炼铁过程检测仪表课件

冶金工业自动化冶金工业自动化 第二单元第二单元 冶金工业检测仪表冶金工业检测仪表 模块二模块二 炼铁过程检测仪表炼铁过程检测仪表 一、知识点一、知识点铁区(包括原料场、炼焦、烧结、球团、高炉炼铁)装设的主要检测仪表。原料场、炼焦、烧结、高炉炼铁所使用的主要特殊检测仪表原理及动作分析。二、知识点分析二、知识点分析1铁区各生产过程主要检测仪表概述铁区各生产过程主要检测仪表概述11、12铁区通常包括原料场、炼焦、烧结、球团、高炉炼铁等生产车间或分厂。（1）原料场过程检测仪表原料场过程主要检测仪表包括：料位计（测量各料槽料位）、电子或核子胶带秤及定量给料装置（原料计量及配料用）、堆取料机俯仰角及行走位置测量装置、原料金属块探测装置、孔板等节流装置及温度流量压力等仪表（原料场用水测量与操作）等。（2）炼焦过程检测仪表炼焦过程主要检测仪表包括：备煤工序的料位计（测量各料槽料位）、定量给料装置（配料）；成型煤工序的料位计，定量给料装置、测量成型煤反压力装置、水流量压力等仪表（原料煤加水加粘结剂控制用）；焦炉工序的装煤车称量，焦炉煤气流量、压力、温度、烟道吸力、烟道废气残氧（机侧、焦侧加热控制用）,CO（焦炉地下室煤气泄漏报警），集气管压力、全炉平均温度及火落时间、焦饼温度、碳化室炉墙温度以及移动机械位置等测量；干熄焦工序的循环气体成分、干熄槽予存段、过热器出口蒸汽、除氧器和进除氧低压蒸汽压力等测量，过热器出口蒸汽温度、予存段料位、汽包水位、纯水槽液位，以及汽包给水流量等测量。（3）烧结过程检测仪表 烧结过程主要检测仪表包括：料位计（测量各料槽料位），电子或核子胶带秤及定量给料装置（计量及配料用），金属探测（检出原料中的铁块），混合机给水流量、压力、混合料水分和透气性测量，台车、环冷机、圆辊、板给矿机速度测量，点火炉、保温炉及各风箱温度和吸力、点火炉煤气及空气流量、压力测量，烧结机料层厚度及机尾烧结矿断面形状测量，环冷机风机、主油路、冷却水等压力测量，主抽风机及电动机轴承振动和定子温度等测量，卸矿槽、电除尘器灰斗等料位测量，主抽风机进口及电除尘出口负压测量等。（4）球团过程检测仪表 球团生产有竖炉、带式焙烧机、链蓖机一回转窑3种工艺流程，但其原料系统基本相同。球团过程主要检测仪表包括：原料工序的料位计（测量各料槽料位）、定量给料装置（配料及向造球盘给料）、造球盘给水流量测量、混合料水份测量等；磨矿工序的风力分级机的风量和风温、球磨机负荷等测量，定量给料装置；竖炉工序的竖炉工艺参数检测（包括炉顶烟囱废气温度、干燥床温度、导风墙上下部和左右火道口以及冷却带温度、冷风机出口压力和流量、左右燃烧室压力、燃烧室温度和空气以及燃料量），竖冷器工艺参数检测（包括冷却风机出口流量和压力、竖冷器出人口温度、排放废气压力和温度等），空气和煤气预热器工艺参数检测（包括空气预热器前后助燃空气和废气温度、前废气压力、煤气预热器前后温度、前后废气温度），冷却水工艺参数检测（冷却水出人口处压力、流量）等；带式焙烧机工序的焙烧机工艺参数检测（包括总给球量和废品球量、台车速度、铺底铺边矿槽及成品料槽料位等），风温风压及燃料量调节工艺参数检测（包括废气温度、上抽风干燥段风温、一次风温、均热段风箱温度、上抽风干燥段罩内压力、燃烧室温度及一次空气量与燃料量等）,冷却和除尘工艺参数检测等；链蓖机一回转窑工序的链蓖机工艺参数检测（包括总给球量和废品球量、链蓖机速度、链蓖机各部分温度和压力、回热风机和废气风机压力等），回转窑工艺参数检测（包括回转窑各段温度、燃料及助燃空气量、回转窑转速等）以及竖冷器工艺参数检测（包括竖冷器料位、冷却风机出口压力，下部排矿温度和积算球团矿输出量等）。（5）高炉炼铁过程检测仪表 高炉炼铁过程主工艺线主要检测仪表包括：炉顶煤气成分，炉顶上升管煤气温度，炉内炉料高度及料面形状和温度，炉顶压力，大小钟间或无料钟炉顶料罐压力，炉喉半径、炉身、炉缸、炉基温度，炉内焦、矿层厚度，垂直探测器，水平探测器，炉身冷却壁温度，风口冷却水套前端温度，风口检漏，炉身、炉缸砌体烧损，热风温度、压力，冷风压力、流量、温度，各风口支管流量，炉身各层静压力，全差压、半差压，喷吹煤粉量、载气流量和压力，富氧流量和压力测量，热风炉煤气总管流量和压力、煤气及助燃空气支管流量，热风炉拱顶、格子砖、废气温度和残氧，热风阀冷却进出水温度，焦、矿槽放料重量，焦炭水分等测量。2炼铁区检测仪表的特点炼铁区检测仪表的特点 炼铁区传感器的特点就是所在检测环境恶劣。烧结、球团、高炉炉内的温度以及铁水温度达13001700，温度高易损坏传感器，测量也困难。此外，铁区环境或炉内含有大量粉尘，这些东西附着传感器上，会烧坏传感器或堵塞其管道等，使炼铁传感器和仪表往往不好用或不准确，除了传感器和仪表的质量外，主要是环境考虑不周。此外，随着生产操作强化、设备大型化和要求高的技术指标，需要测量更多的数据和开发更多的专用传感器。