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1、炉前三大机之泥炮机控制系统的研究姓名：唐维夫 工作单位：首自信炼铁二班摘要：高首钢迁钢炼铁分厂 3#高炉炉前设备引进德国 TMT 公司的炉前三大机泥炮机、开口机、移盖机系统。高炉炉前出铁设备中，泥炮主要负责堵铁口，是高炉生产的重要设备，其自动控制必须非常稳定可靠，这样才能保证高炉顺利稳定持续的生产。关键词：钢铁；高炉；出铁口；泥炮机Abstract: 3# Blast Furnace of the the Shougang Qiangang iron-smelting factory equipment introduction of the German company TMT blast
2、furnace three machine clay gun machine, opening machine, the move cover machine system. In blast Furnace iron equipment, clay gun is mainly responsible for plugging the taphole and the necessary equipment for the production of blast furnace, its automatic control must be very stable, so as to ensure
3、 the blast furnace smooth stable continuous production.Key words: iron and steel; blast furnace; taphole; clay gun0 前言 首钢迁钢炼铁分厂 3#高炉引进德国 TMT 公司的炉前三大机泥炮机、开口机、移盖机系统，应用此系统标志着首钢迁钢自动化炼铁技术又实现了一个新的突破。在炉前 TMT 三大机自动化控制中，这套设备的工艺复杂、要求严格、安全系数高、连锁关系繁多、控制设备及网络复杂、自动化程度高，是一项较难消化吸收与应用的项目。泥炮是高炉炉前最主要的设备，它主要负责关闭铁口。泥炮现场
4、工作环境恶劣，工作任务重要，所以它最主要的因素就是可靠性与安全性。确保泥炮正常运行，是高炉正常生产的重要保障。通过下图表示铁口是高炉是唯一出产品的地方，高炉内铁水和铁渣只能通过铁口排除，必须保证炉前设备正常工作，才能保证高炉正常运转。图 1 炼铁高炉Fig. 1 Blast furnace1 炉前系统介绍1.1 一、二号炉炉前设备介绍一、二号高炉采用通用的液压泥炮、开口机、凿岩机，手动操作液压阀控制炉前设备运转，无自动化检测和控制，三大机缺乏安全保证和操作依据，全凭经验操作，主观意识太强，所以设备故障率高，可靠性差。控制框图及现场设备图如下：图 1 控制框图Fig. 1 control-men
5、u box 图 2 现场设备Fig. 2 locale equipment炉前液压站 手动操作台阀台现场设备1.2 三炉炉前三大机系统介绍三高炉炉前 TMT 系统采用西门子 S7400PLC 控制，两套 PLC 通过 DP 网络进行数据交换，每套都由通讯模块 IM460 和两个 IM461 连接两个子站，两块功能模块 FM451 采集现场 6 个编码器的信号。两个交换机把 PLC 数据上传到上位机和三高炉环网，上位用 WinCC 操作。组成两套控制系统 E10、E11 和 E20 、E21，两套液压站，四套出铁场设备 TM1、TM2、TM3 和 TM4，四套开口机雾化装置，四套泥炮机恒温装置。
