郭先燊

（河鋼集團邯鋼公司）

摘  要  對邯鋼8高爐激光料面儀的應(yīng)用實踐進行了總結(jié)。該料面儀通過安裝在爐喉密封蓋上南北方向?qū)ΨQ的兩個激光照射掃描爐內(nèi)料面，同時使用正東向的紅外線攝像頭進行拍攝錄像，最后用配套軟件將拍攝的照片與視頻進行重疊處理，顯示出激光軌跡圖，即料面形狀圖。操作者可以直觀地觀測到爐內(nèi)料面形狀，也可以通過配套軟件推算出料面深度、平臺寬度等參數(shù)，實現(xiàn)高爐上部調(diào)劑的可視化。

關(guān)鍵詞   高爐  激光  料面儀 

1 引言 

自1999年爐頂紅外攝像技術(shù)推廣應(yīng)用以來，黑暗的爐頂終于見到了亮光，但光線微弱，僅能觀測到爐料中心高溫煤氣形狀，無法觀測到料面形狀。2012年12月，邯鋼8高爐（有效容積3200m3）通過應(yīng)用高爐激光料面儀，有效彌補了這一不足。該技術(shù)利用激光掃描料面的同時，對爐頂攝像進行拍照、錄像，最后使用配套軟件合成料面形狀圖，實現(xiàn)了料面的可視化，為高爐操作者的上部布料調(diào)劑提供了直接依據(jù)。

2  技術(shù)原理及設(shè)備安裝

2.1  技術(shù)原理及實現(xiàn)

激光料面儀技術(shù)原理是利用激光將黑暗的料面照亮，再用攝像機拍攝下來，最后用配套軟件將拍攝的照片與視頻轉(zhuǎn)換成料面形狀圖，實現(xiàn)料面的可視化。該技術(shù)的裝置主要包括攝像儀、激光料面掃描與圖像處理系統(tǒng)三個部分。攝像儀采用紅外線攝像頭，可根據(jù)溫度差異，將不可見的熱氣流轉(zhuǎn)換成可見圖像，技術(shù)成熟，已在全國各高爐普遍使用。激光料面掃描是本技術(shù)首創(chuàng)，是兩個帶旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的激光發(fā)射器。高爐生產(chǎn)時爐內(nèi)料面上方光線微弱，特別是剛剛放完料時，基本上是一片黑暗，此時打開料面上方兩個對稱的激光器，在旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的帶動下兩束激光束旋轉(zhuǎn)90°照射料面，同時用紅外線攝像頭連續(xù)拍攝或者錄像。最后，圖像處理系統(tǒng)將拍攝的照片與視頻進行重疊處理，就會在料面上形成一條料面輪廓圖（類似剖面圖），顯示料面形狀。操作者還可根據(jù)需要，利用配套系統(tǒng)進一步處理圖片 ，推算平臺寬度、距離爐墻距離、漏斗深度等料面參數(shù)，實現(xiàn)料面可視化檢測。

2.2  設(shè)備安裝

安裝、更換、維護方便。安裝時，只需在爐喉密封蓋上開3個直徑小于100mm的小孔，焊上法蘭，任意位置均可。為了便于觀測，一般兩個激光發(fā)射裝置安裝在同一標高的180°對稱位置上，攝像頭在兩激光發(fā)射裝置連線的垂直方向，3個裝置高度都在零料線以上1米左右。邯鋼8高爐的檢測裝置就是由安裝在南北方向兩個激光發(fā)射裝置與正東邊一個微型紅外線攝像頭組成。激光發(fā)射器與紅外攝像頭全封閉的防水、防塵金屬外殼設(shè)計，用少量的高壓氮氣或凈煤氣吹成的氣幕保護，工業(yè)水冷卻，體積小、安裝方便。激光料面儀顯示端接入高爐主控操作微機中，日常使用與技術(shù)分析都在主控室，方便快捷。其安裝示意如圖１所示。

3  應(yīng)用狀況

3.1  觀察料面形狀與氣流狀態(tài)

