淺析反映高爐爐況和利于延長爐齡的儀表應用

陳洪

摘 要：近年來，伴隨著高爐煉鐵工業裝備技術、生產流程和操作工藝的不斷進步，高爐煉鐵工業在國產化、長壽化、自動化等的方向發展的技術進步創新成果顯著。針對高爐延長一代爐齡壽命的整個生產進程展開有效的過程監控以及趨勢預報將是行業發展的主要方向。在此，本文將針對與高爐爐齡相關檢測的自動化儀表現狀、發展方向和典型應用進行簡要探討。

關鍵詞：高爐；爐齡；自動化；儀表

前言

近十幾年來，我國經濟飛速發展，基建項目規模巨大，導致鋼鐵需求旺盛。由此使得鋼鐵行業產能急速膨脹，使得是近三年來行業產能嚴重過剩，導致我國冶金企業所面臨的競爭沖擊愈發激烈。對于特大型高爐，由于其建設投資巨大，單日產量高，如何延長一代爐齡成為各煉鐵廠降低成本提升效益的重要手段。目前，自動化儀表技術在高爐煉鐵技術發展進程當中占據較為重要的應用位置，需努力強化儀表技術創新，提升自動化技術，促進高爐生產的穩定、高效和節能。

1 簡析高爐自動化儀表

雖然目前自動化儀表在冶金行業中的使用日益成熟可靠，但卻依舊存在有不足，主要體現如維護管理不到位導致自動化儀表使用壽命縮短，部分關鍵的儀表設備國產化水平不高，缺乏系統性的自動化儀表數據采集、挖掘和分析機制用于指導工藝操作和生產的進步優化提升，特別是專家系統對于儀表配置和數據模型分析應用要求極高。

基于此，我國相關煉鐵企業愈發重視對自動化儀表的使用與管理，加強對相關技術人員的培養，引進、消化和創新關鍵儀表設備。經過不懈的努力，近幾年很多企業獲得了可喜的成績，從自動化儀表的有效應用中取得了可觀的效益。

1.1 工程界就自動化儀表發展的較高期望

冶金行業進過近十年的高速建設和發展，大量的專業冶金工程技術公司跟外國先進企業之間開展了廣泛和升入的合作。對于冶金工業自動化儀表而言，國內很多工程公司的設計專家以及科技院校的學者分別從工程應用和學術理論的角度出發，針對高爐煉鐵的自動化儀表引進吸收、裝備發展和技術創新等，取得了大量的可喜成果。如用于爐體熱負荷的數字溫度傳感器和模型、熱成像儀和高爐專家系統模型等一系列成果，為高爐一代爐齡的長壽化和精確操作起到了極大的推動作用。

1.2 企業自身技術進步的創新熱情

面對嚴重產能過剩以及激烈的市場競爭，冶金企業如何降本增效成為企業發展的關注重點和取得競爭優勢的首要因素。針對高爐煉鐵，確保高爐順行，延長一代爐齡，提升生產作業率、降低設備故障率以及提升原燃料效率成為降本增效的關鍵因素。因此，各大高爐煉鐵企業投入大量的資金和人員來研究有助于延長爐齡、提高生產效率和設備使用時間的技術和裝備上，而自動化儀表在其中占居重要位置。所以各大企業對于大型高爐的自動化儀表投入配置和技術創新均予以極大支持，以期從自動化儀表技術進度從得到可觀效益回報。

2 大型高爐中自動化儀表的應用淺析

爐缸侵蝕檢測、風口破損檢測、爐內氣體分析、爐身靜壓檢測、爐頂料面紅外成像儀等自動化儀表是高爐爐體儀表系統應用的幾個主要方面內容。

2.1 爐缸侵蝕檢測

爐缸侵蝕的及時診斷和維護是實現高爐爐缸長壽的關鍵措施之一。而為保證爐缸侵蝕的及時診斷，爐缸侵蝕熱電偶的布置方案和使用壽命成為關鍵因素。熱電偶的壽命必須滿足高爐一代爐齡的需求。因此，傳統的熱電偶絲受限于還原性氣氛或金屬蒸汽以及高溫下易發生再結晶等現象，無法滿足高爐復雜工況及上時間檢測要求。因此國產新型產品創新新工藝，通過在K分度熱電偶絲正極添加Cr、Si等使鎳合金氧化模式由內轉外，在負極增加溶質元素Mg和Si，使金屬與氧化物間的鈍化膜更加致密。最終使得熱電偶的熱電勢穩定性更好，極大提高了爐體熱電偶的使用壽命，以滿足一代爐齡的使用要求。