6、现场设备都是由液压提供动力，自动化主要通过控制阀台的电磁阀、比例阀来控制液压驱动现场设备动作。其中 E10、E11 电气自动化控制系统控制 1#液压站，控制出铁场设备 TM1、TM4 及附属装备雾化装置和恒温装置；E20、E21 电气自动化控制系统控制 2#液压站，控制出铁场设备TM2、TM3 及附属装备雾化装置和恒温装置。电气 MCC 柜为所有设备提供电源，包括液压泵电机、现场润滑泵电机供电、现场水泵电机供电和自动化控制系统供电。自动化控制柜是 TMT 系统控制中心，负责采集现场信号、控制现场设备。系统框图如下所示：图 3 设备控制框图Fig. 3 Device control block
7、diagram图 4 TMT 网络图E 1 0 电 气M C C 柜E 1 1 自 动 化化 控 制 柜1 # 液 压 站T M 1阀 台T O 1T M 4阀 台P 1 5 0 操作 箱C G 1C M 1T O 4C G 4C M 4E 2 0 电 气M C C 柜E 2 1 自 动 化化 控 制 柜2 # 液 压 站T M 2阀 台T O 2T M 3阀 台P 2 5 0 操作 箱C G 2C M 2T O 3C G 3C M 3PLC1 PLC2交换机1交换机2备用三高炉主控室以太网 DP网 多模光纤网硬件组态网HMI上位机1 HMI上位机2进高炉环网Fig. 5 TMT networ
8、k diagram炉前 TMT 三大机有三种操作方式：操作台操作、HMI 操作、遥控器操作，每一种操作方式有三种操作模式：正常模式、覆盖模式、安装模式。 正常模式：此模式下操作是非常安全的，所有的机械动作都有连锁，机械的每一步动作必须按顺序操作到位，主要连锁都是通过现场的压力变送器和编码器来实现。正常生产都用正常模式，这样能确保人身、设备的安全。覆盖模式：此模式已没机械连锁，所有的编码器都没连锁，但还有一部分压力变送器参与连锁，机械的每一步动作都是单独执行，且动作都变慢了。这是一种非正常、不安全的操作模式，用于非正常操作设备。安装模式：这种模式不能用于生产，因为它的动作太慢，只用于设备的安装调
9、试，此模式也没连锁。操作台还有一种操作模式紧急模式：此模式不需 PLC 控制，所有的动作都是通过操作台按钮控制继电器和模拟信号发生器，这些设备直接控制液压阀。所以这种模式没有连锁保互，一般用于紧急情况，如 PLC 停止或损坏，也可以用于设备的紧急撤回。下图是 TMT 操作台、遥控器设备图：图 5 。TMT 操作台、遥控器Fig. 5 TMT main desk、romote controlTMT 采用的两套液压站输出压力最高 315bar，为设备提供强大的动力，保证在堵铁口时，泥炮能快速旋转到铁口，有足够的动力保证泥炮打泥时不会跑泥和退炮（堵铁口时跑泥或退炮,可造成打泥压力和打泥量不足,造成铁
10、口孔道内有积铁,造成下次开口机难度提供），保护炉门正常。两套液压站互为备用，其中任何一套出现故障时，只要倒换几个液压手动阀，就能实现备用功能，提供炉前设备的稳定和可靠性。下图是液压站和阀台设备图：图 6 。TMT 液压站、阀台Fig. 6 TMT hydraulic system、valve desk 1.3 总结炉前工作是一项非常重要而又有危险的活，而出铁口是炉缸最薄弱的部位，搞好炉门操作与维护是炉前的关键环节也是高炉生产的重要保证，炉内顺行的重中之重,只有炉门正常，才能保证炉内顺稳、不憋风、多下料。炉前设备是完成炉前工作的重要设备， 他们的稳定运行直接关系到高炉运行状况。从上面的介绍就能知
11、道，三炉采用的都是业界最先进的设备和技术，相比一、二炉的设备，三炉炉前设备加入自动化控制、先进的机器制造技术，对设备有一个质的飞跃，这样不但可以减少操作人员，还提高设备的稳定性及人身安全，最终可以提高铁水生产效率。2 泥炮功能与应用2.1 主要工作此论文的重要意义就是通过学习和解读首钢迁钢 3#高炉炉前 TMT 泥炮、开口机、移盖机自动控制系统、生产工艺及控制思想，研读德国 TMT 公司炉前三大机之泥炮机的基础自动化控制系统的程序，掌握其控制原理和思想，实现由初步的消化吸收，升级到能够自主进行炉前 TMT 三大机之泥炮机的自动化系统改造以及开发的目标。2.2 泥炮功能炉前一共有四个出铁口，每个
