炉体检测仪表对高炉稳定生产的运用实践.pdf

2023 年第 1 期2023 年 3 月炉体检测仪表对高炉稳定生产的运用实践吕海书（炼铁厂高炉作业区）摘要高炉是一个密闭的反应容器，高炉操作者不能直接观察到炉内的反应情况，只得借助于一些辅助信息。本文以安宁基地 2#高炉为例，主要介绍了炉身静压力、水温差监测系统以及炉顶摄像系统在高炉操作过程中的具体运用。关键词高炉 检测仪表 操作调剂1 前言高炉是一个圆周对称的逆流式反应炉，操作者自然希望冶炼过程呈现圆周对称性，如：风口均匀活跃，下料均匀不偏料等等。事实上，除了风口我们可以直观观察外，其余部位我们都无法直接看到，因此高炉上设置了很多检测仪表，所有检测参数随着冶炼进程适时变化，高炉操作者就能根据检测参数的变化直接判断炉况并采取有效手段进行调剂，也就是说这些检测仪表就是高炉操作者的“眼睛”。本文重点介绍炉身静压监测、软水密闭循环系统的水温差监测及炉顶红外热成像仪在安宁基地炼铁厂 2#高炉的运用实践。安宁基地炼铁厂 2#高炉有效容积为 2 500 m3，于 2022 年 2 月 28 日点火投产以来顺行周期较长，各类技术指标处于同行业领先水平，2022年全年产铁 197.95 万吨。2 炉身静压的运用要了解炉身静压的意义和作用，首先了解压力是怎么来的。事实上，我们所有测得的压力，如：热风压力、冷风压力、炉身静压力、炉顶压力等都是静压力，而“静压力来源于阻力”。2#高炉本体从炉缸到炉身共设冷却壁 15 段，在炉身的第五段（标高+17.3 m）、第七段（标高+21.59 m）、第十段（标高+27.13 m）设置了静压监测点，每个标高圆周方向共设置 4 个静压检测点。高炉的整个送风系统中每一点的静压力都是其测量点之后的阻力的总和（有系数关系，忽略能量损失1），没有阻力就不会形成静压，当然，所有的能量（包括静压和动压）都是来自于高炉鼓风机。当我们知道静压力的意义后，就可以通过炉身静压变化来对炉况进行分析判断和调剂。2.1 判断煤气流的分布相比于热风压力和全炉压差，炉身静压力对于煤气流的变化是更加敏感且迅速的。当煤气流出现异常时，炉身静压力的变化也会是明显的，炉况顺行时，同一平面的静压数据不应有较大的差距，而应是在圆周上呈现均匀的，若某一平面的四个静压数据差距太大，排除仪表故障，则表明此时的煤气分布已经异常，高炉顺行已经被破坏，具体体现是：静压数据小的那个方位煤气较为发展，且此方位顶温也随之较高；静压大的方位，煤气流量会偏小，顶温较低。若四个静压数据都在向上走，则可能已经悬料，或是出现了中心管道。例 1：2#高炉于 2022 年 9 月 23 日 16:33 通报昆 钢 科 技2023 年第 1 期 42 出现滑料，滑料前后的静压趋势见图 1：其中，几个关键点的静压数据见表 1。从图 1 和表 1 中可以看出，在出现料尺有明显滑料迹象前 50 分钟左右，静压数据开始有较为明显的异常，突出表现是四个取压点的数据一致性变差，曲线出现离散型，其中三个静压数据明显上升，因此可以推测在滑料前事实上高炉已经出现较大范围内的憋风，并且出现轻微悬料。四个取压点的曲线出现较大离散，则表明圆周工作不均匀，煤气流已经明显异常。据此可以看出，炉身静压数据可以提前反映炉内煤气流状况，结合其他表现，可为炉况的提前判断提供有力依据。例 2：2#高炉于 2022 年 9 月 23 日 21:00 通报出现管道行程一次，管道前的静压数据曲线见图 2。如图 2 所示为炉身 10 段的静压监测点数据曲线，从图中可以看出，在 20:50 之后，静压曲线已经出现较为明显的异常，4 个方位的监测数据出现离散，并且较为波动，参考其他两个平面的静压数据后可以基本判定为上部管道。图 19 月 23 日滑料前后静压曲线图（+27.13 m）图 29 月 23 日管道前静压曲线图（+27.13 m）表 1 9 月 23 日滑料前几个时间点的静压数据（+27.13 m）时间15：4215：4415：5816：1516：1716：2516：301#测压点（KPa）2562862952792752542542#测压点（KPa）2592662722792772512553#测压点（KPa）2632672582562512552644#测压点（KPa）2462442362352362322522.2 判断软熔带位置高炉炼铁过程中，软熔带的位置是炉内透气性最差的位置，因此软熔带的上下部是压差最大的部位，高炉内软熔带呈倒“V”字型跨越炉 体 检 测 仪 表 对 高 炉 稳 定 生 产 的 运 用 实 践2023 年第 1 期 43 炉腹、炉腰、炉身下部，也就是说炉身第五段、第七段的静压取压点是处于软熔带的跨越区间的，而第十段的静压点应是处于块状带区域。在整体压差稳定的情况下，三个平面的静压值的波动可以反应一些软熔带的上下移动的信息。当软熔带向上移动时，第五段和第七段的静压应会有较为明显的波动。以倒 V 型软熔带为例，若第五带的取压点处于软熔带根部，软熔带上移后，此处静压将升高，第七段的静压则降低。