基于PLC的脫硫自動(dòng)噴吹系統(tǒng)設(shè)計(jì)

苗渤鈺

摘 要：介紹了鐵水脫硫自動(dòng)控制系統(tǒng)的組成和設(shè)計(jì)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)噴吹自動(dòng)化的必要條件，分析了脫硫噴吹關(guān)鍵工藝參數(shù)的優(yōu)化配置，以及噴吹過(guò)程的常見(jiàn)故障和解決方法。

關(guān)鍵詞：脫硫；噴吹；控制流程；程序設(shè)計(jì)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.09.119

1 脫硫系統(tǒng)組成及工藝

隨著現(xiàn)代工業(yè)和科技的飛速發(fā)展，對(duì)鋼材質(zhì)量的要求日益提高。為降低連續(xù)鑄鋼所產(chǎn)生的內(nèi)部裂紋，提高鋼坯表面質(zhì)量，減少煉鋼的石灰消耗量等，在煉鋼之前有必要對(duì)鐵水進(jìn)行脫硫工藝處理。

煉鋼脫硫系統(tǒng)包括鐵水罐車、噴吹系統(tǒng)、測(cè)溫取樣系統(tǒng)、扒渣機(jī)和液壓系統(tǒng)。噴吹系統(tǒng)作為脫硫的核心部分，主要由噴粉罐和噴槍構(gòu)成。噴粉罐貯存用于脫硫的石灰（CaO）和顆粒鎂（Mg）。噴吹開(kāi)始后，通過(guò)向噴槍吹入高壓氮?dú)鈱⑹液皖w粒鎂噴入預(yù)脫硫的鐵水中。兩種脫硫劑在噴吹管線內(nèi)按規(guī)定的比例混合在一起，通過(guò)對(duì)噴粉罐壓力和粉劑間噴吹速率的控制調(diào)節(jié)最終實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確地命中目標(biāo)硫。

2 噴吹控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)噴吹系統(tǒng)的自動(dòng)控制，采用西門(mén)子S7-400 PLC做主站，S7-300 PLC做從站，主站PLC控制噴槍上下動(dòng)作、測(cè)溫取樣、扒渣和煙氣除塵。從站控制噴粉罐下料及稱重、液壓系統(tǒng)和鐵水罐車行走。

主站和從站之間采用Profibus DP協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信，通過(guò)為現(xiàn)場(chǎng)各從站分配唯一的地址，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換和對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。此外，主站PLC通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)和上位機(jī)（HMI）、工程師站以及二級(jí)服務(wù)器進(jìn)行通信。

2.2 程序設(shè)計(jì)

采用Step7軟件編程，人機(jī)界面采用WinCC Flexible制作，程序設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分成公共系統(tǒng)控制和子系統(tǒng)控制兩部分。公共系統(tǒng)主要控制上料粉倉(cāng)和氮?dú)庀到y(tǒng)。子系統(tǒng)控制各脫硫站的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如變頻器、升降電機(jī)、液壓機(jī)構(gòu)、扒渣器、鐵水罐車行進(jìn)、各種閥門(mén)開(kāi)關(guān)和調(diào)節(jié)等。下面具體說(shuō)明噴吹控制程序的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。

（1）控制模式。脫硫控制模式包括自動(dòng)、手動(dòng)和就地操作三種模式。程序默認(rèn)以自動(dòng)模式初始化。自動(dòng)模式的特點(diǎn)是，系統(tǒng)和所有設(shè)備由PLC直接控制，整個(gè)過(guò)程由程序設(shè)定的邏輯按步驟順序執(zhí)行，操作人員干預(yù)量最?。皇謩?dòng)模式需要操作人員通過(guò)HMI（人機(jī)界面）設(shè)定各種參數(shù)，并確認(rèn)滿足各項(xiàng)條件后才可進(jìn)行。就地操作模式通過(guò)機(jī)旁操作箱進(jìn)行控制，該模式一般在設(shè)備檢修時(shí)使用。

（2）控制流程。程序采用逐層調(diào)用，首先由系統(tǒng)組織塊調(diào)用噴吹功能塊，噴吹功能塊中接著調(diào)用噴吹初始?jí)K和噴吹步序塊，初始?jí)K包括啟動(dòng)條件、參數(shù)模型（如噴粉比、噴吹速率、粉氣比、下料重量、初始溫度）、中斷聯(lián)鎖條件、過(guò)程復(fù)位等。當(dāng)條件滿足且設(shè)備狀態(tài)正常，噴吹步序塊被調(diào)用執(zhí)行。噴吹過(guò)程按步進(jìn)行（圖1），每完成一步通過(guò)相應(yīng)條件觸發(fā)下一步，直到最后一步完成整個(gè)噴吹。

