淺析反映高爐爐況和利于延長(zhǎng)爐齡的儀表應(yīng)用

陳洪

摘 要：近年來(lái)，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(guó)產(chǎn)化、長(zhǎng)壽化、自動(dòng)化等的方向發(fā)展的技術(shù)進(jìn)步創(chuàng)新成果顯著。針對(duì)高爐延長(zhǎng)一代爐齡壽命的整個(gè)生產(chǎn)進(jìn)程展開有效的過(guò)程監(jiān)控以及趨勢(shì)預(yù)報(bào)將是行業(yè)發(fā)展的主要方向。在此，本文將針對(duì)與高爐爐齡相關(guān)檢測(cè)的自動(dòng)化儀表現(xiàn)狀、發(fā)展方向和典型應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

關(guān)鍵詞：高爐；爐齡；自動(dòng)化；儀表

前言

近十幾年來(lái)，我國(guó)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(lái)行業(yè)產(chǎn)能嚴(yán)重過(guò)剩，導(dǎo)致我國(guó)冶金企業(yè)所面臨的競(jìng)爭(zhēng)沖擊愈發(fā)激烈。對(duì)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(zhǎng)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(dòng)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(dòng)化技術(shù)，促進(jìn)高爐生產(chǎn)的穩(wěn)定、高效和節(jié)能。

1 簡(jiǎn)析高爐自動(dòng)化儀表

雖然目前自動(dòng)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(dòng)化儀表使用壽命縮短，部分關(guān)鍵的儀表設(shè)備國(guó)產(chǎn)化水平不高，缺乏系統(tǒng)性的自動(dòng)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(duì)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(guó)相關(guān)煉鐵企業(yè)愈發(fā)重視對(duì)自動(dòng)化儀表的使用與管理，加強(qiáng)對(duì)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(guò)不懈的努力，近幾年很多企業(yè)獲得了可喜的成績(jī)，從自動(dòng)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(dòng)化儀表發(fā)展的較高期望

冶金行業(yè)進(jìn)過(guò)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(guó)先進(jìn)企業(yè)之間開展了廣泛和升入的合作。對(duì)于冶金工業(yè)自動(dòng)化儀表而言，國(guó)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(duì)高爐煉鐵的自動(dòng)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(zhǎng)壽化和精確操作起到了極大的推動(dòng)作用。

1.2 企業(yè)自身技術(shù)進(jìn)步的創(chuàng)新熱情

面對(duì)嚴(yán)重產(chǎn)能過(guò)剩以及激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的首要因素。針對(duì)高爐煉鐵，確保高爐順行，延長(zhǎng)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(lái)研究有助于延長(zhǎng)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(dòng)化儀表在其中占居重要位置。所以各大企業(yè)對(duì)于大型高爐的自動(dòng)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(dòng)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(dòng)化儀表的應(yīng)用淺析

爐缸侵蝕檢測(cè)、風(fēng)口破損檢測(cè)、爐內(nèi)氣體分析、爐身靜壓檢測(cè)、爐頂料面紅外成像儀等自動(dòng)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(cè)

爐缸侵蝕的及時(shí)診斷和維護(hù)是實(shí)現(xiàn)高爐爐缸長(zhǎng)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(wú)法滿足高爐復(fù)雜工況及上時(shí)間檢測(cè)要求。因此國(guó)產(chǎn)新型產(chǎn)品創(chuàng)新新工藝，通過(guò)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(shì)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(cè)系統(tǒng)

風(fēng)口是高爐煉鐵的基本工藝設(shè)備，其壽命長(zhǎng)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(lái)極大損失。因此及時(shí)、可靠的檢測(cè)風(fēng)口損壞狀態(tài)是非常重要的。檢測(cè)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(guò)電磁流量計(jì)檢測(cè)風(fēng)口進(jìn)出水流量差來(lái)判斷風(fēng)口狀況以判斷是否破損。通過(guò)選用高精度電磁流量計(jì)，采用同向誤差標(biāo)定以減小測(cè)量誤差。另外，通過(guò)選用總線接口取代傳統(tǒng)的電流輸出信號(hào)，可提供輸出信號(hào)的精度。由此，依靠風(fēng)口冷卻水進(jìn)出水流量檢測(cè)電磁流量計(jì)組成一套可靠的風(fēng)口破損檢測(cè)系統(tǒng)。但長(zhǎng)期使用電磁流量計(jì)會(huì)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(cè)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(cè)量值的平均值計(jì)算出來(lái)，將其跟后測(cè)得相關(guān)值展開比較，判斷是出現(xiàn)漏水還是漂移問(wèn)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(cè)系統(tǒng)

高爐爐內(nèi)靜壓檢測(cè)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(duì)于高爐的長(zhǎng)壽化操作具有重要指導(dǎo)意義。爐內(nèi)靜壓檢測(cè)裝置基本組成包括一臺(tái)高精度壓力變送器，一臺(tái)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(duì)測(cè)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(guò)大導(dǎo)致耗氣量增加，整定過(guò)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(duì)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(duì)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(cè)量CO、CO2、H2和CH4等典型成分，對(duì)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(cè)，其具有檢測(cè)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(duì)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(guò)凈化和減壓后，成為低壓干凈的煤氣，可降低對(duì)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(duì)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(wú)法直觀獲取的，必須借助額外工具進(jìn)行料面判斷。通過(guò)對(duì)料面的溫度場(chǎng)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(guó)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(wú)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(guò)對(duì)圖像溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)分割，結(jié)合十字測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，利用免疫遺傳算法和模糊熵的方法對(duì)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(yǔ)

綜上，高爐的長(zhǎng)壽化和精細(xì)化操作需要綜合運(yùn)用各種在線檢測(cè)儀表設(shè)備，特別是高爐爐況檢測(cè)和如何保證高爐順行以有效延長(zhǎng)一代爐齡都離不開自動(dòng)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(dòng)化儀表技術(shù)的創(chuàng)新建設(shè)與應(yīng)用，在推動(dòng)我國(guó)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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