炼钢厂铁水预处理一键脱硫控制系统

1 脱硫预处理组成与流程

两个脱硫站共用一套氮气供应管路，即石灰和镁粉的储料仓。为增加系统的灵活性，设置了一套共用的切换阀用于垂直（默认）和交叉（紧急备用）喷吹之间的选择。喷吹系统、测温取样系统、铁包车、扒渣机和液压系统虽然每个站各自独立，但两站彼此又相同。

每个脱硫站均有两套独立的提升装置，一套用于脱硫喷枪的升降，另一套用于测温取样枪的升降。为了获得更好的速度和位置控制，喷枪升降驱动装置采用变速调频电机驱动控制（VFD）。

铁水通过铁包车运至脱硫站。铁包车直接接受原料跨450t天车吊运的铁水，而后从吊／座包位运至喷吹位进行喷吹、扒渣处理，当喷吹、扒渣完成后，再将铁水运至吊／座包位，由原料跨450t天车从车上吊走处理好的铁水，完成一个脱硫周期。铁水预处理工艺流程如图1。

2 远程I/O通讯

主控台包含主控桌，主控桌包含有作为一台HMI和二级客户计算机的操作工作站。HIMI显示用西门子WINCC可扩充软件设计，并提供了脱硫和除尘系统设备的监控。操作者报警将显示和公布在控制室的HMI上。

每个脱硫站将包括4个控制柜，每个控制柜均配有远程I/O通讯站，远程I/O模块通过一个Profibus 网络与PLC进行通讯。PLC经过采用TCP/IP（工业以太网）协议的以太网与HMI进行通讯。这种通讯方式在其配置和维护方面具有很大的适应性，并准许过程数据通过远程编程经过OPC服务器进行存取。脱硫站包括一套用Oracle为数据库的二级系统。它由一个位于计算机房的服务器和一个客户机组成。服务器用于数据的储存和管理，客户机作为HMI使用。

3 一键喷吹系统优化

每个站控制系统是由一台西门子S7-400系列可编程逻辑控制器（PLC）和一台用于控制两个站共用部件S7-300PLC组成。每个PLC均有本地和远程数字和模拟I/O接口。该系统也包括每个脱硫站的人机界面（HMI），人机界面位于主控制操作台上，若必要，每个人机界面均能控制两个站。

喷吹系统主要由喷枪、硫化系统、供气系统及相关配套的管路和阀门组成，喷吹罐用氮气将脱硫剂运送到选中的喷枪。为使粉剂顺利加入到喷吹罐内,氮气通过流化嘴喷入料仓内。位于料仓底部锥段周围的流化嘴在喷吹罐加料期间和料仓加料操作完成后进行流化作业。间接作用压力控制器配置于PLC中通过决定卸料控制阀的位置来控制粉剂速度。以维持一个预设定粉剂输送速度。控制器过程变量是喷吹罐重量变化速率，由PLC通过应用喷吹罐称量系统的测量值计算而达到的。喷吹罐称量被连续监控并显示在HMI上。为消除操作期间的任何波动，PLC计算了一个变化率的平均值。

控制器的设定点是由操作人员通过HMI预设定的，与期望的喷吹速度向对应。喷吹期间，通过调节阀门以维持粉剂流速与操作人员设定值相一致。在容许的阀门开度从0％~100％范围内，控制器输出值决定了阀门的位置。PLC电信号由与阀门一体的定位器处理，将阀门开度到所期望的值。控制器输出自动增加或减少（开或关阀门）来补偿压力变量和设定值之间的偏差所产生的误差。在手动模式下，操作人员能设定阀门的任何开度值，而不考虑实际的压力变量值和设定值。

喷枪连接在喷枪驱动设施上，负责将喷枪浸入铁水并将脱硫剂喷入铁水中。喷枪的位置由编码器监控。编码器将提供一在线的4mA~20mA的电信号来表示喷枪的真实行程距离。

喷吹操作所用数据来3个方面：

1）二级计算值（用来自动从PLC或 其他二级或三级系统获取参数自动计算。数据将 保存在二级数据库中）；2）PLC计算值（自动计算，但参数必须手动输入，没有数据库）；3）操作人员强制（原始重量、原始温度、粉剂需求量。没有数据库）。

一旦上述信息输入系统（温度和重量信号通过信号线到PLC，并自动传送到数据库中，同时铁水硫含量将自动从其他系统传送到二级数据库）。任何缺失的参数应由操作人员手动输入。二级模型将根据操作人员的命令计算本炉所需的脱硫剂消耗量。操作人员从二级数据库读取模型数据，并将信息载入PLC中。而后PLC将检查被选中的喷吹罐是否有足够的脱硫剂来完成喷吹；若粉剂不够，喷吹罐必须加料。喷吹罐正常情况下应保存有大于一炉喷吹所需的脱硫剂量（喷吹罐料重低报警通常设置为在最典型的情况下能满足一炉喷吹所需的脱硫剂量值。

当所有喷吹条件满足时，操作人员在HMI上按下“启动”按钮，系统在仪控系统的控制下自动完成喷吹作业。

4 结论

邯钢新区炼钢厂铁水预处理仪控系统的构成特点是采用了操作监视集中、控制分散的原则、PLC以工艺设备为单元分散设置，一方面可获得良好的实时响应，另一方面也提高了系统的可靠性。脱硫的设计能力为520万t/年预处理铁量，自投产以来较好的完成了生产任务，为下道工序提供了合格优质的铁水。

参考文献

[1]王涛.铁水镁脱硫工艺技术浅析[J].中国冶金，2004(9).

[2]于伟民.单喷颗粒镁铁水脱硫成套技术及装备[J].冶金设备，2005(3).

[3]冯京跃，赵伟洁，马刚，冯东锋，王保东.铁水预处理喷吹法和搅拌法脱硫分析[J].冶金设备，2009(S1).