高爐在線測量料面形狀的激光探測儀 在邯鋼8號（3200 m3）高爐上的應(yīng)用

楊占海¹；高遠¹；高征鎧²

1. 河鋼集團邯鋼公司；2. 北京科技大學(xué)

摘要：邯鋼8號3200m3高爐在爐頂安裝了激光探測儀，布料后用激光在料面上掃描，用專用的攝像儀獲取激光光斑在料面上移動的影像，用計算機對影像處理得到料面形狀的圖像和曲線。高爐生產(chǎn)中在線測量料面形狀及時調(diào)節(jié)操作制度保持最佳爐況。爐況波動期間根據(jù)在線測量出的料面形狀調(diào)整裝料制度，高爐通過增加焦比保持熱量，上部不斷優(yōu)化料制和矩陣，最終實現(xiàn)了爐況恢復(fù)。采用這項技術(shù)高爐操作人員可以及時了解布料操作的結(jié)果，穩(wěn)定和改進布料操作；在料面形狀的異常變化時，發(fā)現(xiàn)爐況變化和布料設(shè)備的問題。

關(guān)鍵詞：高爐；在線；激光掃描；料面形狀

1、8號高爐安裝激光掃描儀的情況

激光探測儀由在高爐直徑上相對安裝的兩個激光掃描裝置和在垂直直徑方向安裝的一臺專用攝像儀組成。高爐布料后，兩個激光掃描裝置用激光對料面進行掃描，在掃描過程中用專用攝像機錄象，用計算機采集影像。經(jīng)過計算機影像處理，可以得到料面形狀的圖像和曲線。

2012年8號3200 m3高爐安裝了激光探測儀，在高爐直徑上爐殼相對位置開孔安裝兩臺激光掃描裝置，在與掃描裝置直徑相垂直位置開孔安裝專用攝像儀，見圖1、2、3。

2、生產(chǎn)中在線測量料面形狀及時調(diào)節(jié)操作制度保持最佳爐況

8號高爐生產(chǎn)時，通過在線測量各種爐況時料面形狀，結(jié)合煤氣流特征，及時調(diào)整操作制度。當高爐爐況與指標達到最佳時，操作人員記錄下此時的料面形狀，并在以后的生產(chǎn)中盡量保持此料面形狀，保持爐況的穩(wěn)定；當高爐需要提升指標進行上部調(diào)整時，操作者通過密切關(guān)注料面形狀變化，一旦出現(xiàn)爐況波動時及時調(diào)整料制，恢復(fù)正常爐況時的料面形狀，達到快速恢復(fù)爐況的目的。

通過三年多的觀察，理想料面形狀是：裝礦后有1.0米左右平臺，且平臺緊緊挨著爐墻，中心有1.5米深、半徑3.6的大漏斗（見圖4）。裝焦炭后邊緣有1.3米平臺，平臺也是緊挨著爐墻，中心有1.8米深、半徑3.3的大漏斗（見圖5）。爐頂攝像儀觀察到的爐內(nèi)圖像顯示，放料前煤氣流中心較亮（溫度較高的煤氣流），在裝礦后中心氣流變暗，放完后逐漸變亮；裝焦炭后中心氣流也變暗，但亮起來較快，邊緣沒有亮帶。保持以上料面形狀與煤氣流分布，8號高爐爐況保持穩(wěn)定順行。

3、爐況波動期間根據(jù)在線測量出的料面形狀調(diào)整裝料制度

8號高爐從2012年底到2013年3月出現(xiàn)一次嚴重的爐況波動。表現(xiàn)為靜壓與渣皮周期性波動、煤氣利用率不穩(wěn)定、爐內(nèi)氣流不穩(wěn)定，導(dǎo)致爐溫難以控制，多次出現(xiàn)鐵水溫度低于1480℃爐涼爐況，高爐熱制度遭到破壞，經(jīng)常出現(xiàn)懸料，爐況極度惡化。高爐通過增加焦比保持熱量，上部不斷優(yōu)化料制矩陣，最終實現(xiàn)了爐況恢復(fù)。本次爐況恢復(fù)過程中的料制調(diào)整直到最終的穩(wěn)定，在線激光探測儀發(fā)揮了重要作用，見表1。8號高爐2012-2013年生產(chǎn)指標優(yōu)化曲線見圖6。

