酒鋼5號高爐優化升級新技術的應用

李 平 陳典舉 王海龍 丁 峪

酒鋼5號高爐優化升級新技術的應用

李 平 陳典舉 王海龍 丁 峪

文章概括了酒鋼本部5號高爐四新技術引進及應用情況，闡述了新技術對提高設備裝備水平、增強監控能力及指導高爐生產的重要性。

四新技術 應用 裝備水平 監控

1.概述

酒鋼煉鐵廠5號高爐于2009年5月投產。由于連續多年的高強度冶煉生產，5號高爐爐體穩定性不好，嚴重影響安全生產，于2016年年底停爐進行優化升級。酒鋼利用本次高爐優化升級項目，引進了多項“四新”技術，成功把高爐監控、監測技術應用到了高爐一線。

2.四新技術應用

2.1 引進ACS880四象限變頻器

高爐卷揚機承擔著高爐上料的重要任務，要求有高度運行可靠性和不間斷運行的特點。早期的高爐設計一般采用直流電機，隨著變頻技術的發展，目前的高爐卷揚設計已普遍采用變頻器控制的交流異步電動機驅動。5號高爐卷揚在改造之前采用的是兩象限變頻器，采用制動單元+制動電阻的能耗制動方式實現了電機的四象限運行。其主要缺陷有制動電阻體積較大且發熱嚴重，在運行過程中頻繁出現變頻器主控板故障，影響高爐正常生產。近年來，采用主動前端整流（AFE）的四象限變頻器日趨成熟，主要特點為傳動系統主回路拓撲結構簡單，具有能量回饋功能，運行可靠性明顯提高，占地面積大大降低。

高爐卷揚設備因其對于高爐生產的重要性，要求具備高度可靠性。同時，為了保證卷揚機不因控制系統故障而停機，需要配置兩臺傳動設備，互為備用。

2.2 引進無源核子料位計

無源核子料位計是一種被動測量儀器，不需要人工放射源，在儀器測量范圍內、當物料數量發生變化時、射線強度的變化、判斷物料是否達到測量位置。安全可靠；不接觸被測物料；不需要在本體上開孔，不影響本體的氣密性；沒有磨損，無探頭掛料問題；不受灰的溫度影響；無線遙控，在任何位置可以讀取、設置參數；體積小、重量輕，便于安裝，實現免維護。

有源核子料位計是利用人工處理的137Cs、60Co等放射性物質作為放射源，是一種主動測量。當物料達到放射源所在位置時，射線收到物料阻擋與吸收，接收器根據射線強度的變化，判斷物料是否達到測量位置。

2.3 引進爐頂紅外熱成像系統

利用紅外成像原理，實時成像高爐爐內情況，三維彩色成像，畫面直觀準確。爐頂高清夜視熱成像系統是通過國際先進的微型高清紅外熱像儀實時接收視場范圍內目標物體的紅外線，通過網絡傳送至計算機系統，通過軟件實時顯示視場范圍內每個坐標點的溫度，再現爐喉及上方的紅外視頻圖像。該系統提供兩路視頻信號，一路送至工控機，另一路送至高爐主控室大屏幕上。

為保證系統的安全性和穩定性，該系統采用了先進的水冷裝置、氮氣冷卻裝置、氮氣吹掃裝置、自動刮掃裝置、異常情況自動退出機構等安全防護技術和防護措施。

高爐工長通過該系統在有無可見光的情況下均可實時觀察爐喉及上方的視頻圖像，掌握溜槽的形狀、襯板的形狀、溜槽的運動狀態、溜槽下料情況；同時，可實時查看視場范圍內每個坐標點的溫度，掌握中心氣流位置和強弱、邊緣氣流強弱、有無煤氣管道等情況。

2.4 卸料小車刻度標尺定位系統

高爐礦槽卸料系統承擔著為鐵廠高爐提供燒結礦、球團礦、塊礦和焦炭的重任，分別由礦槽頂部的2臺小車來完成整個系統的布料作業。目前高爐礦槽加槽作業仍然通過人工現場跟隨卸料車移動的方式操作卸料車、用手電筒查看料位的作業模式。由于現場粉塵極大，惡劣的環境不僅影響小車對位精度，容易造成錯料、混料、漫料等事故，而且對頻繁在現場確認的職工也存在職業健康危害，對工人身體健康在一定程度會造成不可逆轉損傷；其次操作工隨著操作箱移動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。

