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摘 要： 高爐上料速度和設備能力相關，但與不同設備的相關程度不同，更考驗的是關鍵設備的能力，在關鍵設備具備高爐上料速度要求指標的前提下，自動化編程過程中的思想和方法也大大影響整個系統對上料速度要求的響應程度，編程人員首先要清楚上料速度到底要多快才是合
摘要:高爐上料速度和設備能力相關，但與不同設備的相關程度不同，更考驗的是關鍵設備的能力，在關鍵設備具備高爐上料速度要求指標的前提下，自動化編程過程中的思想和方法也大大影響整個系統對上料速度要求的響應程度，編程人員首先要清楚上料速度到底要多快才是合理的，其次是怎樣才能快起來。雖然設備是連續的，但自動化編程主要考慮的是用“如何同時”去節約時間，清楚各個設備動作的時序是編程優化的基礎。
中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）
關鍵詞：上料速度； 編程優化；冶煉制度；時間片
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
助理工程師指符合國家相關規定，通過相關考試，和國家相關部門評審取得相應的任職資格的人員。
0 引言
冶金高爐生產過程中，經常聽到高爐工長對上料速度慢的抱怨，有的指責上料操作工操作不熟練，更多的指責自動化編程廠家技術不過關，目前高爐的自動化裝備水平基本上都實現了自動化上料，高爐的上料的快慢與自動化程序的編程思路有很大關系，但是基于對自動化專業的不了解，高爐工長又提不出程序的不合理所在。高爐上料速度的快慢與設備本身的能力、自動化編程設計都有直接的關系，本文結合影響高爐上料速度的關鍵設備環節重點論述在自動化編程設計過程中必須要考慮的時序問題以及合理的時序安排。自動化程序的編制者如果只著眼與高爐上料設備安全地按料制順序動作把料運到爐內，而不考慮各個設備動作所需的時間片，合理的安排時間片，很難滿足當前冶煉強度不斷加大，利用系數不斷提高對高爐上料系統速度不斷提高的這一現實需求。
1 高爐對上料速度的需求計算
一般在自動化系統設計聯絡環節，客戶很少明確要求高爐上料速度要達到什么樣的速度，也有個別客戶提出了上料速度要求，但并未對自動化編程人員提出合理的理論依據，甚至提出一個遠遠高于實際需求和設備能力的要求，反而讓自動化編程人員忽視了它的重要性，加上自動化專業對高爐冶煉工藝的認識達不到冶煉制度的認識高度，所以編制的程序往往著眼于設備的安全、料制的靈活等環節，甚至為了設備的安全增加一些不必要的延時環節，這就很容易造成在生產過程中上料速度達不到要求的情況。其實一個高爐在整體初步設計階段對上料速度就已經決定了，根據高爐的產能、入爐品位、利用系數等參數就可以大致推算出上料速度要求。現實情況是目前高爐的自動化系統設計往往都是委托自動化公司進行委托設計，如果自動化編程人員對上料速度這一指標缺乏認識，調試和生產過程中就會造成不必要的麻煩。下面以1080m3高爐為例對高爐上料速度的要求進行簡單的估算，計算結果其實就是自動化上料速度的基本要求：
比如1080m3高爐，利用系數2.9，燒結礦品位58%，礦批中少量品位較高的球團和生礦為計算簡便統一按燒結礦計算。
理論日出鐵量：1080m3 × 2.9t/m3 = 3132 t
理論日上料量：3132t×0.95 / (0.995*0.58) = 5155t (鐵水中含鐵比例95%，鐵元素進入鐵水的比例99.5)
按照高爐冶煉制度，高爐生產過程中礦批重量一般不會高于日出鐵量的1%，一般按照日產0.8~0.95%選擇礦批重，原燃料條件好、品位高、粉末少、高爐順行可選上限，相反則選下限。所以礦批按28噸考慮。
