炉内监测技术在沙钢5800 m3高炉上的应用

炉内监测技术在沙钢5800 m³高炉上的应用

高征铠 王卫东 高 泰

摘 要 沙钢5800m³高炉在开炉装料过程中，用激光网格技术测量了料流轨迹，用激光扫描仪测量了料面形状，得到了PW新型并罐无钟装料设备的布料规律。并采用了一系列炉内监测技术：用料面摄像仪和红外热图像仪，在线观察监测炉内气流分布与设备运行状况；在40个风口全部应用风口摄像仪，实时在线观察各个风口的工作状况和喷煤情况。

关键词 特大型高炉 监测 料面 风口

沙钢5800m³高炉采用了PW最新的并罐无料钟装料设备。为了解和掌握这种新型PW设备在5800m³炉型和原料条件下的布料规律，采用激光网格技术测量了料流轨迹，用激光扫描仪测量了料面形状。并采用了一系列炉内监测技术，如用料面摄像仪和红外热图像仪，在线观察监测炉内气流分布与设备运行状况；在40个风口全部应用风口摄像仪，实时在线观察各个风口的工作状况和喷煤情况。炉内监测技术的应用，为5800 m³高炉实现高产、长寿、低耗、顺行的目标创造了有利条件。

1高炉开炉装料测量

1．1 料罐最大装焦量实测结果

5800m³高炉的料罐容积为95 m³，按照焦炭堆比重0．58 t／m³、装填率0．85，计算得出的最大装焦量为47 t。由于焦炭经过多次倒运、焦炭进入料罐后的实际堆比重会有变化；设计考虑的装填率没有结合罐的具体结构和下密阀的运动情况，计算得出的最大装焦量与实际装焦量有时会有很大的差别。考虑到高炉未来提高产量、扩大料批重量的可能性，开炉装料时标定实际最大装焦量是很有必要的。

5800m³料罐的最大装焦量测定结果为55 t，比计算出的最大装焦量多8t。这就为将来扩大料批留有了更大的余地。

1．2 激光网格法测量料流轨迹

按照5800m³高炉的内型和条件设计了炉内激光网格(如图l所示)。在溜槽检修孔和对面的点火孔处相对安装2台激光发射器。每台激光发射器发射出20束激光，2台激光器发出的多束激光在高炉内交织成所需要的激光网格。在与激光网格接近90º的打水孔位置上安装摄像机，摄取以激光网格为背景的料流轨迹图像，同时记录到图像采集计算机的硬盘上。用计算机处理采集到的料流切割激光网格时的图像，得到溜槽在不同角度时的料流轨迹曲线和数据。根据料流轨迹曲线和数据可以推算得到不同料线深度各个挡位的溜槽角度值。

1．3 激光扫描仪测量料面形状

5800m³高炉采用了PW公司最新的并罐式无钟装料设备，为了了解采用这种设备时高炉料面形状是否对称，需要在东西和南北两个方向上测量料面形状。在溜槽检修孔安装l台激光扫描仪，测量南北方向的料面形状。由于东西方向没有人孔，在探尺管上开1个300mm×400mm的孔，安装另一台激光扫描仪，测量东西方向的料面形状。

当焦炭装到炉腰处时，发现南北方向溜槽检修孔处料面高度比点火孔处偏高899mm。通过讽整溜槽转向和装料方式，很快矫正了料面形状的偏斜。

5800 m³高炉料面形状的测量结果如图2所示，测量结果表明料面形状中心对称。

2 高炉料面摄像仪

近年来，微电子元件、光学仪器、摄像器材和计算机技术高速发展，为解决高炉炉内摄像难题创造了很好的基础条件。

5800 m³高炉采用了带自动清灰装置的高炉料面摄像仪，在线显示整个料面的气流分布图像，监视炉内管道、塌料等异常炉况。高炉料面摄像仪采用水冷和氮气防护，使摄像机在炉内长期稳定地在线工作。由于观察孔小，防护气体的用量很少，运行费用低。高炉料面摄像仪获得的图像送入计算机，经过图像处理得到料面气流分布和温度分布状况的定量数据，绘出伪彩图、温度数据图、趋势图和分布曲线。

3 高炉热图像仪

为了进一步打开高炉黑盒子，5800m³高炉采用了最新开发成功的热图像仪。

现有的高炉料面摄像仪采用CCD芯片获取高炉炉顶的视频图像，在炉顶温度高时，可以观察到高炉内的气流分布、溜槽运动等炉内情况。随着高炉操作水平的提高，高炉顶温越来越低。在炉顶温度低时，由于图像讯号太弱发生黑屏现象。现有的高炉料面摄像仪不能完全满足高炉生产操作的需要。