实际操作中还需细细观察静压与软熔带波动的联系。2.3 判断整体透气性我们知道静压是由于系统阻力而形成的，压差就是反馈阻力的直观数据，在设置了三个平面的静压取压点后，可形成更多细节性的压差数据，而不再仅仅是热风压力与顶压的压差。我们设第五段静压为 P1，第七段静压为 P2，第十段静压为 P3，热风压力为 P0，炉顶压力为P4，则：P1=P0-P1、P2=P1-P2、P3=P2-P3、P4=P3-P4、P=P0-P4实际生产中我们往往更关注 p 的值，也就是全炉压差，但是这个压差的信息量是不够的，我们无法感知整个炉内的煤气流动情况，只能宏观看整个料柱的透气性，而无法获得炉内圆周分布情况。而有了炉身静压后，我们有了更多的信息来源，P1P4 这四个值可有效反馈炉缸与炉腹之间、炉腹与炉身下部之间、炉身下部与炉身中部之间、炉身中部与炉顶之间的压力差，这些数值直接反馈了系统阻力最大与最小的位置，也直接反映了整个冶炼过程中炉内透气性的变化，可帮助高炉操作者有效判断各个区域的料柱透气性及煤气流分布情况，及时发现异常情况并采取有针对性的预防和调剂。3 水温差监测系统的运用2#高炉采用联合软水密闭循坏系统，使用一串到顶的工艺，第一至第四段采用低铬铸铁冷却壁，第五至第九段采用钻孔压延轧制铜冷却壁，第十段至第十五段采用球墨铸铁冷却壁。为有效反映整个炉体的冷却效果，以及整个高炉的热负荷情况，设置了水温差监测系统，此系统是 L2 级监测系统，既可以直接反馈某个水道的流量、温度等参数，又可以计算出每块冷却壁进出水温差以及相对应的热流强度。水温差系统对于炉况的判断有什么参考价值呢？我们知道，高炉内衬的保护事实上是要依赖附着在内衬上的一层渣皮，渣皮的附着情况其实是煤气流分布的实际反馈。同时，渣皮厚薄以及稳定性是高炉能否顺行的关键，因为渣皮脱落而造成的向凉时有发生，因此，如何及时的调整边缘煤气流以及如何维持合适且稳定的渣皮是高炉操作的重要课题，实际操作中，除了通过观察风口可以观察到渣皮脱落现象以外，唯一可以直观反映渣皮情况的就是水温差监测系统。前面说到，渣皮厚薄情况是边缘煤气流的实际反馈，而冷却系统的波动正是边缘煤气流以及渣皮厚薄的间接表现。同等煤气流的情况下，水温差高低直接反映了渣皮厚薄的程度，渣皮的导热性是很差的，渣皮较薄时，水温差会明显升高；与之相反，若渣皮较厚，则水温差较小。高炉热负荷较大的区域集中在炉腹、炉腰以及炉身中下部，2#高炉的这些部位采用的是导热能力很强的铜冷却壁，理论上来说，铜冷却壁导热好，应该更容易形成渣皮，且渣皮的导热能力很差，形成稳定渣皮后应该会导致此部位的水温差较低，而当边缘煤气过于发展时，附着在铜冷却壁表面的渣皮融化，导致铜冷却壁区域的水温差普遍较高，且远远高于铸铁冷却壁区域的水温差，也导致全炉水温差较高，因此 2#高炉长期出现铜冷却壁区域的水温差较大的情况，这与实际操作中边缘气流较为发展相互印证。水温差除了能宏观的反映高炉边缘煤气流昆 钢 科 技2023 年第 1 期 44 情况之外，还能专注于某一区域，通过关注某一区域的水温差变化，可看出冶炼过程中的渣皮生成和脱落规律，不仅如此，同一段的不同区域的水温差若有较大差异，则可看出炉内煤气流分布的异常。因此，水温差监测系统对于高炉操作者有着较大的参考价值，并且对于高炉的安全和长寿也有较大作用。4 炉顶红外热成像的运用2#高炉的炉顶摄像分为两部分，一个是料面热成像，一个是布料溜槽的观察摄像头。炉顶布料是高炉十分重要的环节，这两个摄像头的设置使得观察炉顶布料情况变成一件很容易且直观的事：（1）布料溜槽观察摄像头可以轻松实现对布料溜槽动作的观察，并且可直接观察到料流情况，更为直观的观察溜槽衬板磨损程度，适时了解溜槽的工作情况，避免设备故障导致休风，甚至更恶劣的情况出现。（2）料面摄像头可直接观察炉顶料面情况，能直观看到边缘气流与中心气流的分布情况，清晰观察到炉顶料面的形状，可重点监视料面温度分布，可及时发现中心气流和边缘气流的分布情况。（3）炉顶摄像头可直接观察炉顶洒水情况，并及时做出相应调整。5 结语以上所叙述的三个系统对于高炉操作者而言都有重要的辅助作用。而事实上，高炉作为一个整体，对于内部工况的判断往往是复杂的，单一的参数或指标可能常常没办法让我们得到最准确的信息，但是可以提醒高炉操作者重点关注某个方面的问题，再结合其他方面的信息就能得到最合理的判断和最及时的处理。例如，当炉内煤气分布异常时，炉身静压数据必然会有所体现，水温差系统数据也可作为气流分布异常的佐证。当我们怀疑炉内有异常情况时我们就可以寻找多个类型的监测数据来验证我们的想法，因为一个现象的发生实际上是伴随着多个效应的产生，例如当我们边缘气流过分发展时，炉身静压会相应降低，水温差则会相应升高，全炉压差降低，CO 利用率随之降低等等。所以，在我们判断炉况时，可通过次生效应的变化来反观炉内的真实变化。参考文献1 李传辉，安铭，刘崇慧，等.应用炉身静压监测技术判断高炉炉况 J.炼铁，2005，5：54-55.