高炉系统的仪表设计研究

高炉系统的仪表设计研究

张志功

广东韶钢松山股份有限公司炼铁厂 广东韶关 512000

摘 要：伴随着我国钢铁行业的快速发展和冶金技术的快速进步，发展并利用新型高炉系统成为了钢铁企业发展的必然趋势。从新型大高炉炼铁角度分析来看，不管是产量、结构形式以及自动化程度上都进行了相应的变革，提高高炉炼铁的稳定性和安全性是钢铁企业保证基本工序稳定进行的核心内容。而在此过程中，自动化仪表系统对高炉炼铁的生产控制环节十分重要，在新时代冶金技术的影响下，高炉自动化仪表应用十分广泛，但是在生产运行特点的影响下，高炉系统仪表会在不同的时间段受到干扰，从而对高炉炼铁生产带来了严重影响。对此本文针对当前高炉系统中的仪表特点进行分析，并提出科学有效的设计方案。

关键词：高炉系统；现代仪表；高炉炼铁；稳定性；自动化

在钢铁行业实际运行过程中，高炉炼铁是其中最为重要的工艺环节，其涉及到的内容十分复杂，具体包括了高炉原料直送系统、原料贮运以及上料等众多子系统。而在现代冶金行业高炉生产过程中，配备了很多自动化仪表设备，特别是一些大型高炉生产，仪表数量和检测部门都需要严格的布局规划。作为高炉生产过程中核心组成部分，仪表不仅使生产环节的“眼睛”，同时也是控制高炉炼铁生产流程的重要参考数据。随着现代化生产模式的不断普及，智能自动化控制仪表与计算机系统的完美结合，为高炉系统带来了良好的发展机遇，在高炉炼铁生产环节也发挥着不可或缺的重要作用。

1. 当前高炉系统仪表的主要特点

伴随着现代科技与信息化工业的快速发展，新型仪表也在高炉系统中得到了广泛应用与发展。现如今，高炉系统中的仪表设备已呈现出虚拟化、网络化得特点。其中，所谓的智能化就是将人工智能技术应用到仪表当中，并利用传感器和变送器来采集信息数据，再通过CPU处理器来完成智能化指令操作。通过智能化仪表设计可以利用智能接口来实现人机对话，结合高炉炼铁工程实际情况来调整参数设置，其强大的存储程序和运算程序也从根本上突破了普通仪表的功能限制，在技术方面实现了质的飞跃^[1]。而虚拟化仪表则是在充分利用计算机技术的基础上，使用户利用仪表设计过程中所具备的自定义功能，在计算机和软件模块上来实现这些功能。在使用方面，虚拟仪表不仅与普通仪表相类似，在分析处理方面也会比普通仪表更胜一筹。该技术的发展能够让高炉系统中的仪表制造与用户实际需求相吻合。此外，高炉系统仪表实现网络化发展，是当前网络技术发展的必然条件，仪表网络化的主要表现就是仪表自身的远程通信能力得到了明显加强。

2. 高炉系统仪表出现干扰的原因及其危害

在当前高炉系统新型仪表特点和高炉炼铁生产的影响下，高炉炼铁现场周围存在很多大功率用电设备，电磁环境十分复杂^[2]。电厂和磁场分别为交变场与恒定场。恒定场的出现主要是因为交流电与静电场的出现，导致仪表设备的作用十分单一，而交变场通常会受外界磁场电场改变的影响，发生随机性改变。而从高炉系统现场仪表测量信号来看，通常都是以转换微型信号的方法，转入到微型二次仪表或计算机系统当中。在仪表正常输出信号之外，还会在交变电场和磁场的影响下，出现一些与仪表测量无关的电压和电流，这些因素的出现都会对仪表的正常使用造成影响，从而威胁着仪表设备的稳定性和可靠性。

3. 高炉系统仪表设备的优化设计方案

1. 原料贮运与上料系统仪表设计

在钢铁企业高炉系统中原料贮运和上料系统主要是由矿槽、焦槽等原料贮存设施和胶带机等相关设备组成。在此过程中，主要包含矿教槽料位检测、矿石焦炭称量以及上午料称重等环节。其中矿焦槽料位检测中的介质温度较高，所产生的灰尘较大，现如今经常采用的是雷达料位计或者是锤料位计。这两种称量原理完全不同，但是实际应用效果却十分理想。称量斗需要设置料斗称，以此来测量实际矿石焦炭。在称量模块方面需要携带限位装置。此外，称量传感器是必须要进行校验的，因此还需要订购一套较为完善的校称装置，具体包括千斤顶、显示仪表和液压加载装置等。所以，需要设计相应的门形架，以此来方便校验称量。

