李 平 陳典舉 王海龍 丁 峪

酒鋼5號(hào)高爐優(yōu)化升級(jí)新技術(shù)的應(yīng)用

李 平 陳典舉 王海龍 丁 峪

文章概括了酒鋼本部5號(hào)高爐四新技術(shù)引進(jìn)及應(yīng)用情況，闡述了新技術(shù)對(duì)提高設(shè)備裝備水平、增強(qiáng)監(jiān)控能力及指導(dǎo)高爐生產(chǎn)的重要性。

四新技術(shù) 應(yīng)用 裝備水平 監(jiān)控

1.概述

酒鋼煉鐵廠5號(hào)高爐于2009年5月投產(chǎn)。由于連續(xù)多年的高強(qiáng)度冶煉生產(chǎn)，5號(hào)高爐爐體穩(wěn)定性不好，嚴(yán)重影響安全生產(chǎn)，于2016年年底停爐進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。酒鋼利用本次高爐優(yōu)化升級(jí)項(xiàng)目，引進(jìn)了多項(xiàng)“四新”技術(shù)，成功把高爐監(jiān)控、監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用到了高爐一線。

2.四新技術(shù)應(yīng)用

2.1 引進(jìn)ACS880四象限變頻器

高爐卷?yè)P(yáng)機(jī)承擔(dān)著高爐上料的重要任務(wù)，要求有高度運(yùn)行可靠性和不間斷運(yùn)行的特點(diǎn)。早期的高爐設(shè)計(jì)一般采用直流電機(jī)，隨著變頻技術(shù)的發(fā)展，目前的高爐卷?yè)P(yáng)設(shè)計(jì)已普遍采用變頻器控制的交流異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。5號(hào)高爐卷?yè)P(yáng)在改造之前采用的是兩象限變頻器，采用制動(dòng)單元+制動(dòng)電阻的能耗制動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的四象限運(yùn)行。其主要缺陷有制動(dòng)電阻體積較大且發(fā)熱嚴(yán)重，在運(yùn)行過(guò)程中頻繁出現(xiàn)變頻器主控板故障，影響高爐正常生產(chǎn)。近年來(lái)，采用主動(dòng)前端整流（AFE）的四象限變頻器日趨成熟，主要特點(diǎn)為傳動(dòng)系統(tǒng)主回路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有能量回饋功能，運(yùn)行可靠性明顯提高，占地面積大大降低。

高爐卷?yè)P(yáng)設(shè)備因其對(duì)于高爐生產(chǎn)的重要性，要求具備高度可靠性。同時(shí)，為了保證卷?yè)P(yáng)機(jī)不因控制系統(tǒng)故障而停機(jī)，需要配置兩臺(tái)傳動(dòng)設(shè)備，互為備用。

2.2 引進(jìn)無(wú)源核子料位計(jì)

無(wú)源核子料位計(jì)是一種被動(dòng)測(cè)量?jī)x器，不需要人工放射源，在儀器測(cè)量范圍內(nèi)、當(dāng)物料數(shù)量發(fā)生變化時(shí)、射線強(qiáng)度的變化、判斷物料是否達(dá)到測(cè)量位置。安全可靠；不接觸被測(cè)物料；不需要在本體上開(kāi)孔，不影響本體的氣密性；沒(méi)有磨損，無(wú)探頭掛料問(wèn)題；不受灰的溫度影響；無(wú)線遙控，在任何位置可以讀取、設(shè)置參數(shù)；體積小、重量輕，便于安裝，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。

有源核子料位計(jì)是利用人工處理的137Cs、60Co等放射性物質(zhì)作為放射源，是一種主動(dòng)測(cè)量。當(dāng)物料達(dá)到放射源所在位置時(shí)，射線收到物料阻擋與吸收，接收器根據(jù)射線強(qiáng)度的變化，判斷物料是否達(dá)到測(cè)量位置。

2.3 引進(jìn)爐頂紅外熱成像系統(tǒng)

利用紅外成像原理，實(shí)時(shí)成像高爐爐內(nèi)情況，三維彩色成像，畫(huà)面直觀準(zhǔn)確。爐頂高清夜視熱成像系統(tǒng)是通過(guò)國(guó)際先進(jìn)的微型高清紅外熱像儀實(shí)時(shí)接收視場(chǎng)范圍內(nèi)目標(biāo)物體的紅外線，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)軟件實(shí)時(shí)顯示視場(chǎng)范圍內(nèi)每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的溫度，再現(xiàn)爐喉及上方的紅外視頻圖像。該系統(tǒng)提供兩路視頻信號(hào)，一路送至工控機(jī)，另一路送至高爐主控室大屏幕上。