4、生產(chǎn)中在線測量料面形狀及時發(fā)現(xiàn)探尺工作異常的故障

2014年3月13日23：30南探尺深度突然增大，從通常的南探尺比北探尺深0.3米突然增加到深1.1米（詳見圖7），出現(xiàn)嚴重偏尺現(xiàn)象。操作人員多次提起南探尺重新放下，該探尺深度仍然不變。此時工長立刻用激光探測儀進行料面掃描，根據(jù)掃描結(jié)果確定料面形狀規(guī)則正常，判定南尺有故障，高爐繼續(xù)保持正常操作。操作人員上爐頂檢查，發(fā)現(xiàn)是南探尺鏈條因爐頂高溫拉長所致，修復(fù)后工作正常，證明本次判斷完全正確。由于嚴重偏尺對高爐的生產(chǎn)危害嚴重，如果這次按照探尺的錯誤數(shù)據(jù)處理高爐操作，必將造成爐況波動。

5、高爐更換新布料溜槽后在線測量料面形狀及時修正布料操作

在長期生產(chǎn)過程中流槽磨損或更換的新布料流槽的形狀、材料、大小等改變時，爐料在爐內(nèi)的實際落點將發(fā)生偏差，影響爐內(nèi)氣流分布。通過激光探測儀在線觀察高爐料面形狀，可以對布料矩陣進行微調(diào)，適應(yīng)設(shè)備變化的條件，保證爐況穩(wěn)定順行。

2013年4月27日8高爐休風(fēng)改造爐頂布料溜槽，由半圓改成矩形溜槽，高爐通過激光探測儀掃描料面形狀與觀測爐料落點，發(fā)現(xiàn)裝新溜槽后爐料落點向中心方向移0.2米，為了保持爐況穩(wěn)定，高爐送風(fēng)后布料角度從α42.5°、40.5°、38.5°、36.5°、34°、31°，料線1.3米，調(diào)整為α43.5°、41.5°、39.5°、37.5°、35°、32°，料線1.4米，調(diào)整后再用激光探測儀掃描料面形狀，得到了爐料平臺與漏斗同休風(fēng)前用舊溜槽時一致的結(jié)果，從而保持了休風(fēng)后爐況的穩(wěn)定。

6、高爐激光探測儀測量料面形狀可以取代爐頂十字測溫部分作用

在線料面激光探測儀使高爐操作實現(xiàn)了可視化。相對于十字測溫簡單測試溫度，料面探測儀雖然不能準確測量溫度，但是可以觀測料面形狀、觀察爐內(nèi)氣流（溫度較高的煤氣流）分布與大小，基本滿足觀察爐頂煤氣分布的目的。

考慮十字測溫探桿導(dǎo)致爐料偏析、設(shè)備下方料面凹陷，甚至引發(fā)高爐管道行程等不利影響，8號3200m3高爐從2013年開始逐個拆除十字測溫探桿，到2014年8月13日全部拆除，高爐拆除十字測溫裝置后，目前靠料面探測儀在線測量料面形狀和高爐壁體溫度數(shù)據(jù)完全能夠準確掌握料面的煤氣分布狀況。

7、結(jié)論

激光探測儀能夠在線檢測高爐料面形狀，使高爐操作實現(xiàn)了可視化。8號3200m3高爐的應(yīng)用實踐表明采用激光探測儀，爐內(nèi)料面狀況能直觀地顯示出來，為高爐操作者掌握料面形狀提供了依據(jù)，有助于快速制定合理的操作制度來調(diào)節(jié)爐況。還可以及時發(fā)現(xiàn)高爐布料設(shè)備和探尺設(shè)備的變化和故障。通過長期觀察料面形狀與歷史數(shù)據(jù)的積累，有助于高爐操作者盡快掌握高爐冶煉規(guī)律，推動高爐煉鐵技術(shù)進步。