陳洪

摘 要：近年來，伴隨著高爐煉鐵工業(yè)裝備技術(shù)、生產(chǎn)流程和操作工藝的不斷進(jìn)步，高爐煉鐵工業(yè)在國產(chǎn)化、長壽化、自動化等的方向發(fā)展的技術(shù)進(jìn)步創(chuàng)新成果顯著。針對高爐延長一代爐齡壽命的整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)程展開有效的過程監(jiān)控以及趨勢預(yù)報(bào)將是行業(yè)發(fā)展的主要方向。在此，本文將針對與高爐爐齡相關(guān)檢測的自動化儀表現(xiàn)狀、發(fā)展方向和典型應(yīng)用進(jìn)行簡要探討。

關(guān)鍵詞：高爐；爐齡；自動化；儀表

前言

近十幾年來，我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，基建項(xiàng)目規(guī)模巨大，導(dǎo)致鋼鐵需求旺盛。由此使得鋼鐵行業(yè)產(chǎn)能急速膨脹，使得是近三年來行業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，導(dǎo)致我國冶金企業(yè)所面臨的競爭沖擊愈發(fā)激烈。對于特大型高爐，由于其建設(shè)投資巨大，單日產(chǎn)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(shù)在高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展進(jìn)程當(dāng)中占據(jù)較為重要的應(yīng)用位置，需努力強(qiáng)化儀表技術(shù)創(chuàng)新，提升自動化技術(shù)，促進(jìn)高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定、高效和節(jié)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(yè)中的使用日益成熟可靠，但卻依舊存在有不足，主要體現(xiàn)如維護(hù)管理不到位導(dǎo)致自動化儀表使用壽命縮短，部分關(guān)鍵的儀表設(shè)備國產(chǎn)化水平不高，缺乏系統(tǒng)性的自動化儀表數(shù)據(jù)采集、挖掘和分析機(jī)制用于指導(dǎo)工藝操作和生產(chǎn)的進(jìn)步優(yōu)化提升，特別是專家系統(tǒng)對于儀表配置和數(shù)據(jù)模型分析應(yīng)用要求極高。

基于此，我國相關(guān)煉鐵企業(yè)愈發(fā)重視對自動化儀表的使用與管理，加強(qiáng)對相關(guān)技術(shù)人員的培養(yǎng)，引進(jìn)、消化和創(chuàng)新關(guān)鍵儀表設(shè)備。經(jīng)過不懈的努力，近幾年很多企業(yè)獲得了可喜的成績，從自動化儀表的有效應(yīng)用中取得了可觀的效益。

1.1 工程界就自動化儀表發(fā)展的較高期望

冶金行業(yè)進(jìn)過近十年的高速建設(shè)和發(fā)展，大量的專業(yè)冶金工程技術(shù)公司跟外國先進(jìn)企業(yè)之間開展了廣泛和升入的合作。對于冶金工業(yè)自動化儀表而言，國內(nèi)很多工程公司的設(shè)計(jì)專家以及科技院校的學(xué)者分別從工程應(yīng)用和學(xué)術(shù)理論的角度出發(fā)，針對高爐煉鐵的自動化儀表引進(jìn)吸收、裝備發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新等，取得了大量的可喜成果。如用于爐體熱負(fù)荷的數(shù)字溫度傳感器和模型、熱成像儀和高爐專家系統(tǒng)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(yè)自身技術(shù)進(jìn)步的創(chuàng)新熱情

面對嚴(yán)重產(chǎn)能過剩以及激烈的市場競爭，冶金企業(yè)如何降本增效成為企業(yè)發(fā)展的關(guān)注重點(diǎn)和取得競爭優(yōu)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(chǎn)作業(yè)率、降低設(shè)備故障率以及提升原燃料效率成為降本增效的關(guān)鍵因素。因此，各大高爐煉鐵企業(yè)投入大量的資金和人員來研究有助于延長爐齡、提高生產(chǎn)效率和設(shè)備使用時(shí)間的技術(shù)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(yè)對于大型高爐的自動化儀表投入配置和技術(shù)創(chuàng)新均予以極大支持，以期從自動化儀表技術(shù)進(jìn)度從得到可觀效益回報(bào)。

2 大型高爐中自動化儀表的應(yīng)用淺析

爐缸侵蝕檢測、風(fēng)口破損檢測、爐內(nèi)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(tǒng)應(yīng)用的幾個(gè)主要方面內(nèi)容。

