曹金坤

（山信軟件股份有限公司萊蕪分公司，山東 濟(jì)南 271104）

自動(dòng)化儀表與高爐構(gòu)成一個(gè)不可分割的整體，除了檢測(cè)一些常規(guī)項(xiàng)目，自動(dòng)化儀表還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)異常的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，終端操作人員可以根據(jù)傳感器反饋的數(shù)據(jù)信息，第一時(shí)間做出應(yīng)急響應(yīng)，進(jìn)而為高爐檢修爭(zhēng)取大量的時(shí)間。因此可以說，自動(dòng)化儀表在高爐生產(chǎn)當(dāng)中，扮演著監(jiān)督檢查的角色，對(duì)提高生產(chǎn)效率，保障鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升都起到積極的促進(jìn)作用。

1 配備自動(dòng)化儀表的重要性分析

之所以配備多種不同類型的儀表，取決于高爐煉鐵的特點(diǎn)，主要包括以下幾方面內(nèi)容：第一，由于近年來，國(guó)家大力提倡節(jié)能環(huán)保，尤其對(duì)鋼鐵企業(yè)來說，在生產(chǎn)過程中將消耗大量的電力能源，同時(shí)，產(chǎn)生的廢棄殘?jiān)蛘邚U氣排放到大氣當(dāng)中，勢(shì)必給自然生態(tài)環(huán)境造成惡劣影響。第二，由于高爐生產(chǎn)全過程始終處于密閉狀態(tài)，高爐內(nèi)部的運(yùn)轉(zhuǎn)情況難以從表象觀察出來。第三，對(duì)于大型鋼鐵企業(yè)來說，由于單位時(shí)間內(nèi)鋼產(chǎn)品產(chǎn)量高，生產(chǎn)規(guī)模大，很多工序容易交織在一起，進(jìn)而埋下重大的安全隱患[1]。第四，高爐煉鐵生產(chǎn)過程具有連續(xù)性、連貫性，一旦中途停止生產(chǎn)，將給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，因此，需要對(duì)生產(chǎn)全過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。第五，高爐內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)類型多樣，影響高爐正常運(yùn)轉(zhuǎn)的因素較多，在這種情況之下，能夠準(zhǔn)確獲取高爐運(yùn)轉(zhuǎn)的各項(xiàng)信息就顯的難上加難。為確保正常的生產(chǎn)流程不受影響，降低能源消耗，延長(zhǎng)高爐使用壽命，高爐設(shè)備必須配備監(jiān)測(cè)溫度、流量、壓力、料位、重量等參數(shù)的自動(dòng)化儀表，對(duì)生產(chǎn)全過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，并對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，制訂可行性處置方案，最終達(dá)到提質(zhì)、增效、降耗的目的。

2 自動(dòng)化儀表類型

2.1 自動(dòng)化儀表的組成單元

自動(dòng)化儀表在高爐當(dāng)中較為分散，而且類型多樣，如果按照生產(chǎn)系統(tǒng)劃分，自動(dòng)化儀表包括以下幾部分，即：外部管網(wǎng)儀表，這部分儀表包含熱力綜合管線、燃?xì)饩C合管理線以及富氧系統(tǒng)。供料及上料系統(tǒng)儀表，主要包括槽上供料、礦槽、礦槽除塵系統(tǒng)與礦槽碎料倉(cāng)等。本體與附屬工程儀表，包括高爐本體，爐頂，燃?xì)夥治鱿到y(tǒng)等。出鐵場(chǎng)系統(tǒng)儀表，包括液壓站管道泵以及出鐵場(chǎng)除塵系統(tǒng)。水沖洗儀表，包括干渣奈房以及爐后役循環(huán)水。熱風(fēng)爐系統(tǒng)儀表，包括熱風(fēng)爐，雙予熱系統(tǒng)。煤氣清洗系統(tǒng)儀表，包括煤氣清洗與水處理系統(tǒng)，中心循環(huán)水泵房?jī)x表，鼓見機(jī)站儀表，煤氣余壓發(fā)電TRT 系統(tǒng)儀表以及噴煤系統(tǒng)儀表等。儀表類型不同，所承擔(dān)的功能也有所不同。

2.2 電動(dòng)控制儀表與氣動(dòng)控制儀表的功能性分析

目前，在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域較為常見的自動(dòng)化儀表包括電動(dòng)控制儀表、氣動(dòng)控制儀表、液動(dòng)控制儀表以及機(jī)械式控制儀表，但是，從監(jiān)測(cè)效果與檢測(cè)功能性來看，電動(dòng)控制儀表與氣動(dòng)控制儀表在高爐生產(chǎn)中的應(yīng)用頻率較高。電動(dòng)控制儀表與氣動(dòng)控制儀表功能參數(shù)如表1 所示。

表1 電動(dòng)控制儀表與氣動(dòng)控制儀表功能參數(shù)

