西門子數(shù)字化高爐解決方案在韶鋼3200m3高爐的應(yīng)用
2010/11/4 10:50:00
前言：
目前，我國正處于工業(yè)化的中后期，較之以往更加注重推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。鋼鐵產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)，涉及面廣、產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)度高、消費(fèi)拉動大，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會發(fā)展、財(cái)政稅收、國防建設(shè)以及穩(wěn)定就業(yè)等方面發(fā)揮著重要作用，同時(shí)，鋼鐵產(chǎn)業(yè)也面臨著產(chǎn)能過剩、低端產(chǎn)能較多的問題。為此，2009年國務(wù)院辦公廳公布了《鋼鐵產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，旨在確保鋼鐵產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)運(yùn)行，加快結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動產(chǎn)業(yè)升級。鋼鐵行業(yè)的不斷發(fā)展對與其相對應(yīng)的自動化與信息化水平提出了更新、更高的要求。
韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司
廣東省韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司1966年建廠，歷經(jīng)40多年的發(fā)展，現(xiàn)已成為年產(chǎn)鋼600萬噸能力，集鋼鐵制造、物流、工貿(mào)為一體的大型國有企業(yè)集團(tuán)；成為世界鋼鐵企業(yè)100強(qiáng)，中國企業(yè)500強(qiáng)、廣東企業(yè)50強(qiáng)；成為廣東重要的鋼鐵生產(chǎn)基地、高新技術(shù)企業(yè)和中國重要的船板鋼生產(chǎn)基地。2009年，面對全球金融危機(jī)，韶鋼抓管理、練內(nèi)功、調(diào)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)創(chuàng)新，積極應(yīng)對，年產(chǎn)鋼422.68萬噸，鐵418.54萬噸，鋼材405.57萬噸，實(shí)現(xiàn)銷售收入141億元，總資產(chǎn)221億元。
“韶鋼”鋼材品牌獲首屆廣東省優(yōu)秀自主品牌稱號，船板鋼通過了中國、美國、德國、英國、挪威、法國、日本、韓國、意大利等九國船級社工廠認(rèn)證；橋梁用結(jié)構(gòu)鋼板首批通過中國船級社產(chǎn)品認(rèn)證；熱軋螺紋鋼筋、船板、Q345板獲得了國家冶金產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量金杯獎。在珠三角、整個(gè)華南地區(qū)，韶鋼產(chǎn)品有著舉足輕重的影響。眾多高層建筑、重點(diǎn)工程、高速公路、地鐵項(xiàng)目等都指定使用韶鋼產(chǎn)品。
2010年，韶鋼提出鞏固成果防反復(fù)，內(nèi)降成本、外拓市場、管理精益、技術(shù)創(chuàng)新、增強(qiáng)持續(xù)盈利能力工作思路。培育“韶華永鑄、鋼鐵意志、集思廣益、團(tuán)隊(duì)一流”品質(zhì)文化，以“誠信、規(guī)范、業(yè)績、奉獻(xiàn)”的企業(yè)文化，全力打造裝備先進(jìn)、品質(zhì)精良、績效卓越，環(huán)保生態(tài)型、品種效益型、和諧穩(wěn)健型，華南地區(qū)最具競爭力的鋼鐵精品基地。
據(jù)韶關(guān)鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鐵部主任工程師畢勇先生介紹，在本次建設(shè)的3200m3 高爐投產(chǎn)之前，韶鋼已建有7座高爐。根據(jù)韶鋼發(fā)展的遠(yuǎn)程規(guī)劃，早期的5座350 m3小高爐因技術(shù)設(shè)備相對落后、產(chǎn)能低下，將逐步被淘汰（淘汰產(chǎn)能250萬噸/年），截至目前已關(guān)停其中的3座，另外2座也即將完成各自的歷史使命。
韶鋼8號高爐由中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司（CISDI）設(shè)計(jì)施工總承包，于2008年2月27日奠基，隨后開始進(jìn)行基礎(chǔ)施工。深圳市域展工業(yè)自動化技術(shù)有限公司作為西門子高級系統(tǒng)集成商為用戶提供全套自動化系統(tǒng)集成解決方案。
韶鋼8號高爐
高爐生產(chǎn)的工藝流程和特點(diǎn)
高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和爐渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。
高爐工藝流程簡圖