从目前实际应用情况来看，很多称重厂家都推出了免砝码标定技术，也被称之为数字标定技术。其应用原理是利用传感器自身具有的灵敏度来推知传感器的量程^[3]。需要重点注意的是，在安装过程中，如果传感器受到了垂直受力，那么就需要将传感器灵敏度设置为2,m/V, 此时传感器就会感受到满量程所产生的力。因此在仪表实际称量过程中只要在其内部设置传感器容量、数量参数就足够了。

2. 高炉本体系统仪表设计

通常情况下，高炉系统自身系统仪表主要分布在高炉自身和冷却水系统中。对于仪表设备而言，其重点与难点就在于炉体成百上千的热电偶装配图。这些热电偶都是在炼铁专业预先在炉腹炉缸冷却壁和炉底砖衬等所预埋的钢管作为法兰接管，以此来固定在炉体上。炉体中存在的热点偶存在多个热电偶共同使用一个法兰的情况，热电偶又是利用螺纹连接的方式固定在法兰之上，因此螺纹规格和多个螺栓在同一法兰片上布置决定着法兰规格，而法兰规格有决定着接管大小。

同时，热电偶的布置图也是重点之一。在空间急促和操作接线难度较大的影响下，这里的热电偶通常都不具备接线盒。通常在炉体平台中，结合平台四周热电偶的数量就可以集中设置接线箱。在此期间，需要利用热电偶在炉体当中的详细布置图来明确接线箱在平台中的具体位置，计算出每个热电偶所携带的补偿导线长度。除此之外，为了提高喷煤系统的自动化水平，保证质量，节约能源，提高生产效率，原煤上料系统、制粉系统以及潮吹系统等都需要采用先进的三电合一方法进行控制。而生产线上的大部分低压设备都是采用操作站和机旁两种控制方法，高压设备加强高压开关柜控制。而PC操作站可以连接PLC系统完成高度自动化控制，可以检测到各个系统的生产设备工作状态。最终操作人员可以通过CRT上的实时动态画面来监视高炉系统的现场生产情况。

3. 热风炉系统仪表设计

目前大多数热风炉都采用了内燃式、外燃式以及顶燃式三种技术。热风炉燃烧控制的目的就是在规定时间内保持最佳燃烧状态，在提高热风炉储备送风所需要热量的同时，有效提高热效率并保护热风炉设备^[4]。热风炉燃烧总共可以分成三个阶段，分别为加热拱顶期、拱顶温度期和废气温度管理期。在加热拱顶期，所设定的煤气流量和空燃比将可以达到最佳燃烧状态。当今进入到拱顶温度管理期之后，就可以设定拱顶目标温度、废气管理温度。保持高炉煤气的流量不变，通过拱顶温度控制和空燃比调节，可以将拱顶温度保持在目标温度附近，当废气温度接近目标温度时，就会转入到废气温度管理期。在废气温度管理期，需要设定废气目标温度。减少高炉煤气流量继续燃烧，以此来确保在规定的时间内废气温度能够上升到目标值。此外，空气与煤气流量的检测过程通常都是采取差压式检测原理。检测出的差压值相对较小。

结束语：

综上所述，从近些年实际发展情况来看，大批新型的高炉得以建成。因此在重视设计过程中，需要不断积累设计经验，前往现场解决各种实际问题，总结所有的经验教训。而高炉系统中的仪表设计，不管是在类型上还是数量上，应用情况都十分广泛，但是其设计工作也较为复杂。因此做好高炉系统仪表设计具有十分重要的现实意义。在高炉系统整体仪表设计期间，除了要加强设计方案之外，还要根据冶金行业相关施工规范准则来进行施工，最为重要的就是要确保设计和施工两不误，这样才能够保证高炉系统生产过程一切顺利。所以，自动化仪表强大的抗干扰能力对高炉生产运行产生的危害非常大。从实际工作经验角度来看，必须要消除干扰源头，抑制住公模干扰，就是控制仪表的有效措施。

参考文献：

[1]张岩.炼铁高炉的电气自动化控制系统及仪表抗干扰措施研究[J].电子测试,2020(19):101-103.

[2]马向魁.现代高炉生产中的自动化仪表[J].冶金管理,2019(07):46+48.

[3]刘龙.探析现代高炉生产中的自动化仪表[J].冶金与材料,2018,38(04):126+129.

[4]张达,黄智坚.仪表自动监测系统在韶钢8号高炉检漏系统的应用[J].自动化应用,2018(06):51-52.