裴永紅，葉宗春

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司，安徽馬鞍山 243000）

【摘 要】 分析了自動(dòng)撥風(fēng)工藝現(xiàn)狀，闡述了基礎(chǔ)控制技術(shù)，針對(duì)不同風(fēng)壓參數(shù)高爐供風(fēng)系統(tǒng)的撥風(fēng)安全性問題，研究出一種控制方法，實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)風(fēng)壓參數(shù)，在控制單元中設(shè)置撥風(fēng)閥開度控制曲線及撥風(fēng)閥開啟條件，顯著提高了撥風(fēng)工藝性能，實(shí)現(xiàn)了不同風(fēng)壓高爐供風(fēng)系統(tǒng)安全可靠的自動(dòng)撥風(fēng)。

【關(guān)鍵詞】 高爐供風(fēng)；不同風(fēng)壓；自動(dòng)撥風(fēng)；工藝技術(shù)

引言

高爐供風(fēng)對(duì)煉鐵生產(chǎn)具有極其重要作用。高爐生產(chǎn)特性決定了鼓風(fēng)機(jī)組與高爐是一對(duì)一的供風(fēng)方式，鼓風(fēng)機(jī)組一旦出現(xiàn)故障停機(jī)、供風(fēng)中斷，即會(huì)造成高爐斷風(fēng)、風(fēng)口灌渣等嚴(yán)重事故，企業(yè)直接和間接經(jīng)濟(jì)損失很大。為避免以上生產(chǎn)事故發(fā)生，冶金行業(yè)的高爐供風(fēng)系統(tǒng)普遍采用了撥風(fēng)工藝裝置。生產(chǎn)中，一旦某一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)異常并失去供風(fēng)能力，撥風(fēng)工藝裝置及時(shí)將處于正常運(yùn)行鼓風(fēng)機(jī)組的部分風(fēng)量撥送至異常鼓風(fēng)機(jī)組所對(duì)應(yīng)高爐，從而可有效避免高爐斷風(fēng)事故。

1 工藝現(xiàn)狀

2 座及以上高爐的供風(fēng)系統(tǒng)，都具備了實(shí)施撥風(fēng)工藝的條件。撥風(fēng)工藝裝置包括撥風(fēng)閥組和控制單元兩個(gè)部分，撥風(fēng)閥組設(shè)置在高爐鼓風(fēng)站供風(fēng)管道現(xiàn)場(chǎng)，撥風(fēng)閥組由撥風(fēng)閥、隔離閥和撥風(fēng)管道組成。為了確保撥風(fēng)的時(shí)效性，撥風(fēng)閥通常選用氣動(dòng)蝶閥，控制單元設(shè)置在高爐鼓風(fēng)站控制室，負(fù)責(zé)采集鼓風(fēng)機(jī)組異常停機(jī)等信息，判斷撥風(fēng)允許條件并向撥風(fēng)閥發(fā)出 開啟指令，實(shí)現(xiàn)供風(fēng)系統(tǒng)自動(dòng)撥風(fēng)。^［1］ 目前，行業(yè)的高爐供風(fēng)系統(tǒng)撥風(fēng)工藝裝置都是采取撥風(fēng)閥全開全關(guān)控制方式，通過調(diào)整撥風(fēng)閥組的隔離閥開度可對(duì)撥風(fēng)量進(jìn)行適度控制。這種撥風(fēng)工藝裝置和控制方式在實(shí)際供風(fēng)壓力參數(shù)相同或相近的高爐供風(fēng)系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用，撥風(fēng)過程也是安全可靠的，但在不同爐容、不同供風(fēng)壓力參數(shù)的高爐供風(fēng)系統(tǒng)，以及爐容雖然相同但實(shí)際供風(fēng)壓力參數(shù)有明顯差異的生產(chǎn)情景，使用這種撥風(fēng)工藝裝置和控制方式就會(huì)存在諸多安全隱患。若較低風(fēng)壓的鼓風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)異常，撥風(fēng)閥打開混風(fēng)瞬間，會(huì)使較低風(fēng)壓的高爐風(fēng)量、風(fēng)壓快速上升，直接影響到高爐安全生產(chǎn)。若較高風(fēng)壓的鼓風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)異常，撥風(fēng)閥打開混風(fēng)瞬間，因供風(fēng)管道容積作用，較高風(fēng)壓鼓風(fēng)機(jī)組供風(fēng)管道的風(fēng)壓仍然存在，可能會(huì)導(dǎo)致較低風(fēng)壓的高爐風(fēng)量、風(fēng)壓突然上升，影響高爐爐況。若兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)組的供風(fēng)壓力差異很大，極易引起較低風(fēng)壓的鼓風(fēng)機(jī)組安全保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致事故擴(kuò)大。

