陳智平 ，楊軍軍
（陜鋼集團漢鋼公司煉鐵廠 陜西漢中 724200）
摘要：主要介紹漢鋼1280m³高爐在可視化、智能化技術方面的成功應用，爐頂成像和激光料面儀的應用，高爐管理、操作者可直觀的了解高爐布料的實際情況，根據料面信息，找出合理的布料制度，同時根據爐況可準確、有效的調整爐頂布料參數；熱流強度監測及爐缸侵蝕模型的建立，在高爐安全長壽方面保駕護航，不僅對高爐正常生產提供分析數據，與大數據平臺相結合，還能提出高爐合理操作爐型的數據，為分析一代爐齡提供爐身、爐缸冷卻數據；智能噴吹技術的成功使用，為高爐高噴煤大富氧的強化冶煉提供有力的支撐；各項可視化、智能化技術與高爐生產相結合，為煉鐵技術發展提供助力。
關鍵詞：高爐，可視化，智能化，激光料面儀，智能噴吹，定壓換爐
1 前言
陜鋼集團漢鋼公司1#高爐有效容積1280m3，設有20個風口、2個鐵口、3座頂燃式熱風爐，采用了陶瓷杯爐底爐缸結構、串罐無料鐘爐頂裝料設備、高爐噴煤與富氧等技術。高爐于2011年11月23日點火投產，通過抓原燃料篩分，強化爐內爐外管理，匹配上下部調劑相結合，爐況長期處于穩定順行狀態。在2020年4月份在集團公司數字化、智能化轉型工作的推動下，利用高爐年修機會，對1#高爐系統進行實施一系列的可視化技術改造，多項數字化、智能化技術的成功應用，進一步確保高爐生產穩定順行，同時為提高經濟技術指標提供助力。
2020年4月20日高爐順利高效復產，5月份全月高爐穩定順行，全月產量134760.93噸，平均日產4347.13噸，利用系數3.40，平均燃料比487.75kg/t，其中日產最高記錄4594.15噸，高爐運行狀態良好，各項指標均處于先進水平。
2 高爐爐頂熱成像和激光料面儀的應用及實踐
良好的裝料制度能夠提高高爐的產量水平，改善順行，降低燃料消耗；對于高爐操作人員來說，常通過設定不同的布料矩陣，改變礦、焦在爐喉徑向分布的比例，控制高爐生產時的布料軌跡及料面形狀，達到控制調整煤氣流分布、穩定爐況的效果，并影響軟熔帶的形狀，作為上部調劑的主要手段。而了解料面形狀則主要是通過休風后進行觀察，但休風狀態與高爐生產時不同，不能完全代表生產時的料面形狀。
2.1 爐頂可視化的應用
2020年2月利用高爐熱風爐系統大修機會，北京神網有限公司對漢鋼1#高爐爐頂監控系統進行升級改造，安裝爐頂激光料面儀裝置，與爐頂熱成像配合使用，形成爐內的一雙“眼睛”，爐頂可視化技術在該高爐得以應用，見圖1-1、圖1-2。
圖1-1中心煤氣流 圖1-2 料面形狀
激光料面儀安裝后可實時對高爐布料的實際狀況進行檢測和分析，同時保存影像視頻，形成數據分析表，實現了料面形狀及煤氣流分布情況的在線監測，為布料制度的調整提供數據支撐，使得布料更加精準、科學、有效。通過布料，還可以預防、處理一些高爐冶煉過程發生的異常事故。
2.2 爐頂可視化的實踐
1、結合國內對布料制度的研究，當料面呈寬平臺+深漏斗形狀時，高爐可長周期處于穩定順行狀態，且對原燃料波動及外界干擾因素的抵抗力強，根據實際布料軌跡及料面形狀，1#高爐在現有的生產條件下，形成一套適用的布料制度，即C33.2331.52 29.6227.52 25.22154， O 33.2231.53 29.6327.52 ，正常生產時料面形狀如圖1-3，在沒有特殊情況下針對不同的生產情況，布料制度只需要進行微調。
圖1-3正常時料面形狀
2、在高爐生產過程中，當爐況發生變化，激光料面儀能夠實時監測料面形狀。如圖1-4爐內偏料時料面形狀，則根據料面位置分析，判斷爐內東西方向下料不均，東側下料慢而西側下料快，從布料設備、爐身溫度及爐外出鐵等幾方面進行分析，判斷為爐外放鐵不均導致偏料，立即采取加強東場出鐵，縮短出鐵間隔，維護鐵口深度等措施，確保東西鐵口渣鐵排放均勻，逐步消除爐頂偏料，避免了高爐因偏料而導致的爐況失常。高爐下料較快時，如圖1-5料面形狀，判斷布料平臺及漏斗的深度，及時調整各項參數，縮短虧料線時間。高爐煤氣流分布是爐況順行的關鍵，爐內熱成像能實時觀察中心氣流的強弱，如圖1-6，圖1-7，根據煤氣流變化，及時調整參數，確保爐況穩定順行。
圖1-4偏料時料面形狀 圖1-5料快時料面形狀
圖1-6中心氣流較弱 圖1-7 中心氣流較強
3 熱流強度監測及爐缸侵蝕模型的建立
高爐爐缸狀態一直是高爐長壽的關鍵，高爐爐缸溫度與有效監控成為當前煉鐵生產工作的重要環節，同時對高爐生產的穩定順行有著非常重要的影響。爐缸熱負荷作為判斷爐缸內部熱狀態及侵蝕狀態的指標，應從高爐點火開爐開始就加強監控和維護，實現高爐生產安全、穩定、長壽。