3 自動(dòng)化儀表的檢測(cè)功能分析

3.1 高爐熱風(fēng)爐拱頂溫度檢測(cè)

目前，在檢測(cè)高爐熱風(fēng)爐拱頂溫度時(shí)，自動(dòng)化儀表通常有兩種設(shè)計(jì)方式，一種是利用S 分度鉑銠-鉑熱電鍋或者B 分度雙鉑銠熱電偶，經(jīng)過配置補(bǔ)償導(dǎo)線來補(bǔ)償環(huán)境溫度，然后對(duì)熱風(fēng)爐拱頂溫度進(jìn)行檢測(cè)，利用這種檢測(cè)儀表，檢測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，檢測(cè)性能穩(wěn)定。另一種是利用傳感器的溫度傳導(dǎo)功能，將插入式光電溫度傳感器與其它附屬儀表相結(jié)合，協(xié)同檢測(cè)熱風(fēng)爐的拱頂溫度。這種自動(dòng)化儀表在國(guó)內(nèi)諸多鋼鐵企業(yè)的高爐生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

其中傳感器的感溫管材質(zhì)選擇極為重要，這主要是由于熱風(fēng)爐爐體溫度高，尤其在生產(chǎn)過程中，溫度值均超過1000℃，因此，感溫管材質(zhì)應(yīng)當(dāng)以耐高溫性能好的合金管為主，也可以選擇金屬陶瓷管。這兩種材質(zhì)不僅耐高溫，而抗高壓、防爆裂、抗腐蝕功能強(qiáng)大。在溫度檢測(cè)過程中，感溫管內(nèi)表面熱輻射與溫度恰恰滿足于熱輻射定律，即E=∑δT4，在計(jì)算式當(dāng)中，波茲曼常數(shù)為5.67×10-8W/m2.K4，∑為黑度系數(shù)。而感溫管的長(zhǎng)度為固定值，因?yàn)楦袘?yīng)管的內(nèi)直徑遠(yuǎn)比管長(zhǎng)小，所以黑體輻射∑近似等于1，在檢測(cè)拱頂溫度時(shí)，感溫管熱輻射光束經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器而產(chǎn)生光電信號(hào)。光電轉(zhuǎn)換器主要由物鏡、光欄、光電轉(zhuǎn)換器及有溫度補(bǔ)償特性的負(fù)載網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。光電溫度傳感器的輸出特性經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式為Vt=e（12.9-15655/t+273.15）+0.02，適用溫度區(qū)間為750～1600℃，絕對(duì)誤差值在±5℃，響應(yīng)速度為1 秒。通實(shí)驗(yàn)結(jié)論可知，插入式溫度傳感器互換性能優(yōu)越，抗干擾能力強(qiáng)，檢測(cè)技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于熱電耦，而這種自動(dòng)化儀表的使用壽命是熱電耦的5 倍以上。

3.2 高爐熱風(fēng)爐燃燒比檢測(cè)

在高爐生產(chǎn)中，檢測(cè)高爐熱風(fēng)爐的空氣煤氣比值通常采用前饋型雙交叉限幅串級(jí)控制方式，其中主控制器是溫度控制器，在檢測(cè)過程中，通過測(cè)出的溫度值對(duì)煤氣量的大小進(jìn)行有效控制。利用這種自動(dòng)化儀表，能夠?qū)Ω郀t熱風(fēng)爐的爐溫進(jìn)行精準(zhǔn)控制，而且溫度控制的響應(yīng)速度極快。當(dāng)高爐熱風(fēng)爐運(yùn)轉(zhuǎn)至低負(fù)荷狀態(tài)后，爐內(nèi)煤氣與空氣電動(dòng)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入非線性階段，此時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn)無規(guī)律的振動(dòng)波，這樣就會(huì)影響爐內(nèi)溫度，導(dǎo)致溫度上下波動(dòng)區(qū)間較大而產(chǎn)生不安全運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。因此，通常采用開度控制，通過控制閥門開度使熱風(fēng)爐能夠在低負(fù)荷狀態(tài)下穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)，燃燒比也能夠滿足高爐的正常運(yùn)行要求。

3.3 煤氣流量檢測(cè)

測(cè)定高爐熱風(fēng)爐空氣、煤氣流量所采用的自動(dòng)化儀表的串級(jí)控制回路主要由爐頂壓力調(diào)節(jié)器、煤氣清洗裝置環(huán)縫處調(diào)節(jié)器共同組成，因?yàn)榄h(huán)縫處調(diào)節(jié)器的性質(zhì)為非線性，而爐頂壓力調(diào)節(jié)器在釋放信號(hào)時(shí)恰恰需要非性處理，所以二者在協(xié)同作用下，能夠順利完煤氣流量的檢測(cè)任務(wù)，保證高爐能夠安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。

3.4 高爐熱風(fēng)爐含氧量檢測(cè)

