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高炉炼铁自动化技术.doc


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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。高炉炼铁自动化技术前言……………………………………………………………………………………..………………………………………………………………A基础自动化简介B过程自动化简介……………………………………………………………….C信息化和自动化的发展、现状和趋势……………………………………….一炼铁生产基础自动化………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………、炉底耐火材料烧损检测………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………...…………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….……………………………………………………………………………………………………………...……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..二炼铁生产过程自动化………………………………………………………………………………………………………………...…………………………………………….……………………………….……………………………………………...…………………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………[Si]预报模型………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………-直接还原率,C-DDC,模拟模型…………………………………….………………………………………………………..……………………………………………………..………..........…………………………………….…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..………………………………………………..…………………………#高炉炉热预报系统……………………………………………………………………….#高炉专家系统…………………………………………………..#高炉人工智能系统…………………………………………….[Si]预报神经元网络系统………………………..#高炉热风炉燃烧模糊控制系统………..#高炉热风炉燃烧AI控制系统………….…………………………………………………………………...三炼铁生产管理自动化………………………………………………………………………………………………………………...…………………………………………………………..…………………………………………………..前言炼铁是通过冶炼矿石,从中得到金属铁的过程。现代炼铁法不外高炉炼铁法和非高炉炼铁法。高炉炼铁法,即传统以焦炭为能源的炼铁法。由于高炉炼铁技术经济指标好,工艺简单、可靠,产量大,效率高,能耗低,此方法生产的铁占世界生铁产量90,以上,并且这种主导地位在相当一段时间内不会改变,但一些缺乏焦炭资源的国家和地区也使用不同形式的非高炉炼铁法。基于下列原因:?炼铁工业是能耗大户,高炉炼铁占整个钢铁行业能耗的60,,因此炼铁过程有效节能经济意义很大,是关系钢铁行业稳定发展的必不可少的因素,而自动化技术对节能起到关键作用。33?设备大型化。现代高炉容积已超4000m,稍有意外损失重大。一座2000m高炉炉况不顺每悬料一次减产103t/d,每崩料一次减产16t/d,而以计算机为中使工长预先采取措施,避免事故。心的异常炉况预报系统命中率达90,,?工艺连续化与前后工艺关联化。无论高炉还是非高炉炼铁都是为后续炼钢提供及时的、优质的钢水,后续工序产品质量、操作都受前列工序影响,没有自动化和信息化系统,难以为后续工序提供及时的质量均一的原料。?工艺操作复杂。要求产品质量高、高效率、高收得率和低耗。例如高炉生产需要:正确地配料和及时的装入炉内、保持煤气流和炉料良好的接触,使炉料均匀下降,维持一定的炉缸热状态,人工操作时很难达到。此外,高炉是密闭的,必须借助许多检测仪表才能判断其内部情况,故自动化必不可少。3?原料用量和运输量大。例如一个2500m高炉,每昼夜要装料4200-6000t,且要严格按照配比和顺序装入,没有自动装料配料和批重以及水分补正系统就不仅耗费人力,而且无法获得良好技术指标。?设备要有高的运转率同时要长寿。例如要减少高炉休风率,就得自动监视设备状态,出现故障先兆时设法排除。要使高炉长寿,就得监视砌体烧损情况、炉体温度和煤气流分布,并依次及时调整。