水温智能在线监测装置在炼铁高炉上的应用
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【摘要】维护好高炉，延长期使用寿命是钢铁企业降本增效的重要措施，通过在线实时监测高炉冷却水水温差，了解高炉冷却壁的使用状态，并加以控制保护高炉冷却壁，是提高高炉的使用寿命的关键。本文提出一种炼铁高炉及其它使用循环水冷却炉墙的高温窑炉的智能水温在线监测装置，能够克服当前高炉水温检测中计算机及网络系统数据采集 速度慢、传送数据量小、误差大等弊端，为钢铁冶炼企业提升炼铁高炉的寿命提供参考。
【关键词】高炉;监测装置;冷却壁;计算机
1.炼铁高炉水温在线监测装置的重要性
高炉炉体、炉缸以及炉底破损是影响高炉使用寿命和冶炼强化程度的主要因素。尤其是炉役后期，炉墙变薄、漏水、漏气现象增多，应采用必要的检测手段，及时预报高炉各部位的冷却水温差和热流强度的变化情况并及时采取相应措施，才能稳定高炉生产，保证高炉安全。同时，高炉冷却水进出水温度的变化，能够间接反映出高炉炉内的物料和冶炼状况，也是计算高炉炉壁热负荷能力的重要参数。通过在线实时监测水温差的变化，可监测到高炉冷却壁的使用状态，及时对冷却壁进行维护，可提高高炉的使用寿命、减少高炉炉缸事故的发生。通过对温度曲线、热流强度趋势的分析，为高炉冶炼顺行提供指导，最终提高炼铁高炉利用系数，降低能耗，提高产量。因此，高炉冷却水温度的在线检测是高炉炼铁的关键操作内容之一。
2.当前炼铁高炉水温在线监测装置存在的不足
高炉冷却水温差在线监测系统就是是针对高炉冷却水工艺开发，应用于对高炉冷却水进、出水温度的测量及温差计算，目的是使高炉安全稳定运行。当前高炉冷却水监测装置一般是利用计算机、电子、现场总线、数字化温度传感器等各种技术在线实时监测高炉冷却壁进出水温度，并在值班室监测计算机上显示测量结果，同时分析、计算并记录温度、温差实时数据，通过查询相应的历史曲线和分析热流分布及变化趋势。系统的计算、分析结果来确定是否对高炉炉墙进行维护。但当前的高炉冷却水温差在线监测系统大都采用PT系列模拟热敏电阻，通过RS-485现场总线与工业控制计算机通讯，系统中的A/D转换、光电隔离等电路对测量精度有很大影响，为提高测量精度，不得不购买高精度温度传感器，系统成本大大增加。 同时，现有监测系统中存在计算机及网络系统数据采集 速度慢、传送数据量小、误差大等弊端，对整套系统的性能影响很大。
3.一种新型高炉水温智能在线监测装置
3.1 新型高炉水温智能在线监测装置组成
本文提出的新型高炉水温智能在线监测装置包括数字温度传感器、数字控制站、工业控制 计算机，该数字温度传感器安装在被监测高炉各分支水冷却 壁的进、出水管相应的位置上，通过屏蔽数据线连接于数字 控制站的端子接口，该数字控制站通过LONWORKS现场总线与工业控制计算机相连，该工业控制计算机配置有相应的 网络服务器和打印机。
3.2 新型高炉水温智能在线监测装置的工作流程
在高炉冷却壁和冷却板所对应的进、出水管道上安装的 温度传感器作为一次元件，通过数字控制站进行处理后和计 算机通讯，计算机根据数字控制站提供的数据以各种表格、 曲线的形式在线实时、直观的显示高炉各层的冷却水温差分 布情况，实现对冷却壁状态和高炉状态的监测。冷却壁冷却 水管中进出水温度的变化能够间接而可靠的反映高炉温度 场的变化，在线监测冷却水进出水温差可以准确判断冷却壁 的运行状况。根据冷却水进出水温差的变化判断冷却壁所承 受的热负荷的高低，对出现问题的冷却壁能让操作人员做出 及时的处理，避免冷却壁过早损坏，从而延长冷却壁的使用 寿命。同时根据冷却水温差的不同变化规律得到高炉整个温度场 的分布，能够准确判断出高炉炉墙实时状态和发展征兆，避 免影响高炉生产的炉墙结厚、结瘤或渣皮大面积脱落等恶性 炉况的发生与发展。
3.3 具体实例分析
本文根据某钢铁厂3200立方高炉实际，说明此装置的可行性与优越性。如图1所示。
图1 新型高炉水温智能在线监测装置结构示意图
新型炼铁高炉水温智能在线监测装置主要有数字温度传感器、屏蔽数据线数字控制站、LONWORKS现场总线、打印机、工业控制计算机、网络服务器六部分组成，其中数字温度传感器是DS18B20数字温度传感器，安装在被监测高炉的炉身、炉腹、炉缸等断面上相对应的进、出水管道上，每块冷却壁冷却板均安装一个温度传感器，温度传感器通过屏蔽数据线与数字控制站的端子接口连接，每个数字控制站可以连接20个数字温度传感器，同时对这些数字温度传感器数据进行处理;图中数字控制站是通过LONWORKS现场总线与工业控制计算机相连，它是温度传感器与工业控制计算机的纽带，为确保数据和参数不被丢失，LONWORKS现场总线是采用LONWORKS总线网络技术，同时易于系统升级，其外壳防爆，适应现场的高温、灰尘等恶劣环境，此外还有过压、过流、雷击保护电路;LONWORKS现场总线通讯技术采用 多介质通讯，支持多种网络拓扑结构;该工业控制计算机配置有相应的网络服务器和打印机。
新型高炉水温智能在线监测装置的计算机软件和控制软件，采用ADOS ActiveX Date Object和ODBC数据库访问技术，管理远程和 本地的数据库。由温度测量软件、温度计算软件、热流计算 软件构成的软件系统，实现数据实时采集、显示、存储数据，实时报警、查询，显示温度、温差实时曲线和历史曲线、热 流分析等;组态软件根据接收到的水温实时数据，计算出温 差和热流，并且生成各种报表、曲线等，在值班室CTR画面显示监测，计算实时数据和历史数据及实时报警结果。也可根据现场工艺设置温度、温差的报警上、下限产生报警。当采集的温度、温差、热流等参数高于或低于控制目标值时，则系统软件分别监测上述参数和各个分支水冷却管及水冷却壁的数据，确定调整水流量的参数值，随即发出控制指令和调整参数。
3.4 新型高炉水温智能在线监测装置优势分析
与现有技术相比，本案所述的炼铁高炉水温智能在线监 测装置采用全数字技术，在温度和数据控制电路中以 lonworks网络模块取代非数字系统的A/D转换器，克服了数 字温度传感器及非数字温度传感器所引起的测量误差，而且 弥补了测量传感器互换性差的缺点，从而提高了温度传感器的精度和互换性。由于选用的温度数字控制站的电路精度高，所以我们可以选用级别相对较低的数字温度传感器，既满足测量系统的精度要求，又降低了制造探测器装置的成本。
4.结束语
总之，本文提出的新型高炉水温智能在线监测装置能够克服现有高炉冷却水监测 装置存在的弊端，同时，这套监测装置可以在线实时、直观的显示高炉各炉层的冷却水温差变化情况，能够利用冷却水温差的变化来判断冷却壁冷却水管的正常与否，根据实时监测的数 据和历史数据分析判断整个高炉炉墙情况的炼铁高炉水温，值得深一步研究并加以推广。
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