酒钢5号高炉优化升级新技术的应用

2017-01-20陈典举王海龙

中国钢铁业 2017年10期

关键词：煤气高炉风口

李平陈典举王海龙丁峪

酒钢5号高炉优化升级新技术的应用

李平陈典举王海龙丁峪

文章概括了酒钢本部5号高炉四新技术引进及应用情况，阐述了新技术对提高设备装备水平、增强监控能力及指导高炉生产的重要性。

四新技术应用装备水平监控

1.概述

酒钢炼铁厂5号高炉于2009年5月投产。由于连续多年的高强度冶炼生产，5号高炉炉体稳定性不好，严重影响安全生产，于2016年年底停炉进行优化升级。酒钢利用本次高炉优化升级项目，引进了多项“四新”技术，成功把高炉监控、监测技术应用到了高炉一线。

2.四新技术应用

2.1 引进ACS880四象限变频器

高炉卷扬机承担着高炉上料的重要任务，要求有高度运行可靠性和不间断运行的特点。早期的高炉设计一般采用直流电机，随着变频技术的发展，目前的高炉卷扬设计已普遍采用变频器控制的交流异步电动机驱动。5号高炉卷扬在改造之前采用的是两象限变频器，采用制动单元+制动电阻的能耗制动方式实现了电机的四象限运行。其主要缺陷有制动电阻体积较大且发热严重，在运行过程中频繁出现变频器主控板故障，影响高炉正常生产。近年来，采用主动前端整流（AFE）的四象限变频器日趋成熟，主要特点为传动系统主回路拓扑结构简单，具有能量回馈功能，运行可靠性明显提高，占地面积大大降低。

高炉卷扬设备因其对于高炉生产的重要性，要求具备高度可靠性。同时，为了保证卷扬机不因控制系统故障而停机，需要配置两台传动设备，互为备用。

2.2 引进无源核子料位计

无源核子料位计是一种被动测量仪器，不需要人工放射源，在仪器测量范围内、当物料数量发生变化时、射线强度的变化、判断物料是否达到测量位置。安全可靠；不接触被测物料；不需要在本体上开孔，不影响本体的气密性；没有磨损，无探头挂料问题；不受灰的温度影响；无线遥控，在任何位置可以读取、设置参数；体积小、重量轻，便于安装，实现免维护。

有源核子料位计是利用人工处理的137Cs、60Co等放射性物质作为放射源，是一种主动测量。当物料达到放射源所在位置时，射线收到物料阻挡与吸收，接收器根据射线强度的变化，判断物料是否达到测量位置。

2.3 引进炉顶红外热成像系统

利用红外成像原理，实时成像高炉炉内情况，三维彩色成像，画面直观准确。炉顶高清夜视热成像系统是通过国际先进的微型高清红外热像仪实时接收视场范围内目标物体的红外线，通过网络传送至计算机系统，通过软件实时显示视场范围内每个坐标点的温度，再现炉喉及上方的红外视频图像。该系统提供两路视频信号，一路送至工控机，另一路送至高炉主控室大屏幕上。

为保证系统的安全性和稳定性，该系统采用了先进的水冷装置、氮气冷却装置、氮气吹扫装置、自动刮扫装置、异常情况自动退出机构等安全防护技术和防护措施。

高炉工长通过该系统在有无可见光的情况下均可实时观察炉喉及上方的视频图像，掌握溜槽的形状、衬板的形状、溜槽的运动状态、溜槽下料情况；同时，可实时查看视场范围内每个坐标点的温度，掌握中心气流位置和强弱、边缘气流强弱、有无煤气管道等情况。

2.4 卸料小车刻度标尺定位系统

高炉矿槽卸料系统承担着为铁厂高炉提供烧结矿、球团矿、块矿和焦炭的重任，分别由矿槽顶部的2台小车来完成整个系统的布料作业。目前高炉矿槽加槽作业仍然通过人工现场跟随卸料车移动的方式操作卸料车、用手电筒查看料位的作业模式。由于现场粉尘极大，恶劣的环境不仅影响小车对位精度，容易造成错料、混料、漫料等事故，而且对频繁在现场确认的职工也存在职业健康危害，对工人身体健康在一定程度会造成不可逆转损伤；其次操作工随着操作箱移动也存在一定的安全隐患；这种落后的操作方式也影响工作效率。

