高炉炼铁自动化技术

高炉炼铁自动化技术前言…………………….A根底自动化简介………………B过程自动化简介………………C信息化和自动化的开展、现状和趋势炼铁消费根底自动化………………高炉专用检测仪表………………..概述…………炉内状况检测………………渣铁状态检测………………各风口热风流量分布检测…………………热风温度检测………………风口及冷却壁等漏水检测…………………炉衬、炉底耐火材料烧损检测焦炭水分检测………………煤粉喷吹量检测……………仪表控制系统……………………..高炉本体检测仪表及控制系统……………热风炉检测仪表及控制系统……………….喷吹煤粉检测仪表及控制系统……………煤气清洗检测和自动控制系统……………原料检测仪表及控制系统…………………高炉水渣检测及自动控制系统……………给排水检测及自动控制系统………………TRT发电装置检测及自动控制系统鼓风机检测仪表及自动控制系统…………电气传动及控制………………….上料设备顺序控制系统……………………无料钟炉顶自动控制系统…………………热风炉换炉自动控制系统…………………煤粉喷吹电气传动控制系统………………布袋净化系统电气传动控制系统…………给排水电气传动控制系统…………………出铁场除尘电气传动控制系统……………TRT电气传动控制系统出铁厂机械吹笛控制………1.4人机接口HMI炼铁消费过程自动化……………过程自动化级计算机系统的功能……………….宝钢高炉过程计算机系统功能…………….罗德洛基公司赫拉厂过程机算机系统功能……………….过程自动化级的数学模型及其理论…………….数据有效性和可靠性检验模型…………….配料计算与优化数学模型…………………炉热断定模型………………铁水［Si］预报模型高炉炉况预测数学模型……………………无料钟布料控制数学模型…………………热风炉控制数学模型………软熔带形状推断数学模型…………………高炉炉底侵蚀推断模型……………………2.2.10碳-直接复原率C-DDC〕模拟模型高炉操作预测模型………..热风炉操作预测模型……………………..人工智能在炼铁消费中的应用…………….概述…………人工智能系统开发工具……………………专家系统知识获取和规那么编制及数据预处…理…………日本钢管公司BAISY高炉操作专家系统日本钢管公司君津厂ALIS系统日本川崎钢铁公司AI系统.日本住友金属工业公司高炉操作混合专家系…统………2.3.8日本神户钢铁公司3#高炉炉热预扌艮系统2.3.9日本钢铁公司大分rSAFAIA系统2.3.10武钢4#高炉专家系统2.3.11鞍钢11#高炉人工智能系统2.3.12瑞典钢铁公司铁水Si］预扌艮神经元网络系统.•2.3.13日本川崎钢铁公司千叶76#高炉热风炉燃烧模糊控制系统…….•2.3.14日本川崎钢铁公司水岛73#高炉热风炉燃烧AI控制系统高炉长寿及监控…………………炼铁消费管理自动化……………3.1消费管理自动化的必要性和类型………………3.2炼铁制造执行系统简介…………3.3管理自动化数学模型及其建立…………………前言炼铁是通过冶炼矿石，从中得到金属铁的过程。现代炼铁法不外高炉炼铁法和非高炉炼铁法。高炉炼铁法，即传统以焦炭为能源的炼铁法。由于高炉炼铁技术经济指标好，工艺简单、可靠，产量大，效率高，能耗低，此方法消费的铁占世界生铁产量90％以上，并且这种主导地位在相当一段时间内不会改变，但一些缺乏焦炭资源的国家和地区也使用不同形式的非高炉炼铁法。基于以下原因：⑴炼铁工业是能耗大户，高炉炼铁占整个钢铁行业能耗的60％，因此炼铁过程有效节能经济意义很大，是关系钢铁行业稳定开展的必不可少的因素，而自动化技术对节能起到关键作用。⑵设备大型化。现代高炉容积已超4000m3,稍有意外损失重大。一座2000m3高炉炉况不顺每悬料一次减产103t/d，每崩料一次减产16t/d，而以计算机为中心的异常炉况预报系统命中率达90％,使工长预先采取措施,防止事故。⑶工艺连续化与前后工艺关联化。无论高炉还是非高炉炼铁都是为后续炼钢提供及时的、优质的钢水，后续工序产品质量、操作都受前列工序影响，没有自动化和信息化系统，难以为后续工序提供及时的质量均一的原料。⑷工艺操作复杂。要求产品质量高、高效率、高收得率和低耗。例如高炉消费需要：正确地配料和及时的装入炉内、保持煤气流和炉料良好的接触，使炉料均匀下降，维持一定的炉缸热状态，人工操作时很难到达。此外，高炉是密闭的，必须借助许多检测仪表才能判断其内部情况，故自动化必不可少。(5)原料用量和运输量大。例如一个2500m3高炉，每昼夜要装料4200-6000t,且要严格按照配比和顺序装入，没有自动装料配料和批重以及水分补正系统就不仅消耗人力，而且无法获得良好技术指标。⑹设备要有高的运转率同时要长寿。例如要减少高炉休风率，就得自动监视设备状态，出现故障前兆时设法排除。要使高炉长寿，就得监视砌体烧损情况、炉体温度和煤气流分布，并依次及时调整。因此，高炉自动化已成趋势，不仅是炼铁现代化标志，且投入产出比显著。据奥钢联报道其高炉自动化系统VAIRON在林茨厂和南非ISCOR厂运行结果获得良好结果和效益：①消费效率平均进步5%;②煤气利用率至少进步1%;③总燃料消耗量减少3kg/t;④喷煤率进步10kg/t;⑤硅标准偏向减少0.15%;⑥投资回收期不到4个月〔以年产2百万t铁水高炉为根底。其中①经济效益500万美元/年，③150万美元/年，④200万美元/年。总计850万美元/年。现代炼铁工业自动化有根底自动化、过程自动化、管理自动化及众所周知的三级构造的CIMS系统〔计算机集成制造系统，流程工业称CIPS,国内在钢铁工业有学者称综合管理控制系统〕三级构造是把CIMS分为BPS/MES/PCS三级，其中BPS〔BusinessPlanningSystem］级是单纯考虑企业经营管理问题的企业资源规划〔ERP］，主要利用以财务分析决策为核心的整体资源优化技术，MES级是考虑消费和管理结合问题的中间层制造执行系统，主要利用以产品质量和工艺要求为指标的消费过程优化运行、优化控制和优化管理技术，PCS级是单纯考虑消费过程问题的过程控制系统，即过程自动化和根底自动化系统。近年由于要适应剧烈市场竞争需要，互联网和信息技术开展，全球化趋势，钢铁公司信息化和自动化以从钢铁公司内部到顾客和社会。实行消费－物流－销售一体化，不仅消费和销售部门联网，而且与外界贸易公司、最终用户〔汽车、家电、机电制造等工厂］以及税务部门和海关联网甚至和国外有关部门通信，使信息更广域化和高效化，甚至通过卫星监视船舶到达地点，以向用户报告使之作承受准备。此外，电子商务等要求信息化、自动化系统能适应这些进展，为此出现WIM〔网络集成制造系统〕。WIM功能远超CIMS功能，是以Web和智能技术为根底。能充分利用互联网资源，实现全球化供销链、远程技术支持和远程诊断等，包括常规和智能控制、监控、复杂的优化数学模型和人工智能模型等运算、智能信息处理〔运行消费经营管理软件如ERP、MES等〕以及电子商务等。现代大型高炉消费工艺包括本体和辅助系统，有高炉本体、贮矿槽、出铁场、除尘器和热风炉五部分。辅助系统有煤气清洗、炉顶煤气余压发电〔TRT〕、水渣、水处理和制煤粉尘车间等。炼铁中，炉料〔矿石、燃料和熔剂〕从炉顶装入，从鼓风机来的冷风经热风炉形成热风从风口鼓入，随焦炭燃烧，产生煤气从下而上运动，而炉料由上而下，互相接触进展热交换，逐步复原，最后在炉底复原成生铁，形成炉渣，积聚在炉缸的铁水和炉渣分别由铁口和渣口流出。高炉操作主要解决以下问题：⑴正确配料并以一定顺序装入炉内；⑵控制炉料均匀下降；⑶调节料柱中炉料分布及保持与煤气的良好接触；⑷保持适宜的热状态。⑵、⑶、⑷归结为要求炉况顺行稳定。只有在炉况顺行稳定状态下，才能到达优质、低耗、高产目的，为确保高炉炉况稳定必须随时掌握炉内的各参数的变化情况，及时予以调整，这就有赖于自动控制技术。