高爐富氧自動(dòng)化儀表裝置能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出鼓風(fēng)站的冷風(fēng)流量，富氧自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過這一數(shù)值可以自動(dòng)設(shè)定富氧率，進(jìn)而有效調(diào)節(jié)和控制氧流量，該裝置除了測(cè)量熱風(fēng)爐含氧量以外，還可以監(jiān)測(cè)焦炭水份含量、水渣沖制系統(tǒng)壓力以及監(jiān)控原燃料等功能，為高爐的正常運(yùn)行提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

3.5 自動(dòng)化儀表的其它檢測(cè)功能

爐頂煤氣成份分析系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確測(cè)量出煤氣中氮?dú)?、氫氣、一氧化碳與二氧化碳的含量，并且對(duì)這些氣體在高爐內(nèi)的運(yùn)行狀態(tài)與反應(yīng)過程進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。爐頂料面監(jiān)視系統(tǒng)能夠全程監(jiān)測(cè)高爐內(nèi)料面的分布情況、料面形狀、料面高度與布料溜槽的實(shí)際運(yùn)行狀況。砌磚溫度檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)Ω郀t溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，在這一監(jiān)測(cè)裝置在大型高爐中設(shè)置了超過600 個(gè)溫度檢測(cè)點(diǎn)位，包括爐身、爐缸、爐底以及冷卻系統(tǒng)，這種全方位無死角監(jiān)測(cè)為高爐的安全運(yùn)行提供了有力保障。而高爐軟水密閉循環(huán)系統(tǒng)可以對(duì)爐內(nèi)液位，氮?dú)馊肟趬毫χ颠M(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能夠及時(shí)調(diào)節(jié)入口壓力、補(bǔ)水壓力以及出水壓力。

4 自動(dòng)化儀表系統(tǒng)調(diào)試

下面以單臺(tái)自動(dòng)化儀表為例，對(duì)調(diào)試過程進(jìn)行分析。在鋼鐵企業(yè)購(gòu)置儀表時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)檢查儀表的出廠合格證明，質(zhì)量檢測(cè)證明，檢驗(yàn)合格后，通過包裝、儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)炔襟E與高爐設(shè)備安裝同步進(jìn)行，為了保證儀表的檢測(cè)精度，在安裝之前，技術(shù)人員需要再次對(duì)儀表的合格狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和校驗(yàn)，當(dāng)各項(xiàng)檢測(cè)值滿足安裝標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，方可開展安裝作業(yè)。

由于儀表裝置屬于精密儀器，在檢驗(yàn)單臺(tái)儀表裝置時(shí)，對(duì)校驗(yàn)環(huán)境提出了高要求，其一是室內(nèi)必須保持清潔衛(wèi)生無雜塵。其二是校驗(yàn)場(chǎng)所無強(qiáng)磁干擾，無振動(dòng)波源。其三是校驗(yàn)場(chǎng)所溫度應(yīng)當(dāng)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。其四在校驗(yàn)過程中使用的電源必須為穩(wěn)定電源。主要校驗(yàn)方法如下。

校驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙中規(guī)定的量程，對(duì)零點(diǎn)遷移量、報(bào)警連鎖值、限位值等參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，校驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)位不得少于5個(gè)，通常情況下選取的檢測(cè)點(diǎn)位分別為零點(diǎn)、25%、50%、75%以及100%量程。對(duì)于有禁油與脫脂要求的儀表，在校驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)事先做好禁油與脫脂處理，避免儀表在安裝前受到污染。其中最具代表性的禁油防爆儀表是高爐煤氣系統(tǒng)儀表，這一裝置包括爐頂、上升下降管、旋風(fēng)除塵裝置、煤氣洗滌塔、捕滴器等，校驗(yàn)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵照操作規(guī)程進(jìn)行，防止發(fā)生安全事故。另外，對(duì)于控制閥門來說，需要檢測(cè)的項(xiàng)目主要有行程試驗(yàn)、缸體泄露性試驗(yàn)以及調(diào)節(jié)線需要進(jìn)行的全行程時(shí)間試驗(yàn)。對(duì)于在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)無法完成校驗(yàn)流程的儀表系統(tǒng)，鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)重審查產(chǎn)品的合格證與出廠檢定試驗(yàn)報(bào)告，以確保自動(dòng)化儀表在高爐生產(chǎn)中能夠穩(wěn)定運(yùn)行，為企業(yè)的產(chǎn)能提升保駕護(hù)航。

5 結(jié)束語(yǔ)

自動(dòng)化儀表在高爐生產(chǎn)中既發(fā)揮了全程監(jiān)測(cè)監(jiān)視作用，同時(shí)，對(duì)高爐各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)與控制也起到了積極的輔助作用，高爐運(yùn)行狀態(tài)是否正常與自動(dòng)化儀表有著直接關(guān)聯(lián)。因此，鋼鐵企業(yè)應(yīng)當(dāng)高度重視自動(dòng)化儀表的選型、安裝與管理工作，以體現(xiàn)自動(dòng)化儀表的最大化價(jià)值。