红外焦平面探测器可探测目标的红外辐射，并能通过光电转换、电信号处理等手段，将目标物体的温度分布图转换成视频图像。高炉热图像仪是采用非制冷焦平面探测器开发的高炉炉顶温度场监测设备。

新型高炉热图像仪可以通过探测高炉料面上部的温度分布得到炉内气流分布、溜槽运动的图像；可以测量40～1000℃的温度范围，温度分辨率可达2℃，能够满足高炉操作的需要。采用高炉热图像仪可以得到料面的温度分布图和所选定高炉直径上的温度曲线，有望取代目前的十字测温装置。

沙钢采用的高炉热图像仪有完善的冷却和防护手段，可以在炉内高温、高压、高粉尘和高湿度的恶劣条件下稳定工作。

热图像仪与料面摄像仪的图像同时显示在控制室大屏幕上。顶温高时，料面摄像仪的图像显示出气流图像；顶温低时，热图像仪显示出清晰的炉内设备和气流图像。两种炉顶监测手段同时应用，相辅相成、相得益彰，高炉操作人员在各种炉况下都可以清楚地观察到高炉炉内情况。

4 高炉风口摄像仪

随着高炉大型化的进程，高炉风口数量增多，高炉中控室离风口平台的距离增加到百米甚至几百米，靠人工观察风口来操作小型高炉的模式已经不能在大型高炉上应用了。靠人工巡检，众多风口的工作状况很难一一记录下来，很多反映高炉炉缸工作状况和变化的风口信息丢失了，尤其是在高炉炉况发生异常时，渣皮和冷料堵塞风口不能及时发现，导致直吹管烧开的恶性事故在国内外都曾有发生。

5800m³高炉有40个风口，由于风口高度较低。人员观察风口时要弯腰观看，巡检一遍风口不但要消耗较多的体力，还要用较长的时间。由于喷煤站距离高炉1000m以上，操作人员只能靠流量、压力等仪表指示数据问接分析判断高炉的喷煤情况，无法知道各个风口的喷煤状况，因此高炉采用风口监测设备势在必行。

国内外已经开发和研制了风口摄像机并在高炉上得到了运用。但是，由于以前的风口摄像机占用了窥视孔的位置，人员无法在现场观察风口，影响风口巡查和调整煤粉喷枪等操作，只在少数风口安装，不能在全部风口安装使用。

5800 m³高炉采用了新型带分光器的风口摄像仪(如图3所示)。高炉40个风口都安装了带分光器的摄像装置，视频信号传至高炉中控室、喷煤操作室和看水值班室，在监视器屏幕上显示出各个风口的工作状况。高炉工长、喷煤操作人员和看水工能在各自值班室同时观察到各风口的工作状况、喷煤的情况、渣皮和冷料滑落到风口前的图像，及时了解高炉风口的工作状况和圆周方向的炉况信息，加强设备维护工作，指导高炉操作。将风口的视频图像送入计算机，用计算机对图像进行处理和计算，可以得出各个风口的温度状况、煤粉喷枪出口煤粉流股状况的定量分析，使工长及时全面了解高炉风口及喷煤系统的工作状态，定量地指导高炉操作。

5 结语

沙钢5800m³高炉采用了国内自主开发的炉内监测技术，高炉检测系统更加完善，达到了国际先进水平。

(1)采用激光新技术进行了开炉装料测量，得到的PW新型并罐炉顶装料设备的布料规律可以指导高炉的布料操作，为继续开发高炉布料仿真模型奠定了基础。

(2)带自动清灰的高炉料面摄像仪可以在高炉高温、高压、高尘、高湿的恶劣条件下长期稳定工作，使高炉工长随时了解炉内气流分布状况，保持高炉稳定顺行。

(3)高炉热图像仪的应用，使工长在各种炉况时都能够观察到炉内设备和气流的分布状况，进一步打开了高炉黑盒子，为取代影响高炉布料的十字测温创造了条件。

(4)带分光器的风口摄像仪在40个风口全部安装使用，使高炉工长、喷煤操作人员和看水工能在操作室就同时观察到各个风口的工作状况和圆周方向的炉况信息，加强设备维护，指导高炉操作。

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