3原料场主要特殊检测仪表原料场主要特殊检测仪表 (1)电子皮带秤与定量给料装置(CFW)电子皮带秤的称重与一般秤不同，它属动态称重计量方式。需要测量皮带运输机在单位时间内所输送的物料重量，其称重原理可用下式表示：q=Wv式中，Q为单位时间的物料输送量；q为瞬时物料输送量；t1,t2为时间；W为单位长度上物料重量；v带输送速度。这样，只要测得单位皮带长度上的物料重量和皮带速度o，便能得到单位时间所输送物料的重量。电子皮带秤由机械杠杆系统(称量机本体)和电子仪表两大部分组成，其称重装置设置在现场，而电子仪表装在称量仪表盘上。皮带秤的原理如图2-15左方所示。为了对皮带秤进行校验，在皮带秤上设有检衡机械。检衡装置是在称重部内称重传感受器的另一端加上重锤模拟皮带的重量。检衡锤的上、下升降由电动机驱动，电动机的起动与停止在仪表盘上遥控操作，当微动开关切换到检衡状态时，偏心凸轮旋转 180 ，托盘下降，检衡锤重量加到杠杆上。反之，处于测量状态时，检衡锤置于托盘上的整个重量由偏心凸轮支承。皮带秤上附有 3 个相当于 30 的负荷率重锤，能检定 30、60 和 90 三点。定量给料装置也叫配料秤，是一个称量与控制一体化的装置（图 2-15)，可由计算机定值。（2）移动机械悬臂旋转及俯仰角度检测 A/D（模拟数字）方式（见图 2-16）。通过滚轴接触来测量机械回转量，由同步发送器（自整角机）发出经接收器接收该检测信号所产生的单位距离脉冲，经计数器计数，同时由电位器发出模拟电压，经灯 D 变换，并用位置修正和计数器修正，就可得出位置值。S/D（同步数字方式（见图 2-17）。利用回转所产生的电压相位变化，再变换成位置值。编码方式（见图 2-18）。利用光学或电磁编码器，由滚轴接触驱动来检测机体位置。（3）移动机械行走位置检测上述检测悬臂旋转及俯仰角度的 3 种方式也可用以检测移动机械行走位置，但是这 3 种方式也可用以检测移动机械行走位置，但是这3种方都是接触式，需要滚轮和轨道接触，也有直接把脉冲发生器经减速机装在车轮转动轴上，计算转数，这样，转数与车轮直径就可换算得出位置，但由于打滑而难以得出准确的位置。现代大型原料场大多使用如图 2-19 所示的感应无线方式，它是由多对感应线交叉线路作成地址模式，用与天线祸合极性来判别移动机械位置，它是非接触式的，能检出绝对地址，因无滑动摩擦损耗，故可靠性较高，但价格昂贵，特别是 IR 电缆（感应线路）造价较高。4焦化过程主要特殊检测焦化过程主要特殊检测仪表仪表 (1)成型煤反压力检测装置 如图2，20所示，成型机由固定辊和可动辊组成、后者移动推力由两个油缸供给。设油压为P0；油缸活塞的面积为S；则两个油缸所产生的推力Wo=2P。S压辊支座之间安装4个压磁式测力传感器，并分别受力为W1、W2、W3、W4，则成型辊间煤料所受压力为Ww=2PoS(Wl+W2+W3+W4)式中，Po、W1W4是可测量的，S为常数，故经加法器及运算器即可得出成型反力Ww。(2)焦炉装煤车称量机 装煤称量机的组成见图2-21，包括称量机主体和称量控制盘。称量机主体。平台秤型式，衡桥下装有测力传感器，以测出装煤车负荷，并产生比例于负荷重的电信号，在 5 孔接线盒内加算后送秤量机控制盘。称量控制盘。它把测力传感器来的信号变成数字重量值存储，显示、打印并送上位机。它设有电源显示、往计算机发送数据成功或失败指示、本次和上次称量是空车或实车、称量不正常以及设定错误等 14 种信号灯。按钮开关共 7 个，即：装炉数清零、称量异常清零、确认、强制实车和空车读入等。切换开关共两个：试验一称量、净重印字 ON 一 OFF。(3）全炉平均温度测量 全炉平均温度测量包括单个炭化室温度测量和求出全炉平均温度的处理.单个炭化室温度连续测量。常用的是测量直行温度，即全炉所有燃烧室的机、焦侧测温火道的温度，有测量燃烧室温度或蓄热室顶部温度。由于炭化室煤料干馏过程是通过炉墙传热来取得燃烧室的热量，故燃烧室温度实际上代表炼焦温度，这种方法较为广泛应用。目前，国内外连续测量燃烧室温度主要有两种：一种是顶部测温法，即将热电偶插人燃烧室立火道的看火孔内或立火道隔墙上部耐火砖中，本法的优点在于直接测量立火道温度且不受焦炉换向时变换燃烧气流方向的影响而使数据处理更方便，缺点是炉顶温度高以及加煤车来回操作，使热电偶及其补偿导线敷设困难；另一种方法是蓄热室顶部测温法（用热电偶测量蓄热室顶部温度来间接推算燃烧室温度，荷兰霍戈文钢铁公司、我国上海焦化厂等均采用这种测温技术。目前国内多采用此方法），并用下列公式计算出燃烧室温度：T=k1+k2 T1式中，T 为燃烧室温度；TI 为蓄热室顶部实测温度；kl,k2 为相关系数，常数。全炉平均温度的计算。每座焦炉有多个炭化室和燃烧室，炭化室与燃烧室相邻，二者由耐火砖墙隔绝。