高炉自动化主要是指仪表检测及控制系统、电气控制系统和计算机，即根底自动化、过程自动化和管理自动化。仪表控制系统和电气控制系统通常由PLC和DCS自动完成。A根底自动化根底自动化四种形式：⑴电气逻辑顺序控制与仪表连续调节控制功能分别由不同类型控制器进展控制的PLC＋DCS形式。宝钢1#高炉大修工程三电控制系统配置是国内最典型的例子，电控由日本安川公司消费的PLC执行，PLC01供原料与装入控制之用，PLC02供热风炉用，PLC03供辅助设施用，PLC04供煤粉喷吹用。I/O共5681点，其中AI152点，AO52点，DI4224点，DO1248点，PI5点。仪表由日本横河公司消费的DCS执行,FCS01为高炉本体控制站,FCS02为炉顶/煤气清洗/TRT控制站，FCS03为出铁场/重油喷吹控制站，FCS04为热风炉/余热回收/送风控制站，FCS05为温度监控站，FCS01为煤粉喷吹控制站，I/O共约3497点，其中AI662点，AO201点，DI1041点，DO593点。V-NET传输速度10OMb/s。优点是电控和仪表各自采用最适宜的控制装置，且电控用的PLC专作为顺序控制等功能而不必估计较复杂的回路控制，设备较简单。缺点是电控和仪表设备不同，备件要多些。⑵电气逻辑顺序控制功能与仪表连续调节控制功能都是由DCS进展控制的全DCS形式。过去DCS主要作为回路控制用，其后大力开展电气逻辑顺序控制功能，使电气顺序控制功能与仪表连续调节控制功能均由DCS控制。如美国西屋〔Westinghouse〕公司WDPF,OVATION系统，美国贝利公司Infi-90、德国SimensPCS7控制系统等。原上钢一厂2500m3高炉三电控制系统是典型例子，宝钢3#高炉、宜钢1260m3高炉自动化系统都是全DCS形式。⑶电气逻辑顺序控制功能与仪表连续调节控制功能都是由PLC进展控制的全PLC形式。由于PLC大力开展仪表连续调节控制功能，而且比DCS廉价，故上海梅山冶金公司2#1250m3高炉使用全PLC系统并投产后，国内近年来新建或大修的大、中、小高炉使用全PLC形式已成为潮流。03年投产的天津钢铁公司2000m3高炉三电控制系统就是一个典型例子。系统包括13套SimensS7-400型PLC，13台RS2工业交换机SWITCH〔SX〕，20套配置Citect软件包的HMI，4台EWS工程师站，1台效劳器Server,主环网和级联网均为100Mb/s工业光纤以太网，网中远程站与PLC相连用Profibus总线。中控室的10台HMI按工艺机组分为两组，每5台共享几台PLC数据，连接网络的5台HMI可利用Citect的网络功能将其中两台设置为互为热备I/OServer，而另外3台设为Client以减少网络负荷和增加速度，保证HMI与PLC间数据交换稳定性和同步性。系统说明全PLC形式的系统过去主要用于小高炉，而如今得到越来越多的大高炉应用。⑷电气逻辑顺序控制功能与仪表连续调节控制功能都由工控机执行的工控机形式。该方式本钱低，过去主要用于小高炉〔如安钢水冶3#高炉〕，但近年由于工控机支持软件开展，如美国Entivity、ThinkandDo等公司的许多工控机支持软件使工控机能使用商品I/O〔如SimensET2000〕，并能执行电气逻辑顺序控制功能与仪表连续调节控制功能及监控功能等，而大大扩展其使用范围和方便性，为在大型高炉上应用创造条件。上述四种根底自动化构造各有优缺点，使用哪种形式要视详细情况而定，包括炉容、技术要求、工厂自动化程度、备件等、熟知程度、维护和投资多少等。四种形式在国内外都曾使用，但国外大型高炉，包括韩国、日本、德国、卢森堡采用PLC+DCS形式，为使PLC和DCS联网，厂家大都彼此协调和采用开放式网络，例如美国霍尼韦尔公司仪表连续调节控制HMP与美国GE公司电气逻辑顺序控制PLC共同组成TotalPlant控制系统、日本横河公司仪表连续调节控制器FCS与日本安川公司电气逻辑顺序控制CP-3500H共同组成的控制系统等〔日本横河公司DCS和日本安川公司PC系列PLC过去的网络难以直接连接，像宝钢二期工程中的1900mm连铸系统，彼此要分送过程机算计通信〕。美国霍尼韦尔

公司更消费本身包括能进展仪表连续调节控制和电气逻辑顺序控制的TotalPlant控制系统，但它包括用仪表连续调节控制的APM通用控制站和用作电气逻辑顺序控制的LM顺控站，故形式上还是PLC+DCS。表1国内高炉三电系统配置简况厂名容积点火时间仪表系统电控系统过程机数学模型宝钢武钢武钢武钢鞍钢鞍钢本钢马钢包钢昆钢本钢唐钢重钢太钢邯郸梅山攀钢1#2#3#1#4#5#11105#1#4#6#1、21#2#5#1#3#4#4063m34063m34350m32200m32516m33200m32580m32580m32560m32500m32200m32000m33801260m31260m31200m31350m31260m31250m31350m3横河Centum横河Centum西屋WDPF1999199620011993霍尼韦尔TDC3000霍尼韦尔TDC3000霍尼韦尔TDC3000AB系统安CP-3500H安M-BF500西屋WDPFPLC984PLC984SimensS5-150UModiCom系MODICON公司的PLC984MODICON公司的PLC984B西屋WDPF霍尼韦尔TDC3000霍尼韦尔TDC3000GE9070PLC西T-M-DCS横河Centum横河Centum西T-M-DCS西T-M-DCS横河Centum西S5-PLC安川U84PLCGE-S8型PLC西S5-PLC西S5-PLC安川U84PLC西5XS5-115H+1XS5-115H西屋WDPF西屋WDPF惠普HP9000厂名容积点火时间仪表系统电控系统过程机数学模型宝钢武钢武钢武钢鞍钢鞍钢本钢马钢包钢昆钢本钢唐钢重钢太钢邯郸梅山攀钢1#2#3#1#4#5#11105#1#4#6#1、21#2#5#1#3#4#4063m34063m34350m32200m32516m33200m32580m32580m32560m32500m32200m32000m33801260m31260m31200m31350m31260m31250m31350m3横河Centum横河Centum西屋WDPF1999199620011993霍尼韦尔TDC3000霍尼韦尔TDC3000霍尼韦尔TDC3000AB系统安CP-3500H安M-BF500西屋WDPFPLC984PLC984SimensS5-150UModiCom系MODICON公司的PLC984MODICON公司的PLC984B西屋WDPF霍尼韦尔TDC3000霍尼韦尔TDC3000GE9070PLC西T-M-DCS横河Centum横河Centum西T-M-DCS西T-M-DCS横河Centum西S5-PLC安川U84PLCGE-S8型PLC西S5-PLC西S5-PLC安川U84PLC西5XS5-115H+1XS5-115H西屋WDPF西屋WDPF惠普HP9000横河Y-8000VAX4000-300AlphaServerAlphaServerSolarSPS5/70效劳器VAX4400,3100^VAXn,486VAX-4700横河Y-7000惠普HP-9000yVAXH横河Y-80003台770即486yVAXHGO-STOP,炉热、热风炉燃烧、布料、高炉及热风炉操作预测、软熔带推断、炉底侵蚀推断、一代炉龄数据库国内攻关研究监控及专家系统Rautaruukki川崎ESARBED模型预测铁水等参数人工智能系统炉况，炉热预报模型及人工智能Rautaruukki川崎ES后增加GO-STOP炉况预报AI方案上炉况推断及热风炉控制模型等无数学模型无数学模型无数学模型无数学模型无数学模型无数学模型无数学模型表2国内高炉三电系统配置简况厂名及高炉容积仪表系统电控系统过程机数学模型

