浅析反映高炉炉况和利于延长炉龄的仪表应用

陈洪

摘 要：近年来，伴随着高炉炼铁工业装备技术、生产流程和操作工艺的不断进步，高炉炼铁工业在国产化、长寿化、自动化等的方向发展的技术进步创新成果显著。针对高炉延长一代炉龄寿命的整个生产进程展开有效的过程监控以及趋势预报将是行业发展的主要方向。在此，本文将针对与高炉炉龄相关检测的自动化仪表现状、发展方向和典型应用进行简要探讨。

关键词：高炉；炉龄；自动化；仪表

前言

近十几年来，我国经济飞速发展，基建项目规模巨大，导致钢铁需求旺盛。由此使得钢铁行业产能急速膨胀，使得是近三年来行业产能严重过剩，导致我国冶金企业所面临的竞争冲击愈发激烈。对于特大型高炉，由于其建设投资巨大，单日产量高，如何延长一代炉龄成为各炼铁厂降低成本提升效益的重要手段。目前，自动化仪表技术在高炉炼铁技术发展进程当中占据较为重要的应用位置，需努力强化仪表技术创新，提升自动化技术，促进高炉生产的稳定、高效和节能。

1 简析高炉自动化仪表

虽然目前自动化仪表在冶金行业中的使用日益成熟可靠，但却依旧存在有不足，主要体现如维护管理不到位导致自动化仪表使用寿命缩短，部分关键的仪表设备国产化水平不高，缺乏系统性的自动化仪表数据采集、挖掘和分析机制用于指导工艺操作和生产的进步优化提升，特别是专家系统对于仪表配置和数据模型分析应用要求极高。

基于此，我国相关炼铁企业愈发重视对自动化仪表的使用与管理，加强对相关技术人员的培养，引进、消化和创新关键仪表设备。经过不懈的努力，近几年很多企业获得了可喜的成绩，从自动化仪表的有效应用中取得了可观的效益。

1.1 工程界就自动化仪表发展的较高期望

冶金行业进过近十年的高速建设和发展，大量的专业冶金工程技术公司跟外国先进企业之间开展了广泛和升入的合作。对于冶金工业自动化仪表而言，国内很多工程公司的设计专家以及科技院校的学者分别从工程应用和学术理论的角度出发，针对高炉炼铁的自动化仪表引进吸收、装备发展和技术创新等，取得了大量的可喜成果。如用于炉体热负荷的数字温度传感器和模型、热成像仪和高炉专家系统模型等一系列成果，为高炉一代炉龄的长寿化和精确操作起到了极大的推动作用。

1.2 企业自身技术进步的创新热情

面对严重产能过剩以及激烈的市场竞争，冶金企业如何降本增效成为企业发展的关注重点和取得竞争优势的首要因素。针对高炉炼铁，确保高炉顺行，延长一代炉龄，提升生产作业率、降低设备故障率以及提升原燃料效率成为降本增效的关键因素。因此，各大高炉炼铁企业投入大量的资金和人员来研究有助于延长炉龄、提高生产效率和设备使用时间的技术和装备上，而自动化仪表在其中占居重要位置。所以各大企业对于大型高炉的自动化仪表投入配置和技术创新均予以极大支持，以期从自动化仪表技术进度从得到可观效益回报。

2 大型高炉中自动化仪表的应用浅析

炉缸侵蚀检测、风口破损检测、炉内气体分析、炉身静压检测、炉顶料面红外成像仪等自动化仪表是高炉炉体仪表系统应用的几个主要方面内容。

2.1 炉缸侵蚀检测

炉缸侵蚀的及时诊断和维护是实现高炉炉缸长寿的关键措施之一。而为保证炉缸侵蚀的及时诊断，炉缸侵蚀热电偶的布置方案和使用寿命成为关键因素。热电偶的寿命必须满足高炉一代炉龄的需求。因此，传统的热电偶丝受限于还原性气氛或金属蒸汽以及高温下易发生再结晶等现象，无法满足高炉复杂工况及上时间检测要求。因此国产新型产品创新新工艺，通过在K分度热电偶丝正极添加Cr、Si等使镍合金氧化模式由内转外，在负极增加溶质元素Mg和Si，使金属与氧化物间的钝化膜更加致密。最终使得热电偶的热电势稳定性更好，极大提高了炉体热电偶的使用寿命，以满足一代炉龄的使用要求。