每个燃烧室有多个燃烧孔，每两个燃烧孔组成一对，当一个燃烧孔燃烧时为上升气流，经另一个孔排出废气，交换后相反，其他各对孔也如是。各燃烧孔温度按工艺要求须有差异，这一差异即构成机侧到焦侧的横向温度曲线，因此若取某对孔顶部连通处作为测温点，测得的温度需要乘一个横向补正系数方能代表整个燃烧室的温度。燃烧孔的温度受交换、装煤、出焦等影响呈周期性波动，交换开始时蓄热室温度最高，被预热的空气、煤气温度以及燃烧后的废气温度也高。随着时间的推移，因空气、煤气都从蓄热室带走热量，预热温度和燃烧后的废气温度逐渐降低，到下一次交换温度又逐渐上升。一般交换时间为 20min，故取两个交换时间（40min）为一周期，以这周期内的温度平均值作为每个燃烧室的温度，简称40min平均。因每个炭化室由相邻的两个燃烧室加热，故每个炭化室的温度可取其两侧燃烧室的平均温度，称为两侧平均。最后将各炭化室温度乘以不同的系数（如反映测温热电偶老化程度的差异等）再取其平均值即为全炉的实际温度 t3 t3=式中，B 为补正系数；i 为炭化室号；t：为炭化室温度。(4）火落时间判定准确测定炼焦结束时刻（即焦炭成熟时刻，又称火落时间）,对于制定焦炉优化加热工艺制度实现自动控制是非常重要的。可测量上升管处荒煤气温度的变化来判断火落时间，并以此定量表达焦饼的成熟度。焦炉从装煤到出焦，上升管中荒煤气温度变化曲线如图 2 一 22 所示。当焦炭成熟、煤的干馏结束时，几乎不产生煤气，此时荒煤气的颜色由黄变青，CH4践急剧减少，H2增加。由于煤气量减少，温度下降，从最高点下落超过 50 时即为火落时间。(5）焦饼温度测量焦饼温度测量一种方法是在导焦栅不同高度安装多个高温计，在推焦过程中连续测量焦饼表面温度。这种方法可得出沿焦炉纵向和横向以及沿高度方向的焦饼表面温度分布曲线，但测量结果必须通过无线电传送到地面的计算机，因而抗干扰能力差，测量仪器昂贵，维护困难，使用寿命较短。另一种方法是直接测量熄焦车里的焦炭温度。但由于在焦炭运到熄焦塔的过程中，其表面温度已下降，因此，实际使用时必须对测量结果进行必要的修正。(6）炭化室炉墙温度测量在推焦车的推焦杆后的几个不同高度上成对安装红外高温计，推焦时连续测量炭化室两边炉墙上、中、下部温度，以监视炭化室高度和长度方向的温度分布。该方法的缺点是测量仪器昂贵，易受高温和粉尘的影响，维护困难，使用寿命较短，且只能在推焦时测量。(7）焦炉移动机械位置检测在炼焦操作中，需要控制焦炉移动机械（装煤车、推焦车和拦焦车等）的位置。传统方法是依靠装在各炉位置的接近开关或电磁传感器，其可靠性差，故近来使用下列检测方式：辅助轮数字编码方式。即在推焦车上装设压在轨道上的辅助轮机械，这样，辅助轮随推焦车行走而转动，其数字编码器将转动并按炭化室位置、行走距离自动识别焦炉号，同时采用多种位置校正手段，以避免推焦车因打滑而造成位置偏差，包括在编码起始位置安装清零信号反射器，当车辆移动到该位置时，计数器自动回零。另外，还在车辆行走路段的固定位置加装对位信号，以消除行进过程的误差。本方式已在南昌钢铁公司焦化厂使用。微波定位方式。英国钢铁公司 Ravenscraig 厂使用 TellurometerMRA7微波测距仪作为焦炉装煤车和推焦车定位。它发射一束固定波长的电磁波，利用距离与电磁波相位差的关系来连续确定移动的装煤车和推焦车与地面固定点之间的距离。每架车上装有一台微波测距仪，在各车轨道的端头也固定一台。由 PLC 装置读取距离并译码，为操作工提供装煤车和推焦车在哪孔炉子工作的连续图像。该厂已安装了 8 套微波测距装置，使用效果良好。RFID(Radio Frequency Identification，无线射频感应辨识系统）定位方式。它对环境适应能力强，可抵御灰尘、油污、振动、冰雪、雨雾或蓬布遮挡物等的干扰，全天候工作，并能够动态存储炉号位置信息。芬兰罗德罗基公司和济钢焦化厂都使用这种方法。RFID 系统由两部分构成：感应器，又称携码器或电子标签。每个电子标签均拥有一个 32 位的序列号，安装在待识别物体的表面；射频信号处理控制系统（又称读码器、阅读器或读出装置），包括天线、射频处理模块（RFM）、控制模块（CTL）和上位主机系统。如图 2 一 23 所示，在推焦车、拦焦车、加煤车的道轨上对应的各个炭化室位置上安装存储有炉号数据的电子标签，在推焦车、拦焦车、加煤车上分别装一台读码器以及精确定位装置，这样，当机车经过炭化室时就可读出该炭化室的号码。电子标签和阅读器之间最大读取距离为 4cm。感应无线定位方式。其最大特点是测量与通信一体化，缺点是要敷设专门的电缆，其原理可参看本模块 3.(3）节。通过安装在移动机线与敷设在地面轨道旁的感应电缆进行电磁藕合来传递信息的。感应电缆为氯丁橡胶作护套的扁平状电缆，内有导线，其中两对用作数据通信，其余用于位置检测，其发送、接收的载频为低频，所产生的电磁场只限于几米范围，具有抗干扰性好、误码率低、非接触、高分辨率（Icm）等优点，用于连续检测绝对位置。