近年來，1#高爐利用檢修及大修機會，在爐缸原有的基礎上增加測溫點，完善爐缸溫度檢測及熱流強度管控，依據爐體各層測溫熱電偶，各層溫度變化反映爐型的變化、煤氣流分布，結合本體壁體溫度、水溫差、熱流強度等參數控制標準，對數據進行分段、分區深度挖掘優化，模擬生成高爐操作爐型管理模型，為高爐管理及操作人員提供最優的調劑方向和解決策略。
建立爐體各層的實時溫度，溫度平均值，波動次數，從各段各點溫度曲線及實時溫度雷達圖，爐身下層、爐腰、爐腹冷卻壁溫度的變化來判斷爐墻是否結厚。依據爐體各層測溫熱電偶，兼顧冷卻壁水溫差的變化進行綜合判斷，為高爐操作制度調整方向提供依據?？蓮母鞫胃鼽c溫度平均值，標準偏差，判斷爐況運行情況，爐況順時熱電偶溫度小幅波動，爐況不順時熱電偶溫度劇烈波動。
4 智能化噴吹的應用實踐
高爐噴煤技術是高爐系統降本增效的重要環節，能夠大幅度降低焦比、提高經濟效益等優點，隨著高爐冶強的提高，噴煤量的增加，如何穩定、均勻、準確的噴吹，成了亟需解決的問題。
4.1 智能化噴吹改造前情況
1#高爐噴煤系統建成投產已有8年之多，采用3罐并列下料，總管加分配器的直接噴吹，每罐裝煤量約16t/罐，隨著高爐冶煉技術的不斷進步，噴吹能力難以滿足高爐煤比要求，小時噴煤量達到24t以上后，倒罐過程中的停送煤頻率增加，常導致高爐壓力波動10~20Kpa，如圖4-1所示，并且在噴吹過程中，氣體能源消耗較大，管道磨損嚴重，嚴重影響高爐生產的穩定順行。為了提高噴吹穩定性和噴吹量，降低能耗及設備損耗，對1#高爐噴吹系統進行智能化改造。
4.2 智能化噴吹改造及應用實踐
一期噴煤對1#高爐智能噴吹系統進行改造，利用原噴吹基礎設施，采用PLC自動化控制系統，安裝可調濃相煤粉輸送器、新增氮氣回收管道、智能噴吹軟件控制系統等設施，形成短流程并罐交替噴吹，保證連續、穩定、均勻的向高爐每個風口輸送煤粉，達到“一鍵式”智能化全自動噴煤，為高爐注入一支“鎮定劑”，噴吹瞬時曲線如圖4-2所示 ，從根本上消除了倒罐停煤的問題，使噴吹工藝整體優化、置換比提高。1#高爐噴煤量最高可達到26t/h，噴煤比從130kg/t提高到150kg/t，噴吹速率波動在±5%以內，氮氣、壓縮空氣消耗降低，管道磨損減少，同時減低操作人員勞動強度。據計算，僅降低氣體介質能耗一年就可節省70萬元以上，同時消除倒罐對高爐壓力波動的影響，為高爐順行高產低耗創造有利條件。
圖4-1 手動噴吹瞬時曲線 圖4-2 智能噴吹瞬時曲線
5 定壓換爐的應用實踐
5.1 常規手動換爐的影響
高爐冶煉要求外部條件盡量穩定、波動幅度小，在一定的原燃料條件下，穩定的送風有利于爐料的正常下降，爐缸均勻活躍，是高爐穩產、優質、高產的重要條件。熱風爐工作特點是燃燒和送風交替進行，穩定、連續的為高爐提供所需的風量及高風溫。1#高爐配置3座頂燃式熱風爐，采用“兩燒一送”的模式，為高爐提供1200℃左右的風溫，根據蓄熱情況，需要50-60Min換爐一次，在手動換爐過程中，冷風壓力下降幅度為15~25kPa，持續時間約8~15min。送風壓力的波動，風量的降低，直接影響高爐鼓風動能，易造成高爐崩料及煤氣流波動，如圖5-1所示，同時若人員操作失誤易導致高爐憋風，不利于高爐長期穩定順行。
5.2 定壓換爐的應用實踐
送風系統通過精確控制風機靜葉角度，在換爐過程中，使風機增加額外流量，抵消或顯著降低換爐過程中的壓力波動，優化高爐軸流風機防喘振綜合控制，實現高爐換爐過程中的壓力、風量穩定。 1#高爐通過熱風爐定壓換爐系統的應用，冷風壓力的下降控制在2~3kPa左右，基本與正常送風時的風壓波動相當，并且風壓的變化過程更加平緩，沒有風壓陡降的現象，大幅度減少或消除因壓力波動導致的崩塌料。加快均壓速度，換爐時間減少到6min左右，如圖5-2所示，將節約下來的時間用于燒爐，可以使高爐進一步提高風溫，對順行、增產和降成本具有一定的促進作用。
圖5-1 手動換爐曲線 圖5-2 定壓換爐曲線
6 結束語
1、高爐可視化技術能使高爐操作管理人員及時掌握高爐內部準確信息，在線了解高爐生產時的料面形狀和氣流分布，能夠及時發現料面異常，或氣流的變化，為高爐恢復或穩定順行提供科學的判斷依據，促使高爐長期穩定順行。
2、智能化的多項技術投入使用，不僅提高了設備利用率，降低設備損耗，對各系統的優化銜接，降本增效方面也有明顯優勢，還從根本上消除人為操作因素造成的控制誤差，降低人員勞動強度，是高爐煉鐵技術發展的趨勢。
3、數據化、智能化工作的推進，漢鋼1#高爐煉鐵技術也在不斷進步，風口成像、尋優燒爐、大數據處理平臺等技術已成功運用到高爐煉鐵生產中，后續繼續結合科學技術發展，運用智能化技術全面提高煉鐵技術水平。
參考文獻 ：
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