韩国浦项厂1#1660m3横河Centum安川公司CP系列PLC美国DEC公司VAX6310监控及各类数学模型〔炉热、热风炉燃烧、布料控制、软熔带推断、炉底侵蚀推断数模等〕韩国浦项厂2#2550m3横河Centum韩国浦项厂3#3795m3横河Centum韩国浦项厂4#3796m3横河Centum韩国光阳厂1#3800m3PDP11/83,TCS6000PDP11/83+PLC美国DEC公司VAX11/360韩国光阳厂2#3800m3安PLC,CP320韩国光阳厂3#3800m3CP320+CP3500VAX8250,AI用yVAXH监控及各类数学模型及专家系统等韩国光阳厂4#3800m3SC184VAX6130,AI用VAX3100日钢管福山4#4288m3TDCS3000CP3500+CP5500富士通A500监控及各类数模及专家系统日钢管福山5#4664m3CP320FAC0MS3500d新日铁君津3#2884m3横河Centum安川PLC,CP320日立H80EH-V90/50E监控及各类数模及专家系统新日铁君津4#4063m3横河CentumCP320+CP3500日立H80M川崎千叶厂5#1839m3横河Centum-XLCP3500+CP5500富士通A80监控及数模川崎千叶厂6#2584m3横河CentumSC184横YODICI1000监控及各类数模及专家系统川崎水岛厂3#4500m3横河Centum-XLCP3500+CP5500日H-V90/50E住友鹿岛厂2#4800m3横河Centum-XLCP3500+CP5500YEWCOM9000监控及各类数模及专家系统住友鹿岛厂3#5050m3横河Centum-XLCP3500+CP5500YEWCOM9000B过程自动化过程自动化的构成也有四种形式⑴单机集中控制型。过去因设备昂贵，且高炉炼铁是较缓慢过程，其操作关键包括关键监控功能，在根底自动化大部分获得解决，过程自动化级包括数学模型大都是操作指导形式，此外硬件和支持软件才能有限，都采用1台过程机算计承当过程自动化级全部功能，包括数据采集、数据处理和技术计算，数学模型运算、监控、操作值设定、数据显示和数据记录等。采用这种构造的高炉有包钢1#高炉、二期2#高炉，武钢6#高炉，马钢2500m3高炉，攀钢4#高炉等，这种形式优点是构造简单，加以工控机功能，运算速度都会大大增强，故今后，特别是一些中小高炉预计还会使用这种方式。⑵双机集中控制型。由于高炉大型化，如宝钢1、2、3#高炉容积都超过4000m3，操作稍有不正常，损失就会彳艮大，过程计算机功能越来越多，越来越重要，数学模型也趋向闭环〔如奥钢联专家系统〕，许多数据不容丧失，加之中型计算机的价格也在下降。故集中型大多是双机集中控制形式。采用这种构造的有宝钢3#高炉〔1994年点火〕，1997年大修后重新点火的1#高炉，采用高可开的二重化构造，，过程计算机双机系统，MMI可互为备件等。过程机算计功能有：原料料仓数据处理、称料和装入数据管理、热风炉数据处理及模型、出铁渣数据处理、工艺设备管理、高炉本体数据处理、喷煤过程数据处理、报表处理、画面显示及输入处理、系统外部数据通信处理、过程数据输入输出处理、高炉数学模型、日以上数据处理和人工智能等子系统及根据计算式集、系统应用子程序集和各子系统共用子程序集等进展计算或编制等。采用178cm大屏幕。两台过程计算机〔HP-9000系列800E级效劳器，内存192M〕互相间用监控器连接，采用镜像磁盘，分别与以太网和V-NET相连，备用机时刻监视主机，一旦主机出现故障，系统会自动切换到备用机上。⑶分散控制型。即过程自动化级的功能由多台计算机分担，采用这种构造的有梅山冶金公司的3#1250m3高炉〔3台Simens工控机〕、上钢一厂2500m3高炉等。180工作站承当原料上料管理功能，181站承当高炉本体数据管理功能，182站承当渣铁数据管理功能，160站承当热风炉数据管理及打印机管理功能，4台工作站拥有独立的ORACLE数据库，独立进展各自的程序，互不干扰。当一台工作站需要对另一台工作站的数据进展查询时可远程登陆另一站的数据库，并不影响另一台的程序运行。每台工作站前台运行画面程序，进展人机接口，后台运行应用程序，进展数据采集、处理、分类入库、查询等并定时生成打印报表数据。这种配置特点是由于整个系统由4个根本子系统组成，互相关联少，其中一台故障，不会造成整个系统瘫痪。此外，一台SUNSPAC5工作站〔175MHz，内存64M,,操作系统为UNIX，数据库采用ORACLE，画面和报表开发工具采用Developer2000，应用程序与数据库接口采用Proc、Profortran］性能高于VAX4200，价格却廉价许多〔假设采用工控机，价格要更廉价〕。缺点是以后要开发管理级计算机，由于要从4个独立的数据库中提取数据，略嫌费事。⑷客户机和效劳器〔Client-Server〕型。典型例子是昆钢2000m3高炉。效劳器是惠普HP9000、Microsoft的WindowsNT操作系统，客户机是3台高性能PC，配置17in彩显，数据库是Sybase,画面与报表开发工具为VB。WindowsNT操作系统平安性好，性能稳定，采用图形化用户界面，有汉化版本，易于整个网络维护和管理。Sybase为一个成熟的数据库系统，VB不同于过去面向过程的编程语言，是面向对象的编程软件，支持对多种数据库调用，用它开发画面和报表较容易。此系统仅1个数据库，整个后台应用程序〔包括原料、上料数据管理、高炉本体数据管理、铁渣数据管理、热风炉数据管理功能等〕也运行于效劳器，进展数据采集、处理、分类、入库等。画面程序运行于3台客户PC机，向数据库效劳器提交查询和修改恳求，由效劳器执行向客户机返回执行结果。报表格式存于PC机，需打印时，由PC机向数据库效劳器提交查询恳求得到查询结果后，生成报表，在打印机上输出。系统采用流行的Client-Server构造，造价廉价，易于扩展数据库Sybase及开发软件VB,开发与维护方便〔假设采用MicrosoftOPC-OLEforProcessControl标准，开发更容易〕，在此根底上开发管理机较为容易。另外，如今硬件技术进步，假设经济允许，可增设一台备用效劳器，因此可认为Client-Server型是现阶段较合适大中型高炉过程计算机体系构造。C信息化和自动化的开展、现状和趋势可以说高炉是最早开展自动化的机组。早在1755年瓦特创造蒸气机及其调速器，不久就有人把蒸气机作为推动鼓风机的动力源连同调速器一起用于高炉，此后陆续有些简单的仪表和电控装置装上高炉，但真正意义上使用自动化技术和装置是在第二次世界大战前后，当时自动化主要是指过程量〔热工参数〕的检测和控制，即使用仪表作为保证消费正常和节约原料为目的的热管理并使用一些单回路控制器，电气传动那么只是远间隔控制和继电器联锁，以后才作为上料、配料等的控制。至此自动化实际上包括仪测仪控和电气传动两大部分，但彼此分立，很少关联。随着技术的进步，仪表方面开展为电气的、气动的和液压的多种技术，并为统一信号而转向单元组合形式，在电气传动方面那么由于器件进步，由继电系统，简单调节进而为使用交磁放大机、磁放大机、快速磁放大机、晶闸管等。在控制电路方面，其元件由电子管、晶体管、磁逻辑元件、固体逻辑元件、大中小规模集成电路、分立元件计算机、大规模集成电路计算机和微型机等。国内高炉也经历了这样的系统和技术变化，上世纪60年代以前的高炉是硬线逻辑顺序控制系统；60年代末，首钢使用磁逻辑元件上料系统；70年代中期，上海梅山冶金公司的高炉首次使用锗晶体管构成的分立元件逻辑电路的上料系统，其后攀钢等厂使用计算机控制上料；直到70年代末80年代初才开场使用PLC执行现代控制理论的自适应、卡尔曼滤波、自校正、最优、状态空间、多输入多输出。