因此,高炉自动化已成趋势,不仅是炼铁现代化标志,且投入产出比显著。据奥钢联报道其高炉自动化系统VAIRON在林茨厂和南非ISCOR厂运行结果取得良好结果和效益:?生产效率平均提高5,,?煤气利用率至少提高1,,?总燃料消耗量减少3kg/t,?喷煤率提高10kg/t,?%,?投资回收期不到4个月,以年产2百万t铁水高炉为基础。其中?经济效益500万美元/年,?150万美元/年,?200万美元/年。总计850万美元/年。现代炼铁工业自动化有基础自动化、过程自动化、管理自动化及众所周知的三级结构的CIMS系统,计算机集成制造系统,流程工业称CIPS,国内在钢铁工业有学者称综合管理控制系统,,三级结构是把CIMS分为BPS/MES/PCS三级,其中BPS,BusinessPlanningSystem,级是单纯考虑企业经营管理问题的企业资源规划,ERP,,主要利用以财务分析决策为核心的整体资源优化技术,MES级是考虑生产和管理结合问题的中间层制造执行系统,主要利用以产品质量和工艺要求为指标的生产过程优化运行、优化控制和优化管理技术,PCS级是单纯考虑生产过程问题的过程控制系统,即过程自动化和基础自动化系统。近年由于要适应激烈市场竞争需要,互联网和信息技术发展,全球化趋势,钢铁公司信息化和自动化以从钢铁公司内部到顾客和社会。实行生产,物流,销售一体化,不仅生产和销售部门联网,而且与外界贸易公司、最终用户,汽车、家电、机电制造等工厂,以及税务部门和海关联网甚至和国外有关部门通信,使信息更广域化和高效化,甚至通过卫星监视船舶到达地点,以向用户报告使之作接受准备。此外,电子商务等要求信息化、自动化系统能适应这些进展,为此出现WIM,网络集成制造系统,。WIM功能远超CIMS功能,是以Web和智能技术为基础。能充分利用互联网资源,实现全球化供销链、远程技术支持和远程诊断等,包括常规和智能控制、监控、复杂的优化数学模型和人工智能模型等运算、智能信息处理,运行生产经营管理软件如ERP、MES等,以及电子商务等。现代大型高炉生产工艺包括本体和辅助系统,有高炉本体、贮矿槽、出铁场、除尘器和热风炉五部分。辅助系统有煤气清洗、炉顶煤气余压发电,TRT,、水渣、水处理和制煤粉尘车间等。炼铁中,炉料,矿石、燃料和熔剂,从炉顶装入,从鼓风机来的冷风经热风炉形成热风从风口鼓入,随焦炭燃烧,产生煤气从下而上运动,而炉料由上而下,互相接触进行热交换,逐步还原,最后在炉底还原成生铁,形成炉渣,积聚在炉缸的铁水和炉渣分别由铁口和渣口流出。高炉操作主要解决以下问题:?正确配料并以一定顺序装入炉内,?控制炉料均匀下降,?调节料柱中炉料分布及保持与煤气的良好接触,?保持合适的热状态。?、?、?归结为要求炉况顺行稳定。只有在炉况顺行稳定状态下,才能达到优质、低耗、高产目的,为确保高炉炉况稳定必须随时掌握炉内的各参数的变化情况,及时予以调整,这就有赖于自动控制技术。高炉自动化主要是指仪表检测及控制系统、电气控制系统和计算机,即基础自动化、过程自动化和管理自动化。仪表控制系统和电气控制系统通常由PLC和DCS自动完成。A基础自动化基础自动化四种形式:?电气逻辑顺序控制与仪表连续调节控制功能分别由不同类型控制器进行控制的PLC,DCS形式。宝钢1#高炉大修工程三电控制系统配臵是国内最典型的例子,电控由日本安川公司生产的PLC执行,PLC01供原料与装入控制之用,PLC02供热风炉用,PLC03供辅助设施用,PLC04供煤粉喷吹用。I/O共5681点,其中AI152点,AO52点,DI4224点,DO1248点,PI5点。仪表由日本横河公司生产的DCS执行,FCS01为高炉本体控制站,FCS02为炉顶/煤气清洗/TRT控制站,FCS03为出铁场/重油喷吹控制站,FCS04为热风炉/余热回收/送风控制站,FCS05为温度监控站,FCS01为煤粉喷吹控制站,I/O共约3497点,其中AI662点,AO201点,DI1041点,DO593点。传输速度100Mb/s。优点是电控和仪表各自采用最合适的控制装臵,且电控用的PLC专作为顺序控制等功能而不必估计较复杂的回路控制,设备较简单。缺点是电控和仪表设备不同,备件要多些。?电气逻辑顺序控制功能与仪表连续调节控制功能都是由DCS进行控制的全DCS形式。过去DCS主要作为回路控制用,其后大力发展电气逻辑顺序控制功能,使电气顺序控制功能与仪表连续调节控制功能均由DCS控制。如美国西屋,Westinghouse,公司WDPF,OVATION系统,美国贝利公司Infi-90、德3国SimensPCS7控制系统等。原上钢一厂2500m高炉三电控制系统是典型例子,3宝钢3#高炉、宜钢1260m高炉自动化系统都是全DCS形式。?电气逻辑顺序控制功能与仪表连续调节控制功能都是由PLC进行控制的全PLC形式。由于PLC大力发展仪表连续调节控制功能,而且比DCS便宜,故3上海梅山冶金公司2#1250m高炉使用全PLC系统并投产后,国内近年来新建或大修的大、中、小高炉使用全PLC形式已成为潮流。