2.2 風口破損檢測系統

風口是高爐煉鐵的基本工藝設備，其壽命長短直接影響高爐的順行和產量。風口一旦破損，將給高爐生產帶來極大損失。因此及時、可靠的檢測風口損壞狀態是非常重要的。檢測風口破損的方式有很多種，目前主流和可靠的方法是通過電磁流量計檢測風口進出水流量差來判斷風口狀況以判斷是否破損。通過選用高精度電磁流量計，采用同向誤差標定以減小測量誤差。另外，通過選用總線接口取代傳統的電流輸出信號，可提供輸出信號的精度。由此，依靠風口冷卻水進出水流量檢測電磁流量計組成一套可靠的風口破損檢測系統。但長期使用電磁流量計會造成由于水垢污染等等因素發生漂移狀況，使得正常的測量工作受到直接影響，為此需在儀表上整定漂移補正系統，采用補正運算單元定期將之前貯存的多個測量值的平均值計算出來，將其跟后測得相關值展開比較，判斷是出現漏水還是漂移問題，若為漂移狀況則應該及時采取補正措施。

2.3 爐內靜壓檢測系統

高爐爐內靜壓檢測作為判斷高爐圓周橫縱向氣流分布、爐溫和綜合焦比變化以及高爐操作爐型的重要依據，對于高爐的長壽化操作具有重要指導意義。爐內靜壓檢測裝置基本組成包括一臺高精度壓力變送器，一臺高精度恒流吹掃控制器，吹掃氣控制閥以及取樣管路組成。其關鍵為恒流吹掃控制器，其對測量精度起到決定性作用。另外，在儀表投運調試時，需要注意吹掃氣流量的整定，整定過大導致耗氣量增加，整定過小導致吹掃壓力降低，取壓口容易被爐內的雜質堵塞。

2.4 爐內氣體分析儀表

高爐煤氣成分分析對于提高煉鐵產量，降低原材料消耗以及提高生鐵質量具有重要指導意義。因此高爐煤氣分析儀表對于高爐的降本增效占據重要地位。常規高爐煤氣一般為測量CO、CO2、H2和CH4等典型成分，對于這種多組分的分成分析，宜優先考慮采用氣相色譜儀檢測，其具有檢測精度高、重復性好等優點。同時考慮到高爐煤氣含塵大，濕度高，分析儀表的預處理裝置性能需要特別注意。另外，對于分析儀表的取樣點，宜優先考慮設置在高爐煤氣除塵和減壓閥組后的凈煤氣管道上，因為這一位置高爐煤氣壓力進過凈化和減壓后，成為低壓干凈的煤氣，可降低對于分析儀表的預處理裝置的凈化要求和后期的日常維護工作量。

2.5 爐頂料面紅外成像儀

高爐料面作為上升煤氣流和下降爐料的相互作用結果，對于高爐操作判斷煤氣流分布和控制高爐冶煉進程具有重要指導作用。但是作為一個密閉容器，高爐內部情況是無法直觀獲取的，必須借助額外工具進行料面判斷。通過對料面的溫度場進行外紅成像的方式構成的高爐料位紅外攝像系統已經在國內的高爐中普遍使用。由于高爐爐況非常復雜，傳統的料面紅外攝像采用單一靜態閥值進行圖像分割，無法獲取理想的料面結果。而新近出現的利用料面圖像的特征分析、多源信息采集和生產經驗，通過對圖像溫度場的動態分割，結合十字測溫數據，利用免疫遺傳算法和模糊熵的方法對圖上進行有效分割，取得了較為理想的成像效果。

3 結束語

綜上，高爐的長壽化和精細化操作需要綜合運用各種在線檢測儀表設備，特別是高爐爐況檢測和如何保證高爐順行以有效延長一代爐齡都離不開自動化儀表的有效應用。但是，現階段還是有部分關鍵儀表的工程應用并不十分理想，還需要各界的不斷努力以強化自動化儀表技術的創新建設與應用，在推動我國冶金行業的技術創新和節能環保方面，發揮更大作用。

參考文獻

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