什麼是高爐自動化

現代化的高爐爐容已超過 5000立方米，日產生鐵1萬噸以上，實現高爐自動化對於降低能耗、提高產量和質量具有重要意義。20世紀50年代，高爐已採用了程序控制上料和儀表控制熱風的技術，60年代中期開始用電子計算機對高爐進行局部控制。從70年代中期起，世界上已有40％左右的高爐使用計算機控制爐況，並進一步實現高爐管理的最優化。高爐自動控制系統由檢測儀表、控制裝置、程序控制器、微處理機和過程控制計算機組成，按功能可分爲裝料、布料、送風、爐況、爐頂煤氣等自動控制系統。

裝料自動控制

爲保證高爐冶煉過程正常進行，必須使爐料保持一定的高度。一般採用探料尺在垂直方向週期地從爐頂探測料面高度和爐料下降速度（採用微波式的或激光式的探料尺可連續探測）。當爐料低於規定料面高度時，上料系統開始裝料。機械式探料尺和上料系統採用無觸點的程序控制器或可編程序控制器控制。爲了提高裝料的精度，廣泛採用小型計算機控制爐料重量，並把每次實際裝入漏斗的原料數量記錄下來，求出與裝料規定量之差，在下次稱量時自動給以補正。計算機控制裝料還可將單位時間內各種原料的給定量、總重量、水分含量、各原料倉的庫存量等裝料數據打印製表。

布料自動控制

高爐料面的 M型分佈是否勻稱，直接影響爐內氣流分佈和爐況反應。現代化大型高爐的爐喉直徑超過10米，若爐內反應不均勻，爐料下降速度不一致，料面便會偏斜，因此需要用布料裝置來控制料面形狀。一般用固定式探料尺檢測料面高度，並用程序控制器或微處理機控制布料。鍾閥式爐頂通過改變爐料批量、料面和裝料順序，無鍾爐頂通過改變旋轉溜槽的傾角和旋轉方式來實現自動布料。布料控制中的關鍵問題是料面形狀檢測，可在爐喉圓周的 6個位置裝設固定探 杆，吊有重錘的金屬鏈條在爐喉不同的半徑處從探杆上下垂到料面，根據其下垂長度測出料面的輪廓、每測一次需一分鐘，測量精度約爲±50毫米。

另一種方法是根據料面溫度分佈來實現布料控制。料面溫度場出現熱點時，說明爐內出現了“管道現象”，此時需要通過控制布料來加以消除。常用的測量料面溫度場的儀器有熱像儀，可測溫度範圍爲50～800℃。還可在爐喉部分裝入固定的帶有溫差電偶的十字形測溫樑，在樑內裝有10幾個溫差電偶，以測量爐料的溫度分佈。

送風自動控制

從風口鼓入約1000～1200℃的熱風使焦炭燃燒。爲保持爐溫恆定，爐況平穩，須對熱風的溫度、溼度和富化處理進行控制。

（1）熱風溫度控制：冷風經熱風爐加熱後的風溫並不是恆定的，開始時風溫高，以後則逐漸降低，用風溫調節器控制摻入的冷風量便可使風溫保持恆定。熱風爐在換爐時用交叉並聯送風的工作方法可使風溫波動在±1％以內。

（2）熱風溼度控制:溼度調節器能保持鼓風中溼度恆定，避免水分引起爐況波動。常用的方法爲加溼調節和脫溼處理兩種。

（3）鼓風富化處理：對於大型高爐，常在鼓風中加入氧氣以提高高爐的冶煉強度。爲了降低燃料比，有時在風口處噴入重油、天然氣或煤粉等。有時還在大型高爐風口前裝上帶有高速攝影裝置的工業電視，用以監視和記錄風口前熱風和焦炭的燃燒和運動情況。