03年投产的天津钢铁公司32000m高炉三电控制系统就是一个典型例子。系统包括13套SimensS7-400型PLC,13台RS2工业交换机SWITCH,SX,,20套配臵Citect软件包的HMI,4台EWS工程师站,1台服务器Server,主环网和级联网均为100Mb/s工业光纤以太网,网中远程站与PLC相连用Profibus总线。中控室的10台HMI按工艺机组分为两组,每5台共享几台PLC数据,连接网络的5台HMI可利用Citect的网络功能将其中两台设臵为互为热备I/OServer,而另外3台设为Client以减少网络负荷和增加速度,保证HMI与PLC间数据交换稳定性和同步性。系统表明全PLC形式的系统过去主要用于小高炉,而现在得到越来越多的大高炉应用。?电气逻辑顺序控制功能与仪表连续调节控制功能都由工控机执行的工控机形式。该方式成本低,过去主要用于小高炉,如安钢水冶3#高炉,,但近年由于工控机支持软件发展,如美国Entivity、ThinkandDo等公司的许多工控机支持软件使工控机能使用商品I/O,如SimensET2000,,并能执行电气逻辑顺序控制功能与仪表连续调节控制功能及监控功能等,而大大扩展其使用范围和方便性,为在大型高炉上应用创造条件。上述四种基础自动化结构各有优缺点,使用哪种形式要视具体情况而定,包括炉容、技术要求、工厂自动化水平、备件等、熟知程度、维护和投资多少等。四种形式在国内外都曾使用,但国外大型高炉,包括韩国、日本、德国、卢森堡采用PLC+DCS形式,为使PLC和DCS联网,厂家大都彼此协调和采用开放式网络,例如美国霍尼韦尔公司仪表连续调节控制HMP与美国GE公司电气逻辑顺序控制PLC共同组成TotalPlant控制系统、日本横河公司仪表连续调节控制器FCS与日本安川公司电气逻辑顺序控制CP-3500H共同组成的控制系统等,日本横河公司DCS和日本安川公司PC系列PLC过去的网络难以直接连接,像宝钢二期工程中的1900mm连铸系统,彼此要分送过程机算计通信,。美国霍尼韦尔公司更生产本身包括能进行仪表连续调节控制和电气逻辑顺序控制的TotalPlant控制系统,但它包括用仪表连续调节控制的APM通用控制站和用作电气逻辑顺序控制的LM顺控站,故形式上还是PLC+DCS。表1国内高炉三电系统配臵简况高点火厂名容积仪表系统电控系统过程机数学模型炉时间GO-STOP,炉热、热风31,-3500H惠普HP9000炉燃烧、布料、高炉及3宝钢2,-BF500横河Y-8000热风炉操作预测、软熔33,-300带推断、炉底侵蚀推断、一代炉龄数据库霍尼韦尔国内攻关研究3武钢1,2200m1999PLC984AlphaServerTDC3000监控及专家系统霍尼韦尔3武钢4,2516m1996PLC984AlphaServerRautaruukki川崎ESTDC3000霍尼韦尔SimensARBED模型3武钢5,3200mSolarSPS5/70TDC3000S5-150U预测铁水等参数系3鞍钢112580m2001AB系统服务器人工智能系统统炉况,,3100人工智能3本钢5,2560mMODICON公司的PLC984B无Rautaruukki川崎ES后增加GO-STOP3马钢1,?,486炉况预报AI计划上炉况推断及3包钢4,-4700热风炉控制模型等霍尼韦尔3昆钢6,2000mGE9070PLCTDC3000本钢1、23801993西T-M-DCS西S5-PLC无数学模型31,-7000唐钢无数学模型32,-S8型PLC惠普HP-90003重钢5,-M-DCS西S5-PLCμVAX?-M-DCS西S5-PLC无无数学模型3邯郸1,-8000无数学模型3梅山3,×S5-115H+1×S5-115H3台770即486无数学模型3攀钢4,?无数学模型表2国内高炉三电系统配臵简况厂名及高炉容积仪表系统电控系统过程机数学模型3韩国浦项厂1#1660m横河Centum3监控及各类数韩国浦项厂2#2550m横河Centum安川公司CP系美国DEC公司学模型,炉热、3列PLCVAX6310韩国浦项厂3#3795m横河Centum热风炉燃烧、布3料控制、软熔带韩国浦项厂4#3796m横河Centum推断、炉底侵蚀3韩国光阳厂1#3800mPDP11/83+PLC推断数模等,美国DEC公司3VAX11/360韩国光阳厂2#3800m安PLC,CP320PDP11/83,TCS6000VAX8250,3韩国光阳厂3#3800mCP320,CP3500监控及各类数AI用μVAX?学模型及专家VAX6130,3韩国光阳厂4#3800mSC184系统等AI用VAX31003日钢管福山4,4288mTDCS3000CP3500+CP5500富士通A500监控及各类数

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