协调控制以及具有复杂数学模型等控制方法。由传统的模拟就是转变为数字技术，由古典控制理论转变为现代控制理论，由传统的物化现象非电量电测法转变为新的如激光、超声以及各种新的物化现象组成仪表，并开展为机电一体化的测量技术和装置，使高炉许多过去无法测量的参数得以解决，这些新装置有炉身、炉喉、软熔带探测器和垂直探测器，料面形状和温度仪等。1958年钢铁业首次利用电脑，开场也用在高炉，当时只作数据解析、显示、打印报表，以后把工艺过程数模化，并作为操作指导和设定，也有用电脑进展直接数字控制〔DDC，如60年代日本把电脑用于上料、配料〕，由于电脑需要更多信息和输出控制，导致仪表、电控和电脑严密结合，电脑系统且在英国Speneer厂实现，并在国际自控委〔IFAC〕第二次全会上提出，60年代新日铁君津厂实现AOL系统，至此建立多级电脑系统〔CIMS雏形〕形成管控一体化。70年代数据大道出现，微型机工业化，以微机为核心的PLC开展，代替传统硬线逻辑系统，至此电力传动改用PLC控制。一方面，PLC〔我国称集散系统，近来称DCS〕出现，也逐步代替模拟式仪表作为数据采集和自动控制之用。到80年代初PLC已开展成为功能齐全、抗干扰才能高，MTBF〔平均无故障时间〕达数万小时，使用面向用户语言，带有CRT并能连接打字机，PPC更开展成为有近百种模块，供过程量控制和处理，如开方、滞后补偿、PID算法、限位等，开发操作员操作显示装置，内存＞12M，显示功能极强，可分级显示，包括全貌、区、组和回路等四级，易于显示工艺流程及易懂、易解析的画面。今天钢铁厂自动化系统已不再由模拟仪表盘、继电逻辑系统和许多操作台分散式控制，而是根本上在中控室集中操作，以大型图像监视器监视全厂情况，厂长可直接在厂长室甚至在家中〔通过拨号〕监视消费或发出指令和开会议，方案可由上位机下达，由电脑控制与组织消费而到达高效、高产、高质、低耗的综合管理控制一体化。由于计算技术进步，使大规模处理工作得以进展，冶金理论、控制理论、机械制造技术、图像处理技术等的进步，使常规控制转为模型控制、智能控制，常规数学模型进而由控制模型扩展和预测模型、平安模型、控制模型和其他一般模型的多目的控制和操作指导并与智能控制结合而形成多学科穿插的模型和控制方法，智能控制除模糊控制、专家系统、神经元网络，更进而使用遗传算法，专家系统更进入闭环控制阶段〔如奥钢联高炉VAIRON系统〕，使高炉进入第三代操作。数学模型、传感器和测量技术进步，使密闭的高炉成为可视化高炉，设备诊断技术进步不仅可实行全厂监测，而且可使用人工免疫系统使设备更长寿。高炉自动化包括根底自动化、过程自动化、管理自动化，成为全公司CIMS和WIMS〔网络集成制造系统〕一部分。总之，高炉自动化的趋势是迈向“无人化〞，这并非幻梦，日本钢管公司烧结厂已实现无人化，其5#高炉应用专家系统操作已实现两周无人自动操作，新日铁也在改善其专家系统，把最难实现自动化和岗位人员最多的出铁场研制成一人操作多个机械的声音控制系统，把岗位工人由三人降为一人。初步看，我国高炉自动化程度已达国际先进程度，然而除根底自动化外，差距仍很大，主要表现为普遍性、功能和功能投入率的差距，特别是在数学模型方面差距尤为明显。中国钢铁协会统计，计算机控制根底自动化率为高炉100％，转炉95.43%，电炉95.9%，连铸99.42%，轧机99.68%；过程自动化率为：高炉57.54%，转炉56.39%，电炉58.56%，连铸60.08%，轧机74.5%；管理自动化率为高炉5.97%，转炉23.03%，电炉26.12%，连铸20.64%，轧机41.68%。这仅是计算机控制采用率，就是根底自动化在功能以及功能投入率仍有差距，如热风炉燃烧控制，比利时等欧洲大多数国家都是增强型自动化系统，即包括废气温度控制和残氧控制，国内那么很少有热风炉设有此系统，再那么国内不少热风炉仍采用人工换炉，就是设有自动化系统的热风炉因难以做到无波动换炉而只能采用半自动换炉。在过程自动化方面差距更明显，除宝钢有完备的数学模型及武钢、鞍钢等大型钢铁厂有部分模型外，大多数无数学模型的一般监控，无法起到优化作用。至于人工智能除从芬兰引进的专家系统外，大都功能有限。从芬兰引进的专家系统因操作、原料等不同，只能引进部分〔未引进包括多个模型的监控系统〕，故效果有限。至于管理自动化如MES还在起步阶段，而且大多为MIS性质，很少有有效的业务模型。炼铁消费自动化最低配置仅对高炉规定，原冶金工业部规定高炉自动化标

准，如下表，并令设计和消费单位执行，高炉信息化自动化系统功能应参照执行。表3自动化在高炉中的应用自动化工程高炉规模大型>1500m3中型750-1500m3小型v750m31.平安参数监控〔采集、记录、报警或控制〕㈠高炉本体⑴冷却水压力流量检测及水压过低报警VVV⑵炉顶超温洒水控制VVV⑶炉内压力及放散控制VV根底⑷冷却系统流量、压力、温度、进出水差检测及检漏VV⑸炉身、炉缸砌体烧损情况检测VV自动㈡热风炉化⑴拱顶温度过高时报警VVV⑵煤气压力检测和控制，低压时报警联锁VVV⑶冷却水压力、温度、水温差检测及检漏，异常报警VO⑷预热煤气温度检测VV2.过程量检测及控制㈠高炉本体

⑴炉顶压力检测及控制〔高压炉顶〕VVV⑵一、二次均压控制〔高压炉顶〕VVV⑶炉喉煤气十字测温VVO⑷炉顶和炉喉煤气、炉身炉底和炉基温度检测VVV⑸料线及下料速度VVV⑹无料钟炉顶溜槽转角、倾角、料空、称量等VVV⑺无料钟炉顶气密箱三叉口温度等检测VVV⑻炉顶总煤气成分分析VVO⑼炉身静压力VVO⑽铁水温度、重量VVO(11)各风口支管流量检测VO(12)各风口前端温度检测VO㈡热风炉⑴)热风压力VVV⑵热风温度控制VVV⑶热风温度、富氧控制〔当加湿、富氧鼓风时〕VVO⑷助燃空气、煤气、烟道废气温度检测VVV⑸热风炉助燃控制VVV⑹冷风流量、压力、温度检测VV⑺预热器前后温度检测VVV3.各种传动设备控制⑴上料、装料控制〔含无料钟或料钟炉顶控制〕VVV⑵槽下称重、放料、批重和水分补正控制VVV⑶热风炉自动换炉VV⑴数据采集、整理、显示、记录VVV过程⑵各类技术计算VVO自动⑶异常炉况预报数学模型VVO化⑷炉热预报数学模型VVO⑸布料数学模型VV

⑹热风炉流量设定模型VV⑺软熔带形状推断模型V⑻炉底侵蚀预报数学模型VV⑼高炉操作综合预扌艮模型OO⑽热风炉操作综合预扌艮模型OO(11)多目的管理模型VO(12)技术通信VVO(13)渣铁数据管理VVO管理⑴在线作业方案与调度管理VO⑵高炉一代炉龄数据库VO注：“V"表示必须装备的，“O"表示可选装备的第一章炼铁消费根底自动化高炉专用检测仪表概述高炉是密闭机组，检测仪表相当重要，如下图，高炉检测仪表和传感器大致分为：⑴检测高炉排出气体成分、温度、压力等常规传感器；⑵检测炉顶处装入原料的分布、温度、压力和气体的成分等传感器；⑶检测炉喉处原料、气体的流动、温度、压力、成分等传感器；⑷检测炉腹的风口部位的焦炭、熔融物、气体流动、温度、压力、成分等传感器；⑸检测渣、铁温度和成分传感器。现代高炉作业不同于以前，需要在维持炼铁厂煤气平衡根底上以总本钱最低为目的：第一，必须迅速适应炼铁厂整体煤气平衡；第二，大量应用廉价材料；第三，减轻炼钢过程的负担需要消费低硅生铁；因此，对今后高炉仪表和传感器的要求不可缺少的是要迅速测出高炉内动态状态，得到准确信息以便进展高效率的多方面分析和评价。但如今的仪表和传感器要直接得到信息还有很大间隔，许多检测问题还未解决，见下表。故仪表和传感器研制今后工作是进步现有传感器信息的质量，包括进步信息可靠性和获取次数；为有效利用仪表和传感器，要强化支持机构〔维护部门〕；开发新型传感器，特别是测量高炉内部的传感器。表1.1炼铁消费过程正在使用和待开发的传感器检测内容要求精度检测目的阶段目前检测方法现状与待开发用待炉内煤气流动状况温度:60-3000°C精度:±20°C流速:0-10m/s控制气流分布状态O可测量炉喉部位，要开发能连续检测炉内状况的传感器炉内固体流动状况温度:0-2000°C精度:±20°C控制热流比O要开发能连续测量炉内状况的传感器炉内液体流动状况温度:1500-1600°C精度:±20°C掌握铁水和熔渣流动状况O要开发能连续测量炉内状况的传感器

