)通用性强，开放性好，能兼容不同制造商的自动化设备（如AB公司PLC，遵从FF协议的智能仪表等）；并能通过TCP/IP协议与管理计算机实现通信。(2)控制系统所特有的分布式数据库结构，减少了集中式数据库所带来的风险，使用户能很容易地访问数据库。数据库中的每一点包含了该点的全部信息，只要该点在数据库中定义，整个系统均
8、可访问它。(3)与采用PLC+DCS结构形式的控制系统相比较，控制系统的分布式结构克服了电气和仪表专业分工明显，系统网络结构复杂，网络接口通信速度慢的缺点，使用户能更有效地利用系统资源，提高了系统的易维护性和控制的实时性，有利于实现三电一体化的目标。,以上是2500高炉三电系统配置图，系统主要由15台分布式控制站（DPU）组成，在分配15台分布式控制站（DPU）的控制功能时，我们打破了传统按电气仪表专业分工的界限，按照高炉各个工艺组成单元进行分配。各个DPU主要控制功能如下：DPU1：进行矿石储备及输送系统设备运行状态、称重数据采集和初步处理；矿石给料机、振动筛、称量料斗闸门、矿石输送皮带机、
9、转换溜槽等设备的顺序运转控制；矿石称量方式控制；称量料斗排料顺序控制；矿石输送皮带机上原料模拟跟踪控制；称量料批管理；设备故障报警处理等。,DPU2：进行焦炭储备及输送系统设备运行状态、称重和水分数据采集和初步处理；焦炭振动筛、焦炭输送皮带机、转换溜槽等设备的顺序运转控制；矿石称量误差补正控制；焦炭称量误差补正控制；焦炭水分补正控制；称量料批管理；设备故障报警处理等。DPU3：进行上料系统设备运行状态数据采集和初步处理；矿石中间料斗闸门、焦炭称量料斗闸门、上料皮带机、上料皮带机清洗阀等设备的顺序运转控制；炉顶装料方式控制；装料方式预约变更控制；装料数据跟踪控制；上料皮带机上原料模拟跟踪控制；装
10、料料批管理；设备故障报警处理等。,DPU1-DPU3控制站主要是用于上料系统设备控制和检测站，上料设备包括称量配料及向装料设备上料等。称量配料设备要求按高炉每批料的矿石、燃料、溶剂等的需要量进行称量和配料，称量设备有固定式的称量料斗、跑动式的称量皮带或称量车，现代高炉都是使用固定式的称量料斗。原料从储料槽中通过可控闸门放料到称量装置上，按要求计量称量并配料后送往炉顶上料设备，从称量装置取料后经上料设备送往高炉炉顶，并装入炉顶装料设备。上料设备分料车式、料罐式及胶带式三种，现代大中型高炉都是胶带式上料。上料设备顺序控制系统是高炉自动化最重要一环，故要求顺控系统绝对可靠，准确无误运行。,DPU4：
11、主要是进行高炉本体系统温度数据采集和初步处理。现场采用热电偶测量温度，通过计算机系统显示。通过埋在炉缸及本体炉身、炉腹各层位置的热电偶温度的变化来监视炉缸及本体炉身、炉腹各层耐材侵蚀情况，有助于高炉的长寿工作。,DPU5：进行炉顶系统设备运行状态、称重数据采集和初步处理；炉顶旋转料罐、上部料闸、上密封阀、均压阀、排压阀、下密封阀、料流调节阀、密封阀蒸汽加热阀、布料溜槽、探尺等设备的顺序运转控制；炉顶时序控制；炉顶均排压控制；炉顶称量压力补正控制；布料方式控制；布料定位控制；特殊布料控制；料流调节阀自学习控制；布料溜槽倾动角度补偿控制；设备故障报警处理等。DPU67：进行高炉本体系统现场压力、流
12、量数据采集和初步处理；炉顶洒水控制；炉顶煤气成分分析；炉喉十字测温；炉身煤气成分分析；风口及炉身冷却板检漏；炉身差压监视及透气性指数计算；故障报警处理等。,高炉炉顶煤气成分分析：高炉炉顶煤气成分通常为：H2-1%2%，CO-20%30%，CO2-15%20%，N250%60%。温度约为150300，含尘量约为510g/m3。一般要分析煤气中CO2、CO和H2含量即可了解炉内反应情况，是高炉操作的重要指标之一，若氢气含量过大还可借此发现风口或冷却系统漏水等情况。故一般现在高炉煤气总管都安装在线煤气成分分析系统。目前通常使用精度高的色谱仪来进行分析，煤气成分分析关键是防堵塞，故取样装置最重要，它分