武钢已用这种装置组成焦炉四车感应无线控制系统，并成功地在其 7 号、8 号焦炉上使用。5 烧结过程主要特殊检测仪表烧结过程主要特殊检测仪表(l）混合料水分检测最通用的是中子水分计和红外线水分仪。此外还有失重式和电导式等水分测量仪。中子水分计的测量原理是：水中氢原子是快中子最强烈的慢化体，并且比烧结混合料中各元素如 Fe、Ca、Si、Al、O、C 等慢化强度大得多，混合料中氢又主要存在于水中，故混合料中快中子的慢化强度与混合料湿度成正比，而慢中子探测器对快中子是不敏感的，这样中子源发出快速中子碰到氢原子后变成慢中子后返回，探测器测量返回的慢中子数目，就可了解混合料含水量。目前有两种中子水分计（见图 2 一 24)：一种是插人式，所用射源强度较低（约为 3.7*109Bq)；另一种是表面式（或称反射器式），在料槽外壁安装，所用放射强度较高（约 1.85*1010Bq）。射线源大多采用镭-铍（226Ra-9Be）或镅-铍（241Am-9Be）。红外线水分仪是基于红外线光谱的吸收特性，红外线辐射经湿料反射后的衰减程度与湿料含水量有关。水吸收的波长是 1.93 m和 2.95 m。图 2 一 25 示出其原理图，带有中心波长为 1.93 m（对于吸收能力较强的矿粉，焦粉等用 2.95 m）和 1.70 m的干涉滤光片的扫描圆盘，依次连续选择从光源投射到湿物料上光带，用硫化铅光敏元件测定反射强度。这两个波长辐射的反射强度比经处理后输出，此信号即反映湿物料的湿度。现在已生产更准确的红外三波长水分仪，这是由于反射率还取决于物料表面状态、颜色、化学成分和其他因素，为消除这些影响，用一种能被水分强烈吸收的波长作为检测光和两个被水吸收比例很小的波长作为比较光，通过取测量光和比较光的反射能量比而使物料表面不平、颜色等对 3 种波长有同样影响，故其精度比两种波长的准确。失重式混合料水分测量仪的特点是是无辐射的。由取样器取试样并送试样料盒。料盒由步进电动机移到天平对含水的物料称重，然后又带着料盒进人 500 的烘干炉，经 90s 烘干后，料盒再到天平称重，这样计算机根据湿、干物料重量数据，算出物料的含水量。电导式水分仪特点是价廉，它利用混合料水分与其电导率的关系，从而测出混合料的水分。电导式水分仪测量混合料水分有两种形式，即直接式和采样式（分路式水分测量法）。MT直接测量式水分仪（见图 2-26）由 4 组电极、仪表本体和工控机组成。4 组电极紧固在混合料输送带上方焊接的4个角钢架上，电极与物料表层保持接触，与角钢架绝缘。电极是用弹性极好的软绳和硬质耐磨合金头制成。PC 对信号进行异常信号剔除、模糊判断、加权递增处理等。测水仪计算机屏幕显示水分值瞬时值、每分钟平均值和连续曲线等。每分钟平均值每隔一小时存人硬盘，保存一个月。工控机可以将瞬时水分信号模拟远传或数据远传。在工厂应用表明，在料流稳定时，测量结果良好，误差在0.3%以内。分路式水分测量法是利用自动取样装置，将被测混合料从工艺胶带运输机上取出，给到分路胶带运输机上，用整形机构整形为规则的形状后，再对分路胶带运输机上的物料进行测量。(2）混合料透气率检测透气连续检测的原理是吹气法（见图 2-27)，即向混合料吹以压缩空气，通过测出其压力和流过空气流量，依下式就可得出透气率:式中，Q 为通过空气流量（Nm3 h)；P为吹人空气压力(kgf/cm2）；K为系数（）。有两种方式：一种是直接在缓冲矿槽中安装一管子，鼓人压缩空气，测量流过的空气流量得出混合料的透气率，但此时要设给料槽料位控制以保证料位高度恒定；另一种是取样，恒压的压缩空气直接鼓入一个固定的充满混合料的装置中，检测空气流量以得出透气率。(3）料位和料层厚度检测一般在原料矿槽及废气系统漏灰斗中采用定点料位信号器已可满足要求，而对中间矿槽、烧结机给料槽、配料矿槽和返矿槽中的料位变化则需进行连续检测和控制。目前，电导式，跟踪式和超声波式等多种料位计已被应用，但最可靠和用得最多是称重法，它多使用压磁元件，具有高超载能力，并能在恶劣环境（高温、潮湿、多尘）下工作。台车料层厚度自动检测方式有两类：一类为接触式，另一类为非接触式（超声波法）。图 2 一 28 示出了单点辊式料层厚度计的结构示意图，自整角机的定子装在支架上，转子轴与旋转臂的一端通过蜗轮蜗杆连在一起。在旋转臂的另一端装有可转动的接触辊。接触辊在料面上滚动，料面高度（即料层厚度）变化时，旋转臂的位置及自整角机转子相对于定子的位置亦随之变化，定子产生的不同电压与台车上的料层厚度有关。在宽度小于 3m 的台车上，可采用 34 个单点辊式料层厚度计测量 34 点料层厚度。因为使用的圆筒给料机只有一个闸门，无法分别控制相应测点的料层厚度，所以应通过计算装置求出料层厚度的平均值，而后按此平均值控制圆筒给料机的转速或闸门的开度。在宽度大于 3m 的台车上，可采用 46 个单点辊式料层厚度计来测量料层厚度。