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1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）高炉自动测控系统设计摘 要钢铁工业是国民经济的支柱产业，高炉炼铁是钢铁工业的上游主体工序。高炉炼铁的技术进步对钢铁工业的发展和国家资源的合理利用都有极其重要的意义。高炉具有以下特点：设备体积大；生产工艺具有一定的连续性且前后关联，操作复杂；原料用量大，运输量大；设备要求有高效的运转率，同时要有较长的使用寿命。由于高炉是密闭的，必须借助于许多检测仪表才能判断其内部情况。本论文在查阅了大量国内外相关文献的基础上，探讨了高炉过程控制的基本思想、内容及方法，设计了高炉温度、流量、压力检测系统以及炉顶压力自动控制系统，阐述了高炉监控系统的总体设计以及MCGS在监控
2、系统中的应用。高炉监控系统的主要功能是对现场过程数据进行动态监视，完成历史数据归档及异常信号的报警，对现场操作进行指导，并在高炉值班室对高炉本体生产过程进行实时控制。关键词：高炉；检测；过程控制；监控系统；MCGS内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）The Design Of The Measuring And Controlling SystemOn Blast FurnaceAbstractMetallurgical industry is the basic industry of national economy and blast furnace(BF) iron-making
3、is the upper main Procedure of metallurgical industry. To improve the production Procedure and lower the cost of iron-making is significant for the development of metallurgical industry and economical use of resources.Take on the reasons of the large size, complex production process, large amount of
4、 raw materials, high operating rate and the request of longevity，the operation of blast furnace is complicated. And the blast furnace is closed，it is necessary to use many detection instrumentations to monitor the internal situation. This article introduces the basic ideas for blast furnace process
5、control、contents、and methods based on checking the large amount of references, In this paper, the design of the blast furnace temperature, flow, pressure detection systems and automatic control system for furnace top pressure on the blast furnace, as well as monitoring and control system design MCGS
6、 in the monitoring system. This system main function is carries on the dynamic surveillance to the scene Process data，saves the historical data and reports unusual signal，instructs the scene operation. The real- time control of the blast furnace main body can be finished in the hoist control room by
7、 the computer monitor control system.Key words: Blast Furnace; Detection; Process Control; Control system; MCGS内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 引言11.1 炼铁的研究背景11.1.1 高炉炼铁11.1.2 非高炉炼铁21.2 高炉自动测控系统的重要性21.3 本文主要研究工作3第二章 高炉炼铁生产工艺42.1 高炉炼铁的复杂性42.2 高炉设备42.2.1 高炉本体设备42.2.2 高炉辅助设备72.3 高炉生产工艺流程7第三章 高炉
8、自动检测系统设计93.1 温度检测系统93.1.1 主要检测项目93.1.2 温度检测系统介绍93.1.3 检测仪表选型103.1.4 热电偶、热电阻的安装113.2 流量检测系统133.2.1 主要检测的项目133.2.2 流量检测系统介绍133.2.3 检测仪表选型143.3 压力检测系统153.3.1 主要检测项目153.3.2 压力检测系统介绍153.3.3 检测仪表选型16第四章 高炉炉顶压力自动控制系统设计174.1 炉顶煤气压力控制系统简介174.2 控制系统方案选择174.2.1 单回路自动控制系统174.2.2 分程自动控制系统184.3 炉顶煤气压力自动控制系统设计204.