日上料批數：5155t / 28t/批 = 184批
每小時上料批數 184批 / 24 = 7.67批
通過上述計算可知，如果高爐要達到設計產量，以每小時7.67批的速度連續24小時不停的運轉才能將所需的原燃料運進高爐，在實際生產過程中，即便高爐順行，由于料線、頂溫、出渣、出鐵等原因都會對上料的連續性造成影響，也就是出現上料短時間停頓后再由上料系統“趕料線”的現象，這樣就無法達到理論上計算的日上料量，也無法達到日出鐵量目標，假如按照上料系統每天運行23小時的保守估計，那么上料速度至少應該是：
每小時上料批數 184批 / 23= 8 批
這就是自動化系統在編程設計階段必須要考慮、必須要滿足的上料速度要求。
2高爐上料程序設計的優化
在保證設備達到上料速度要求的前提下，自動化編程中主要需要優化設計的的內容就是在保證設備動作正確可靠的前提下，合理的安排系統中不同設備運行開始和結束的時間片，也就是說通過編程的優化設計，盡量讓其他設備在料坑放料和卷揚上行這一最長時間片內，合理安排其他設備時間片，不再占有寶貴的上料時間。下面分別針對不同設備進行編程時的時間片分配和以及達成優化設計的一些編程技巧進行論述。
2.1 振動篩
振動篩的動作時間片在編程過程中對時間片的優化壓力并不是太大，主要是因為高爐上料有十幾個倉，在料制排料過程中連續使用一個倉的概率較小，所以一般來說振料的速度對整個系統上料速度影響不大，但在編程過程中也需要考慮極端情況，假如出現料制中連續使用同一倉的情況，理論上振動篩的動作時間片應該小于等于物料全部落到轉運皮帶上稱量斗門關閉以后，物料經由轉運皮帶全部進入料坑的時間。由于每個倉離料坑距離相差懸殊，如果要求距離最近的倉也達到這一目標幾乎是不可能的，所以應該以處于中間位置的料倉為參考基點，至少保證中間位置的料倉振料速度滿足連續使用的要求。為了達到這一目標，除了在設備調試階段合理的調整振動篩角度外，在振動篩設備的編程設計中，應該用動態的停篩提前量去保證振料的準確性而不是用振篩下料慢去保證精度，這個動態的提前量一定是通過程序不斷跟蹤和修正的，原因在于即使一個倉存放的料種類沒有改變，振動篩角度沒有改變，但是料的粒度大小和粉狀物料的含量是有可能改變的。另一方面為保證進入高爐的物料稱量準確性，程序中必須加入自動補償程序，本次多篩或少篩的料在下次振料的過程中扣除或者補足，也就是所謂的單倉補償。
2.2稱量斗料門
打開稱量斗料門的觸發時機是某個料坑已經無料，料坑門已經關閉，關閉稱量斗料門的觸發時機是稱料斗無料，電子稱歸零位。稱料斗料門從打開到關閉這一時間片其實包括兩部分，稱量斗中的所有物料全部落到皮帶上的時間和料在皮帶上行走進入料坑的時間。后一個時間片和前面所述振動篩動作時間片是重合的，而整個稱量斗料門開關時間片和卷揚上行的時間片是重合的，也就是說稱量斗料門開關時間片是小于等于卷揚上行時間片的。為達到這一目標，在稱量斗料門調試過程中在不撒料的前提下，通過調整行程開關或接近開關的位置，盡可能開大料門，節約時間。從編程的的角度來說，盡量取消不必要的開關門延時時間，關門延時是常見的做法，它是為了解決料門關閉太快，物料落不凈導致卡料，稱量斗料門無法關閉的問題，在生產過程中確實存在這樣的問題，其原因在于電子稱信號有時在零點波動或者電子稱零點跟蹤功能的范圍值設定太大造成的，大部分情況原因在于后者，調試時應該引起注意合理設置。稱量斗料門卡料畢竟偶然性的，其發生的概率很低，用額外的延時去處理這一偶然事件從而拖慢每一倉的下料時間是得不償失的，在編程設計中只要加入重復關門程序即可解決這個問題，當料門一次關不上時，程序自動打開料門，到位后重新發出關指令，料門關閉后程序正常執行，反復幾次仍舊關不上，說明設備出現問題，轉入故障處理。這種方法是對特殊情況的特殊處理，不會在正常情況下犧牲上料時間。