2.1 爐缸侵蝕檢測

爐缸侵蝕的及時(shí)診斷和維護(hù)是實(shí)現(xiàn)高爐爐缸長壽的關(guān)鍵措施之一。而為保證爐缸侵蝕的及時(shí)診斷，爐缸侵蝕熱電偶的布置方案和使用壽命成為關(guān)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(tǒng)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(fā)生再結(jié)晶等現(xiàn)象，無法滿足高爐復(fù)雜工況及上時(shí)間檢測要求。因此國產(chǎn)新型產(chǎn)品創(chuàng)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(nèi)轉(zhuǎn)外，在負(fù)極增加溶質(zhì)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(wěn)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(fēng)口破損檢測系統(tǒng)

風(fēng)口是高爐煉鐵的基本工藝設(shè)備，其壽命長短直接影響高爐的順行和產(chǎn)量。風(fēng)口一旦破損，將給高爐生產(chǎn)帶來極大損失。因此及時(shí)、可靠的檢測風(fēng)口損壞狀態(tài)是非常重要的。檢測風(fēng)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(jì)檢測風(fēng)口進(jìn)出水流量差來判斷風(fēng)口狀況以判斷是否破損。通過選用高精度電磁流量計(jì)，采用同向誤差標(biāo)定以減小測量誤差。另外，通過選用總線接口取代傳統(tǒng)的電流輸出信號，可提供輸出信號的精度。由此，依靠風(fēng)口冷卻水進(jìn)出水流量檢測電磁流量計(jì)組成一套可靠的風(fēng)口破損檢測系統(tǒng)。但長期使用電磁流量計(jì)會造成由于水垢污染等等因素發(fā)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(bǔ)正系統(tǒng)，采用補(bǔ)正運(yùn)算單元定期將之前貯存的多個(gè)測量值的平均值計(jì)算出來，將其跟后測得相關(guān)值展開比較，判斷是出現(xiàn)漏水還是漂移問題，若為漂移狀況則應(yīng)該及時(shí)采取補(bǔ)正措施。

2.3 爐內(nèi)靜壓檢測系統(tǒng)

高爐爐內(nèi)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(jù)，對于高爐的長壽化操作具有重要指導(dǎo)意義。爐內(nèi)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(guān)鍵為恒流吹掃控制器，其對測量精度起到?jīng)Q定性作用。另外，在儀表投運(yùn)調(diào)試時(shí)，需要注意吹掃氣流量的整定，整定過大導(dǎo)致耗氣量增加，整定過小導(dǎo)致吹掃壓力降低，取壓口容易被爐內(nèi)的雜質(zhì)堵塞。

2.4 爐內(nèi)氣體分析儀表

高爐煤氣成分分析對于提高煉鐵產(chǎn)量，降低原材料消耗以及提高生鐵質(zhì)量具有重要指導(dǎo)意義。因此高爐煤氣分析儀表對于高爐的降本增效占據(jù)重要地位。常規(guī)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(yōu)先考慮采用氣相色譜儀檢測，其具有檢測精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)考慮到高爐煤氣含塵大，濕度高，分析儀表的預(yù)處理裝置性能需要特別注意。另外，對于分析儀表的取樣點(diǎn)，宜優(yōu)先考慮設(shè)置在高爐煤氣除塵和減壓閥組后的凈煤氣管道上，因?yàn)檫@一位置高爐煤氣壓力進(jìn)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(yù)處理裝置的凈化要求和后期的日常維護(hù)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(jié)果，對于高爐操作判斷煤氣流分布和控制高爐冶煉進(jìn)程具有重要指導(dǎo)作用。但是作為一個(gè)密閉容器，高爐內(nèi)部情況是無法直觀獲取的，必須借助額外工具進(jìn)行料面判斷。通過對料面的溫度場進(jìn)行外紅成像的方式構(gòu)成的高爐料位紅外攝像系統(tǒng)已經(jīng)在國內(nèi)的高爐中普遍使用。由于高爐爐況非常復(fù)雜，傳統(tǒng)的料面紅外攝像采用單一靜態(tài)閥值進(jìn)行圖像分割，無法獲取理想的料面結(jié)果。而新近出現(xiàn)的利用料面圖像的特征分析、多源信息采集和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通過對圖像溫度場的動態(tài)分割，結(jié)合十字測溫?cái)?shù)據(jù)，利用免疫遺傳算法和模糊熵的方法對圖上進(jìn)行有效分割，取得了較為理想的成像效果。

3 結(jié)束語

綜上，高爐的長壽化和精細(xì)化操作需要綜合運(yùn)用各種在線檢測儀表設(shè)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(yīng)用。但是，現(xiàn)階段還是有部分關(guān)鍵儀表的工程應(yīng)用并不十分理想，還需要各界的不斷努力以強(qiáng)化自動化儀表技術(shù)的創(chuàng)新建設(shè)與應(yīng)用，在推動我國冶金行業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和節(jié)能環(huán)保方面，發(fā)揮更大作用。

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