自動化在冶金工業的運用

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本文作者：張俊杰 單位：河北通泰建設有限公司

在冶金生成過程中,原料場生成、焦化生成、燒結生產、球團生產、石灰生產等生成過程的自動化技術應用是關鍵。各個生成過程中的自動化技術應用又各不相同,其涉及的內容和技術應用將直接影響著整個冶金工業的自動化技術發展。

1原料場生產自動化技術

現代冶金工業原料場的生產自動化主要有具有基礎自動化和過程自動化并上聯制造執行級的三級自動化系統、基礎自動化系統兩種。在基礎自動化中有含有過程量的檢測與控制,電器轉動控制等內容。儀表和控制系統主要是原料輸送系統和配料系統中的料槽的料粒計、稱量裝置等。電控設備中也有相應的儀表,但主要是對膠帶機進行檢測和對卸料機的定位控制等。過程自動化計算機的應用則貫穿于整個冶金工業的生產過程,在原料場生產過程中的計算機軟件EasyFlo主要包含進程管理器、數據庫管理器、設備管理器、輸入管理器、與主PLC的通信驅動程序、位置管理器、操作管理器、報表管理器、混勻子系統等,其主要功能是實現生產過程的自動化控制。目前在原料場的生成過程中還在EasyFlo的基礎上運用了數字模型和人工智能系統。首先是混勻堆積智能模型的應用,該模型早為寶鋼集團所開發,在混勻堆積智能模型中原料堆積經模糊推理方法進行分類、自動編制堆積計劃,同時根據配槽品種而進行自動化的操作指示;堆積開始后,通過實時采集程序而給出新的槽切速度,達到總體控制目的。其次是編制工料計劃的混合式模型處理,在該模型中,先將礦石的可利用時間區域和目標進行界定,再將“滿裝可用的時間區域”變為“窄以滿足輸送時間”輸送原料量;在確定了輸送路線的基礎上,利用∑Xi-Aopi來確定模型。在整理模糊控制系統中,主要是按電流值和電力值來實現基礎邏輯控制。

2焦化生產自動化技術

在焦化生產自動化過程中,多用L2級小型計算機為過程計算機實現對生產過程的自動化控制,但也采用多臺控機為過程計算機的方式。其中可分為生產基礎自動化和生產過程自動化。首先,生產基礎自動化是對備煤配煤、干餾、焦炭處理等生產過程進行檢測和控制,這些生產過程一般以常規檢測儀器和傳感器即可完成。其次是生產過程自動化,計算機主要是實現計劃輸入、料倉控制、系統運轉控制等功能,而數字模型及人工智能則對加熱、配煤優化、配煤過程、干熄焦(CDQ)最優等進行控制。

3燒結生產自動化技術

燒結的目的是為了讓燒結過程中為融化的燒結顆粒粘結為多空質塊礦。燒結生產自動化包括基礎自動化和過程自動化兩個內容。在基礎自動化過程中,主要是對儀表的檢測和控制,對電氣轉動的控制和人機接口的控制。如在儀表檢測和控制中主要是溶劑和燃料及成品礦倉的檢測和控制,對配料的檢測和控制,對抽風機、電除塵器的檢測和控制等內容。在燒結生產過程的自動化過程中,計算機要對配料槽槽位進行掌控,對配料混合和返礦料粒槽位進行控制,對混合料水分、燒結臺車料層厚度等進行控制。數字模型及人工智能則實現配料模型和質量預測、燒結礦優化配料、燒結OGS操作制導、燒結機機速過程控制等模型的系統控制。當然,人工智能的應用還涵蓋了燒結性能指標預測神經網絡模型和生產專家指導等系統的模型控制等。

4球團生產自動化技術

在球團生成中一般按三個步驟進行:首先是進行原料(如細磨精礦粉、溶劑、燃料和粘合劑等)的配料與混合。其次是在造球機上加入適量的水而滾成10～15mm的礦石生球,最后將生球在高溫焙燒激上高溫焙燒,然后再冷卻、破碎,最終篩分而成為成品球團礦。球團生產的基礎自動化涵有儀表檢測和控制,電力傳動控制和監測控制三個內容。最為復雜的莫過于儀表檢測和控制系統,其中對帶式焙燒機的球團自動化系統,鏈算機——回轉窯的球團廠自動化系統、帶有豎爐的球團廠自動化系統的檢測和控制。在電力傳動控制和監測控制中因電動機的形式和型號的多樣化而造成了啟動和控制方式的不同,對大功率的主抽風機同步電機一般采用自耦變壓器降壓啟動或采用全數字變頻啟動。交流低壓電動機一般有電動機控制中心進行監測和控制,控制柜多采用單元組合方式進行。250kW以上的感應電動機則采用電抗為器自耦變壓器等降壓。在生產過程自動化中,計算機要進行作業計劃輸入、配料槽粒為掌控、高級控制和設定控制等功能,其中也包含了數據顯示和數據通訊等功能的控制。而數字模型和人工智能則主要有豎爐焙燒過程焙燒溫度數學模型;造球過程模糊-PID復合控制。

5石灰生產自動化技術

相對于冶金工業中的其他生產過程而言,石灰生產在價格和控制精度上的要求都相對降低,因此其自動化控制程度一般也較低。在冶金工業的石灰生產自動化控制中主要為模擬式儀表和硬線邏輯電控設備組成的自動化控制;IPC工控機進行自動化系統;使用PLC和IPC-610工控機組成自動化系統但只是基礎自動化。

首先就石灰豎窯自動化控制而言,在當前的石灰窯控制系統中,多采用PLC進行控制,一般不會設上位機或工作站進行檢測和監控。計算機自動化系統主要有配料系統、上料系統、出灰系統、鼓風量控制系統、數據采集系統,豎窯人加工參數檢測等系統控制。其次是石灰回轉窯自動化。在石灰回窯自動化中,主要是完成檢測和控制、數據顯示、數據記錄、數據通信等功能。自動化系統可分為電器邏輯控制系統和儀表調節回路。具體可包括預熱機供料系統、大布袋除塵系統、預熱機下輸送系統、小布袋除塵系統、成品搬出系統、煤氣流量調節回路、空氣調節回路等。

鋼鐵需求的快速增加為冶金工業的發展提供了調節,自動化技術在冶金工業中的發展和應用為冶金工業的發展提供了技術支撐。在冶金工業中,上述的幾個自動化技術只是框架式的系統,其中還包括多個子系統,對各個系統及子系統的自動化研究是冶金工業發展中不可或缺的部分,這還需結合生產實踐和自動化技術發展而進行。