通过引进刻度标尺定位系统，实现卸料车的位置精确检测，在料仓顶部安装料位计实时检测料仓料位。将卸料小车的实时位置信息和料仓料位传送到系统PLC，再到上位机，主控操作人员或岗位人员通过上位机时刻掌握卸料小车的具体位置和每个料仓的仓容情况（结合料位计），通过工业无线通讯模块来控制卸料小车运行。通过刻度标尺精确定位系统和控制系统的协同工作，可以实现卸料小车行走位置准确可靠，将皮带机上的料卸在指定的料仓中，防止偏离卸料口，实现定点或多点布料，满足卸料需求。

2.5 热风炉自动烧炉系统

原高炉热风炉系统控制方式为手动控制，使用固定煤气调空气方式手动烧炉，各个控制环节未实现完善闭环控制，导致能耗较高，自动化程度较低，有较大改善空间。

本次5号高炉优化升级引进了热风炉自动烧炉系统，该系统除接入常规传感器信号外，还将烟道残氧、烟道排烟温度及环境温湿度等信号引入系统运算并形成完善的闭环控制，同时系统通过数据库管理实现对热风炉炉况的自适应和自学习能力，能最大限度减小煤气压力变化、换炉过程中煤气注入量骤变等突发状况造成的炉况波动，真正实现自动化、智能化烧炉，能较大幅度减少煤气消耗、提高热风炉自动控制水平。

自动烧炉优点：自动控制烧制过程，实时修正烧制曲线依据温升趋势自动调整/平衡燃料消耗；运行环境异动分析、报警、并按照异动规则动调整气体输送；修正烧制规则；以温度目标自动生成最佳烧制规则；系统健康状态分析；多模块处理烧制规则，降低温度波动；燃烧与尾气的平衡处理，降低燃料消耗。

单位热风煤气消耗量不增加的情况下，平均风温提高15℃；或同等风温的情况下，节约煤气5%”的指标，二者只要实现其一或折算后实现其一（折算规则：节约1%煤气量相当于提高3℃风温，同样提高3℃风温相当于节约1%煤气量）

效益分析：

15℃风温=1.2kg焦比

年节降低焦比=1.2/1000×700×50万=420000万元

2.6 炉体整体监控、预警系统

2.6.1 建立炉底炉缸侵蚀数学模型

根据本高炉的炉底炉缸碳砖砌筑图，依据冶金传输原理、炉底炉缸侵蚀模型和热电偶优化布置理论，将本高炉炉底炉缸划分为8个纵剖面，共布置测温点160个，上下层测温点在圆周方向交错22.5°。电偶选择炉底炉缸专用热电偶，可长期在1100℃以下的温度环境内稳定工作，短时间内可承受1200℃的高温；采取了特殊热处理工艺，使热电偶具有良好的抗拉伸、抗弯曲、抗剪切性能，至少可承受10次150°的弯曲。

2.6.2 冷却壁水温差热负荷在线监测预警系统

本系统由冷却水温度采集设备（包括温度传感器、数据采集器、协议转换器及配套设备和线缆等）、冷却水流量采集设备（包括电磁流量计、流量采集模块、协议转换器及配套设备和线缆等）、通讯机以及数学模型和应用软件组成。共计安装测温点86点，流量计22台。选用用精度为±0.025℃的高精度数字温度传感器。考虑高炉现场恶劣的工作环境，要求温度传感器的防护等级≥IP67。

2.6.3 风口成像系统

由风口摄像机、风口尾线、电源适配器、配电集线箱、视频传输网络、工控机以及配套线缆和冷却设施构成。14套风口共安装14套风口摄像机。拆、装简单，维护量小，视频清晰

2.6.4 风口检漏系统

对风口冷却水的温度和流量进行实时采集并分析监控，风口发生泄漏损坏及时报警提醒岗位。选用弯管流量传感器，检测精度高，抗干扰能力强。