9、3.1 炉顶煤气压力自动控制系统组成204.3.2 炉顶煤气压力自动控制系统设计21第五章 高炉监控系统设计265.1 MCGS组态软件概述265.1.1 MCGS组态软件简介275.1.2 MCGS组态软件功能和特点275.2 高炉本体监控程序315.2.1 高炉本体画面要求315.2.2 本监控程序实现的功能315.3 高炉本体监控系统软件设计325.3.1 高炉本体监控画面概貌325.3.2 高炉本体工艺流程图335.3.3 高炉本体综合趋势图345.3.4 高炉本体报警功能37总结39参考文献40附录A42附录B43附录C44致谢45 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引
10、言1.1 炼铁的研究背景钢铁是现代化社会最重要的原材料之一，钢铁工业是现代国家的支柱产业之一，钢铁的产量和质量是一个国家的发达程度和经济实力的重要标志。全世界对钢铁的需求量和钢铁的产量随着经济的发展在不断的增加。据统计，1994年我国的生铁产量已达9640万吨，位居世界第一位，而钢产量己达9150万吨，位居世界第二位。到2006年上半年，我国粗钢平均日产超过110万吨，相当于全年产4.02亿吨的水平。1.1.1 高炉炼铁炼钢所用的含铁原料，除去废钢和少量的直接还原铁以外，绝大部分是高炉生产的铁水。例如，1987年世界钢产量的69.52%是用高炉铁水冶炼出来的。从能源角度看，高炉所消耗的能量约占
11、炼钢流程总能耗的60%70%。显而易见，高炉炼铁对于我国的经济发展起着十分重要的作用。因此，研究高炉过程控制技术，降低燃料的消耗和生铁成本，必将产生巨大的经济效益和社会效益。高炉作为一种成熟的炼铁工艺己有一百多年的历史了，高炉的冶炼过程十分复杂，它涉及到气、固、液三相的交互作用，是一个多变量、大滞后、非线性的系统，它是在炉料下降和煤气上升的逆流条件下进行的。高炉开炉后，生产连续不断进行着，炉料不断下降，焦炭在风口处燃烧，炉料在高炉内不断地进行化学反应，生成铁水和炉渣。高炉生产过程的控制过去一直主要依赖于人们在长期生产实践中所积累起来的种种经验，难以实现炉况的长期稳定。研究高炉控制技术，利用现代
12、控制技术对高炉生产过程进行监视和控制，提高高炉生产自动化水平，最大限度地降低工序之间的衔接时间，合理安排布料顺序，优化燃料配比，减少高炉生产的波动，可以及时跟踪并预测高炉的状态，预报扰动的发生，保证高炉长期稳定运行，从而能极大提高生产效率及产品质量。随着生产的发展，高炉操作人员所面临的压力越来越大，人员越来越少，而对高炉操作稳定性的要求则越来越高，这就迫切需要将高炉操作人员从一般性的事物中解放出来，一些常规的、重要的管理工作，如水温差的测定、热负荷的计算等让计算机控制系统去完成，而高炉操作人员则专注于根据各种信息对高炉过程进行分析与判断，从而发现问题的症结所在。1.1.2 非高炉炼铁由于高炉炼
13、铁技术经济指标好、可靠、产量大、效率高、能耗低，这种方法生产的铁占世界生铁总产量的90%以上，但一些缺乏焦炭资源的国家和地区，也使用非高炉炼铁法。非高炉炼铁法，即高炉以外的，不用焦炭，而以煤、燃油、天然气、电为能源的炼铁方法。主要有直接还原法和熔融还原法，此外还有电炉炼铁法。直接还原法有气体直接还原法（竖炉法）和固体还原剂直接还原法（回转窑法）。熔融还原法是指一切不用高炉冶炼液态生铁的方法，它是用高品质铁精矿，经预还原在高温熔融状态下直接还原成液态金属。电炉冶炼法只用于水电资源丰富而又缺乏焦炭资源的地区和国家。我国天然气紧张、碳源丰富，故主要采用固体还原剂（煤基）直接还原法，熔融还原则在试验或
14、引进中，主要为COREX法。1.2 高炉自动测控系统的重要性高炉是钢铁生产线中最重要的基础设备。高炉在钢铁厂处于喉舌位置，它需及时持续地为钢厂提供稳定、高质的铁水。然而自动化水平直接关系到高炉的运作，长期以来，炼铁厂工长操作高炉基本上依赖于自身的经验。正是这些特点使得高炉自动控制系统显得尤为重要。由于高炉是密闭组织，所以其可靠运行的前提必须是有可供处理的信息或数据，而这些信息或数据多是由传感器提供的，只有靠先进的自动检测仪表才能正确掌握炉况。高炉要及时、正确地按规定的顺序和一定配比装入大量的原料，并且要求炉料均匀下降，使之与煤气流良好接触，以保持一定的炉热状态，这些在很大程度上依赖于自动化技术
15、来实现，故现代高炉都把自动化作为关键环节重点发展。1.3 本文主要研究工作（1）熟悉高炉结构、原理及测控要求；（2）完成高炉自动检测系统设计；（3）设计高炉炉顶压力自动控制系统和保护系统；（4）利用MCGS设计监控画面，对实时数据进行显示，并实现历史数据回放及报警等功能。第二章 高炉炼铁生产工艺2.1 高炉炼铁的复杂性炼铁生产过程是在高炉内进行的一系列复杂的还原反应过程，炉料矿石、燃料和熔剂从炉顶装入，从鼓风机送来的冷风经热风炉加热后，形成高温热风从高炉风口鼓入，随着焦炭燃烧产生的热气流自下而上运动，而炉料则由上而下运动，互相接触进行热交换，逐步还原，最后在炉子的下部还原成生铁，同时形成炉渣。积聚在炉缸的铁水和炉渣，分别由出铁口和出渣口放出。在高炉炼铁过程中，炼铁工艺的连续化生产流程是由诸多子工序组成的复杂生产系统，从自动化控制角度考虑高炉冶炼过程，高炉流程是以值班工长为指挥中心的多工序、多岗位、分工配合、协调进行的生产流程。在这样错综复杂的生产环节链中，某一个子工序的某一环节出现波动或故障，都要影响到整个高炉的冶炼进程，其结果将使高炉过程控制从正常进程转入故障进程，炉况状态也因此会发生变化，于是高炉冶炼过程的控制模型也就进入完