炉内煤气、固体、液体温度状况温度:0-3000°C精度:±20°C对炉内进展立体和灵敏监视△O垂直程度探测器热电偶测量要开发能连续测量的传感器炉内煤气、固体、液体复原状况C0:20%-40%CO:0-25%H:0-20%2对炉内进展立体和灵敏监视△O垂直程度探测器热电偶测量开发能连续取样和连续测量的传感器软熔带位置料线开场：10-30m精度:±20cm消费过程解释△O送入式垂直探测器要开发能连续测量的传感器铁水液位及分布精度:±20cm进步初铁量预测精度O熔渣流量范围:O-1Ot/h精度:±10%节能，进步熔渣品味△O光学方法要开发能连续测量的传感器铁水[Si]范围:0-1.0%精度:±0.02%减少脱硅剂消耗量△O开发快速分析，连续测量廉价传感器连续测量铁水温度范围:1400-3000°C精度：±10t作业管理△O辐射式高温计开发能连续测量的廉价传感器炉壁厚度范围:0-2.0cm精度：±2cm延长炉龄△OTDR或FMT传感器能定点和推断，开发全面测量传感器炉外原料粒度分布范围:0-100mm精度：±3cm控制装料分布O取样方式分批测量，开发能全面测量的传感器原料水分范围：0-10%精度：±0.1%补正炉料水分△O焦:中子水分仪矿:取样方式开发能连续测量的廉价传感器焦炭、矿石厚范围：0-2.0cm精度：±10cm控制装入物料层厚O电磁式焦炭盘旋区形状精度：±10cm过程分析△O风口探测器开发能连续测量的廉价传感器炉内焦炭温度、粒度范围:1000-3000°C精度：±20t掌握透气性O开发能在作业过程中测量的传感器炉喉料面形状精度：±5cm控制炉料分布O旋转微波或激光测量法出铁口深度范围:2-4cm精度：±10cm铁渣作业高效化O研制高精度传感器炉内燃烧区形状检测条件：1000-3000°C透气性及炉缸温度管理△O风口探测器开发能在作业过程中测量的传感器滴下带液流分布范围:0-700mm/h精度：±20mm/h铁水、熔渣流量分布控制O开发能连续测量的传感器炉顶煤气成分分析煤气成分CO、CO、H、CH、224O、NO色谱，红外线分析仪表炉身静压范围：0-作业监视O炉顶、炉身、炉底温度计范围：0-1300°C作业监视O风支管流量条件：800-1300°C作业监视O风口前温度范围：0-500t作业监视O注：使用中的“O〃表示使用中无问题；“△〃表示需要改善精度、可维护性功能等；待开发的表示要开发无标记表示目前无传感器。炉内状况检测料面高度检测现代高炉均装有2-5根探尺，装料时由卷扬机提起，检测时下放或随料面自然下降，探尺位移信号经自整角发送器带动控制室内的自整角接收器，后者带动记录仪表指针进展记录，或带脉冲发射器，送DCS进展测量。此外，还设有另一台自整角机观测下料速度。因自整角机接收器有跟随误差，为此近年采用S/D变换方式，即直接把自整角机转角〔料线值〕变换成数字量，指示料线值，经时间处理后还可以输出下料速度值，该仪表还设有最高最低料线报警功能。传统上，料线测定都是使用机械式探尺，但机械式探尺长久后使用易损，特别是当低料线时，探尺重锤还可能被高温煤气烧毁而掉入炉内，为解决该问题，美国伯利恒钢铁公司伯恩斯厂研制微波式探尺〔简称MBHMS〕，澳大利亚BHP公司也开发了一种激光式探尺〔简称OPSTOCK〕。微波式探尺〔又称微波料位仪，日本安川电机，荷兰Philips及德国DDS公司也消费这种仪表〕，其原理是调频微波的一部分经过通道送检波器，另一部分经过另一通道到达检波器，由于行走间隔不同而出现时差。假设检波器检出两个混合波，那么所测间隔R与频率f成线性关系。bR二(T/AF)x(C/2)x(1/T)-L/2ab式中：AF为频率偏移；T为有效调剂周期；C是光速；aT为频率差的周期，T=1/f；L为两通道长度差。bba-17.9GHz。因料面形状不规那么，而且不断运动，因此反射波除主波外还有一些副波，用普通计算方法确定频率差很复杂，使用快速傅立叶变换将时域变换成频域，可方便确定频率差，信号处理在一台标准商业微机上进展，将雷达反射波频谱分析转换为料位高度，为进步分辨率使用频率较高的K波段。这样从天u线发出的微波束较窄，而且振动器扫描频率范围较宽，还在反射波传播途中增加一台放大器，为大幅度减少调整天线和窗口相对位置时间，使用双天线，一个发射，另一个承受，此外还增设1个压力传感器。1个温度传感器和11个远程多功能检测点，以监视雷达装置内外和窗口的电源参数和温度变化，一旦发现异常就会在CRT上报警。MBHMS由雷达测头和进算计两部分组成，雷达探头包括微波模块、双天线和多功能检测点，安装在一个外面有保护套的圆柱形钢筒内。天线位于料线零位的上方。使用结果说明，MBHMS测定的料线和探尺测定结果根本一致，但当炉内烟尘较大时结果就会不准。澳大利亚激光料位仪原理是所谓“飞翔时间技术〃〔TOF〕，从激光源发出短促激光脉冲在照到目的物体后被反射到聚光镜上，然后被接收器测得。光线从光源到接收器所经历的时间再被转变为目的和光源间的间隔。料面仪主要包括三个系统：⑴激光发射器；⑵激光承受系统〔包括1台望远镜和1台装有高速激光检测器的红外检测器〕；⑶可允许直径为12mm的发射和反射激光穿过的不易积灰的窗口。此外，包括远程信号处理、供电l^m,激光器输出强度300呵，脉冲长度大约7ns。接收器带低噪声放大器，而双色滤光片将激光波长从红外线别离，此点能将激光“飞行〃时间和辐射计量分开处理。采样频率109次/s，以使激光脉冲数字化。因煤气含大量粉尘，所以接收的脉冲信号散射，设计采用“常数比例区分〞技术和多种拟和算法，使接收器“看不到〞近场散射光，而只能“看见〞真是的目的所反射回的脉冲。料面形状检测测量整个料面形状，通常采用机械式、微波式、激光式和放射线式四种方法：⑴机械式料面形状检测仪有两种形式：单锤式和多锤式。单锤式可以测量半径上6点料位，测量范围0-5m，精度土50cm，测量6个点时间为60s。这种料面形状检测仪在川崎钢铁公司千叶厂、水岛厂，法国萨西洛尔、索尔梅和索拉克等公司均有应用。由于单锤式料面形状仪每测一点都要启动枪、步进、停枪、放锤、测量等多个步骤，故要增加测点并缩短时间非常困难，而采用多锤式料面形状仪可显著缩短测量时间，大多是炉喉探测器一部分，炉喉径向探测器有固定和挪动式两种，德国蒂森钢铁公司施威根厂3500m3高炉装设的是卢森堡制造的水冷固定炉喉径向探测器，共4根，用以测量截面十字方向4个半径离墙m处及每隔m各点〔共5点〕煤气温度、压力和成分，可在这5点落下重锤〔由5个电机分别带动〕测量料面形状。德国德灵根厂那么装设Danga&Dienenthal公司〔DDC〕制造的挪动式炉喉探测器，先插到炉喉中心，然后向后，分10个位置依次测量半径方向上各点煤气温度、压力、成分和用重锤方法测量料面形状。⑵微波式料面形状测量仪。与微波料位仪区别在于前者测量整个料面，故雷达头要旋转以便扫描整个料面，因此安装位置不同。新日铁名古屋厂1#高炉微波式料面形状检测仪信号用微机处理，处理工程有：差频信号滤波和整形；差频信号状态检测及判断是否进展测量；差频型号测量；计算间隔；除去装料时干扰，检出崩料等料线急剧变化的信号并报警、滤波和数模变换。⑶激光式料面形状检测仪。与激光式料位仪区别是前者测量整个料面，因此安装位置不同。