鑒于以上情況，為了保障撥風(fēng)過程安全，行業(yè)內(nèi)被動(dòng)采取各種做法。例如，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)減小隔離閥開度來增加管路系統(tǒng)阻力，實(shí)行較高風(fēng)壓高爐向較低風(fēng)壓高爐撥風(fēng)。但較低風(fēng)壓高爐向較高風(fēng)壓高爐安全撥風(fēng)問題難以解決，即只能實(shí)現(xiàn)單向撥風(fēng)。又如，當(dāng)爐容相同高爐的實(shí)際供風(fēng)壓力參數(shù)有明顯差異時(shí)，人為將撥風(fēng)工藝裝置從生產(chǎn)系統(tǒng)中退出停用，當(dāng)實(shí)際供風(fēng)壓力參數(shù)相同或相近時(shí)，再投入撥風(fēng)工藝裝置，等等。顯然這些做法不僅大大削弱了撥風(fēng)工藝裝置的功能作用，同時(shí)也影響了高爐的安全供風(fēng)保障。

2 撥風(fēng)工藝基礎(chǔ)控制

控制單元是撥風(fēng)工藝裝置的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，控制單元設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣很大程度上決定了撥風(fēng)工藝過程的安全性和可靠性，控制單元的設(shè)計(jì)要充分考慮 撥風(fēng)允許條件和系統(tǒng)關(guān)聯(lián)因素。

2.1 撥風(fēng)條件設(shè)計(jì)鼓風(fēng)機(jī)組“故障停機(jī)”會(huì)造成高爐斷風(fēng)，鼓風(fēng)機(jī)組轉(zhuǎn)入“安全運(yùn)轉(zhuǎn)”，會(huì)出現(xiàn)靜葉角度關(guān)至最小、防喘振閥打開，同樣會(huì)造成高爐斷風(fēng)，故此，需將“故障停機(jī)”和“安全運(yùn)轉(zhuǎn)”信號(hào)采集傳送至控制單元，兩者為并列關(guān)系，是允許撥風(fēng)的前提條件。為防止撥風(fēng)時(shí)正常運(yùn)行鼓風(fēng)機(jī)組的供風(fēng)流入異常鼓風(fēng)機(jī)組內(nèi)部，造成其轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動(dòng)和設(shè)備損壞，需將異常鼓風(fēng)機(jī)組的逆止閥關(guān)閉信號(hào)采集傳送至控制單元，是允許撥風(fēng)必要條件之一。撥風(fēng)時(shí)，即出現(xiàn)一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)組向兩座高爐供風(fēng)情況，2座高爐的風(fēng)量、風(fēng)壓與正常生產(chǎn)時(shí)相比會(huì)有大幅度下降，為避免對(duì)高爐爐況產(chǎn)生嚴(yán)重影響，同時(shí)要確保正常運(yùn)行鼓風(fēng)機(jī)組設(shè)備安全，需要設(shè)置風(fēng)量、風(fēng)壓設(shè)定值，控制單元實(shí)時(shí)采集鼓風(fēng)機(jī)組出口風(fēng)量、風(fēng)壓參數(shù)并與設(shè)定值進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際風(fēng)量、風(fēng)壓不小于設(shè)定值時(shí)，即可安全撥風(fēng)，這是允許撥風(fēng)的又一必要條件。以上允許撥風(fēng)條件均滿足時(shí)，控制單元即刻向撥風(fēng)閥發(fā)出開啟指令，供風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入撥風(fēng)狀態(tài)。

2.2 系統(tǒng)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

大型高爐鼓風(fēng)機(jī)組正常運(yùn)行中都是執(zhí)行定風(fēng)量或定風(fēng)壓自動(dòng)控制。撥風(fēng)時(shí)，僅有 1 臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)組向 2 座高爐供風(fēng)，處于正常運(yùn)行鼓風(fēng)機(jī)組的出口風(fēng)量和風(fēng)壓參數(shù)必然會(huì)出現(xiàn)很大變化。若是執(zhí)行定風(fēng)量控制，靜葉角度會(huì)一定程度關(guān)小，2座高爐的風(fēng)量、風(fēng)壓都會(huì)進(jìn)一步減少，嚴(yán)重影響撥風(fēng)效果和高爐爐況。若是執(zhí)行定風(fēng)壓控制，靜葉角度會(huì)急劇增大，嚴(yán)重危害鼓風(fēng)機(jī)組安全運(yùn)行。為防止以上情況發(fā)生，設(shè)計(jì)控制單元在向氣動(dòng)撥風(fēng)閥發(fā)出開啟指令時(shí)，同時(shí)向正常運(yùn)行鼓風(fēng)機(jī)組發(fā)出定風(fēng)量或定風(fēng)壓控制信號(hào)，從自動(dòng)轉(zhuǎn)為手動(dòng)指令。^［2］ 