2.2 风口破损检测系统

风口是高炉炼铁的基本工艺设备，其寿命长短直接影响高炉的顺行和产量。风口一旦破损，将给高炉生产带来极大损失。因此及时、可靠的检测风口损坏状态是非常重要的。检测风口破损的方式有很多种，目前主流和可靠的方法是通过电磁流量计检测风口进出水流量差来判断风口状况以判断是否破损。通过选用高精度电磁流量计，采用同向误差标定以减小测量误差。另外，通过选用总线接口取代传统的电流输出信号，可提供输出信号的精度。由此，依靠风口冷却水进出水流量检测电磁流量计组成一套可靠的风口破损检测系统。但长期使用电磁流量计会造成由于水垢污染等等因素发生漂移状况，使得正常的测量工作受到直接影响，为此需在仪表上整定漂移补正系统，采用补正运算单元定期将之前贮存的多个测量值的平均值计算出来，将其跟后測得相关值展开比较，判断是出现漏水还是漂移问题，若为漂移状况则应该及时采取补正措施。

2.3 炉内静压检测系统

高炉炉内静压检测作为判断高炉圆周横纵向气流分布、炉温和综合焦比变化以及高炉操作炉型的重要依据，对于高炉的长寿化操作具有重要指导意义。炉内静压检测装置基本组成包括一台高精度压力变送器，一台高精度恒流吹扫控制器，吹扫气控制阀以及取样管路组成。其关键为恒流吹扫控制器，其对测量精度起到决定性作用。另外，在仪表投运调试时，需要注意吹扫气流量的整定，整定过大导致耗气量增加，整定过小导致吹扫压力降低，取压口容易被炉内的杂质堵塞。

2.4 炉内气体分析仪表

高炉煤气成分分析对于提高炼铁产量，降低原材料消耗以及提高生铁质量具有重要指导意义。因此高炉煤气分析仪表对于高炉的降本增效占据重要地位。常规高炉煤气一般为测量CO、CO2、H2和CH4等典型成分，对于这种多组分的分成分析，宜优先考虑采用气相色谱仪检测，其具有检测精度高、重复性好等优点。同时考虑到高炉煤气含尘大，湿度高，分析仪表的预处理装置性能需要特别注意。另外，对于分析仪表的取样点，宜优先考虑设置在高炉煤气除尘和减压阀组后的净煤气管道上，因为这一位置高炉煤气压力进过净化和减压后，成为低压干净的煤气，可降低对于分析仪表的预处理装置的净化要求和后期的日常维护工作量。

2.5 炉顶料面红外成像仪

高炉料面作为上升煤气流和下降炉料的相互作用结果，对于高炉操作判断煤气流分布和控制高炉冶炼进程具有重要指导作用。但是作为一个密闭容器，高炉内部情况是无法直观获取的，必须借助额外工具进行料面判断。通过对料面的温度场进行外红成像的方式构成的高炉料位红外摄像系统已经在国内的高炉中普遍使用。由于高炉炉况非常复杂，传统的料面红外摄像采用单一静态阀值进行图像分割，无法获取理想的料面结果。而新近出现的利用料面图像的特征分析、多源信息采集和生产经验，通过对图像温度场的动态分割，结合十字测温数据，利用免疫遗传算法和模糊熵的方法对图上进行有效分割，取得了较为理想的成像效果。

3 结束语

综上，高炉的长寿化和精细化操作需要综合运用各种在线检测仪表设备，特别是高炉炉况检测和如何保证高炉顺行以有效延长一代炉龄都离不开自动化仪表的有效应用。但是，现阶段还是有部分关键仪表的工程应用并不十分理想，还需要各界的不断努力以强化自动化仪表技术的创新建设与应用，在推动我国冶金行业的技术创新和节能环保方面，发挥更大作用。

参考文献

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