2.3 料坑料門
料坑料門的相鄰兩個設備分別是前面的稱量斗料門和后面的卷揚設備，顯然這兩個設備和料坑放料是不具備同時動作的條件的，并且當料坑放料的時候，到達爐頂的小車也同時在進行向爐頂中間倉的放料過程，這兩個時間片的起始時刻是自然重合的，一般來講爐頂倒料完畢結束的要早一些。料坑料門動作時間片的長短完全取決于料坑門的大小，開始時刻也完全取決于上一設備的時間片結束，似乎在程序設計中已經沒有優化的空間，但是如果料坑沒有安裝電子稱作為放料是否完畢的參考，而使用時間延時作為依據的的話，自動化程序應該考慮到一批料中燒結礦和焦炭從料坑落入料車的時間是不同的，采用同樣的時間延時是不合理的，應該在程序中分別設置不同的延時時間，加快上料的速度。這在只有兩個料坑的系統中尤其重要，因為兩個料坑本身對料的暫存緩沖能力有限，而這一時間對上級稱量斗料門的動作和下一級料車卷揚的啟動都有直接影響，能在不知不覺間拖慢整個上料節奏。
2.4 爐頂中間倉放料
爐頂中間倉截料閥的動作和爐頂料罐的上密封閥聯系緊密，兩個設備打開時先開上密封閥再開截料閥，關閉時先關截料閥再關上密封閥，而上密封閥的動作又與放散閥緊密相關，開上密封閥前必須先開放散閥，當壓力和大氣壓力相同時，即可關放散閥同時打開上密封閥。由此可見放散閥開關、截料閥開關、上密封閥開關三個時間片是緊密銜接的，當一批料的焦批或礦批全部進入爐頂中間倉，該組時間片就可以開始了，而此時有可能料坑放料時間片正在進行（爐頂倒料相對較快），程序中沒有必要等待料坑放料時間片的結束，這是由于該組時間片的執行必須要在卷揚上行時間片結束之前完成，而且完成越早對上一級卷揚上行和下一級料罐的放料越有利，料車上行時中間倉是否完成放料的檢查點是為爐頂設備異常情況設置的，在正常的上料過程中不允許出現料車在檢查點等待中間倉動作結束在重新啟動的現象，畢竟重車在軌道的較高位置啟動對設備是不安全的。在程序編制過程中要特別注意，當礦批或焦批已經全部進入爐頂中間倉，而此時爐頂中間倉并沒有向料罐放料，說明此時爐頂對料的要求并不是特別緊迫，要讓卷揚重車留在坑底，即所謂的“壓坑”。在設備調試過程中，要合理的調整截料閥的開度，保證料流進入料罐的順暢和迅速，程序編制過程中減少不必要的延時時間，放散閥打開，儀表壓力數據接近大氣壓，立即打開上密封閥，同時關閉放散閥，上密封閥開到位，立即打開截料閥，料流全部進入料罐，立即關閉截料閥，關閉上密封閥，為接收卷揚料車中的料做好準備。上述設備的所有動作時間片之和必須小于爐頂倒料完成到卷揚小車到達中間倉放料檢查點這一是時間片。
2.5 爐頂料罐放料
爐頂料罐放料主要涉及探尺、下密封閥開關、均壓閥開關、節流閥開度、溜槽傾動角度、溜槽旋轉等設備動作，需要指出的是按目前常規的裝料制度，上述設備的動作時間片不是和卷揚上行的時間片必須重合，這是由于裝入料罐的料最少是兩車，而爐頂中間倉對料有緩沖存儲的作用，即便是料線特別低，急于趕料線的情況下，上述設備動作的時間片之和也是和卷揚上行兩次的時間片相對應，所以即使在多環布料情況下，打開均壓閥，打開下密封閥，關均壓閥，溜槽旋轉，溜槽傾角到位，料流閥開到一定角度，開始布料到布料完成，料流閥恢復零位，關閉上密封閥，探尺的動作和布料過程相關，布料前提尺，完成后放尺。這一系列設備動作的時間片分配壓力并不是很大，但從編程優化的角度來說，在開均壓閥的階段就可以同時將溜槽傾角調到第一環的角度，等待料流閥開到角度以節約時間。也就是說在編程過程中有節約時間、加快布料節奏的意識即可完成爐頂布料的時間目標。
