摘要:高炉上料速度和设备能力相关，但与不同设备的相关程度不同，更考验的是关键设备的能力，在关键设备具备高炉上料速度要求指标的前提下，自动化编程过程中的思想和方法也大大影响整个系统对上料速度要求的响应程度，编程人员首先要清楚上料速度到底要多快才是合理的，其次是怎样才能快起来。虽然设备是连续的，但自动化编程主要考虑的是用“如何同时”去节约时间，清楚各个设备动作的时序是编程优化的基础。
中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）
关键词：上料速度； 编程优化；冶炼制度；时间片
Abstract: the speed of the blast furnace and equipment capacity, but with different equipment, the more the test of the ability of key equipment, under the premise of the key equipment with blast furnace feed speed indicators, automated programming ideas andthe method also greatly affect the degree of response of the entire system on the feed speed requirements, the programmer must first clear the feeding speed in the end how fast is justified, followed by how to get up. Although the device is continuous, automated programming is the main consideration is "How to save time, clearly the timing of each device action is the basis of programming optimization.
Key words: feeding speed; programming optimization; smelting system; time slice
助理工程师指符合国家相关规定，通过相关考试，和国家相关部门评审取得相应的任职资格的人员。
0 引言
冶金高炉生产过程中，经常听到高炉工长对上料速度慢的抱怨，有的指责上料操作工操作不熟练，更多的指责自动化编程厂家技术不过关，目前高炉的自动化装备水平基本上都实现了自动化上料，高炉的上料的快慢与自动化程序的编程思路有很大关系，但是基于对自动化专业的不了解，高炉工长又提不出程序的不合理所在。高炉上料速度的快慢与设备本身的能力、自动化编程设计都有直接的关系，本文结合影响高炉上料速度的关键设备环节重点论述在自动化编程设计过程中必须要考虑的时序问题以及合理的时序安排。自动化程序的编制者如果只着眼与高炉上料设备安全地按料制顺序动作把料运到炉内，而不考虑各个设备动作所需的时间片，合理的安排时间片，很难满足当前冶炼强度不断加大，利用系数不断提高对高炉上料系统速度不断提高的这一现实需求。
1 高炉对上料速度的需求计算
一般在自动化系统设计联络环节，客户很少明确要求高炉上料速度要达到什么样的速度，也有个别客户提出了上料速度要求，但并未对自动化编程人员提出合理的理论依据，甚至提出一个远远高于实际需求和设备能力的要求，反而让自动化编程人员忽视了它的重要性，加上自动化专业对高炉冶炼工艺的认识达不到冶炼制度的认识高度，所以编制的程序往往着眼于设备的安全、料制的灵活等环节，甚至为了设备的安全增加一些不必要的延时环节，这就很容易造成在生产过程中上料速度达不到要求的情况。其实一个高炉在整体初步设计阶段对上料速度就已经决定了，根据高炉的产能、入炉品位、利用系数等参数就可以大致推算出上料速度要求。现实情况是目前高炉的自动化系统设计往往都是委托自动化公司进行委托设计，如果自动化编程人员对上料速度这一指标缺乏认识，调试和生产过程中就会造成不必要的麻烦。下面以1080m3高炉为例对高炉上料速度的要求进行简单的估算，计算结果其实就是自动化上料速度的基本要求：