13、一次和二次两级，一次采样器安装在煤气管道上，内装过滤器，可除去40m以上的灰尘，在每个采样周期内都用氮气进行反吹，以延长过滤器寿命，由于高炉条件恶劣而设置二套一次采样装置以备切换，二次采样器是将煤气进一步净化以达到分析要求，一般是安装在分析仪附近，见系统图。,炉顶煤气分析仪（色谱仪）原理图,炉喉温度检测（十字测温）：,炉喉温度检测（十字测温）：十字测温主要是观察中心和边缘气流的变化，边缘温度高，煤气利用变差，在不影响顺行的情况下要抑制边缘发展，中心温度低说明中心主导气流弱，要适当的放一放。基本可以通过观察十字测温的温度变化来调整布料矩阵。十字测温温度的目标控制，中心温度500600，十字测温边
14、缘4点的平均值应是炉顶温度4个方向平均值的50%60%，可取上限偏高值即150200，中心温度低于500，显示中心煤气通路不畅，并且煤气中的碱金属、锌蒸汽容易凝结下沉，在炉内形成循环富集。但也不宜过高（如650），温度过高，中心气流浪费严重，使煤气利用变差，边缘温度过低时，煤气利用较好，但炉墙温度低，一旦炉况波动，会导致粘结。,DPU8：进行高炉炉顶及煤气清洗系统温度、压力、流量数据采集和初步处理；风口及炉身冷却板检漏；炉顶压力控制；文氏管洗涤器水位控制；文氏管洗涤器煤气差压控制；文氏管洗涤器喉口差压控制；故障报警处理等。DPU9：进行用于热风炉系统换炉控制设备运行状态数据采集和初步处理；排压
15、阀、充压阀、烟道阀、冷风阀、热风阀、高炉煤气燃烧阀、高炉煤气切断阀、高炉煤气吹扫阀、助燃空气燃烧阀、燃烧煤气放散阀、排压主阀、烟气旁通阀、烟气切断阀、预热空气切断阀、助燃空气旁通阀、预热煤气切断阀、高炉煤气旁通阀、热风放散阀、助燃风机等设备的运转控制；送风方式控制；换炉控制；设备故障报警处理等。DPU10：进行热风炉系统燃烧控制温度、压力、流量数据采集和初步处理；燃烧控制；送风温度控制；故障报警处理等。,DPU8-DPU10控制站主要是用于热风炉和煤气清洗电气设备的控制和仪表信号的检测。热风炉自动控制系统：热风炉的作用是把鼓风加热到要求的温度，他是“蓄热”原理工作的热交换器，在燃烧室里燃烧煤气
16、，高温废气通过格子砖并使之蓄热，当格子砖充分加热后，热风炉就可改为送风，此时有关燃烧各阀关闭，送风各阀打开，冷风经格子砖而被加热并送出。高炉一般装有34座热风炉，在“单炉送风”时,两或三座在加热，一座在送风，轮流更换，在“并联送风”时，两座在加热，两座在送风。,2、热风炉燃烧自动控制。高炉热风炉是给高炉燃烧提供热风以助燃烧的设备，是一种蓄热型热交换器。国内大部分高炉均采用每座高炉带3至4台热风炉并联轮流送风方式，保证任何瞬时都有一座热风炉给高炉送风，而每座热风炉都按：燃烧休止送风-休止-燃烧的顺序循环生产。当一座或多座热风炉送风时，另外的热风炉处于燃烧或休止状态。送风中的热风炉温度降低后，处于
17、休止状态的热风炉投入送风，原送风热风炉即停止送风开始燃烧、蓄热直至温度达到要求后，转入休止状态等待下一次送风。热风炉燃烧控制系统主要包括拱顶温度控制、废气温度控制、空燃比控制、废气中氧含量分析。,热风炉通过调节煤气支管流量调节阀和空气支管流量调节阀来实现最佳煤气流量和最佳空燃比控制，使热风炉处于最佳燃烧状态，保证快速加热期拱顶温度的快速上升，提高热风炉的燃烧效率和送风温度。（12001300）由DCS系统实现PID自动调节,热风温度自动控制。,DPU11：为TRT预留。DPU12：进行两个系列喷吹煤粉的制备系统设备运行状态数据采集和初步处理；磨煤机、给煤机、密封风机、助燃风机、煤粉风机、烟道阀