為保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，該系統(tǒng)采用了先進(jìn)的水冷裝置、氮?dú)饫鋮s裝置、氮?dú)獯祾哐b置、自動(dòng)刮掃裝置、異常情況自動(dòng)退出機(jī)構(gòu)等安全防護(hù)技術(shù)和防護(hù)措施。

高爐工長(zhǎng)通過(guò)該系統(tǒng)在有無(wú)可見(jiàn)光的情況下均可實(shí)時(shí)觀察爐喉及上方的視頻圖像，掌握溜槽的形狀、襯板的形狀、溜槽的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、溜槽下料情況；同時(shí)，可實(shí)時(shí)查看視場(chǎng)范圍內(nèi)每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的溫度，掌握中心氣流位置和強(qiáng)弱、邊緣氣流強(qiáng)弱、有無(wú)煤氣管道等情況。

2.4 卸料小車刻度標(biāo)尺定位系統(tǒng)

高爐礦槽卸料系統(tǒng)承擔(dān)著為鐵廠高爐提供燒結(jié)礦、球團(tuán)礦、塊礦和焦炭的重任，分別由礦槽頂部的2臺(tái)小車來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的布料作業(yè)。目前高爐礦槽加槽作業(yè)仍然通過(guò)人工現(xiàn)場(chǎng)跟隨卸料車移動(dòng)的方式操作卸料車、用手電筒查看料位的作業(yè)模式。由于現(xiàn)場(chǎng)粉塵極大，惡劣的環(huán)境不僅影響小車對(duì)位精度，容易造成錯(cuò)料、混料、漫料等事故，而且對(duì)頻繁在現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)的職工也存在職業(yè)健康危害，對(duì)工人身體健康在一定程度會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)損傷；其次操作工隨著操作箱移動(dòng)也存在一定的安全隱患；這種落后的操作方式也影響工作效率。

通過(guò)引進(jìn)刻度標(biāo)尺定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)卸料車的位置精確檢測(cè)，在料倉(cāng)頂部安裝料位計(jì)實(shí)時(shí)檢測(cè)料倉(cāng)料位。將卸料小車的實(shí)時(shí)位置信息和料倉(cāng)料位傳送到系統(tǒng)PLC，再到上位機(jī)，主控操作人員或崗位人員通過(guò)上位機(jī)時(shí)刻掌握卸料小車的具體位置和每個(gè)料倉(cāng)的倉(cāng)容情況（結(jié)合料位計(jì)），通過(guò)工業(yè)無(wú)線通訊模塊來(lái)控制卸料小車運(yùn)行。通過(guò)刻度標(biāo)尺精確定位系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的協(xié)同工作，可以實(shí)現(xiàn)卸料小車行走位置準(zhǔn)確可靠，將皮帶機(jī)上的料卸在指定的料倉(cāng)中，防止偏離卸料口，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)或多點(diǎn)布料，滿足卸料需求。

2.5 熱風(fēng)爐自動(dòng)燒爐系統(tǒng)

原高爐熱風(fēng)爐系統(tǒng)控制方式為手動(dòng)控制，使用固定煤氣調(diào)空氣方式手動(dòng)燒爐，各個(gè)控制環(huán)節(jié)未實(shí)現(xiàn)完善閉環(huán)控制，導(dǎo)致能耗較高，自動(dòng)化程度較低，有較大改善空間。

本次5號(hào)高爐優(yōu)化升級(jí)引進(jìn)了熱風(fēng)爐自動(dòng)燒爐系統(tǒng)，該系統(tǒng)除接入常規(guī)傳感器信號(hào)外，還將煙道殘氧、煙道排煙溫度及環(huán)境溫濕度等信號(hào)引入系統(tǒng)運(yùn)算并形成完善的閉環(huán)控制，同時(shí)系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)管理實(shí)現(xiàn)對(duì)熱風(fēng)爐爐況的自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)能力，能最大限度減小煤氣壓力變化、換爐過(guò)程中煤氣注入量驟變等突發(fā)狀況造成的爐況波動(dòng)，真正實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化燒爐，能較大幅度減少煤氣消耗、提高熱風(fēng)爐自動(dòng)控制水平。