比如1080m3高炉，利用系数2.9，烧结矿品位58%，矿批中少量品位较高的球团和生矿为计算简便统一按烧结矿计算。
理论日出铁量：1080m3 × 2.9t/m3 = 3132 t
理论日上料量：3132t×0.95 / (0.995*0.58) = 5155t (铁水中含铁比例95%，铁元素进入铁水的比例99.5)
按照高炉冶炼制度，高炉生产过程中矿批重量一般不会高于日出铁量的1%，一般按照日产0.8~0.95%选择矿批重，原燃料条件好、品位高、粉末少、高炉顺行可选上限，相反则选下限。所以矿批按28吨考虑。
日上料批数：5155t / 28t/批 = 184批
每小时上料批数 184批 / 24 = 7.67批
通过上述计算可知，如果高炉要达到设计产量，以每小时7.67批的速度连续24小时不停的运转才能将所需的原燃料运进高炉，在实际生产过程中，即便高炉顺行，由于料线、顶温、出渣、出铁等原因都会对上料的连续性造成影响，也就是出现上料短时间停顿后再由上料系统“赶料线”的现象，这样就无法达到理论上计算的日上料量，也无法达到日出铁量目标，假如按照上料系统每天运行23小时的保守估计，那么上料速度至少应该是：
每小时上料批数 184批 / 23= 8 批
这就是自动化系统在编程设计阶段必须要考虑、必须要满足的上料速度要求。
2高炉上料程序设计的优化
在保证设备达到上料速度要求的前提下，自动化编程中主要需要优化设计的的内容就是在保证设备动作正确可靠的前提下，合理的安排系统中不同设备运行开始和结束的时间片，也就是说通过编程的优化设计，尽量让其他设备在料坑放料和卷扬上行这一最长时间片内，合理安排其他设备时间片，不再占有宝贵的上料时间。下面分别针对不同设备进行编程时的时间片分配和以及达成优化设计的一些编程技巧进行论述。
2.1 振动筛
振动筛的动作时间片在编程过程中对时间片的优化压力并不是太大，主要是因为高炉上料有十几个仓，在料制排料过程中连续使用一个仓的概率较小，所以一般来说振料的速度对整个系统上料速度影响不大，但在编程过程中也需要考虑极端情况，假如出现料制中连续使用同一仓的情况，理论上振动筛的动作时间片应该小于等于物料全部落到转运皮带上称量斗门关闭以后，物料经由转运皮带全部进入料坑的时间。由于每个仓离料坑距离相差悬殊，如果要求距离最近的仓也达到这一目标几乎是不可能的，所以应该以处于中间位置的料仓为参考基点，至少保证中间位置的料仓振料速度满足连续使用的要求。为了达到这一目标，除了在设备调试阶段合理的调整振动筛角度外，在振动筛设备的编程设计中，应该用动态的停筛提前量去保证振料的准确性而不是用振筛下料慢去保证精度，这个动态的提前量一定是通过程序不断跟踪和修正的，原因在于即使一个仓存放的料种类没有改变，振动筛角度没有改变，但是料的粒度大小和粉状物料的含量是有可能改变的。另一方面为保证进入高炉的物料称量准确性，程序中必须加入自动补偿程序，本次多筛或少筛的料在下次振料的过程中扣除或者补足，也就是所谓的单仓补偿。
2.2称量斗料门
