基于常规电磁阀实现高炉智能布料

摘要：本文主要介绍在炼铁高炉上目前较为常用的串罐式炉顶设备中料流调节阀任意角度控制的一种方法。通过布料圈数的反馈自动调整料流调节阀的开度，实现布料圈数误差的智能调节，减少了人工干预过程，对高炉顺行有着非常积极的作用。

关键词：γ角 电磁阀 智能调节

【分类号】：TL245.7

一、 简介

随着钢铁行业的日益发展，对高炉精细操作要求越来越高，特别对炉顶布料的精确性越来越重视。目前行业中对高炉布料圈数控制最常用的方式是：料流调节阀采用比例阀，通过矿石密度和比例阀的开度计算料流量来控制布料圈数。

我公司高炉系统料流调节阀采用常规电磁阀控制。即在料流调节阀上安装五个接近开关，将γ角分为全关，一档，二档，三档和全开五个角度。当阀门开到设定档位的接近开关附近时停止。在布矿石的时候γ角开度打到一档；在布焦炭的时候γ角开度打到二档。而三档当做备用档位，供特殊情况使用。

二、 问题现状

比例伺服阀在炉顶系统中虽有设计但一直未投用。原因是比例伺服阀需要的液压油精度等级太高，清洗油路耗时较长，结构复杂，易堵塞，难维护。常规电磁阀相比较而言对液压油精度较低，阀门本身成本便宜，虽然常规电磁阀也存在缺点，但考虑到实际情况高炉一直都是使用常规电磁阀控制料流调节阀开度。因此，如何集合这两种控制方法的优点在使用现有常规电磁阀的基础上提高控制精度，成为了摆在我们面前的一道难题。

三、 解决实施

根据目前高炉生产的设备状况，及针对高炉布料料面形状的合理分布，具体开展工作过程如下：

1.系统建模、控制方法优化。建立好物理模型和图标模型，为合理选择布料方法、布料参数和控制方法的优化起指导作用。

2.程序编写、系统仿真。高炉系统采用PLC控制系统为施耐德昆腾系列140CPU43412A。涉及增加的控制程序主要分为两部分，一是常规阀代替比例阀，二是布料圈数自动补偿，实现智能布料。

布料圈数自动补偿控制过程实际就是对料流调节阀的开度控制过程，其中包括对布料圈数是否满足要求的判断以及布料圈数发生偏差后对料流调节阀开度的调整过程。

由于常规电磁阀在控制油路通断的时候，只能控制全开或全关，不能像比例伺服阀那样，开度远离预定角度的时候快速调整速度，开度接近预定角度的时候缓慢调整速度。这样一来，每次都发生在预定角度停不下来的情况，而且超出的范围基本在3～4度左右。考虑到料流调节阀在动作的时候，都是先从全关位置开到一档（根据料种定开到一档或二档），放料结束之后再自动全开，防止卡料，最后再全关。也就是说整个动作周期，动作方向都是一致的，每次阀门动作都不会出现先开到二档再回到一档的情况，所以在解决开过头这个问题上就简单了很多。

于是，我们决定在控制画面上除了增加每档角度设定以外，再增加一个提前量设置窗口，让阀门根据设置的提前角度提前停止动作，利用油路剩余压力和设备自身惯性到达我们期望的角度。这种方式还解决了因设备、油路等检修影响的设备性能的变化，以及气温等外界环境因素对液压油的黏度的影响等导致油缸动作行程的偏差。操作人员只需要在控制画面上重新设定角度的提前量，就能保证角度控制的精度。

解决了角度的精确控制就为实现智能布料提供了实现的可能。所述智能布料即布料圈数自动补偿，其设计思路按如下步骤进行：满足布料条件在布料完成后，根据检测数据判断溜槽实际旋转的圈数是否与设定圈数相同，如果相同，则料流调节阀的开度不变，进行布料；如果不相同，则判断布料圈数是偏大还是偏小，若未达到设定圈数则根据偏差圈数的多少增大料流调节阀的开度。在下次布料的时候，通过调整料流调节阀的开度间接修正时间不料圈数至设定的布料圈数，反之亦然。这样就能实时跟踪及时自动调整料流阀开度，实现高炉智能布料。

为了维护人员能够查阅每次布料角度，跟踪开度时候符合要求，在intouch上位软件中，用编写了记录每批布料时的角度设定值及实际开度等参数的脚本，自动生成.csv文件方便查阅。

四、 总结

此次改造常规阀未改动，使用的角度反馈装置是原来节流阀油缸自带的，未花费任何投资，但带来的使用效果，却是很显著的。首先，经过近半年的使用，料流调节阀的控制精度完全在预定范围内，满足精确下料的要求，料流速度更均匀；其次，当外部条件发生改变的时候，相关参数修改简单可以方便的在控制画面上设定，无需人工到危险的环境中去调节，降低了安全风险；第三，省略了对油质要求较高的伺服阀，降低了设备维护成本，一只伺服阀要超过三万元，而常规阀只要不到一千元；第四，由于我们保留了原来接近开关控制开度的控制程序，所以，接近开关和开度反馈装置也可以互为备用，一旦角度反馈装置故障损坏，可在画面上轻松切换到原来的接近开关控制方式，有很高的灵活性。

参考文献：

[1]王旭。大矿批和多环布料技术的应用.南方金属，2001.12（10）

[2]刘慰俭，叶肇宽。无料钟高炉炉顶设备中布料的研究[J].钢铁；1983年05期

[3]王平，林李全，周莉英；串罐无钟炉顶炉料分布控制技术研究与实践[J].钢铁；2005年01期