18、、干燥炉放散阀、煤粉输送机等设备的运转控制；设备故障报警处理等。DPU13：进行两个系列喷吹煤粉温度、压力、流量、称重数据采集和初步处理；总管及喷吹量控制；支管及喷吹量控制；总喷煤速率控制；故障报警处理等。,DPU12 DPU13 控制站主要是喷煤区域电气与仪表设备的控制检测，喷吹煤粉工艺主要由制粉系统和喷吹系统两大部分组成。制粉系统工艺设备有干燥炉、磨煤机、煤粉收集设施及排风机。原煤由给煤机送至磨煤机，制成符和要求粒度的煤粉。通过排风机将煤粉引入收粉设施并储存在煤粉仓中，供喷吹使用，目前基本上都采用全负压系统，并且引入了热风炉废气作为煤粉的干燥气体及输粉气体。喷吹系统主要由煤粉仓、计量罐（中
19、间罐）和喷吹罐等组成，既有串罐及并罐布置形式，有上出料和下出料、多管路和单管路加分配器喷吹方式。不同的工艺各有不同的特点。,高炉喷煤对现代高炉炼铁技术来说是具有革命性的重大措施，它是高炉炼铁能否与其他炼铁方法竞争，继续生存和发展的关键技术，其意义具体表现为：1、以价格低廉的煤粉部分替代价格昂贵而日趋匮乏的冶金焦炭，使高炉炼铁焦比降低，生铁成本下降。2、喷煤是调节炉况热制度的有效手段。3、喷煤可改善高炉炉缸工作状态，时高炉稳定顺行。4、喷吹的煤粉在风口前气化燃烧会降低理论燃烧温度，为维持高炉冶炼所必需的T理，需要补偿，这就为高炉使用高风温和富氧鼓风创造了条件。5、喷吹煤粉气化过程中放出比焦炭多的
20、氢气，提高了煤气的还原能力和穿透扩散能力，有利于矿石还原和高炉操作指标的改善。6、喷吹煤粉替代部分冶金焦炭，既缓和了焦炭的需求，也减少了炼焦设施，可节约基建投资，尤其是部分运转时间已达30年需要大修的焦炉，由于以煤粉替代焦炭而减少焦炭需求量。需大修的焦炉可停产而废弃。7、喷煤粉替代焦炭，减少焦炉座数和生产的焦炭量，从而可降低炼焦生产对环境的污染。,高炉工艺喷吹系统图,高炉煤气余压透平发电装置（TRT）介绍：,TRT系统全名为高炉煤气余压透平发电装置，它是利用透平膨胀将原来损耗在减压阀组上高炉煤气的压力能和一部分潜热能转换为机械能，再通过发电机将机械能变为电能输送给电网，高炉煤气余压发电不仅回收
21、了高炉煤气一部分能量，减少了噪音，同时改善了高炉顶压的调节品质，更利于高炉的生产。不锈钢分公司炼铁厂2500高炉煤气发生量为300000455000m3/h，炉顶压力为0.2Mpa左右，TRT工程发电量为8510KW.h，年工作8000小时，年发电量达0.6808亿KW.h,不仅充分利用了能源，而且创造了极高的经济效益,三、控制方式,控制系统主要控制方式有“自动”，“手动”，“非常手动”，“现场”四种。在“自动”控制方式下，控制系统按照预先设定的生产方案，自动完成所有控制及监视功能。在“手动”控制方式下，控制系统按照操作员在CRT操作站上发出的操作指令逐步完成所有控制及监视功能。非常手动”用于
22、高炉休风操作，控制系统不参与控制与操作，操作员在紧急操作台上发出操作指令，通过继电器回路完成休风操作过程。在“现场”控制方式下，控制系统不参与控制与操作，操作员在现场操作箱上发出操作指令，通过继电器回路完成控制及监视功能。“现场”控制方式主要用于设备检修与调试。,四、铁区MES系统介绍：铁区MES系统以满足炼铁生产工艺的要求为出发点，以支持生产稳定为目标，对生产过程中的物流和信息流进行综合管理，使物流和信息流尽可能同步，着重于及时采集现场生产实时参数、原料消耗，产品质量等实绩信息，为操作人员及时了解生产、质量信息提供支撑，为生产技术人员制定配料计划和进行技术分析提供数据支撑，为管理人员做好原料的收、发、存管制提供支持。在炼铁厂区域内实现（包括原料、烧结、高炉、石灰）采集、处理、汇总、分析各种生产管理信息的数据平台。通过这个平台的使用，可以有效地提高炼铁厂生产管理的效率，对炼铁厂的稳定运行提供必要的数据支撑。,谢谢！,