宝钢 450m2 甘烧结机使用 6 个单点辊式料层厚度计来检测料层厚度。图 2-29 示出接触式的 4 点杠杆式层厚检测装置结构，它配有 4 只测料器，受 4 条水平限位链限位，再通过 4 条吊链挂在两个下平衡杠杆上，两个下平衡杠杆经吊链悬挂在上平衡杠杆上，上平衡杠杆经钢丝绳和两个定滑轮被配重吊起。当料层厚度化时，4 只测料器的铅锤位置跟随变化，相应杠杆位置及钢丝绳和配重位置也随之变化，钢丝绳位置变化传递给层厚仪，并将料层厚度变化的位移信号转换成电信号，显示和传送。电容式料层厚度计原理见图 2-30。主电极和靠近的辅助电极间的电容以及两辅助电极间的电容组成探测器的桥路，在探头离料面一定距离（在死区极限内），桥路平衡，如料面降低，极间电容变化，桥路不平衡，使伺服电机带动探头向下动作；如物料升高，则相反动作，差动变压器铁心和探头相连，这样差动变压器的输出即可转换成料层厚度示值。(4）烧结矿 FeO 含量检测仪测量烧结矿 FeO 的含量主要有下列几种方法：一是测量烧结矿中铁磁物质的磁导率，然后利用磁导率和 Feo 含量的相关关系求出 Feo 含量；二是测量烧结过程废气温度和废气成分（氧气、二氧化碳)，然后利用它们和 FeO 含量的相关关系求出 Feo 含量；三是化学分析法（重铬酸钾法）；四是光谱分析法；五是烧结机尾观察法，即“看火”。前两种方法可用于在线实时测量。图 2-31 示出了磁导率法 Feo 检测仪原理图，把 510mm烧结矿连续通过一个线圈，测量其电感（即磁导率）变化，得出烧结矿中铁磁物质（Fe3o4）的含量，然后利用铁磁物质含量和 FeO 含量的相关关系求出 FeO 含量。由于这种方法试料会堵塞，取样误差大，滞后和温漂大等而精度不高。为此日本钢管公司开发了图 2-32 所示的 FeO 检测仪，其特点为：采用和基准试料比较，并接成电桥以抵消温漂影响；把2.5kg 试料分 5 次测定取平均值以减少取样误差。本装置测定结果和中和滴定法比较，其“=0.2%,=0.907，精度较好。(5）烧结机尾图像分析由于烧结过程复杂，故其控制还要靠看火工在烧结机尾对烧结饼断面的观察作出判断，并进行相应的操作，目前工厂设有工业电视监视断面状态，近年来又使用图像分析技术来定量化，并使用专家系统给出操作指导。它把一幅图像按台车的宽度分成 5 部分，每秒计算一次表示烧结料层各种红高温带的面积率（HZR)，并用图象分析方法来判断烧结矿 FeO 含量等级。(6）其他烧结过程特殊检测仪表这些特殊仪表是指国外已开发成功和已应用但仍未普遍使用的特殊仪表。包括：碎焦碳粒检测、原料中游离碳含量检测（用下式推算：C=G（+3/2CO-100（1-N2/79）/22.4。式中 、CO、N2分别为烧结机总烟道中 、CO、N2的百分数；G总烟气量 ）、台车风量分布检、漏风的诊断（使用氧化错元件在漏风地点前后测量）以及烧结层内温度状态检测等。6 高炉炼铁过程主要特殊检测仪表高炉炼铁过程主要特殊检测仪表(1）炉内状况检测料线检测现代高炉均装有 25 根探尺，探尺的位移信号经自整角机发送器带动控制室内的自整角机接收器，后者带动记录仪表指针进行记录，或带脉冲发生器，送 DCS 进行测量。此外，还设有另一套自整角机观测下料速度（见图 2-33）。由于自整角机接受器有跟随误差，为此近来采用 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，经时间处理后还可输出下料速度值，这种仪表还设有最高最低料线等报警功能。由于机械式探尺经过长时间使用后容易损坏。为此，国外有使用微波式探尺或激光式探尺。微波式探尺（又称微波料线仪）的原理见图 2-34，调频微波一部分经通道 1 送检波器，另一部分则经通道 2（包括从料面反射的路径）而到达检波器，由于行走距离不同而出现时间差（见图 2-34b）。若在检波器检出两个混合波，则所测距离 R 与fb频率差几成线性关系。2）料面形状检测为了测量整个料面形状，主要有 3 种方法：机械式（有单锤式和多锤式。单锤式见图 2-35a，它可测量半径上 6 个点的料位，测量范围为 05m，精度为50mm，测量 6 点时间为 60s，由于单锤式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测量时间是很困难的，故采用多锤式）、微波式（见图 2-36，为测量整个料面形状，故雷达头要旋转以便扫描整个料面）、激光式（见图 2-37，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氢激光，在另一侧甩摄像机测量料面发光处的光学像而得到各光点的二维坐标，再根据光线断面的水平方位角和摄像机的几何位置，进行坐标变换等处理，找出该点的三维坐标，并在彩色 CRT 上显示整个料面形状。