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高炉炉缸炉底热电偶在线监测系统设计

作时间:2016-11-22  来源:  作者:广西华锐钢铁工程设计咨询有限责任公司;2.柳州钢铁股份有限公
   

【摘要】为实现炉缸侵蚀自动预警及预警记录查询,设计在高炉炉缸炉底增设热电偶在线监测系统。从热电偶点位设置、性能要求以及测温采集系统网络架构原理及布置进行介绍,设计一套炉缸炉底侵蚀在线监测预警系统。

1 前言
          柳钢5# 高炉自开炉以来已生产了接近10 年,经过摸底排查,炉缸炉底测温热电偶损坏点数已达到50%,炉缸炉底热电偶监控系统处于半失效状态,炉缸炉底侵蚀检测状况无法及时显示和报警,存在安全隐患。从节约投资及保证高炉后期安全运行角度出发,为了实现炉底炉缸异常侵蚀、碳砖环裂、气隙等异常情况的自动预警及预警记录查询。需要在5# 炉增设炉缸炉底侵蚀在线监测预警系统。

          “炉缸炉底侵蚀在线监测预警系统”可对高炉炉底炉缸耐材侵蚀情况进行在线监测和自动预警,指导高炉工作者及时掌握炉缸侵蚀状态并采取护炉措施,延缓炉缸侵蚀速度,预防炉缸烧穿事故,防患于未然,帮助高炉工作者实现高炉的安全长寿。

          在不发生不可抗力(渣铁烧蚀、人为破坏、安全事故、自然灾害、战争等非产品质量和防护原因)和正常维检的情况下,保证一代炉役内90%以上的热电偶正常运行。定期采集各测温点的温度数据,进行滤波(滤除异常数据),并建立数据库。用图形化界面显示各测温点的物理位置(标高、角度、插入深度)、当前温度和趋势曲线。

2 炉底炉缸热电偶点位设置
          依据5# 炉底炉缸耐材砌筑结构,根据侵蚀模型的需要进行合理的测温点设计,安装优质炉缸专用热电偶,并进行科学合理的安装、引出、防护和组网,建立稳定、可靠的炉底炉缸耐材温度自动监测系统。

2.1 炉底炉缸热电偶点位分布
          在5# 炉缸炉底碳砖刻槽预埋热电偶监测点,主要对炉缸铁口区域“象脚”侵蚀区增加热电偶监控,措施如下:
          炉缸底部第0 层增加热电偶1 点,炉缸底部第1 层增加热电偶12 点,炉缸底部第2 层增加热电偶32 点,炉缸底部第3 层增加热电偶32 点,炉缸底部第4 层增加热电偶42 点,炉缸底部第5 层增加热电偶42 点,炉缸底部第6 层增加热电偶30 点,炉缸侧壁第7 层增加热电偶30 点,炉缸侧壁第8 层增加热电偶30 点,炉缸侧壁第9 层增加热电偶30 点,炉缸侧壁第10 层增加热电偶2 点,炉缸侧壁第11 层增加热电偶5 点,炉缸侧壁第12 层增加热电偶5 点,增加热电偶测温293 点。炉底炉缸热电偶点位分布如表1 所示。

炉底炉缸热电偶点位分布

2.2 炉缸炉底测温热电偶布置
          根据工艺专业提供的高炉设计图和高炉炉缸炉底耐材热电偶布置要求,依据冶金传输原理、炉缸炉底侵蚀模型和热电偶优化布置理论,“象脚状”侵蚀区域加大监测密度、炉底电偶交错布置、节约热电偶投资的原则,炉缸炉底耐材热电偶布置如图1 所示。

炉缸炉底耐材热电偶布置图

3 在线监测系统设计
3.1 热电偶性能参数
          众所周知,在高炉建成后炉底炉缸耐材内的热电偶是无法更换的,因此热电偶质量非常重要,高炉炉缸炉底热电偶应选择专门针对高炉炉缸炉底环境开发的具有耐高温、耐腐蚀、抗还原、抗氧化、抗渗碳特性的高炉炉缸专用热电偶,以保证多数热电偶在一代炉役内长期正常工作。

          高炉炉缸专用热电偶是专门针对高炉炉缸炉底复杂的工况环境设计的优质铠装柔性热电偶,在不发生渣水、铁水直接侵蚀、坠物或其他不可抗力破坏的情况下,可以保证一代炉役内90%以上的热电偶能够长期稳定工作。严格执行的国家标准:《铠装热电偶电缆及铠装热电偶》(GB/T 18404- 2001)。热电偶性能参数如表2 所示。

热电偶性能参数

3.2 采集系统网络架构
          本系统由高炉炉缸专用热电偶、补偿导线、采集模块、多路串口服务器、网络交换机、工控机、数学模型组成。首先,在砌筑炉缸炉底耐材时,在耐材内预埋热电偶,组建炉缸炉底耐材温度采集系统,然后,根据高炉设计结构、炉缸炉底砌筑图、耐材参数等开发高炉炉缸炉底温度场分布、三维侵蚀内型、渣铁壳厚度、炉缸活跃性在线监测诊断模型。

          炉缸炉底耐材温度采集系统的网络架构如图2所示。

采集系统网络架构

3.3 采集系统布置
          在5# 高炉炉缸炉底耐材内埋置热电偶,并相应增加热电偶引出时的密封装置,增加信息处理模块等自动化设备。炉缸炉底耐材内温度检测点共计293 个,20 个气密引出装置,10 面采集箱,1 面配电集线箱等。将热电偶通过补偿导线连接到热电偶采集模块,并与多路串口服务器、工控机形成热电偶温度采集系统。在采集箱后面、桥架上方靠近潜在热源处用厚度为3 mm 的钢板制作档热板进行隔热防护。采集系统布置如图3 所示。

采集系统布置图
          系统设计采用炉缸炉底三维侵蚀内型、渣铁壳变化和活跃性在线智能监测诊断监测系统。该系统通过采集高炉炉缸炉底耐材的温度,计算炉缸炉底温度场分布,实时在线显示和智能预警,能够实现对高炉炉缸炉底三维侵蚀内型、渣铁壳变化和活跃性在线智能监测、诊断、数据存储、显示和预警。

4 应用效果
          柳钢炼铁厂5# 高炉炉缸炉底侵蚀检测报警系统包括:炉缸炉底温度场数字化检测,炉缸炉底耐材热电偶检测数据的自动采集、存储和显示,不同纵剖面温度场、等温线、温度云图、残衬厚度的自动计算、绘制、存储、显示和历史查询,炉缸炉底任意一点的坐标、温度及材质随光标的自动显示,炉缸异常侵蚀、耐材厚度过薄、炉缸结厚等异常情况的自动预警和预警查询功能等多个在线检测模块。通过该系统的建立,可实现对炉缸炉底侵蚀实时判定,能够帮助高炉操作人员及时准确地掌握炉缸异常侵蚀、耐材厚度过薄、炉缸结厚等情况,进而采取有针对性的行之有效的生产操作调节,控制冶炼强度,最终为实现高炉的长寿、高效、优质、低耗及清洁生产奠定基础。

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