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高爐智能控制系統高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續生產過程。煉鐵過程實質上是將鐵從其自然 形態一一礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。

一、解決方案簡述

1、 方案簡介與功能目標

高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續生產過程。煉鐵過程實質上是將鐵從其自然 形態一一礦石等含鐵化合物中還原出來的過程。煉鐵工藝是是將含鐵原料（燒結礦、球團礦或鐵礦）、燃料（焦炭、煤粉等）及其它輔助原料（石灰石、白雲石、鎰礦等）按 一定比例自高爐爐頂裝入高爐，並由熱風爐在高爐下部沿爐周的風口向高爐內鼓入熱風 助焦炭燃燒（有的高爐也噴吹煤粉、重油、天然氣等輔助燃料），在高溫下焦炭中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣。原料、燃料隨着爐內熔煉等過程的進行 而下降，在爐料下降和上升的煤氣相遇，先後發生傳熱、還原、熔化、脫炭作用而生成 生鐵，鐵礦石原料中的雜質與加入爐內的熔劑相結合而成渣，爐底鐵水間斷地放出裝入鐵水罐，送往煉鋼廠。同時產生高爐煤氣，爐渣兩種副產品，高爐渣鐵主要礦石中不還 原的雜質和石灰石等熔劑結合生成，自渣口排出後，經水淬處理後全部作為水泥生產原 料；產生的煤氣從爐頂導出，經除塵後，作為熱風爐、加熱爐、焦爐、鍋爐等的燃料。

高爐控制系統主要包含槽下控制系統、本體控制系統、供料控制系統、爐頂控制系統、噴煤控制系統、熱風爐自動控制系統、水渣自動控制系統幾大系統組成。其目的主 要保證高爐操作的四個主要問題：正確配料並以一定的順序及時裝入爐內；控制爐料均 勻下降；調節爐料分布及保持其熱煤氣流的良好接觸；保持高爐整體有適合的熱狀態。高爐生產必須要求計算機控制系統能夠很好地保證生產過程的連續性和實時監控性，而 且要求數據量最多，所有設備的自動化 程度要高。計算機系統要求數據採集周期短，刷新速率快，特別對通訊網絡而言，數據傳輸速率、網絡穩定性和正確性尤為重要。

2、 技術體系與技術特點

整個高爐自動化系統按其總體結構分為三級：第一級為現場級，主要設備有氣動執行機構，測量儀表和伺服機構等，用於對現場設備的直接控制和信號檢測；第二級為基 礎級，S7-400/300PLC控制系統對過程信號進行深加工，以控制設備的運行，並對數據進行採集和處理；第三級為控制級，主要由工業控制計算機（IPC）完成對高爐的監控操作。

本設計方案全部採用SIMATIC S7-400/300 PLC控制系統，整個軟件設計使用 SIMATIC STEP7編程工具來完成對硬件的組態、控制程序的編寫、信號的處理以及文 檔報表的處理。上位機操作監控系統用過SIMATIC WINCC對上料系統進行過程控制及參數設定，並給操作人員提供多幅顯示和操作畫面。整個高爐自動控制系統的通訊通過 工業以太網和PROFIBUS過程現場總線來實現控制系統三級結構如圖所示。

鐵區網絡主要包括高爐環網（其中又包括1#高爐、2#高爐、3#高爐、4#高爐等）、 噴煤環網和供料環網系統。這幾大環網之間彼此獨立，又相互聯繫，它們之間採用專用通訊電纜把各個網段連接在一起。冗餘光纖環網的應用保證了網絡系統數據傳輸的抗現 場干擾能力和高可靠性；實現了集中操作和多高爐通訊；系統各操作站是全透明的，它 們之間可以互相替代。採用典型Ethemet/Fieldbus的網絡結構，網絡分為2級，主幹網 絡採用SIMATIC NET工業以太網，分布式外設採用分布式現場總線PROFIBUS-DP。 各環網之間的連接和布局如圖所示。