本項(xiàng)目以高爐煤氣、焦?fàn)t煤氣為燃料，球團(tuán)礦、燒結(jié)礦為原料，采用4座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，富氧噴煤系統(tǒng)，攪籠法爐渣處理裝置，4個(gè)鐵口循環(huán)出鐵，高爐每天出鐵12次，每次出鐵時(shí)間112min。干法煤氣除塵系統(tǒng)、TRT余壓發(fā)電裝置將高爐煤氣全部回收。
為了減少粉塵對環(huán)境污染，本次設(shè)計(jì)對原料供應(yīng)系統(tǒng)、礦槽、風(fēng)口平臺出鐵場及爐頂設(shè)置環(huán)境除塵設(shè)施，使排放含塵濃度＜100mg/Nm3。
高爐自動化過程主要包含高爐本體控制、上料和配料控制、熱風(fēng)爐控制，以及除塵系統(tǒng)控制等。高爐自動化的目的，主要是保證高爐操作的四個(gè)主要問題：正確配料并以一定的順序及時(shí)裝入爐內(nèi)；控制爐料均勻下降；調(diào)節(jié)爐料分布及保持其與熱煤氣流的良好接觸；保持高爐整體有合適的熱狀態(tài)。高爐自動化系統(tǒng)主要包括儀表檢測及控制系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和過程及管理用計(jì)算機(jī)。
適應(yīng)需求的最佳選擇
畢主任認(rèn)為，高爐控制系統(tǒng)需要處理的數(shù)據(jù)龐雜，為滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求，主控制器的處理能力首當(dāng)其沖成為了選型的關(guān)鍵指標(biāo)之一。而從工藝角度來看，高爐上料系統(tǒng)（含料車上料系統(tǒng)和爐頂布料系統(tǒng)）是煉鐵高爐中最重要的一環(huán)，及時(shí)準(zhǔn)確的上料是保證高爐產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的前提。如果上料慢，趕不上料線，將影響產(chǎn)量；如果上料錯，則會導(dǎo)致高爐拉風(fēng)、休風(fēng)的嚴(yán)重后果。此外，變頻器在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的強(qiáng)磁場及高次諧波所形成的干擾,是嚴(yán)重影響控制和通訊系統(tǒng)安全運(yùn)行的主要因素，因此，高爐生產(chǎn)的特點(diǎn)對控制系統(tǒng)的性能與穩(wěn)定性都提出了很高的要求。
經(jīng)過慎重篩選和綜合論證，基于PROFIBUS現(xiàn)場總線的SIMATIC PCS7 V7.0過程控制系統(tǒng)最終脫穎而出，擔(dān)負(fù)起了韶鋼8號高爐數(shù)字化生產(chǎn)的重任。談到這套系統(tǒng)，畢主任不無感慨：“我們和西門子公司一直保持著良好的合作關(guān)系，7號高爐使用的PCS7系統(tǒng)以及之前大量的成功應(yīng)用都已證明，西門子公司具備的國際領(lǐng)先的技術(shù)、優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量和可靠的服務(wù)保障能力是值得我們信賴的！”
項(xiàng)目具體實(shí)施
工藝概況
韶鋼8號高爐工程包括1座容積3200m3的高爐及相應(yīng)的配套設(shè)施。主要工藝設(shè)施有：
（1）礦焦槽及上料系統(tǒng)，共設(shè)礦焦槽20個(gè)。其中燒結(jié)礦槽6個(gè)；焦槽6個(gè)；球團(tuán)礦槽3個(gè)；塊礦槽2個(gè)；雜礦槽2個(gè)；小塊焦槽1個(gè)，以及皮帶輸送和小塊焦回收設(shè)備等。
（2）上料系統(tǒng)，上料主皮帶機(jī)及皮帶清洗設(shè)備等。
（3）無料鐘爐頂系統(tǒng)，包括無料鐘裝料設(shè)備，布料設(shè)備，爐頂液壓設(shè)備，干油潤滑設(shè)備，水冷卻設(shè)備等。
（4）高爐本體系統(tǒng)，包括爐體冷卻裝置，32個(gè)風(fēng)口。
（5）出鐵場系統(tǒng)，包括南（C1），北（C2）雙出鐵場， 4個(gè)出鐵口，泥炮及開鐵口裝置等。
（6）煤氣除塵系統(tǒng)，包括重力除塵器，干法煤氣布袋除塵（韶鋼院），減壓閥組，煤氣切斷閥等。
（7）熱風(fēng)爐及余熱回收系統(tǒng)，包括4座內(nèi)燃式熱風(fēng)爐，2臺助燃風(fēng)機(jī)，余熱回收裝置等。
（8）煤粉制備及噴吹系統(tǒng)，包括干燥爐，中速磨，收粉設(shè)施，噴吹設(shè)施，供煤設(shè)施等。
（9）爐頂余壓發(fā)電（TRT）系統(tǒng)（陜鼓成套），包括透平機(jī)及其他檢測和調(diào)節(jié)設(shè)備等。
（10）水渣系統(tǒng)，包括嘉恒水渣處理設(shè)施。
（11）除塵系統(tǒng)，包括礦焦槽除塵，出鐵場除塵，以及爐頂除塵等
（12）水處理系統(tǒng)。
（13） 焦?fàn)t煤氣加壓站
（14）原燃料供料系統(tǒng)
通過PCS7控制及監(jiān)視的范圍包括：高爐礦焦槽系統(tǒng)，上料系統(tǒng)，無料鐘爐頂系統(tǒng)，高爐本體系統(tǒng)，出鐵場系統(tǒng)，爐渣處理（水渣），煤氣除塵系統(tǒng)，熱風(fēng)爐及余熱回收系統(tǒng)，煤粉制備及噴吹系統(tǒng)，水處理系統(tǒng)，焦?fàn)t煤氣加壓站，原燃料供料系統(tǒng)等。
系統(tǒng)配置
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