热负荷在承钢高炉中的应用及改进

杨利风，张 毅

（河钢集团承钢公司自动化工程技术公司，河北 承德 067002）

1 高炉热负荷系统简介

4#高炉热负荷的分布：共8层，每层30点，每个铁口5点，铁口温度共20点，共260点；小套前腔、后腔各一点，大套、中套各一点，共30个风口套，共120点。

高炉热负荷系统主要由铂热电阻（Pt1000）对高炉铜冷却壁，风口大、中、小套、铁口等部位的软水和工业水，进行温度的监测。具有测量点多，所处高温区域多、线路长（大多200米以上）的特点。由于高炉冶炼的特殊环境，设计用一体化铠装热电阻，两线制接法直接到配电室。系统结构图如图1。

图 1 工业结构图

2 高炉热负荷系统的改造

高炉热负荷在最初设计时采用的为KL-M4514信号采集模块（如图2），采用服务器处理模拟量，C++编程，比较繁琐，复杂，并且在模拟量处理方面长时间以来，故障率较高，由于设计公司出于对知识产权的保护，对程序进行了加密，这就给维护者带来巨大的困难，并且程序长时间运行没有自清理功能，运行一段时间以后就会因硬盘已满而死机，需要手动清理磁盘空间。由于程序加密无法改造，并且KL-M4514模块故障率较高，经常死机，后来出现模块故障，无输出，导致热负荷的温度测量点无显示，模块无法修复，频繁更换模块给钢厂造成资源浪费。另外，如果服务器出现故障无法修复，会造成系统瘫痪。

为了更好的服务于高炉生产，降低故障率，更好的监测高炉冷却壁的热负荷情况，仪表维检工对热负荷系统进行了改造：取消原来的KL-M4514模块，改为运行更稳定的西门子模块331-7KF02-0AB0，增加远程站，服务器改由西门子CPUS7300,6ES7315-2AG10-0AB0直接控制（如图3）。由自动化编程设计，调试安装，显示画面也改为Wincc画面，这样能和高炉达成一致，方便数据采集、通讯。

图2

图3

设计安装的问题，做了以下几方面的改进：

（1）对热负荷测温，从提高精度选型，用Pt1000一体化铠装热电阻测量方式。而不用一般的Pt100热电阻测量，这样做的优点是：PT1000比PT100精度高；一体化热电阻测温信号4～20mA.DC传输，不受线路电阻影响。

（2）从产品的精度一致性方面结合考虑，统调校准缩小误差。

（3）重视高温环境下仪表的防护，对铁口段一体化热电阻隔高温防护措施是：采用厚铁板（10mm）喷加耐温涂料层隔挡，延长一体化热电阻长度（15m），远离热源。接线盒用石棉布包裹（厚度≥50mm）隔热这三种办法。

（4）线路敷设尽量避开热源场所，并也加隔热防护。做好接线口密封，防水防尘。

（5）严格做好信号线路的屏蔽接地，防止干扰。

3 一体化铠装热电阻的特点

一体化铠装热电阻由一体化温度变送器和铠装热电阻组成。一体化温度变送器形状小巧，能够直接安装在热电阻的接线盒内，具有稳定性好，抗干扰能力强，精度高，线性好，量程、零点外部连续可调，无机械可动部件，故障率低，小型化等优点。铠装热电阻具有体积小，内部无空隙，热惯性小，测量滞后小；机械性能好，耐振，抗冲击；能弯曲，便于安装；使用寿命长等优点。设计、安装人员对现场工艺和测温元件应有充分的理解认识。否则会造成选型不当或安装不合理等诸多现象，致使测温元件易损坏，或测温数据与实际不符，消耗成本高等诸多问题的出现，给生产带来影响。

4 高炉热负荷

高炉热负荷表明的是高炉冷却水带走的热量，并且根据此数据能计算出高炉冷却壁的破损程度，及时采取必要的手段保护高炉冷却壁从而延长高炉寿命。还可以根据热负荷和其他工艺参数来分析高炉内部气流分布状况和冷却设备有无问题等等。

高炉热负荷的计算，Q=C×F×ΔT：Q-为热负荷、C-水的比热容、F-水流量、ΔT-（出水温度）、T2-（进水温度）T1。此公式可以计算出高炉冷却装置单位时间内带走的热量，即高炉各区域的热负荷，根据热负荷大小可以判断高炉冷却壁破损程度，高炉炉内布料情况，是否有悬料，以便高炉工长根据实际情况及时调整高炉参数。

5 热负荷系统的维护

热负荷系统的故障归结起来，大多数为热电阻故障，分为以下几类：

（1）温度显示偏高或者偏低。询问高炉工长，高炉工艺是否有变化，冷却壁是否漏水等，无问题再检查仪表测量方面的问题，这类故障一般热电阻不会有问题，温度变送器的故障偏多，检查温度变送器的零点量程，重新校准。

（2）温度无显示。这类故障一般为断线，检查24V是否正常，检查热电阻好坏，检查温度变送器好坏，检查接线端子是否脱落，接线是否有断线处，检查PLC模块是否有问题。

（3）温度波动。一般情况下均是接触不良造成的，这是因为温度是一种变化缓慢的量，属于惯性环节。检查热电阻接线端子是否松动，连接导线有无时断时连的状态。

（4）大批温度故障这类故障一般为PLC故障，检查CPU是否报故障，检查模块接地是否正常，有无静电干扰等，检查24V电源是否正常。

（5）区域热负荷过大或者过小，首先检查热电阻温度显示有无故障，有故障，排除热电阻故障，无故障检查电磁流量计是否有问题，有故障，更换电磁流量计，无故障，那就有可能是本区域内的热负荷变大，告诉高炉工长及时迅速调整水流量，以及调整炉况等。

6 结 语

总之，热负荷是冷却支管破损的关键参数之一，热负荷系统实时在线监测温度数据、历史比较、图形曲线、报警等，可以对高炉煤气流分布、冷却壁漏水、水管结垢进行分析判断，为温度高炉冷却制度、高炉生产和休风管理提供有利的支持和详细的数据分析。能准确及时调整控水措施，从而延长高炉寿命。