正常生產(chǎn)情況下系統(tǒng)只有攝像頭進行連續(xù)拍攝監(jiān)控，用于觀察爐內(nèi)氣流與設(shè)備運轉(zhuǎn)情況，激光發(fā)射裝置處于休止狀態(tài)。當高爐爐況異常或技術(shù)分析等需要進行料制調(diào)整時，操作者隨時可以掃描料面觀察變化，尤其是在連續(xù)調(diào)整料制時，可以邊微調(diào)料制邊觀測料面形狀與氣流狀態(tài)，直到到達理想料面與氣流分布。邯鋼8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、煤氣利用率低、爐內(nèi)氣流不穩(wěn)，導(dǎo)致爐溫難以控制，甚至多次出現(xiàn)爐涼、懸料。高爐通過加焦比、提熱量，上部不斷優(yōu)化料制矩陣等措施，最終實現(xiàn)了爐況恢復(fù)。本次恢復(fù)過程中的料制調(diào)整直到最終的穩(wěn)定，激光料面檢測裝置發(fā)揮了重要作用。波動時料制為C948474635242O9484746352，爐內(nèi)表現(xiàn)為中心氣流不足，氣流不穩(wěn)定。用檢測裝置掃描后發(fā)現(xiàn)，料面過于平坦，平臺寬、漏斗淺。針對這種情況，首先去掉第4環(huán)焦炭，11月25日料制變成C9484746353O9484746352，再次掃描料面看出漏斗深度增加，平臺寬度縮小0.1米到1.1米左右，中心氣流穩(wěn)定性稍有好轉(zhuǎn)。高爐繼續(xù)縮小平臺寬度、增加漏斗深度，通過多次調(diào)整與料面掃描觀察，最終完全去掉了第5環(huán)礦，料制變成C938373625243O94847363，料線也從1.4米提到1.3米。最終調(diào)整為窄平臺（寬度1米左右）、深漏斗（1.3米），平臺稍離爐墻（離爐墻0.1米）的料面。調(diào)整后，高爐中心氣流順暢、邊緣氣流穩(wěn)定，高爐煤氣利用率穩(wěn)定，指標逐漸改善。高爐料制調(diào)整過程與對應(yīng)料面（見表1）：

3.2  尋找最佳料面形狀

日常操作時通過觀察各種爐況時料面形狀與煤氣流特征，及時調(diào)節(jié)操作制度，保證爐況穩(wěn)定。每次料面的掃描圖與視頻文件會自動保存到數(shù)據(jù)庫中，操作者可以通過大量料面形狀數(shù)據(jù)與高爐指標對比，尋找各種原燃料等條件下的最佳料面形狀；也可以在操作中，當高爐爐況與指標達到最佳時，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。如高爐需要攻關(guān)指標進行上部調(diào)整時，操作者可先記錄調(diào)整前料面形狀再調(diào)整，一旦出現(xiàn)爐況波動時可及時回調(diào)料制，恢復(fù)之前正常爐況的料面形狀，達到快速恢復(fù)爐況的目的。

8高爐通過觀察，在原燃料條件較好，燒結(jié)礦供應(yīng)充足、堿度合適（1.9左右），理想料面形狀是：放礦后有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2）。放焦后邊緣有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3）。煤氣流是放料前中心有較強火焰（溫度較高的煤氣流），火焰中很少攜帶爐料粉末，在放礦后火焰熄滅，放完后逐漸恢復(fù)，放焦炭后火焰也熄滅，但馬上恢復(fù)，邊緣沒有火焰。保持以上料面形狀與煤氣流分布，8高爐爐況能保持穩(wěn)定順行。

目前（2021年3月），原燃料條件變差，燒結(jié)礦供應(yīng)緊張、堿度高（2.0左右），理想料面形狀是：放礦后有1.0米左右平臺，且平臺稍離爐墻0.3米左右，中心有1.3米深、半徑3.5的大漏斗。放焦后邊緣有1.2米平臺，平臺離爐墻0.2米左右，中心有1.1米深、半徑3.6的大漏斗。煤氣流是放料前中心有較強火焰，邊緣極微弱火焰?；鹧嬷泻苌贁y帶爐料粉末，在放礦后火焰若隱若現(xiàn)，放焦炭后火焰熄滅，但馬上恢復(fù)。保持以上料面形狀與煤氣流分布，8高爐爐況能保持穩(wěn)定順行。