打开称量斗料门的触发时机是某个料坑已经无料，料坑门已经关闭，关闭称量斗料门的触发时机是称料斗无料，电子称归零位。称料斗料门从打开到关闭这一时间片其实包括两部分，称量斗中的所有物料全部落到皮带上的时间和料在皮带上行走进入料坑的时间。后一个时间片和前面所述振动筛动作时间片是重合的，而整个称量斗料门开关时间片和卷扬上行的时间片是重合的，也就是说称量斗料门开关时间片是小于等于卷扬上行时间片的。为达到这一目标，在称量斗料门调试过程中在不撒料的前提下，通过调整行程开关或接近开关的位置，尽可能开大料门，节约时间。从编程的的角度来说，尽量取消不必要的开关门延时时间，关门延时是常见的做法，它是为了解决料门关闭太快，物料落不净导致卡料，称量斗料门无法关闭的问题，在生产过程中确实存在这样的问题，其原因在于电子称信号有时在零点波动或者电子称零点跟踪功能的范围值设定太大造成的，大部分情况原因在于后者，调试时应该引起注意合理设置。称量斗料门卡料毕竟偶然性的，其发生的概率很低，用额外的延时去处理这一偶然事件从而拖慢每一仓的下料时间是得不偿失的，在编程设计中只要加入重复关门程序即可解决这个问题，当料门一次关不上时，程序自动打开料门，到位后重新发出关指令，料门关闭后程序正常执行，反复几次仍旧关不上，说明设备出现问题，转入故障处理。这种方法是对特殊情况的特殊处理，不会在正常情况下牺牲上料时间。
2.3 料坑料门
料坑料门的相邻两个设备分别是前面的称量斗料门和后面的卷扬设备，显然这两个设备和料坑放料是不具备同时动作的条件的，并且当料坑放料的时候，到达炉顶的小车也同时在进行向炉顶中间仓的放料过程，这两个时间片的起始时刻是自然重合的，一般来讲炉顶倒料完毕结束的要早一些。料坑料门动作时间片的长短完全取决于料坑门的大小，开始时刻也完全取决于上一设备的时间片结束，似乎在程序设计中已经没有优化的空间，但是如果料坑没有安装电子称作为放料是否完毕的参考，而使用时间延时作为依据的的话，自动化程序应该考虑到一批料中烧结矿和焦炭从料坑落入料车的时间是不同的，采用同样的时间延时是不合理的，应该在程序中分别设置不同的延时时间，加快上料的速度。这在只有两个料坑的系统中尤其重要，因为两个料坑本身对料的暂存缓冲能力有限，而这一时间对上级称量斗料门的动作和下一级料车卷扬的启动都有直接影响，能在不知不觉间拖慢整个上料节奏。
2.4 炉顶中间仓放料
炉顶中间仓截料阀的动作和炉顶料罐的上密封阀联系紧密，两个设备打开时先开上密封阀再开截料阀，关闭时先关截料阀再关上密封阀，而上密封阀的动作又与放散阀紧密相关，开上密封阀前必须先开放散阀，当压力和大气压力相同时，即可关放散阀同时打开上密封阀。由此可见放散阀开关、截料阀开关、上密封阀开关三个时间片是紧密衔接的，当一批料的焦批或矿批全部进入炉顶中间仓，该组时间片就可以开始了，而此时有可能料坑放料时间片正在进行（炉顶倒料相对较快），程序中没有必要等待料坑放料时间片的结束，这是由于该组时间片的执行必须要在卷扬上行时间片结束之前完成，而且完成越早对上一级卷扬上行和下一级料罐的放料越有利，料车上行时中间仓是否完成放料的检查点是为炉顶设备异常情况设置的，在正常的上料过程中不允许出现料车在检查点等待中间仓动作结束在重新启动的现象，毕竟重车在轨道的较高位置启动对设备是不安全的。在程序编制过程中要特别注意，当矿批或焦批已经全部进入炉顶中间仓，而此时炉顶中间仓并没有向料罐放料，说明此时炉顶对料的要求并不是特别紧迫，要让卷扬重车留在坑底，即所谓的“压坑”。在设备调试过程中，要合理的调整截料阀的开度，保证料流进入料罐的顺畅和迅速，程序编制过程中减少不必要的延时时间，放散阀打开，仪表压力数据接近大气压，立即打开上密封阀，同时关闭放散阀，上密封阀开到位，立即打开截料阀，料流全部进入料罐，立即关闭截料阀，关闭上密封阀，为接收卷扬料车中的料做好准备。上述设备的所有动作时间片之和必须小于炉顶倒料完成到卷扬小车到达中间仓放料检查点这一是时间片。
2.5 炉顶料罐放料
炉顶料罐放料主要涉及探尺、下密封阀开关、均压阀开关、节流阀开度、溜槽倾动角度、溜槽旋转等设备动作，需要指出的是按目前常规的装料制度，上述设备的动作时间片不是和卷扬上行的时间片必须重合，这是由于装入料罐的料最少是两车，而炉顶中间仓对料有缓冲存储的作用，即便是料线特别低，急于赶料线的情况下，上述设备动作的时间片之和也是和卷扬上行两次的时间片相对应，所以即使在多环布料情况下，打开均压阀，打开下密封阀，关均压阀，溜槽旋转，溜槽倾角到位，料流阀开到一定角度，开始布料到布料完成，料流阀恢复零位，关闭上密封阀，探尺的动作和布料过程相关，布料前提尺，完成后放尺。这一系列设备动作的时间片分配压力并不是很大，但从编程优化的角度来说，在开均压阀的阶段就可以同时将溜槽倾角调到第一环的角度，等待料流阀开到角度以节约时间。也就是说在编程过程中有节约时间、加快布料节奏的意识即可完成炉顶布料的时间目标。