12、出铁口都有一套开口机、泥炮机、移盖机，泥炮的主要功能就是关闭高炉出铁口，防止出完铁水后喷出炉内焦炭以及矿物质。下面介绍泥炮的主要参数和功能：泥炮机工作参数：机器运行液压压力：315bar、打泥量：0300L、泥炮旋转角度范围：1147，泥炮还具有检测、实时显示和记录旋转压力、打泥压力、炮泥数量、打泥速度和其他参数的功能。泥炮本身也有冷却/加热水系统、润滑系统等保护系统。 图 7. 泥炮Fig 7. Clay Gun2.2 泥炮应用泥炮主要作用就是在高炉某个铁口出完铁水时，把事先泥缸里填满的炮泥打入铁口中，在这个过程中 HMI 实时显示泥炮选择角度和记录泥炮打泥压力和打泥量，以便生产人员分析铁口
13、状况。下图是铁口切面图：1炉缸焦炭；2 炉墙渣皮；3旧堵泥；4残存的炉堵砖；5出铁时泥包被渣铁侵蚀变化情况；6残存的炉底砖；7 新堵泥 .图 8. 出铁口Fig 8. Taphole泥炮操作顺序：1操作泥炮时确保所有的设备都在初始状态（设备休息位置），液压站设备正常运行，输出油压在 315bar，此时阀台泥炮机系统压力变送器显示315bar。2选择操作方式，操作台操作、遥控器操作、电脑操作，操作方式确认。选取泥炮机操作，选取设备确认，现场信号指示红灯常亮。3泥炮准备就绪后，即可操作泥炮机向前旋转，先控制旋转压力先导阀打开，同时旋转比例阀控制按照程序设定开启，当编码器位置到达软接触点 7572时
14、（从休息位置到工作位置距离是 8620，每次堵铁口时软接触点都是不一样的，它有一个自学习过程），开始控制旋转比例阀减速到压实到位。当旋转编码器位置大于 7500 并且压实力（旋转向前压力）大于 220bar，泥炮到工作位，此时比例阀开最大，保证泥炮在打泥时不会退炮。4当泥炮机压到位时，此时开始打泥，程序先开打泥先导阀，输出液压后再控制打泥比例阀，开始打泥堵铁口。同时显示打泥数量、速度和打泥压力。下图是打泥数量和打泥压力实时记录曲线。图 9. 泥炮打泥压力、数量记录曲线Fig 9. The mud gun fight mud pressure, the number of recorded cu
15、rve3 泥炮程序控制泥炮的主要程序功能块，是控制泥炮的核心部件，包括泥炮的旋转、泥炮软接触、泥炮打泥、泥炮恒温柜控制、打泥计算等，下面解读一部分程序：图 10. 泥炮主要程序块Fig 10。he main Program block of clay gunFC150 泥炮旋转功能块转进：当电源系统正常、液压系统正常并选择泥炮操作时，此时备用泵启动，和主泵一起输出压力 315bar；此时选中操作台或遥控器后泥炮允许操作（M150.0）；当操作员操作转进时，并且开口机在休息位、移盖机在休息位、开口机小车在休息位，以上条件满足时转进中间点 M150.0 得电，打开泥炮旋转先导阀（Q0.0）；此时如
16、果泥炮转进未到减速点（编码器角度大于 120减速，距离铁口 300），泥炮比例阀会给出 85%输出快速转进，当泥炮旋转角度大于减速点（到减速点后不再需要操作人员给转进操作，程序会保持转进状态）、并未到压实角度时，泥炮比例阀会给出 40%输出慢速转进软接触铁口，到压实角度时泥炮比例阀会给出 60%输出压实转进，当转进压力大于 250bar 两秒后，泥炮压实铁口，先导阀、比例阀输出保持，转进操作完毕。转退：当电源系统正常、液压系统正常并选择泥炮操作时，此时备用泵启动，和主泵一起输出压力 315bar；此时选中操作台或遥控器后泥炮允许操作；当操作员操作转退时，并且开口机在休息位、移盖机在休息位、开口机小车在休息位，以上条件满足时转进中间点 M150.2 得电，程序会给出-45%输出控制比例阀开度，泥炮快速转退，如果旋转距离已过减速点（=7200），程序会给出-20%控制比例阀输出，慢速转退。当旋转距离小于 300 并延时 5 秒时，表明