3影響高爐上料速度的主要設備
首先來描述一下高爐上料的工藝過程，通過啟動槽下振動篩，料倉中的料進入稱料斗，到達設定值振篩停止，稱量斗備好料，按照料制程序本倉該放料，打開稱量斗料門，物料通過皮帶轉運進入料坑中間倉，皮帶上全部物料進入料坑中間倉后，打開料坑門，物料進入卷揚小車，物料全部進入卷揚料車，啟動卷揚，物料由卷揚料車拉到爐頂中間倉。如此反復，一批料的礦批或焦批（一般兩車）全部進入爐頂中間倉，打開爐頂料罐的放散閥，使料罐內的壓力和大氣壓力相同，打開料罐上密封閥，打開截料閥，一批料進入料罐，關閉放散閥，關閉上密封閥。當料線允許向爐內放料，提起探尺，打開料罐均壓閥，讓料罐內壓力和爐內壓力均衡，同時溜槽調整到設定的角度開始旋轉，打開下密封閥，節流閥開到設定的角度，料罐內的物料進入爐內，關閉均壓閥。如采用多環布料，累計溜槽在當前角度的圈數并調整溜槽角度，直到設定的布料圈數完成，節流閥關閉，關閉下密封閥，放下探尺。一批料下料完成。
通過工藝過程我們看到高爐上料涉及的設備較多，似乎每臺設備的能力和速度都會影響整個上料時間，其實通過對工藝過程的仔細分析，我們就可以得出結論，每臺設備的能力和速度對整個上料速度的影響程度是不同的，因為上料過程不是一個設備順序動作的工藝過程，除互相銜接的兩臺設備不能同時動作外，很多設備是可以同時動作的，比如只要稱量料斗沒料，稱量斗料門關閉，振篩就可以啟動備料。爐頂料罐向爐內布料時，只要中間倉截料閥關閉并不影響槽下卷揚將下一批料運上爐頂。如果把每個設備的動作時間化成獨立的時間片，我們就會發現，系統中兩個相鄰的、時間片相加最長的設備動作時間就是影響整個系統速度的關鍵，所涉及的設備即為影響系統上料速度的關鍵設備，這兩臺設備就是地坑料門和卷揚。
我們以1080m3高爐為例來驗證一下，一般1080m3高爐卷揚從料坑到爐頂需要65秒左右，料坑中的料進入卷揚需要45秒左右，兩個設備不能同時動作，所以一車料到爐頂的時間不會少于110秒，而要完成每小時8批料的要求，每車料必須保證的時間必須小于：
60*60/8/4=112
由此可見上料速度的決定性因素就在卷揚和料坑門，如果只是為防止撒料而不斷改小料門，為了卷揚的絕對安全一味降低卷揚速度的做法是不科學的，至少應該是在保證該設備達到設計能力的前提下去考慮，如果確實存在料坑撒料的現象，首先考慮的方法是調整料坑溜嘴角度的合理性和料車定位的準確性而不是改變料門大小，對于卷揚安全來說應該是保證其運載能力達到設計要求的前提下，通過保證主令位置的準確 性、松繩保護的可靠性、低速檢查和飛車保護等功能的實用性和可靠性保證料車安全。
4 結束語
高爐上料工藝過程涉及的設備較多，提高高爐上料速度，設備能力必須有保證，這在每臺設備進行調試的時候都要有保障上料速度的思想意識，正是由于設備多也給自動化系統的編程優化留有很大的空間，一個好的上料自動化程序不僅僅是設備安全可靠，系統運行穩定的程序，還應該是能夠保證上料速度，具備故障檢測和應對措施，和冶煉制度和生產工藝緊密結合起來的程序，程序語法的簡潔、表達方式的直觀、操作的簡便、維護的簡單都是自動化程序在編制之初就應該追求的目標。
參考文獻：劉玠 等 《冶金過程自動化技術叢書》 冶金工業出版社 2006-11-01版
張雪峰 《高爐煉鐵工藝及自動化技術的發展》 《科學時代》 2011年11期
車奎生 《礦石批重在高爐實際操作中的合理選擇》 2011全國煉鐵低碳技術研討會
王維興： 《高爐煉鐵日常操作技術》 中國鋼鐵企業網
