泰鋼集團公司，高爐無料鐘爐頂設備，采用的是串罐式無料鐘爐頂，在使用過程中，雖然串罐式無料鐘爐頂，具有布料靈活多樣、密封可靠、壽命長、并可實現(xiàn)高壓或超高壓爐頂操作當?shù)葍?yōu)點，但同時也存著許多不足，利用工藝休風和定期檢修時間，通過對無料鐘爐頂設備的不斷改造，消除了設備在應用過程中的隱患，減少了備件消耗，為高爐穩(wěn)產高產打下了堅實基礎。

一、無料種爐頂簡介

1、設備特點

無料鐘爐頂，主體設備從上至下包括：受料斗、截料閥、料罐(包括上密閥)、料流調節(jié)閥(節(jié)流閥)、下密封閥、布料器、溜槽及其輔助系統(tǒng)。與煉鐵廠其它馬基式雙鐘爐頂相比，無料鐘爐頂設備布料靈活，能自動實現(xiàn)環(huán)形、螺旋形布料；手動遙控可進行定點、扇形布料。布料均勻，每罐料布12圈左右，可通過料流節(jié)閥調節(jié)料流，布料溜槽傾角設定為11個。利于改善布料、提高煤氣利用率。密封可靠且壽命長，更換密封件容易。利于提高爐頂壓力，維修方便、能夠滿足高爐強化冶煉等優(yōu)勢。

2、存在問題

泰鋼幾座高爐在串罐式無料鐘爐頂實際應用過程中，暴露出以下幾點不足：1）易蓬料。2）節(jié)流閥無法正常打開。3）爐頂設備控制精度不夠精確。問題的出現(xiàn)，直接造成爐頂設備無法正常上料、爐況波動，造成高爐減壓或休風，產量不穩(wěn)定，高爐噸鐵成本較高。

二、原因分析及改造對策

1、高爐蓬料原因及對策

泰鋼幾座高爐串罐式無料鐘爐頂設備，原設計料罐的料空料滿采用的是γ射線檢測，因種種原因，爐頂γ射線檢測未投運，實際料罐的料空料滿采用的是：在料流控制恒定的情況下，利用PLC內部時間繼電器，設定落料時間來控制的。節(jié)流閥開啟到工藝要求設定角度，料灌落料，下完料后節(jié)流閥關閉。一方面，因料空信號是由時間控制，時間到PLC自動轉換為料空信號，再者，因爐料粒級的變化、爐頂壓力不穩(wěn)，造成落料時間的變化；以及因下密封閥密封不嚴或均壓壓力的波動，或者因放散閥、上密封閥的關閉不嚴，造成料罐內壓力波動，使料罐內爐料在PLC設定的時間內，完不成徹底向爐內落料，出現(xiàn)料灌殘余剩料，經過幾個批次的下料循環(huán)，積少成多造成蓬料事故。導致高爐無法正常下料，高爐常常因此被迫休風。

為了解決料灌向爐內的落料料流不穩(wěn)定，我們利用上料PLC做平臺，采用時間控制法建立落料數(shù)學模型，以達到在規(guī)定時間內，根據料流速度，精確控制料流開度的目的。

時間控制法的原理是：在某一罐料布料過程中，料流調節(jié)閥的開度是恒定的，料流量近似穩(wěn)定。

按時間原則推導控制料流量的數(shù)學模型如下：

按時間原則控制的開度：γ=f（t）, γ是關于設定時間t的函數(shù)。

布完一罐料后，通過計時器可以知道該罐料實際布料時間t_實，在根據料流特性曲線找到γ=f（t_實）。這樣就將設定布料時間和實際布料時間的偏差轉化為開度的偏差值：

⊿γ=f(t_設)-f(t_實)

在同一料種下可以得到下一罐料經過偏差處理的設定開度值：

γ=γ_設+⊿γ

= f(t_設)+[ f(t_上設)- f(t_上實)]

式中γ_設——未經過偏差處理的設定開度值

     t_設——未經過偏差處理的設定時間

     t_上設——上次設定的布料時間

     t_上實——上次實際的布料時間

依上述關系進行PLC運算控制，可根據實際下料時間，不斷修正料流調節(jié)閥開度γ以獲得最佳料流。

2、高爐節(jié)流閥無法正常打開的原因及對策

泰鋼幾座高爐串罐式無料鐘爐頂節(jié)流閥，采用的是抄手式結構，當節(jié)流閥處于關閉位置時，大小瓜皮的底部重疊，重疊量約為50mm，重疊部位上下間隙約l~5mm。由于入爐原料的沖刷造成的間隙變大和實際人爐原料的顆粒大小不一，當燒結和塊礦粒度在5mm左右時，關閥會造成原料顆粒擠入大小瓜皮之間，致使瓜皮卡死，節(jié)流閥無法開啟。