3.3  發(fā)現(xiàn)爐頂布料異常情況

可以通過料面檢測裝置排查爐況出現(xiàn)的變化是否是爐頂布料所致。當上部布料制度與料面形狀穩(wěn)定時，爐況出現(xiàn)波動，操作者可以排除上部料制影響，查找其它原因。當料面檢測裝置觀測到料面形狀不規(guī)則、料面變化太大或者偏料等異常料面時，操作者可根據(jù)觀測結(jié)果判斷是設(shè)備故障還是爐況原因，對癥下藥，采取措施。

2020年12月15日白班南探尺突然偏尺0.6米，上料多次提起南探尺重新放尺仍然偏尺，此時工長立刻用料面檢測裝置進行料面掃描，根據(jù)掃描結(jié)果很快確定料面規(guī)則正常，確定為南尺故障，高爐保持正常操作。事后檢查發(fā)現(xiàn)是南尺鏈條因爐頂高溫拉長所致，證明本次判斷完全正確。

3.4  可以糾正布料設(shè)備引起的誤差 

當更換新布料流槽受到形狀、材料、大小等改變時，以及正常生產(chǎn)中流槽磨損時，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。高爐可以通過觀察料面檢測裝置，對布料矩陣進行微調(diào)，糾正設(shè)備缺陷，保證實際落點準確。

2018年9月26日8高爐休風(fēng)更換爐頂布料溜槽，高爐通過激光料面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0.1米，為了保持爐況穩(wěn)定，高爐送風(fēng)后礦布料角度從α39.5°38°36°34°，調(diào)整為α40.5°39°37.5°35°，調(diào)整后再用激光料面儀掃描料面形狀，得到了爐料平臺與漏斗同休風(fēng)前舊溜槽一致結(jié)果，從而保持了休風(fēng)后爐況的穩(wěn)定。

3.5  代替爐頂十字測溫部分作用 

料面檢測裝置使高爐操作實現(xiàn)了可視化，相對于十字測溫簡單測試溫度，料面檢測裝置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)火焰（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?？紤]十字測溫還有導(dǎo)致爐料偏析、設(shè)備下方料面凹陷等不利影響，高爐從2013年開始將四根十字測溫中的兩根拆除，目前觀察拆除后爐頂靠料面檢測裝置、壁體溫度完全能夠準確掌握煤氣分布。

4  結(jié)語

（１）安裝高爐爐內(nèi)激光料面儀前，高爐操作人員只能根據(jù)理論計算或者休風(fēng)觀測推測料面形狀，很難一次調(diào)節(jié)到位。有了激光料面儀，爐內(nèi)料面狀況就可直觀地顯示出來，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。另外，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布料與爐內(nèi)氣流分布規(guī)律，推動操作水平提高。

（２）在邯鋼8高爐應(yīng)用的激光料面儀，雖然用高壓氮氣幕保護，但在爐頂工作條件惡劣，激光孔容易被爐料小顆粒堵塞住，在線清理時需要拔出裝置，雖然有閥門可以關(guān)閉爐內(nèi)煤氣，但由于頂壓太高，過于危險，一般更換都需要等休風(fēng)處理，所以有必要增加在線清理裝置或者提高裝置的抗粉塵性能。

（3）對溫度與粉塵偏敏感。正常頂溫時（頂溫120℃以上）只有在料罐剛剛放完礦爐內(nèi)沒有火苗的1分鐘左右能掃描料面形狀，時間長頂溫高爐就無法掃描或掃描不清，在放焦后由于頂溫較高較難掃描到料面形狀，在中心區(qū)域煤氣流速高粉塵大也很難掃描到，這些均是該項技術(shù)需要改進的地方。

（4）目前料面檢測裝置主要是對拍攝圖片進行觀測，計算平臺寬度、漏斗大小等料面參數(shù)誤差偏大，且未能將這些參數(shù)與高爐上料系統(tǒng)布料矩陣、料批、料線等布料情況實時比較，找尋內(nèi)在規(guī)律，需要進一步改進。