仪表测量时间为 10s，精度为50mm）。3）炉喉温度检测一般沿炉喉料面上装设“十字测温装置”（见图2-38c）以测量径向各点温度，十字测温（装置 4 个方向一般共测 17 点（小高炉）或21、25 点（大中型高炉）。国内 20 世纪 90 年代的“十字测温装置”大都是水冷的，现在大都使用由耐热钢制成的无冷却水的“十字测温装置，了。炉顶十字测温装置能使高炉工长了解炉内煤气流分布的状况，但在生产实践中也发现一些弊端：安装在炉喉上的十字测温杆阻挡了下落的炉料，使料面上形成了十字形沟槽，影响高炉布料圆周方向的均匀性。此外，十字测温测量的是料面以上煤气流的温度，由于煤气流上升过程发生混合，与料面对应位置的温度有差别，且只能测量炉喉两条直径上的温度分布情况、设备庞大和维修费用较高。因此，近年来多使用红外摄像的热成像仪来测量炉顶料面温度分布。其原理见图 2-39，在炉顶通过硅镜接收从热炉料表面发出的红外线，经水平和垂直扫描镜反射到电子冷却的铜一汞一啼元件上。由它检出信号并作数据处理和显示结果，它将 320600 之间的温度每隔 40 用不同颜色表示，并给出等温曲线图象。国内亦生产类似原理的高炉料面红外摄像仪，但不仅能观察料面情况、中心煤气流与边缘煤气流分布、管道、塌料和偏料等炉内现象，而且可看到溜槽运动和布料过程，此外，在降低料线的情况下，还可观察到炉体砖衬和冷却设备的工作状况以及结瘤、结厚等现象。4）高炉炉顶煤气成分分析高炉炉顶煤气成分通常为：H212%,CO220一 30%,CO215一 20%,N2 50%-60。温度约为 150300 ，含尘量约为 510 g/Nm3 时。一般要分析煤气中 CO2、CO和H2）廷。通常使用色谱仪同时分析上述的 3 种成分，若需快速时，可用红外线分析仪连续分析CO2和CO 含量，并用热导式仪表分析H2含量，最近还用质谱仪来分析煤气成分，其精度要高些。煤气成分分析关键是防堵塞，故取样装置最重要，由于在炉顶粉尘太大，故多在除尘器后取样，其典型系统见图2-40，使用双取压口以提高可靠性和便于吹扫（在每个采样周期内都用氮气反吹），使用多级过滤器以保证除尘，而电子冷却器则使试样冷却到规定温度。5）炉身静压力检测现代高炉一般在 35 个水平面上装设 24 个取压口以测量炉身静压力，为推断软熔带位置，德国施威根厂的高炉增至 14 层。炉身静压力检测困难在于取压口不可靠，因为该处不仅高温、多粉尘，且易结焦堵塞，一般采用如图 2-41 的连续吹扫方式，利用炉内压力P等于恒流阀后取压口处压力P 1 减去取压口至炉内的压力损失 P，测量P1就可求出炉内压力P，但 P 与流过吹扫氮气流速有关，故必须使吹扫氮气流量恒定而需设置自力式恒流阀，吹扫氮气流量可在200300L/min范围内选取，过小，取压口易于堵塞，过大，测量误差大。6）风口前端温度测量高炉炉缸热状态难以直接测量，故利用嵌人高炉风口前端上部沟槽里的镍铬一镍硅恺装热电偶（见图 2-42）测量风口前端附近的热状态，根据这风口水箱壁前端温度 x，按下列统计回归公式（式中常数是重钢 620m3 高炉的回归数字），求出对应的风口区域温度 Y:Y=608.5+6.97X7）风口回旋区状况监测在风口窥视孔前设置工业电视机或亮度计来测量风口回旋区状况，并可在中控室远程控制，使该装置沿轨道移动以选择任一风口进行监测，经数据处理，分析吹人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粒直径分布以及焦炭状态等信息。8）软熔带高度检测高炉软熔带位置和形状是了解炉况重要参数，目前用数学模型推断，国外使用时域反射(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，传输到插人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。图 2-43 示出了测量整个软熔带形状的装置，从炉顶插人电缆，其端部下降到软熔带而被烧损，由计算机读取反射波求其高度，这种方法测定精度约为30 mm。9）测量炉内状况的各种探测器为了了解炉内状况要测量炉内轴向径向各个水平的煤气成分、温度等参数，以便为改善高炉操作提供依据。它在高炉的各个部位装设可移动的探测器（见图 2-44)，平时在炉外，约每班或需要时进行检测。此外还有炉身边缘探测器（又称层厚计，是用以测块状区矿、焦下降情况，并可借此了解圆周方向平衡状态）。(2）渣铁状态检测 l）熔渣流量检测如图 2-45 所示，若水冷式高炉流渣槽的截面S不变，则渣流量Q可由下式决定：Q=KSvav式中，vav为平均流速；K 为总校正常数。表面熔渣流速vs和平均流速vav 的关系为：vav/vs=0.67，而 S=(A+2Hcos)x Hsin。