經過分析，在設備方面，我們把節(jié)流閥大小瓜皮的重疊改為齊頭，同時，從程序控制方面進行改進，下料時節(jié)流閥先開到設定角度，出現(xiàn)料空信號后，節(jié)流閥由設定角度開到最大，延時2S后再關閉節(jié)流閥，這樣完全避免了因節(jié)流閥卡料、或因大塊料造成的節(jié)流閥打不開或節(jié)流閥卡住的現(xiàn)象。

3、爐頂設備控制精度不夠精確的原因及對策

爐頂設備的控制準確性，關系著高爐的上料穩(wěn)定性，對穩(wěn)定爐況、降低焦比、提高高爐利用系數(shù)起著至關重要的作用。在泰鋼高爐爐頂設備實際使用過程中，經常出現(xiàn)因開關到位等位置信號的抖動；因爐頂設備震動或編碼器聯(lián)軸器松動，造成編碼器數(shù)值持續(xù)跳動，近而引起爐頂自動控制程序不執(zhí)行或執(zhí)行紊亂。造成高爐無法正常下料。

針對以上情況，我們從軟硬件兩方面入手進行解決。硬件方面我們采取了，在爐頂設備控制程序中，對每個開關到位信號進行了消抖處理，利用PLC程序軟件的延時通、延時斷時鐘指令，對采集的信號進行延時處理，無論是開位還是關位信號，在到達PLC后，經過兩個掃描周期（300ms）的滯留時間判斷后，開關到位信號無變化后，PLC再發(fā)出發(fā)出動作信號，用于設備的控制。同時利用高爐操作監(jiān)控畫面，設置手動強制干預，一旦現(xiàn)場檢測元件損壞或開關到位信號抖動，人工發(fā)出模擬信號，用于非正常情況下上料，直到檢測元件恢復正常，這樣就有效的避免了因抖動造成的假信號對設備控制的影響。

在軟件方面，對于編碼器模擬量檢測信號，表現(xiàn)出的因檢測元件固定不牢等原因造成的，采樣數(shù)值不穩(wěn)定，持續(xù)不斷跳動變化，我們采用軟件濾波的方式消除（算術平均值濾波法）。由于爐頂?shù)母鹘嵌葯z測是連續(xù)的，且在工藝要求設定值附近上下波動，所以在一個采樣周期內連續(xù)取N個采樣值進行算術平均運算，取結果為最后值參與程序控制。這樣經過算術平均值處理的信號，效果平滑度較高，可以滿足工藝和設備的控制要求。

通過采用硬件和軟件共同的抗干擾措施，避免了編碼器、位移傳感器等設備受到外界環(huán)境干擾造成的波動，大大提高了測量數(shù)據的準確度和穩(wěn)定性，為程序控制設備動作奠定了基礎，提高了設備動作的精度。

三、改造后應用效果

改造完成后各高爐至今蓬料事故為零，非設備原因導致的節(jié)流閥無法打開事故為零，消除了外界干擾引起的，爐頂設備程序執(zhí)行紊亂，效果非常明顯，降低了高爐休慢風率，保障了高爐高產穩(wěn)產，穩(wěn)定順行。

四、結語

在生產實踐中，通過對泰鋼高爐無料鐘爐頂?shù)脑O備改造，延長了備件使用壽命，改善了設備運行環(huán)境，減輕了維修工人的勞動強度，同時，也對穩(wěn)定爐況、降低焦比、提高高爐利用系數(shù)，為高爐采用多環(huán)布料矩陣，發(fā)揮無料鐘的優(yōu)勢創(chuàng)造了條件，滿足了高爐提高頂壓、擴大礦批等強化冶煉需求，高爐經濟技術指標明顯改善。

作者簡介：蔣廣宇（1968-）男  山東省首席技師、高級工程師、高級技師   主要從事冶金行業(yè)尤其是高爐方面的電氣傳動、基礎自動化系統(tǒng)的設計、維護。