澳大利亚的激光式料面形状检测仪激光发射系统需在料位检测的根底上设一套能旋转90°视场向圆周方向任一角度投射激光束的扫描器，激光承受系统需装设可测量扫描区域温度的红外检测仪。日本的料面形状检测仪利用三角测量原理，方向角可调的旋转光束扫描器向料面投射氩激光，在另一面用摄像机测量料面发光处的光学像而得到各光点二维坐标，再根据光线断面程度方位角9,找出该点三维坐标，然后在彩色CRT上显示整个料面形状，该仪表测量时间10s，精度±50mm。⑷放射线式料面形状测量仪。这种装置在前苏联和一些西方国家使用。机械式料位仪、微波式料位仪都有价格高、易损坏、需经常维护等共同缺点。且由于高温煤气含尘量大和料面的经常变化影响微波和激光的穿透和反射，使测量精度下降，而同位素的放射线频率比之激光和微波的频率都要高得多，波长也较短，而且不受粉尘和高温的影响，有较高的精度。此外，它无需发生器，故构造及电子线路非常简单，价格廉价，缺点是有辐射，需要加强防护。瑞典钢铁公司律勒欧场2#高炉丫-射线料面形状检测仪包括料面温度的测量。Y-射线发射装置内有放射辐射源，向料面发射出一条狭窄的光带；承受装置的探头为装有伺服电机的辐射探测器，它以70mm/min的速度扫描光带。扫描探头运动由一台角度传感器检测和得出扫描点的空间坐标。角度传感器在探头的起始位置会自动进展标定。实际应用结果证实，虽然料面仪总误差为60-90mm,但其中只有20-30mm是料面计本身系统误差。每批料测定两次，测定一次一般需要15-20s。使用两套发射器-接收器，可测一条直径料面形状。测量一条以上直径料面形状，需安装更多发射-承受装置。信号被接收器承受后送往计算机，信号处理后可保存在数据文件中或显示在屏幕上。屏幕显示：最近一批料料面形状；32个点炉料下降速度〔根据本次装料后和下次装料前两个时刻测定的料面计算〕；最近8批料料面形状〔厚度是根据装料前后的料面位置和装料期间炉料的下降确定〕；矿/焦比分布。料面仪在设计时充分考虑了辐射防护问题，包括：①高度可靠放射源容器；②放射源设有温度、供水和供电的监测系统；③放射源开闭一般用电动〔需要时也可以手动〕。实测结果说明，，因此不会对短暂作业的操作人员造成伤害。放射源翻开工作时，，相当于1.8mSv/日历年和0.3mSv/工作年辐射剂量〔1工作年定义是每年工作45周，每周工作49h〕，远低于每年15mSv极限辐射剂量的国际标准，更低于每年50mSv极限辐射剂量的医疗控制标准。在长时间运输和贮存时，因为铅容器必须置于特殊运输箱并加平安栓，故不会对人造成伤害。前苏联新下塔吉冶金厂、伊里奇冶金厂和捷尔任斯基冶金厂高炉My-32型32路放射性同位素料面形状检测仪原理是：，在其对方分别在钢砖不同高度放置8个cn-ir型计数管，再接一个Y-继电器连到色灯信号盘中去，当炉料挡住某个计数管时，丫-继电器就开场动作，指示相应信号灯亮，经处理后成为料面形状。炉喉温度检测按所测的结果可以推断炉内煤气流分布，以监视高炉状况。一般沿炉喉料面上半径方向的不同部位装设热电偶以测量径向各点温度，为了防止磨损而专门设计了保护装置。一般在高炉的四个方向上各装一根，其中一根稍长，可以测量中心温度，这种装置被称为十字测温装置，十字测温装置一般共测17点〔小高炉〕或21、25点〔大、中型高炉〕。前苏联马格尼托哥尔斯克钢铁公司的高炉更利用已有的炉喉四根电动取样装置装上热电偶和程控装置以便自动定期伸入炉内测量料面煤气流分布情况。澳大利亚高炉那么使用轻型无冷却水的炉喉半径测温装置，它的特点是简单、廉价，使用期1约半年到一年，特别合适容积为1000m3以下高炉使用。国内上世纪90年代十字测温装置大都是水冷的，并加角钢保护，水冷的优点是当高炉出现设备故障，不能上料或低料线时，炉喉上部的煤气温度可达800-900°C〔一般约200°C〕，不致烧坏十字测温装置，缺点是笨大，需要引入冷却水，且往往在休风后复风因忘记开冷却水导致烧坏设备，如今除少数大型高炉外，都已使用由耐热钢制成的无水冷十字测温装置了。高炉十字测温装置能使高炉工长理解炉内煤气流分布，指导高炉操作，但在消费理论中也有弊端。安装在炉喉十字测温杆阻挡炉料下落，使料面形成十字形沟槽，影响高炉布料圆周方向均匀性。此外。十字测温测量料面以上煤气流温度，由于煤气流上升过程中发生混合，与料面对应位置的温度有差异，十字测温装置不仅存在温度变化滞后，而且只能测量炉喉两条直径上温度分布状况，不能检测其他位置状况，且设备庞大，安装维护困难，投资和维护费用较大。因此，近年来多使用红外摄像的热成像仪测量炉顶料面温度分布。早在70年代中期，比利时冶金研究所〔CRM〕就已成功使用红外摄像技术测定炉喉料面温度分布并发现管道等异常行程，并制成热摄像仪，在比利时、瑞典、德国等高炉使用，效果良好。同时，日本钢铁公司与捷里〔JEOL〕公司共同研制热摄像仪，并于74年4月在君津厂3#高炉上使用。其后，在4#高炉上和大分厂和日本其他钢铁公司高炉上使用，是近年测量炉顶料面温度分布的流行方法，并已商品化，此仪表日本NEC和比利时CRM均有消费，国内也有消费，其原理是在炉顶通过硅镜接收从热炉料外表发出的红外线，经程度和垂直扫描反射到电子冷却的镉-汞-碲元件上，由它检出信号并作数据处理和显示结果。CRM早期产品是将料面分成许多小区域，区域不同温度以不同颜色表示〔每隔50°C以不同颜色表示〕，这种显示方法，图像处理简单。NEC产品将320-600°C间的温度每隔40°C用不同颜色表示，并给出等温曲线图谱，而且是连续的。国内也以开发并商品化类似原理的SW3型高炉料面红外摄像仪，其突出特点是功能更多，不仅能看到料面情况，中心煤气流与边缘煤气流分布状况，看到管道、塌料、坐料和料面偏斜等炉内现象，而且可看到溜槽运动和布料过程。此外，在降低料线情况下，还可以观察炉内砖衬和冷却设备工况及结瘤、结厚等现象。该红外摄像仪及计算机图像处理系统与已有热图像仪采用机械扫描方法测量炉内料面上每点温度，然后合成整个料面的温度分布图像不同，该系统摄像机获得温度间相应关系，把图像各点灰度值转为温度值，用伪彩图、数值图、曲线图等形式在彩色监视器上显示料面温度或煤气流分布。该摄像机特点是摄像仪将微型摄像机插入炉内，体积小，炉壳开孔直径仅133mm,休风就可安装。摄像机CCD芯片具有可见光和红外双重功能，稳定可靠，寿命长。摄像机镜头视角达110°,不用调焦,无机械和电气部件,每座高炉只需装1台。摄像仪采用球阀和密封套两道密封,可在消费中维护和更换,简便快捷,省时省力。摄像机用N或净煤气气幕防护,可使摄像头在高温、高压、高尘、高湿的炉内长期稳定2的在线工作,并且所需的N和净煤气压力低、用气量少,运行费用低。该高炉2料面红外摄像仪以在国内44座高炉上安装使用,效果良好。炉喉煤气流速检测仪表炉喉煤气流速检测仪表主要有以下三种类型：⑴皮托管-热线式气体流速仪。该仪表对于高粉尘,低流速的高炉煤气测量非常有效，测量误差不超过30Pa。工作原理是：关闭阀门1和4以切断吹扫N2气，翻开阀门2和3，因皮托管内存在压差，所以在测定管路内就会产生其流量与炉内煤气流速相对应的微小N流。为保证测量精度，需要把热线仪置于恒温2槽里，结果要用炉顶煤气压力进展校正。热线仪的输出电势和气体流速有以下关系：U二T1/2(E-K)/(Kpi/3p)58式中：U为气体流速；E为输出电势；p为气体密度；p为气体压力；T为气体温度；K、K为常数。58⑵热线式相关煤气流速仪。其原理是：流速仪插入炉内两根细导线分别用直流电加热，导线间的间隔为L,通过测定两导线间的温降完全一样时所经历的时间，就可用以下公式计算煤气流量：L/1式中：U为煤气流速；L为两导线之间的间隔；t为温降时间。流速仪在料面上方处进展扫描，可得煤气流速分布。风洞试验证明，热线式相关煤气流速仪的测量精度可达±3%。前苏联马格尼托哥尔斯克公司7#高炉使用类似煤气流速仪。但在炉内装设热电偶代替细导线，将热电偶直接通电加热并升温到规定值以后停顿通电，这时通过的煤气流就会使热电偶冷却，测定测温点的冷却速度，并补正煤气成分、温度和压力的影响，即可求得煤气流速。⑶超声波煤气流速仪。在流体中设两个超声发射-换能器T和T及两个接12收换能器R和Rov代表气体流速，v代表流体静止时超声波声速。当流体静12UC止时，两个通道中升速一样，因此两个接收器接收到的信号就无差异；当流体以