2.3 控制邏輯

撥風(fēng)工藝基礎(chǔ)控制邏輯，見圖1。^［3］

3 不同風(fēng)壓參數(shù)撥風(fēng)工藝控制

3.1 總體思路

實(shí)時(shí)采集 2 座高爐的實(shí)際供風(fēng)壓力參數(shù)，在控制單元中設(shè)置不同供風(fēng)壓力參數(shù)差值對(duì)應(yīng)的撥風(fēng)閥開度和開啟條件。撥風(fēng)時(shí)，控制單元識(shí)別出較低或較高風(fēng)壓鼓風(fēng)機(jī)組異常信息并按照撥風(fēng)閥開啟圖1 控制邏輯圖控制策略向撥風(fēng)閥發(fā)出指令，提高撥風(fēng)閥打開混風(fēng)瞬間的系統(tǒng)穩(wěn)定性，從而可實(shí)現(xiàn)不同風(fēng)壓參數(shù)的自動(dòng)撥風(fēng)。

3.2 撥風(fēng)閥開度和風(fēng)壓差值控制范圍

撥風(fēng)閥選用的是蝶閥，因開度在15°～70°之間，具有近似的對(duì)數(shù)流量特性，節(jié)流和流量調(diào)節(jié)性能好，故可選定15°為最小開度，70°為最大開度。根據(jù)國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)情況調(diào)研，在同一座高爐鼓風(fēng)站的供風(fēng)系統(tǒng)，不同高爐的實(shí)際供風(fēng)壓力參數(shù)差值一般不會(huì)大于 0.25 MPa，故可確定供風(fēng)壓力差值控制范圍為0～0.25 MPa。

3.3 撥風(fēng)閥開啟控制策略

當(dāng)較低風(fēng)壓鼓風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)異常，較高風(fēng)壓鼓風(fēng)機(jī)組向較低風(fēng)壓鼓風(fēng)機(jī)組所對(duì)應(yīng)的高爐撥風(fēng)時(shí)，2 座高爐的實(shí)際供風(fēng)壓力參數(shù)差值與對(duì)應(yīng)的撥風(fēng)閥開度設(shè)置，見圖2。

當(dāng)較高風(fēng)壓鼓風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)異常，需要較低風(fēng)壓鼓風(fēng)機(jī)組向較高風(fēng)壓鼓風(fēng)機(jī)組所對(duì)應(yīng)的高爐撥風(fēng)，控制單元設(shè)置撥風(fēng)閥開啟條件，當(dāng)監(jiān)測(cè)到兩臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)組出口風(fēng)壓參數(shù)相等時(shí)再發(fā)出撥風(fēng)閥開啟指令，撥風(fēng)閥開度設(shè)置為70°，也可設(shè)置為全開。在高爐正常供風(fēng)生產(chǎn)中，一旦某一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)組出現(xiàn)異常并失去供風(fēng)能力，控制單元即根據(jù)基礎(chǔ)控制邏輯和撥風(fēng)閥開啟控制策略向撥風(fēng)閥發(fā)出開啟指令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)撥風(fēng)。

4 結(jié)束語

在高爐鼓風(fēng)站的供風(fēng)系統(tǒng)，不同高爐實(shí)際供風(fēng)壓力有差異的情況并不鮮見，研究出的撥風(fēng)閥開度和開啟條件控制方法，可有效解決不同風(fēng)壓參數(shù)的高爐供風(fēng)系統(tǒng)安全可靠撥風(fēng)問題，顯著提高了撥風(fēng)工藝裝置的性能和適用范圍，該控制技術(shù)在馬鋼2 500 m³ 、3 200 m³ 、4 000 m³ 高爐供風(fēng)系統(tǒng)試驗(yàn)性使用效果較好。

［參 考 文 獻(xiàn)］

[1] 陳玉俊，張?jiān)葡?. 高爐鼓風(fēng)機(jī)快速撥風(fēng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用與改進(jìn)[C］//全國(guó)冶金自動(dòng)化信息網(wǎng)2012年會(huì)論文集.2012：31-34.

[2] 徐永強(qiáng) . 高爐鼓風(fēng)機(jī)自動(dòng)撥風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用［J］. 冶金自動(dòng)化，2016，40（1）：69-73.

[3] 全國(guó)鋼鐵標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì) .高爐自動(dòng)撥風(fēng)安全技術(shù)規(guī)范：YB/ T 4489—2015［S］.北京：冶金工業(yè)出版社，2015.