3影响高炉上料速度的主要设备
首先来描述一下高炉上料的工艺过程，通过启动槽下振动筛，料仓中的料进入称料斗，到达设定值振筛停止，称量斗备好料，按照料制程序本仓该放料，打开称量斗料门，物料通过皮带转运进入料坑中间仓，皮带上全部物料进入料坑中间仓后，打开料坑门，物料进入卷扬小车，物料全部进入卷扬料车，启动卷扬，物料由卷扬料车拉到炉顶中间仓。如此反复，一批料的矿批或焦批（一般两车）全部进入炉顶中间仓，打开炉顶料罐的放散阀，使料罐内的压力和大气压力相同，打开料罐上密封阀，打开截料阀，一批料进入料罐，关闭放散阀，关闭上密封阀。当料线允许向炉内放料，提起探尺，打开料罐均压阀，让料罐内压力和炉内压力均衡，同时溜槽调整到设定的角度开始旋转，打开下密封阀，节流阀开到设定的角度，料罐内的物料进入炉内，关闭均压阀。如采用多环布料，累计溜槽在当前角度的圈数并调整溜槽角度，直到设定的布料圈数完成，节流阀关闭，关闭下密封阀，放下探尺。一批料下料完成。
通过工艺过程我们看到高炉上料涉及的设备较多，似乎每台设备的能力和速度都会影响整个上料时间，其实通过对工艺过程的仔细分析，我们就可以得出结论，每台设备的能力和速度对整个上料速度的影响程度是不同的，因为上料过程不是一个设备顺序动作的工艺过程，除互相衔接的两台设备不能同时动作外，很多设备是可以同时动作的，比如只要称量料斗没料，称量斗料门关闭，振筛就可以启动备料。炉顶料罐向炉内布料时，只要中间仓截料阀关闭并不影响槽下卷扬将下一批料运上炉顶。如果把每个设备的动作时间化成独立的时间片，我们就会发现，系统中两个相邻的、时间片相加最长的设备动作时间就是影响整个系统速度的关键，所涉及的设备即为影响系统上料速度的关键设备，这两台设备就是地坑料门和卷扬。
我们以1080m3高炉为例来验证一下，一般1080m3高炉卷扬从料坑到炉顶需要65秒左右，料坑中的料进入卷扬需要45秒左右，两个设备不能同时动作，所以一车料到炉顶的时间不会少于110秒，而要完成每小时8批料的要求，每车料必须保证的时间必须小于：
60*60/8/4=112
由此可见上料速度的决定性因素就在卷扬和料坑门，如果只是为防止撒料而不断改小料门，为了卷扬的绝对安全一味降低卷扬速度的做法是不科学的，至少应该是在保证该设备达到设计能力的前提下去考虑，如果确实存在料坑撒料的现象，首先考虑的方法是调整料坑溜嘴角度的合理性和料车定位的准确性而不是改变料门大小，对于卷扬安全来说应该是保证其运载能力达到设计要求的前提下，通过保证主令位置的准确 性、松绳保护的可靠性、低速检查和飞车保护等功能的实用性和可靠性保证料车安全。
4 结束语
高炉上料工艺过程涉及的设备较多，提高高炉上料速度，设备能力必须有保证，这在每台设备进行调试的时候都要有保障上料速度的思想意识，正是由于设备多也给自动化系统的编程优化留有很大的空间，一个好的上料自动化程序不仅仅是设备安全可靠，系统运行稳定的程序，还应该是能够保证上料速度，具备故障检测和应对措施，和冶炼制度和生产工艺紧密结合起来的程序，程序语法的简洁、表达方式的直观、操作的简便、维护的简单都是自动化程序在编制之初就应该追求的目标。
参考文献：刘玠 等 《冶金过程自动化技术丛书》 冶金工业出版社 2006-11-01版
张雪峰 《高炉炼铁工艺及自动化技术的发展》 《科学时代》 2011年11期
车奎生 《矿石批重在高炉实际操作中的合理选择》 2011全国炼铁低碳技术研讨会
王维兴： 《高炉炼铁日常操作技术》 中国钢铁企业网
* 稍后学术顾问联系您
