西門子數字化高爐解決方案在韶鋼3200m3高爐的應用
2010/11/4 10:50:00
前言：
目前，我國正處于工業化的中后期，較之以往更加注重推進產業結構調整、實現可持續發展。鋼鐵產業是國民經濟的重要支柱產業，涉及面廣、產業關聯度高、消費拉動大，在經濟建設、社會發展、財政稅收、國防建設以及穩定就業等方面發揮著重要作用，同時，鋼鐵產業也面臨著產能過剩、低端產能較多的問題。為此，2009年國務院辦公廳公布了《鋼鐵產業調整和振興規劃》，旨在確保鋼鐵產業平穩運行，加快結構調整，推動產業升級。鋼鐵行業的不斷發展對與其相對應的自動化與信息化水平提出了更新、更高的要求。
韶關鋼鐵集團有限公司
廣東省韶關鋼鐵集團有限公司1966年建廠，歷經40多年的發展，現已成為年產鋼600萬噸能力，集鋼鐵制造、物流、工貿為一體的大型國有企業集團；成為世界鋼鐵企業100強，中國企業500強、廣東企業50強；成為廣東重要的鋼鐵生產基地、高新技術企業和中國重要的船板鋼生產基地。2009年，面對全球金融危機，韶鋼抓管理、練內功、調結構、強創新，積極應對，年產鋼422.68萬噸，鐵418.54萬噸，鋼材405.57萬噸，實現銷售收入141億元，總資產221億元。
“韶鋼”鋼材品牌獲首屆廣東省優秀自主品牌稱號，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證；橋梁用結構鋼板首批通過中國船級社產品認證；熱軋螺紋鋼筋、船板、Q345板獲得了國家冶金產品實物質量金杯獎。在珠三角、整個華南地區，韶鋼產品有著舉足輕重的影響。眾多高層建筑、重點工程、高速公路、地鐵項目等都指定使用韶鋼產品。
2010年，韶鋼提出鞏固成果防反復，內降成本、外拓市場、管理精益、技術創新、增強持續盈利能力工作思路。培育“韶華永鑄、鋼鐵意志、集思廣益、團隊一流”品質文化，以“誠信、規范、業績、奉獻”的企業文化，全力打造裝備先進、品質精良、績效卓越，環保生態型、品種效益型、和諧穩健型，華南地區最具競爭力的鋼鐵精品基地。
據韶關鋼鐵集團有限公司煉鐵部主任工程師畢勇先生介紹，在本次建設的3200m3 高爐投產之前，韶鋼已建有7座高爐。根據韶鋼發展的遠程規劃，早期的5座350 m3小高爐因技術設備相對落后、產能低下，將逐步被淘汰（淘汰產能250萬噸/年），截至目前已關停其中的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股份有限公司（CISDI）設計施工總承包，于2008年2月27日奠基，隨后開始進行基礎施工。深圳市域展工業自動化技術有限公司作為西門子高級系統集成商為用戶提供全套自動化系統集成解決方案。
韶鋼8號高爐
高爐生產的工藝流程和特點
高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續生產過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使爐喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內形成交替分層結構。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
本項目以高爐煤氣、焦爐煤氣為燃料，球團礦、燒結礦為原料，采用4座內燃式熱風爐，富氧噴煤系統，攪籠法爐渣處理裝置，4個鐵口循環出鐵，高爐每天出鐵12次，每次出鐵時間112min。干法煤氣除塵系統、TRT余壓發電裝置將高爐煤氣全部回收。
為了減少粉塵對環境污染，本次設計對原料供應系統、礦槽、風口平臺出鐵場及爐頂設置環境除塵設施，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、熱風爐控制，以及除塵系統控制等。高爐自動化的目的，主要是保證高爐操作的四個主要問題：正確配料并以一定的順序及時裝入爐內；控制爐料均勻下降；調節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。高爐自動化系統主要包括儀表檢測及控制系統、電氣控制系統和過程及管理用計算機。
適應需求的最佳選擇
畢主任認為，高爐控制系統需要處理的數據龐雜，為滿足連續生產的要求，主控制器的處理能力首當其沖成為了選型的關鍵指標之一。而從工藝角度來看，高爐上料系統（含料車上料系統和爐頂布料系統）是煉鐵高爐中最重要的一環，及時準確的上料是保證高爐產量和產品質量的前提。如果上料慢，趕不上料線，將影響產量；如果上料錯，則會導致高爐拉風、休風的嚴重后果。此外，變頻器在運行過程中產生的強磁場及高次諧波所形成的干擾,是嚴重影響控制和通訊系統安全運行的主要因素，因此，高爐生產的特點對控制系統的性能與穩定性都提出了很高的要求。
經過慎重篩選和綜合論證，基于PROFIBUS現場總線的SIMATIC PCS7 V7.0過程控制系統最終脫穎而出，擔負起了韶鋼8號高爐數字化生產的重任。談到這套系統，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系，7號高爐使用的PCS7系統以及之前大量的成功應用都已證明，西門子公司具備的國際領先的技術、優異的產品質量和可靠的服務保障能力是值得我們信賴的！”
項目具體實施
工藝概況
韶鋼8號高爐工程包括1座容積3200m3的高爐及相應的配套設施。主要工藝設施有：
（1）礦焦槽及上料系統，共設礦焦槽20個。其中燒結礦槽6個；焦槽6個；球團礦槽3個；塊礦槽2個；雜礦槽2個；小塊焦槽1個，以及皮帶輸送和小塊焦回收設備等。
（2）上料系統，上料主皮帶機及皮帶清洗設備等。
（3）無料鐘爐頂系統，包括無料鐘裝料設備，布料設備，爐頂液壓設備，干油潤滑設備，水冷卻設備等。
（4）高爐本體系統，包括爐體冷卻裝置，32個風口。
（5）出鐵場系統，包括南（C1），北（C2）雙出鐵場， 4個出鐵口，泥炮及開鐵口裝置等。
（6）煤氣除塵系統，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）熱風爐及余熱回收系統，包括4座內燃式熱風爐，2臺助燃風機，余熱回收裝置等。
（8）煤粉制備及噴吹系統，包括干燥爐，中速磨，收粉設施，噴吹設施，供煤設施等。
（9）爐頂余壓發電（TRT）系統（陜鼓成套），包括透平機及其他檢測和調節設備等。
（10）水渣系統，包括嘉恒水渣處理設施。
（11）除塵系統，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。
（13） 焦爐煤氣加壓站
（14）原燃料供料系統
通過PCS7控制及監視的范圍包括：高爐礦焦槽系統，上料系統，無料鐘爐頂系統，高爐本體系統，出鐵場系統，爐渣處理（水渣），煤氣除塵系統，熱風爐及余熱回收系統，煤粉制備及噴吹系統，水處理系統，焦爐煤氣加壓站，原燃料供料系統等。
系統配置
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