熔渣流量测量共分 3 部分：渣高测量部分，在熔渣流槽附近装设一个带水冷外壳的 CCD 元件以检测渣液位，利用熔渣交界处亮度不同，按测量输出界面变化点而得出渣面高度 H；流速测量部分，利用装在渣槽上方水冷防热箱内的两个光敏二极管，按相关原理测出流速；信号处理部分。包括控制单元和运算单元，均由微机来执行。2）铁水温度检测铁水测温有间断式测温和连续式测温两种。连续式测温只是试用。大多使用消耗式快速微型热电偶进行间断式测温，当操作员把热电偶插人铁水时，温度立刻上升，待升至报警设定器上限值，其接点闭合，通过出铁口识别及温度选择电路将出铁口号码的接点信号送计算机，并起动记录装置，记录铁水温度。再经一定时间（015)，此时温度已升至稳定值，并向计算机送出“读人指令”，计算机读取后，发出“读人完了”信号（持续 5l0s)，燃亮出铁口就地盘上的绿色信号灯，并发出音响信号。若由于某种原因，计算机可发出“再测定”信号，使就地盘的红灯亮并发出音响。此外，如果操作人员对测量值不满意，可按“取消”按钮，取消送计算机的“读人”指令，从而取消前一个测定值。3）鱼雷铁水车液面检测检测铁水车液面通常有 3 种检测方法。一种是采用称重法，如图 2-46 所示，每个称量装置有 16 个压头。铁水车自重可以自动或手动扣除，在现场仪表盘上装有数字显示器，既可看到铁水车总重，也可看铁水净重。当总重达 90 时，发出报警，提示操作人员减慢兑铁水速度以防止铁水外溢。重量达 100 时，也发出报警，并将重量送计算机。第二种方法是采用微波法（或激光法）来检测铁水液面，其原理与图 2-34 相同。与重量法相比，即使同一液面，由于鱼雷车耐火材料磨损和附渣不同，其实际重量差别也较显著。另外，在比较液面与重量变化率时，停注铁水的判断，微波液面计容许变化率较大。因此，重量法在测量绝对液面高度和提供停注判断上均不如微波液面计好。第三种方法是如日本住友金属公司开发的，并在鹿岛厂 5000m3 等高炉使用的、设备及运行成本费较低的测定火车轨道应变的方法。国内有些钢铁厂的小高炉使用商品的轨道衡来测量铁水重量。4）铁水含硅量的检测测定铁水中含硅量有 3 种方法，品的轨道衡来测量铁水重量。即热电动势法、电化学法和微粒子生成法。热电动势法的原理是：异种导体组成热电偶的两端温度 t、t0，t0为一定，而且热电偶的一极 A 成分固定时，则热电动势只与热电偶 B 的材料成分有关。由此可组成如图 2-47 所示的两种测定铁水中含硅量方法，图 2-47a 是取铁水，制成试样，把试样夹在一对电极中，两极之间给以一定温差，这样两电极测得的电动势将与硅含量成函数关系。本仪表测定精度=0.02%，测定时间为 50s。这种仪表需要取样、冷却、制样等而相当麻烦，图 2-47b 和 c是无须制样，它设有耐火材料的样杯，其上下各装一个热电偶，倒人铁水后，由于样杯上下大小不同，铁样上下冷却也不同，而形成温差，通过运算即可得出硅含量。电化学方法是用高温固体电解质组成浓差电池的方法进行定硅。电化学方法定氧测量头在国内大型钢铁企业中也在使用，但都是进口产品。微粒子生成法是用以连续测量铁水中含硅量，在铁沟中设置微粒子测量头的升降架，测量时把微粒子测量头（见图 2-48，直径 110 mm，长600mm的碳素 圆 棒，外 加 上 厚 20mm的AL2O3耐火管，内有直径为 8 mm的氢气供给管及沸腾管）插人铁水中，吹人氢气，使铁水生成微粒子蒸发，由氢气流经过输送管导人小型旋风集尘器，除去大型微粒子后，经4mm*40m 长的钢管传送到分析室内的发光分析装置进行分析，约 80s 即可得出硅含量，这种分析方法与过去的样勺取样火花发光分光分析法相比较，其相关系数r=0.967。(3）各风口热风流量分布检测图 2-49 示出了常用的几种测量风口风量的方法。弯头法最简单，且无需更改炼铁设备，在 20 世纪 50 年代就在我国石景山钢铁厂小高炉使用，缺点是精度较低，如要准确则需逐个弯头标定与校正。流速管法（前苏联还使用过类似飞机翅膀的翼式流量计测量各支管热风流量）曾在我国邯郸、三明钢铁厂等高炉使用，用耐热钢管制成的流速管可连续测量1000 左右风温的热风流量，寿命约半年，缺点是耐温低、寿命短，精度也不高。日本神户钢铁公司加谷川厂 3 号高炉则使用特殊的涡轮流量计来测量各送风支管流量，它可附热电偶同时测流速和温度，但只供短时测量的，寿命高于以刃次，前苏联及国内也曾使用特殊结构的毕托管从风口窥视孔插人以测量各支管送风量，但只是临时性测量。差压法是连续测量的，用于东欧如波兰等国家的高炉。喷嘴法是前苏联 20 世纪 50 年代就已开发了，它使用耐热钢制成喷嘴以测量各支管热风流量。目前国内外大多使这种方法，但用耐火材料制成的喷嘴式或锥形文丘利管来连续测量各支管热风流量，它能耐 1200 以上的温度，且在高炉倒流休风时的高温气体也不会损坏。(4）风口及冷却壁等漏水的检测风口检漏最有效的测量方法是测量冷却水进出口流量差法，监视流量差及出口水量，当低于下限时报警。