流速流动V时，两个通道中超身波声速都将变化，顺流通道为V+v，逆流通道UCU为v-vo这样两个接收器接收的信号将产生与流速有关的偏向。测量偏向的方CU法有时差法、相差法和频差法，其中相差法比拟合适高炉煤气流速测量，其原理是让T和T同时发射脉冲波，然后测定R和R接收到的脉冲时差。1212川崎钢铁公司千叶厂6#高炉使用的超声波煤气流速仪安装在直径4000mm大口径煤气管道上，测量结果需对温度、相对湿度等修正。经连续650h与N2平衡法计算得到的流量进展比照检验，确认超声波法精度可达±2％。料面上炉料粒度的检测川崎钢铁公司开发了一种检测炉料粒度分布的传感器，并装在千叶厂5#高炉上。该系统光纤装在一根通N冷却的保护管内，保护管外绕有水冷胶管，水2冷胶管外面是一根柔性探尺。探尺装在一根刚性支持探尺中，粒度仪光源发出的光线通过光纤照射在料面上，被料面反射的光线通过的图像经纤维送往TV摄像机并在CRT上显示，利用图像分析方法可确定单个炉料粒度，探尺由电机驱动扫描整个料面。颗粒平均粒度按下式计算：D=工nd3/工nd2Piiii式中：D为颗粒平均直径；d为颗粒直径；n为直径为d的颗粒个数。Piii粒度仪可检测料面上炉料粒度分布，还有以下用处：⑴监视料面形状；⑵发现高炉中心有无流态化现象；⑶监视高炉中心红热焦炭状况。主要技术性能：探头为3000mm光纤、物距100-200mm、观察视距70-100mm、分辨才能2-5mm、光源为Xe〔氖〕灯、柔性探尺直径60.5mm、柔性探尺弯曲半径150-200mm。冷却系统：刚性头为水冷，柔性管为N+水冷，探头温度检测为K热电偶。2高炉炉顶煤气成分分析炉顶煤气成分通常为H1-2%,C020-30%,CO15-20%,N50-60%。温度约222150-300°C，含尘量约5-10g/m3。一般要分析煤气中CO?、CO和巴含量即可理解炉内反响情况，假设H含量过大还可借此发现风口或冷却系统漏水等情况。2故上世纪50年代，国内鞍钢、首钢等就使用从苏联引进的斯特哈诺夫式CO分2析器在线分析高炉煤气成分，但该分析仪采用吸收方式，分析时间长，NaOH吸收液更换频繁，本钱高，只能分析一种成分，此后虽使用红外线声光气体分析仪分析CO、CO等含量，并用热导式仪表分析H含量，但因取样口常堵，影响分22析精度，只有定期借助炉喉十字取样机取样分析，获得径向煤气成分分析曲线，故在线分析高炉总煤气成分不是太迫切而是较少使用，直到要开展高炉数学模型，煤气成分参数是炉热数学模型必不可少的，加以性能良好的色谱仪实用化，特别是宝钢从日本引进成套大型高炉设备，包括自动化及数学模型，同时国内高炉也趋向大型化，故在线连续分析高炉总煤气成为迫切问题。目前普遍使用高精度色谱仪同时分析上述三种成分。假设应急，可用红外线分析仪连续分析CO2和CO含量，用热导式仪表分析H含量，近年用质谱仪分析煤气成分，精度更2高。煤气成分分析关键是防堵，故取样装置最重要，分一次和二次两级，一次采样器装在煤气管道上，内置过滤器，可除＞40卩m灰尘，每个取样周期都用N反2吹，以延长过滤器寿命。鉴于环境恶劣，设置两套一次采样装置以备切换。二次采样器是将煤气进一步净化以到达分析要求，一般装在分析仪附近。由于煤气化学成分分析误差对高炉数学模型计算结果影响较大，经历证CO2和CO的0.1%误差，将分别引起［Si］预报值0.025%和0.05%绝对误差。为使数学模型计算误差可以承受，炉顶煤气分析值最大标准差应＜0.05%，分析系统作业率应尽可能接近100%。故国外各钢铁公司及仪表制造商纷纷研发高精度炉顶煤气成分分析系统。如日本住友技术公司采用稳定样气压力、流量、温度，使用准确的体积法标定等，使分析精度＞0.05%。CRM/IRM公司也开发类似高精度的炉顶煤气成分分析系统CIGAS，并在英国、芬兰、加拿大等国高炉上使用。由于质谱仪的分析精度高于气相色谱仪，故近年来国内外钢铁厂纷纷开场使用质谱仪分析炉顶煤气成分，如武钢最近从美国PE公司引进一套可连续分析18种气体组分的质谱仪〔对炉顶煤气而言，只需分析CO、CO、H、N、O、CH22224等几种组分〕本钢、太钢也从英国VG公司引进VGPRIMA8B型质谱仪。质谱是按照物质的质量与其所带电荷的比值〔质荷比M/e〕依次编排的图谱。质谱分析是测量同位素或化学成分的质量核丰度的离子光学方法。质谱分析的过程是，首先将样品导入质谱仪的离子源并使其形成带电的粒子即离子，质谱仪随后根据质荷比或质量将它们别离，这样仪器的离子探测系统可以选择不同类型的气体，根据高稳定的、能被测量的质谱就可以确定气体混合物的成分。质谱技术的主要优点是灵敏度和准确度高，完全可以满足高精度分析的要求。炉身静压力检测在高炉不同高度测量炉身静压力可尽早得知炉况变化，并准确判断部分管道和悬料位置，以便及时应对。现代高炉一般在3-5个程度面上装2-4个取压口测量炉身静压力，为推断熔融带位置，德国蒂森钢铁公司施威根厂高炉增至14层。炉身静压力检测主要困难在于取压口不可靠。炉身不仅高温、多灰，且易结焦堵塞，近来较成功的是采用连续吹扫取压口，利用炉身压力p等于恒流阀后取压口处压力p减去取压口至炉身压力损失Ap[Ap测量方法，可用吹气时测得的p减关闭吹气时测得的p即可，用指示针指示仪时可按此拨零位〕，测量p111就可求出炉内压力P，但Ap将与流过吹扫叫的流速成比例关系，故首先必须使吹扫N流量恒定而需设置恒流阀，此恒流阀是一个自力式流量调节器，流量可2任意在30-300L/min间选取，过小，取样口易堵塞；过大，测量误差会随之增大。风口前端温度测量炉缸热状态难以直接测量，故利用嵌入风口前端上部沟槽里的镍铬-镍硅铠装热电偶测量风口前端附近的热状态，根据风口水箱壁前端温度X,按以下统计回归公式〔式中常数是重钢630m3高炉的回归数字〕，求出对应风口区温度Y：Y二608.5+6.79X风口盘旋区状况监测日本钢管公司监测方法是在风口窥视孔前设置工业电视或亮度计，并在中控室远程控制，使该装置沿轨道挪动，并可任意选择风口进展监测，还可经数据处理，分析吹入燃料量和黑色区面积关系以得出评价喷吹燃烧好坏和风口前焦炭直径分布以及焦炭状态等信息。软熔带高度控制高炉软熔带位置和形状是理解炉况的重要参数，目前主要用数字模型推断。日本钢管公司使用时域反射〔TDR〕原理来直接测量软熔带高度。在电缆一端加上一个电脉冲，传输到插入炉内的另一端就反射，由于端部接触阻抗不同，反射波形也不同，分析波形和反射时间就可得出电缆长度即软熔带高度。一般从炉顶插入电缆，其端部下降到软熔带而被烧毁，由计算机读取反射波求其高度，这种方法的测量精度为土30mm。软熔带位置和形状的测量还有半模型方法，蒂森钢铁公司施威根厂高炉利用12层炉身静压力及环管风压和炉顶压力记录曲线，推断软熔带位置和形状。日本那么使用分析煤气成分的新型检测系统来推断软熔带的根部位置；沿炉子的高度方向设置7个可以同时测定煤气静压力和煤气取样的测量孔。用气相色谱仪连续分析煤气中CO和CO的含量，绘制煤气利用率沿高度方向上的分布曲线，再2利用外插法估计n为零的位置，即认为该点就是软熔带根部。计算公式为：coLCX二exp(1.2669—0.034351仃。)+LCX式中：L为从风口算起的软熔带位置；L为补正间隔；CXi1寫为第i个测点的煤气利用率，只使用5%-30%的数据。