自動(dòng)燒爐優(yōu)點(diǎn)：自動(dòng)控制燒制過(guò)程，實(shí)時(shí)修正燒制曲線依據(jù)溫升趨勢(shì)自動(dòng)調(diào)整/平衡燃料消耗；運(yùn)行環(huán)境異動(dòng)分析、報(bào)警、并按照異動(dòng)規(guī)則動(dòng)調(diào)整氣體輸送；修正燒制規(guī)則；以溫度目標(biāo)自動(dòng)生成最佳燒制規(guī)則；系統(tǒng)健康狀態(tài)分析；多模塊處理燒制規(guī)則，降低溫度波動(dòng)；燃燒與尾氣的平衡處理，降低燃料消耗。

單位熱風(fēng)煤氣消耗量不增加的情況下，平均風(fēng)溫提高15℃；或同等風(fēng)溫的情況下，節(jié)約煤氣5%”的指標(biāo)，二者只要實(shí)現(xiàn)其一或折算后實(shí)現(xiàn)其一（折算規(guī)則：節(jié)約1%煤氣量相當(dāng)于提高3℃風(fēng)溫，同樣提高3℃風(fēng)溫相當(dāng)于節(jié)約1%煤氣量）

效益分析：

15℃風(fēng)溫=1.2kg焦比

年節(jié)降低焦比=1.2/1000×700×50萬(wàn)=420000萬(wàn)元

2.6 爐體整體監(jiān)控、預(yù)警系統(tǒng)

2.6.1 建立爐底爐缸侵蝕數(shù)學(xué)模型

根據(jù)本高爐的爐底爐缸碳磚砌筑圖，依據(jù)冶金傳輸原理、爐底爐缸侵蝕模型和熱電偶優(yōu)化布置理論，將本高爐爐底爐缸劃分為8個(gè)縱剖面，共布置測(cè)溫點(diǎn)160個(gè)，上下層測(cè)溫點(diǎn)在圓周方向交錯(cuò)22.5°。電偶選擇爐底爐缸專用熱電偶，可長(zhǎng)期在1100℃以下的溫度環(huán)境內(nèi)穩(wěn)定工作，短時(shí)間內(nèi)可承受1200℃的高溫；采取了特殊熱處理工藝，使熱電偶具有良好的抗拉伸、抗彎曲、抗剪切性能，至少可承受10次150°的彎曲。

2.6.2 冷卻壁水溫差熱負(fù)荷在線監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

本系統(tǒng)由冷卻水溫度采集設(shè)備（包括溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器及配套設(shè)備和線纜等）、冷卻水流量采集設(shè)備（包括電磁流量計(jì)、流量采集模塊、協(xié)議轉(zhuǎn)換器及配套設(shè)備和線纜等）、通訊機(jī)以及數(shù)學(xué)模型和應(yīng)用軟件組成。共計(jì)安裝測(cè)溫點(diǎn)86點(diǎn)，流量計(jì)22臺(tái)。選用用精度為±0.025℃的高精度數(shù)字溫度傳感器?？紤]高爐現(xiàn)場(chǎng)惡劣的工作環(huán)境，要求溫度傳感器的防護(hù)等級(jí)≥IP67。

2.6.3 風(fēng)口成像系統(tǒng)

由風(fēng)口攝像機(jī)、風(fēng)口尾線、電源適配器、配電集線箱、視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)、工控機(jī)以及配套線纜和冷卻設(shè)施構(gòu)成。14套風(fēng)口共安裝14套風(fēng)口攝像機(jī)。拆、裝簡(jiǎn)單，維護(hù)量小，視頻清晰

2.6.4 風(fēng)口檢漏系統(tǒng)

對(duì)風(fēng)口冷卻水的溫度和流量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集并分析監(jiān)控，風(fēng)口發(fā)生泄漏損壞及時(shí)報(bào)警提醒崗位。選用彎管流量傳感器，檢測(cè)精度高，抗干擾能力強(qiáng)。

3.結(jié)語(yǔ)

通過(guò)四新技術(shù)引進(jìn)，增強(qiáng)了高爐監(jiān)控手段，對(duì)高爐爐內(nèi)、冷卻水、風(fēng)口及冷卻壁等提供清晰的監(jiān)控畫(huà)面，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了設(shè)備穩(wěn)定性。較5號(hào)高爐優(yōu)化升級(jí)之前設(shè)備裝備水平提高了一個(gè)臺(tái)階。

[1]董寶利，《濟(jì)鋼3200m3高爐集成環(huán)保新技術(shù)的 設(shè)計(jì)研究及應(yīng)用》第十四屆全國(guó)大高爐煉鐵學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2004年5月

[2]宋劍，《攀鋼1#高爐第四代爐齡投產(chǎn)一年回顧》 四川冶金，2004年12月

（作者單位：甘肅酒鋼集團(tuán)宏興股份有限公司煉鐵廠）