可使用电磁流量计或卡尔曼流量计来测量进出口水量并用 PC 进行数据处理。由于炉身冷却水箱（或冷却壁）数量很多，难以用测量进出水流量差的方法，有采用便携式检漏仪来检测冷却水进出口流量差及温度，以判别冷却壁是否漏水，但这种方法只是定期的检查，目前有用测量水中 CO 含量以进行监视，把冷却水箱分成几列装几个分析器以便判定漏水部分。亦有用补充水量（冷却水闭路循环时）超过某一极限流量视为漏水的方法。(5）高炉炉衬、炉底耐火材料烧损检测材料烧损检测常用的方法见表 2-1。最初采用 RI（同位素）法和热电偶法，但由于埋人传感器数量有限，故难以检出局部侵蚀。为此利用红外摄像机或热场传感器测出整个炉体中各异常部位，并绘成温度曲线，根据测出数值进行热传导运算，求出该处侵蚀情况。我国宝钢、首钢等高炉装设多层热电偶监视炉缸温度，并用炉缸侵蚀数学模型来推断侵蚀情况。电位脉冲法（TDR）的原理与上述软熔带位置方法类似，此法已在日本住友金属公司的高炉上使用。电阻法是埋人炉衬的多个并联（断路式）或串联（短路式）电阻，随着炉衬烧损而使电阻烧损，经微型机处理后可显示出炉衬厚度图形。FMT 传感器是如图 2-50 左方所示在直径为 22 mm的管子内装 5 个不同长度测温点的热电偶。这种 FMT 传感器结构紧凑，单支传感器起到多点及测量温度分布之用，它埋人炉身砌体内距砌体原始内表面 150mm，传感器前端随炉衬烧损而烧损，但其后部热电偶仍能正常测温，并可从 5 根热电偶烧损情况而推断砌体烧损程度。近来还用触发响应法原理直接推断出烧损厚度，即把接近砖衬内表面的温度作为触发信号，而沿砖衬不同深度方向上各点（如图 2-50 中的 A、B、C、D、E 诸点）在滞后一个时间后产生的相应温度变化为响应信号。求出 A 点和其他各点的相关函数，再寻找各组相关函数峰值所对应的渡越时间 L，用数值分析方法，求出 L=f(x）的关系曲线，外推到渡越时间为零的位置，就是残留炉衬内表面距离原始内表面的距离。超声波测厚是前苏联在 20 世纪 50 年代末开始在高炉应用，国内也有产品，并在鞍钢 6、7、3、11 号等高炉使用。超声波测厚是利用超声波入射到炉衬进人炉内时，在炉衬与炉内两种异质界面上声波会反射回来。利用超声波在炉衬内人射和反射传播时间，求出衬炉的残存厚度。由于超声波传感器需要换能器和难以弯曲而难以测量炉缸烧损，成本等都难以和 TDR 法（传感器是一根电缆，可弯曲，因而可测量炉身或炉缸烧损）相比，故此法受一定的限制。三、思考题三、思考题 1 原料场有哪些检测仪表？参考答案参考答案：原料场过程主要检测仪表包括：料位计（测量各料槽料位）、电子或核子胶带秤及定量给料装置（原料计量及配料用）、堆取料机俯仰角及行走位置测量装置、原料金属块探测装置、孔板等节流装置及温度流量压力等仪表（原料场用水测量与操作）等。2 炼焦过程中火落时间如何判定？参考答案参考答案：炼焦过程中火落时间可通过测量上升管处荒煤气温度的变化来判断，并以此来定量地表达焦饼的成熟度。焦炉从装煤到出焦，上升管中荒煤气温度变化曲线如图 2-22 所示。当焦炭成熟、煤的干馏结束时，几乎不产生煤气，此时荒煤气的颜色由黄变青，CH4急剧减少，H2增加。由于煤气量减少，温度下降，从最高点下落超过 50 时即为火落时间。3 烧结过程有哪些主要特殊检测仪表？参考答案参考答案：烧结过程主要特殊检测仪表有：混合料水分检测、混合料透气率检测、料位和料层厚度检测、烧结矿 FeO 含量检测仪、烧结机尾图像分析，国外还有碎焦碳粒检测、原料中游离碳含量检测、台车风量分布检、漏风的诊断以及烧结层内温度状态检测等。4 高炉过程中炉身静压力检测怎样实现？参考答案参考答案：炉身静压力检测主要困难在于取压口不可靠，因为该处不仅高温、多粉尘，且易结焦堵塞，近来较成功的是采用连续吹扫法。它利用炉内压力尸等于恒流阀后取压口处压力尸；减去取压口至炉内的压力损失 P，测量P1 就可求出炉内压力P，但 P将与流过吹扫氮气流速的平方成比例，故必须使吹扫氮气流量恒定而需设置恒流阀，这恒流阀是自力式流量调节器，流量可在 30 300UL/min范围内设定，进气压力应为 57kgf/cm2.一般氮气流量可在 200 一 30L/min范围内选取，过小，取压口易于堵塞，过大，测量误差大。5 高炉过程中各风口热风流量分布用什么方法检测？参考答案参考答案：有下列几种方法：弯头法。此法最简单，且无需更改炼铁设备，缺点是精度较低，如要准确则需逐个弯头标定与校正；流速管法。用耐热钢管制成的流速管可连续测量 10 阳 左右风温的热风流量，寿命约半年，缺点是耐温低、寿命短，精度也不高；差压法。它是连续测量的，用于东欧如波兰等国家的高炉；喷嘴法。国内外大多使这种方法，用耐火测量制成的喷嘴式或锥形文丘利管来连续测量各支管热风流量，它能耐 1200 以上的温度，且在高炉倒流休风时的高温气体也不会损坏。