理论证明，用分析气体成分的方法测定的软熔带与TDR法结果相符合。测量炉内状况的各种探测器为理解炉内状况要测量炉内轴向径向各个程度的煤气成分，温度等参数，以便为改善高炉操作提供根据。它在高炉的各个部位装设可挪动的探测器，平时在炉外，每班或需要时进展检测。⑴炉喉径向探测器。有固定式和挪动式两种。蒂森钢铁公司制造的水冷式固定式炉喉径向探测器共四根，用以测量截面十字方向四个半径离墙200mm处以及每隔960mm各点〔共5点〕煤气温度、压力和气体成分，可在这5点落下重锤〔由5个电机带动〕以测量料面形状。德国德灵根厂装设的DDC公司制造的挪动式炉喉探测器，先插到炉喉中心，然后向后分10个位置依次测量半径方向各点的煤气温度、压力和气体成分以及用重锤方法测量料面形状。日本住友金属公司鹿岛厂高炉使用两种探测器的组合。(2)炉身探测器SDP〔ShaftDiameterProbe］，是在料面下某个间隔装设水冷探测器以测量料面下半径方向煤气温度、压力和成分，也可装入纤维镜观察炉内状况，目前SDP大都由DDC公司消费。活动式SDP由微机或PLC控制，有前进和后退两种工作方式，在炉外准备位置用N吹扫，当用后退方式时，SDP插2入炉内用少量N吹扫。到达中心第一测点后，停吹、取样，当参数响应近100%2时读入数据，SDP向下一点后退，直到全部测完从炉中抽出。当SDP外表温度异常或电源故障时，探测器自动紧急退出。宝钢1#高炉SDP控制系统，其煤气取样系统的CO和CO分析器采用重庆仪表九厂由德国HB公司引进的工业光度2计，H分析仪采用南京分析仪器厂消费的热导式H分析仪，煤气预处理系统采22用复合式二次过滤装置和三次精过滤装置有效地解决取样气路堵塞问题，还设有抽气泵，以保证炉内低压时也能正常取样分析。⑶立体探测器。是从炉顶插入一根水冷铜管，以测量从炉顶到炉内10m处各高度的温度和煤气成分等的变化，能探测纵深5-10m范围内炉内情况，在炉身下部能观察到直径5mm以下颗粒和赤热带下侧低温带。立体式探测器操作因构造不同而异，有探测器在其不同高度设置热电偶和取样口，伸入炉内一次就可测量不同高度参数；另一些探测器只在头部装测量元件，在完全伸入炉内后逐步退出才能测量各点的各参数。装设探测器根数也不一样，有高炉只装一个，有高炉在临近上升管连线中心处各装一个共四个立式探测器，以探测四个方位不同高度的情况。立式探测器长度将因高炉容积不同而异，蒂森公司施威根厂3796m3高炉立式探测器总长25m，而德国林根厂5#高炉立式探测器总长仅11m，插入料面深度约6m。日本室兰厂1#高炉立式探测器外径114mm,长23m,它那装3000个纯硅像素纤维镜〔直径18mm，长23mm〕以及热电偶和两个煤气取样管，借此可观察高炉内部情况，利用顶部容器可在炉内任何高度进展炉料取样。⑷炉腹探测器又名钟形探测器，用以探测高炉钟形区〔块状带和软熔带〕状态。如日本大分厂2#高炉炉腹探测器在料线下处装设炉腹探测器，该探测器用液压驱动，最大推力30t,推进速度5-18m/min，推进角25°，探测器外径114mm,,水冷式，探测器可插入炉内约4m,内装纤维镜〔镜像纤维15m，测温纤维15m〕、热电偶、光纤辐射高温计和煤气取样管等设备。⑸风口探测器是在风口区插入探测器，测定风口前气体的温度、压力、观察内部情况等。例如日本君津厂3#高，外径100mm,水冷，前端装有一个直径21mm的内视镜。当探测器插入时可观察风口前循环区内焦炭燃烧情况，并用一个超高速电子快门〔1/10-6S〕的照相机把循环区内部的情况每隔1/60s拍摄一次，再用图像分析仪来分析，便可得知盘旋区内亮度变化情况和在盘旋区内旋转燃烧ss的焦炭粒度分布情况。日本住友金属公司鹿岛厂风口探测器由三重水冷管、检测枪及驱动器组成，能测定盘旋区深度、温度及采样。主要规格为：插入推力389-1200kg，-6.3m/min，行程7170mm,,冷却水170L/min,枪径400mm,带冷却水量和温度越限报警，深度检测方法是使用枪尾端的负载传感器负载进展，煤气取样是用手动采到储气罐中,测温由于受冷却水影响要进展补正。传统风口探测器从窥视孔送入,不但不方便,而且在送风管道插入水冷探测器影响送风量和风温,并干扰盘旋区,为此川崎钢铁公司千叶厂在其5#高炉上设置倾斜风口探测器，该探测器可插入炉内3m，用链条传动，最大推力130KN,有水冷,带有观测用光纤镜,光纤测温,煤气、熔融物和尘粒取样等。⑹炉身边缘探测器〔ShaftWallProbe］又称料厚计，是用以测块状矿区、焦炭下降情况的设备，并可借此理解圆周方向平衡状态，以便获得炉料分布、熔融状态以及煤气分布最正确化信息，它有电磁式、电阻式和微波式几种。电磁式层厚仪原理是焦、矿层导磁率不同而引起磁场分布交替改变，从而直观地检测炉料动态。它是一个水冷探测器，固定式，伸入炉内约600mm，内装磁芯、永磁铁和振荡电路，探测器本身是无磁屏蔽特征的不锈钢体，一般装在料线下3-5m处〔日本堺厂高炉〕，上下两层，相距约400mm,最好是在圆周4-6个方向均安装。炉料下降速度可如下计算：u二L/Ats式中：u表示炉料下降速度，m/s；L'为上下两个磁性仪之间的间隔，m；sAt为矿焦层分界通过上下两个磁性仪的时间差，s；测定料层的倾斜角度，需要在某一高度的不同半径方向设置两个或多个磁性仪，倾斜角度计算公式如下：tana二uAt/L式中：«为料层倾角；L为相邻两个磁性仪间距，m；电阻式层厚仪是在炉身砌体内装设两个电极测量电阻，利用焦炭与矿石电阻的不同，从而知道层厚情况，这种方法在德国的高炉中使用。微波式层厚仪。永久磁铁在高温下会失磁，为测高温区料厚，日本君津厂3#高炉使用微波层厚仪，由一根水冷耐热钢探尺，微波发射器、微波接收器和信号处理单元组成。探尺顶端有三根垂直安装的狭缝式天线。微波从中间天线进入高炉，穿越炉料时将发生散射。散射波被上、下两根天线接收。散射信号S、S及从发射天线正前方反射回的信号R等被送往信号处理单元计算。12对频率为10GHz的X波段的微波，矿石吸收才能大约是焦炭2倍，这就能区分矿石层和焦炭层分界面和炉料下降速度。当焦炭层降至探测器位置时，将出现S、S两个峰值。炉料下降速度由下式计算：11u=aL/At式中：a是与探测器几何形状有关常数；At是S和S出现的时间差，S；12L是上下两根天线间的间隔。焦炭层厚度和矿石层厚度分别由以下两个公式计算求出h二tuh二tuccoo式中：h为焦炭层厚度；t为焦炭层信号持续时间；cch为矿石层厚度；t为矿石层信号持续时间。oo发射天线发出微波一部分被天线近旁的炉料反射回发射天线中。当炉料颗粒在天线正前方时，反射波就会增强；当天线正前方是空隙时反射波就会较弱。这样通过测量反射波强度，就可检测通过天线正前方炉料颗粒个数及尺寸。渣铁状态检测.1熔渣流量检测假设水冷式高炉流渣槽外形截面S不变，那么渣流量Q可用下式计算：Q二KxSxuav式中：u为渣的平均流速；K为总校正常数；S=(A+Hcos9)xHsin9。av外表熔渣流速u和平均流速u关系为：u/u二0.67savavs熔渣流量方块图分三部分：①渣高测量部分。在熔渣流槽附近装一个带水冷外壳的CCD元件检测渣液位，利用熔渣交界处亮度不同，按测量输出界面变化点得渣面高度H。该CCD元件共512位，测量范围512mm,分辨率±1mm。②流速测量部分。利用装在渣槽上方水冷防热箱内两个发光二极管，按相关原理测出流速。③信号处理部分。包括控制单元和运算单元，均由微机操作。此仪表已在日本钢管厂福山厂和鹿岛厂高炉上使用，误差＜10％，小于一般磅秤。.2铁水温度测量⑴间歇式测量。大多使用消耗式快速微型热电偶间歇测温。宝钢高炉是具有四个出铁口的大型高炉，采用这种方式测试铁水温度。操作员把热电偶插入铁水中，温度立即上升，待升至报警设定的上限值时，其接