无料钟炉顶料流调节阀开度控制

    0 引言

    高炉炉顶的布料控制是整个高炉控制的核心部分，通过调整炉料在炉喉的分布，实现高炉最佳的布料效果，达到煤气流分布合理，提高煤气利用率，最终实现低耗高产的目的。合理的布料体现在高炉炉料分布均匀，矿/焦比在炉喉径向分布合适，料面形状理想，即边缘料面宽度合适，并且不出现料层滑坡现象。如果料流调节阀开度过大，布料时间会缩短，造成料面不均匀；反之，料流调节阀开度过小，会降低高炉的上料能力，影响到铁水的产量。因此，料流调节阀开度是否合适，对高炉起着至关重要的作用。本文介绍了某钢铁厂无料钟炉顶料流调节阀开度的控制方式，该项目已于2011年末顺利投产。

    在高炉布料过程中，料流调节阀的开度对于高炉生产起着至关重要的作用。合理的料流调节阀开度可以在保证铁水产量的同时保证布料的均匀，解决布料偏差和布料不到位的问题。料流调节阀开度控制有三种方法，一是根据矩阵查表得出料流调节阀恒定开度的方法；二是利用上一次料流调节阀开度误差，在本次布料前对其进行修正的自学习控制方法；三是利用实际测量数据对理论模型进行修正后，采用质量流速计算方法。目前该钢铁厂开度控制采用的是质量流速计算方法，实践证明，该控制方法效果很好。

    1 矩阵查表控制法

    料流调节阀矩阵查表控制法是根据料种、料批质量、设定的布料圈数的不同而人为手动设定不同的料流调节阀的开度。根据高炉正常生产时的实际料批情况，选择最大料批和最小料批，在此之间划分多个档位。当料进入称量罐时，系统会根据该批料的料种、料重和设定好的布料圈数在矩阵中自动查找对应的开度值，如图1所示。图1中，W代表料批质量，单位为kg；N代表布料圈数。质量（竖列）和圈数（横行）十字交叉点处的数值，即为在布料时对应该批料的料流调节阀开度值。

图1 料流调节阀开度表示意图

    在加料初期度，由生产操作人员凭借自身经验，根据料批的实际情况，手动设定料流调节阀的开度，并对比实际布料结果，修正布料矩阵中的开度，经过多次实测，多次修正，总结出适合的料流调节阀开度值。正常生产中，料流调节阀会自动根据设定好的矩阵表开到相应的开度。但是，因为开度值合适与否与料批质量有很大关系，虽然我们尽可能的把料批按质量细化成多个档位，但两个相邻的档位之间的开度还是存在一定死区，对料流调节阀开度的准确性也会产生影响。此外，这种方法对操作人员的自身素质和经验要求也比较高，所以，实现起来有一定的难度。

    2 自学习控制法

    料流调节阀的自学习控制，是根据上一次料流调节阀开度产生的误差情况，在本次布料前，对料流调节阀开度进行修正。具体如下：设N为设定的布料圈数；N₁为实际的布料圈数；△N为设定的布料圈数和实际布料圈数的差值，即△N=N一N₁；料流调节阀的开度为γ；Δγ为料流调节阀的误差补正值；△N₂为允许的布料圈数差。

    当△N>△N₂时，说明本次料流调节阀开度偏大，补正值为△γ，则下次布料时，料流调节阀开度为γ-△γ；当-△N>△N₂时，说明本次料流调节阀开度偏小，补正值为△γ，则下次布料时，料流调节阀开度为γ+△γ；当|△N|<△N₂时，说明料流调节阀开度值适合，不需要进行补正。

    3 质量流速控制法

    质量流速控制法，是要找出炉料质量流速和料流调节阀开度之间的函数关系。不同料种的原燃料有不同的布料曲线，原燃料分为矿石和焦炭，因此，要计算出矿石和焦炭的布料曲线。首先需要计算该批炉料的质量流速。因为料批的质量已知，布料时间可在下料期间测得，所以，炉料的质量流速为Q=W/T。其中，Q为本次炉料的质量流速，单位为kg/s；W为本次料批的质量，单位为kg；T为本批料的布料时间，单位为S。

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    开炉装料过程中，记录各批入炉炉料的相关数据，包括料批号、料种、料批质量、料流调节阀开度、布料时间，质量流速（可根据Q=W/T得出），以便找出Q与γ的关系。从测量的焦炭数据中整理出一些有代表性的数据，如表1所示。

表1 焦炭下料过程中的相关数据

    根据表中的数据得到的关系曲线如图2所示。

图2 焦炭质量流速和料流调节阀开度关系曲线

    同理，测得的矿石数据见表2，由表2中的数据得到的关系曲线见图3。

表2 矿石下料过程中的相关数据

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图3 矿石质量流速和料流调节阀开度关系曲线

    从图2和图3可以看出，焦炭/矿石质量流速和料流调节阀开度之间曲线拟合程度均不错。利用数理统计方法，分别对焦炭/矿石的质量流速和料流调节阀的开度做回归分析，可以计算出焦炭/矿石的曲线函数。

    焦炭：

    4 结束语

    该钢铁厂高炉自投产以来，系统运行稳定，料流调节阀开度控制准确，满足实际生产需要，为高炉的稳产、高产提供了可靠的保证，受到了业主的好评。实践证明，该控制方法设计合理。