通過引進刻度標尺定位系統，實現卸料車的位置精確檢測，在料倉頂部安裝料位計實時檢測料倉料位。將卸料小車的實時位置信息和料倉料位傳送到系統PLC，再到上位機，主控操作人員或崗位人員通過上位機時刻掌握卸料小車的具體位置和每個料倉的倉容情況（結合料位計），通過工業無線通訊模塊來控制卸料小車運行。通過刻度標尺精確定位系統和控制系統的協同工作，可以實現卸料小車行走位置準確可靠，將皮帶機上的料卸在指定的料倉中，防止偏離卸料口，實現定點或多點布料，滿足卸料需求。

2.5 熱風爐自動燒爐系統

原高爐熱風爐系統控制方式為手動控制，使用固定煤氣調空氣方式手動燒爐，各個控制環節未實現完善閉環控制，導致能耗較高，自動化程度較低，有較大改善空間。

本次5號高爐優化升級引進了熱風爐自動燒爐系統，該系統除接入常規傳感器信號外，還將煙道殘氧、煙道排煙溫度及環境溫濕度等信號引入系統運算并形成完善的閉環控制，同時系統通過數據庫管理實現對熱風爐爐況的自適應和自學習能力，能最大限度減小煤氣壓力變化、換爐過程中煤氣注入量驟變等突發狀況造成的爐況波動，真正實現自動化、智能化燒爐，能較大幅度減少煤氣消耗、提高熱風爐自動控制水平。

自動燒爐優點：自動控制燒制過程，實時修正燒制曲線依據溫升趨勢自動調整/平衡燃料消耗；運行環境異動分析、報警、并按照異動規則動調整氣體輸送；修正燒制規則；以溫度目標自動生成最佳燒制規則；系統健康狀態分析；多模塊處理燒制規則，降低溫度波動；燃燒與尾氣的平衡處理，降低燃料消耗。

單位熱風煤氣消耗量不增加的情況下，平均風溫提高15℃；或同等風溫的情況下，節約煤氣5%”的指標，二者只要實現其一或折算后實現其一（折算規則：節約1%煤氣量相當于提高3℃風溫，同樣提高3℃風溫相當于節約1%煤氣量）

效益分析：

15℃風溫=1.2kg焦比

年節降低焦比=1.2/1000×700×50萬=420000萬元

2.6 爐體整體監控、預警系統

2.6.1 建立爐底爐缸侵蝕數學模型

根據本高爐的爐底爐缸碳磚砌筑圖，依據冶金傳輸原理、爐底爐缸侵蝕模型和熱電偶優化布置理論，將本高爐爐底爐缸劃分為8個縱剖面，共布置測溫點160個，上下層測溫點在圓周方向交錯22.5°。電偶選擇爐底爐缸專用熱電偶，可長期在1100℃以下的溫度環境內穩定工作，短時間內可承受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 冷卻壁水溫差熱負荷在線監測預警系統

本系統由冷卻水溫度采集設備（包括溫度傳感器、數據采集器、協議轉換器及配套設備和線纜等）、冷卻水流量采集設備（包括電磁流量計、流量采集模塊、協議轉換器及配套設備和線纜等）、通訊機以及數學模型和應用軟件組成。共計安裝測溫點86點，流量計22臺。選用用精度為±0.025℃的高精度數字溫度傳感器。考慮高爐現場惡劣的工作環境，要求溫度傳感器的防護等級≥IP67。

2.6.3 風口成像系統

由風口攝像機、風口尾線、電源適配器、配電集線箱、視頻傳輸網絡、工控機以及配套線纜和冷卻設施構成。14套風口共安裝14套風口攝像機。拆、裝簡單，維護量小，視頻清晰

2.6.4 風口檢漏系統

對風口冷卻水的溫度和流量進行實時采集并分析監控，風口發生泄漏損壞及時報警提醒崗位。選用彎管流量傳感器，檢測精度高，抗干擾能力強。

3.結語

通過四新技術引進，增強了高爐監控手段，對高爐爐內、冷卻水、風口及冷卻壁等提供清晰的監控畫面，降低了職工勞動強度，提高了設備穩定性。較5號高爐優化升級之前設備裝備水平提高了一個臺階。

[1]董寶利，《濟鋼3200m3高爐集成環保新技術的 設計研究及應用》第十四屆全國大高爐煉鐵學術年會論文集，2004年5月

[2]宋劍，《攀鋼1#高爐第四代爐齡投產一年回顧》 四川冶金，2004年12月

（作者單位：甘肅酒鋼集團宏興股份有限公司煉鐵廠）