SIMATIC NET工業以太網的監控網絡由SIMATICNET工業雙絞線電纜、工業光纖交換模塊（OSM）、操作站和室外多模光纖來構成，並組成冗餘網絡，來保證通訊的可 靠性、實時性、連續性，同時也考慮與其它網絡系統的信息交互。其中冗餘環網需要設置1台OSM作為冗餘管理主機。高爐SIMATIC NET環網拓撲圖如圖所示。

PROFIBUS-DP的分布式現場總線由PROFIBUS-DP屏蔽雙絞線電纜、工業光纖鏈路模塊（OLM）和室外多模光纖來構成，並組成冗餘網絡，來保證通訊的可靠性、實時 性、連續性。

二、應用案例簡述

1、 案例名稱與實施時間

案例名稱：重鋼新區煉鐵廠高爐控制系統

起止時間：2017年1月至2017年12月

2、 應用創新與技術亮點

（1） 爐頂控制系統

控制系統在噴霧模式下，根據設定的啟噴溫度和停噴溫度參數，依據爐頂4支煤氣 上升管的溫度平均值和最高點溫度，首先判斷是否滿足啟噴條件和啟噴位置，通過8支 噴槍，按照頂溫變化趨勢，通過依次加/減噴槍，進行噴霧降溫操作；吹掃模式下，在未 噴霧期間且「允許吹掃」時，每天2次以自動脈衝方式按均勻分布原則定時對噴槍進行 吹掃。系統通過自動/手動方式控制噴槍向高爐爐喉噴霧，使流經上升管的煤氣溫度控制在250〜300°C範圍內。有效保護爐頂及煤氣系統設備，避免導致爐頂煤氣溫度及壓力的異常上升，使得高爐以穩定的冶煉強度進行高爐操作，為高爐高產、順行創造有利條件。

（2） 噴煤控制系統

煤粉流量計自動糾偏控制，噴吹罐壓力自適應調整功能，利用一套噴煤系統實現了對兩座高爐同時噴煤，用兩個噴吹罐對兩個高爐的四個分配器進行同時噴煤，利用兩套 PLC控制系統進行一噴二控制，趨勢調節。

（3） 槽下控制系統

高爐小粒度礦回收利用控制系統，解決了燒結礦資源不足的問題，降低燒結礦再生產成本，節約資金，提高效益，同時減少燒結礦再生產造成的環境污染，產生了良好的 社會效益。降低產品生產成本，提高企業的競爭力。

3、 實施效果與示範意義

該控制系統完全滿足工藝需求，確保了高爐的穩定順行，得到了用戶單位好評，幾個創新技術更是得到了用戶單位高度評價。

（1） 爐頂控制系統

由於爐頂溫度過高，而導致TRT停機。若以TRT平均發電能力13, 000千瓦/小時， 工業電價0.55元/度，TRT冷機重啟用時5個小時，發生概率按不高於2次/月計算，則 一年至少可提高發電效益85.8萬元。

將上升管的煤氣溫度控制在250-300°C範圍內，有效保護了氣密箱和干法除塵布袋等關鍵設備。氣密箱700萬元/套，干法除塵布袋箱體20萬元/個（10個箱體），延長設 備使用壽命及保養費用按其設備費的2%計算，共計節約18萬元。

（2） 噴煤控制系統

該成果投入運行後，1#和3#高爐噴煤總量比1#高爐多噴煤60Kg/tFe, 3#高爐按月 產15萬噸計算，使用煤粉9000噸，使用一噸煤粉節約200元，每月節約180萬元。

（3） 槽下控制系統

高爐小粒度燒結礦入爐量N55kg/t.fb；（生產過程中不斷增加）。每噸小粒度燒結礦 燒結加工成本為100.29元，即煉鐵使用1噸小粒度燒結礦節約加工費100.29元。全年 產鐵按600萬噸計算，全年回收經濟效益為：600*0.055*100.29=3309.57萬元。

該方案實施後，確保了高爐的正常冶煉，同時為用戶單位節約了大量的原料，解決了焦碳生產量不足，燒結礦資源不足的問題，同時還減少了因焦碳、燒結礦生產過程中 對環境造成的污染。既降低了生產成本，又減少了工人的勞動強度，提高企業的競爭力。