脫硫噴吹前必須滿足以下初始條件：氮?dú)鈮毫φ?；系統(tǒng)處于自動(dòng)模式；噴槍動(dòng)作條件滿足；噴槍和測(cè)溫取樣槍處于上限位；鐵水罐車在工作位；擋煙門(mén)、渣坑關(guān)閉；扒渣機(jī)停止或扒渣臂處于減速位；鐵水罐處于水平位；噴吹系統(tǒng)的全部切斷閥和調(diào)節(jié)閥無(wú)故障報(bào)警；系統(tǒng)無(wú)急停信號(hào)；噴粉罐的罐壓無(wú)報(bào)警，稱重和料位均正常。以上條件滿足后，操作人員根據(jù)進(jìn)站鐵水的含S量，輸入脫硫粉劑的用量，啟動(dòng)噴吹進(jìn)行脫硫。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

由于采用復(fù)合噴吹法，該技術(shù)核心涉及粉劑混合比、粉劑噴吹速率的控制和調(diào)節(jié)，通過(guò)合理設(shè)定脫硫劑的比率，優(yōu)化調(diào)節(jié)噴吹速度，達(dá)到在設(shè)定時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確命中目標(biāo)硫。程序設(shè)計(jì)中，緊緊圍繞這些要素進(jìn)行展開(kāi)。

3.1 粉劑比率優(yōu)化

根據(jù)噴吹石灰粉（CaO）/鎂粉（Mg）數(shù)量對(duì)鎂粉利用率的影響，可見(jiàn)當(dāng)石灰（CaO）/鎂粉（Mg）的比值在2.5～7.0范圍內(nèi)時(shí)，鎂粉利用率呈現(xiàn)出上升->穩(wěn)定->下降的趨勢(shì)，結(jié)合本廠的實(shí)際生產(chǎn)情況，將粉劑比限定在3.0～5.0區(qū)間比較合適，因此在程序設(shè)計(jì)時(shí)，將粉劑比設(shè)定在這一區(qū)間，同時(shí)允許操作人員根據(jù)實(shí)際情況在區(qū)間內(nèi)對(duì)其調(diào)整，增加了靈活性。

3.2 噴吹速率控制

實(shí)際生產(chǎn)中，由于脫硫劑噴吹速率控制不佳經(jīng)常影響到脫硫效果，為了使噴吹罐內(nèi)的脫硫粉劑能夠均勻、平穩(wěn)地噴入輸送管道，防止管道出現(xiàn)因栓塞而導(dǎo)致噴吹中斷，程序中針對(duì)噴吹罐下方出料口輸送調(diào)節(jié)閥的控制進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)在噴吹開(kāi)始階段將輸送閥門(mén)給定一個(gè)初始開(kāi)度，而不讓其處于關(guān)閉狀態(tài)，這樣有利于噴吹初期脫硫粉劑在管道中流動(dòng)的均勻和穩(wěn)定，之后在噴吹階段計(jì)算機(jī)根據(jù)二級(jí)服務(wù)器下發(fā)的模型（包括粉劑重量、粉劑比、噴吹速率）來(lái)控制其開(kāi)度，在噴吹過(guò)程中計(jì)算機(jī)還可根據(jù)實(shí)際工況調(diào)整噴吹速率，使閥門(mén)開(kāi)度保持在合理范圍內(nèi)。

4 常見(jiàn)故障和處理方法

脫硫噴吹過(guò)程涉及的設(shè)備和步驟較多，各個(gè)環(huán)節(jié)銜接緊密，經(jīng)常會(huì)由于某個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題而導(dǎo)致噴吹過(guò)程的中斷，如主氮?dú)饬髁窟^(guò)低、噴吹壓力和噴粉罐罐壓過(guò)大、助吹氣體流量過(guò)低、噴吹速率不穩(wěn)等造成管道料栓而無(wú)法繼續(xù)噴吹。為了能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)和捕捉故障，在程序畫(huà)面中增加趨勢(shì)和報(bào)警記錄，通過(guò)查看趨勢(shì)圖，可以快速準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn)，方便維修人員及時(shí)處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

鐵水脫硫自動(dòng)化是煉鋼生產(chǎn)過(guò)程最基本的自動(dòng)化，其為生產(chǎn)所必需，通過(guò)對(duì)噴吹氮?dú)鈮毫?、噴吹罐差壓、噴吹速度、粉劑量、閥門(mén)開(kāi)度的控制，使復(fù)雜的脫硫噴吹過(guò)程能夠?qū)崿F(xiàn)精確控制的目的，最終提高硫的命中率，為生產(chǎn)純凈鋼提供了保障，也為企業(yè)帶來(lái)了效益。

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