爐頂煤氣的檢測和控制

爐頂煤氣的壓力和成分直接反映爐內的冶煉情況。爐頂壓力調節裝置控制爐壓恆定，是確保爐料平穩下降的重要措施。頂壓調節可通過減壓閥組或餘壓渦輪來實現。爐頂煤氣是高爐冶煉的直接產物，其成分反映爐內的還原反應和還原氣體的利用率。利用連續採樣的氣體色譜分析儀週期測定煤氣中CO、CO2、H2、N2的含量，可掌握爐中的反應情況。爐喉煤氣成分分佈直接反映爐內不同直徑處的反應，故常在大型高爐爐喉的料面下徑向插入（或固定安裝）採樣探杆，採集分析爐內氣樣。

渣鐵參數檢測

鐵水的生成量、成分、溫度是極爲重要的參數。出鐵時鐵水罐車停在裝有軌道電子秤的軌道上，可連續檢測出鐵量。鐵水溫度可在出鐵過程中用快速溫差電偶檢測。鐵水成分是在出鐵過程中從鐵水溝中取樣，然後用快速熒光分析儀分析。現代化大型高爐日產出鐵1萬噸以上，有4個出鐵口輪流出鐵，測量渣鐵的溫度、成分和生成量就能及時獲得高爐中的冶煉信息。這一過程現代已由微處理機來實現。

爐況自動控制

爐內反應過程的參數不能直接檢測，所以控制系統尚未達到完善的程度，但已有數種爐況控制系統(如爐熱模型系統,GO-STOP系統)在高爐上獲得應用，其中以爐熱模型構成的系統應用較多。爐熱模型系統以高爐鍊鐵過程的物理化學反應爲基礎，把高爐分爲風口燃燒帶、直接還原帶和間接還原帶，根據輸出輸入高爐的各種參數（如礦石焦炭裝入量、風量、風溫、噴吹量、爐頂煤氣成分、渣鐵成分和生成量等）列出各反應區間的物料平衡和熱量平衡方程組，然後求解這些方程組，便可得出爐中直接還原反應帶的固體溫度和氣體溫度。這些溫度代表爐熱的狀態，根據爐熱的變化自動調節送風參數（如風溫、噴吹量等），改變風口送入的熱量，將爐熱控制在最佳狀態。爲提高系統的控制效果，有時將理論模型與統計模型結合使用。這種閉環控制系統已被採用。GO－STOP系統是以系統辨識方法來判斷爐況並構成閉環控制系統的。由於爐況控制過程中有大量的計算工作，這種系統需要使用電子計算機。爐身靜壓力的變化也是爐況的重要參數，常在爐身不同高度的圓周上檢測爐身的靜壓力。這一靜壓力反映爐料的透氣性、氣流分佈和軟熔帶根部位置的高度，是判斷爐況的重要依據之一。根據爐料的透氣性，以爐頂壓力爲調節手段可組成爐料透氣性調節系統。保持透氣性恆定有助於爐料順利下降，保持爐況穩定。

高爐的計算機管理

計算機除用於上述各種控制系統外，還用於數據處理、生產管理、操作指導等。它採集高爐上的大量過程參數，輸入存儲器中，並將這些數據編輯成各種生產記錄報表和具有操作指導作用的畫面，在工業電視上顯示出來。這樣，操作者便可根據存儲器內的數據對過去的生產過程作出連貫的分析，對變化趨勢作出預報。在現代化的大型高爐上，全部顯示記錄儀表已被計算機所代替，各個控制系統由計算機實現，在高爐控制室中爐長通過工業電視與計算機對話，計算機可向爐長提供所需的多種信息。這樣的控制系統在國內外都有應用，效果良好。例如，中國首都鋼鐵公司高爐改用計算機控制系統後，利用係數達2.2，焦比降到384千克。

高爐爐體設備管理

爲延長高爐壽命，需要對爐體和設備進行監控。常用各種熱傳感器監視爐缸、爐身、冷卻壁等爐體各部位的溫度，超限時作出報告；或用觸發響應法對耐火磚殘存厚度進行測量監視。風口是關鍵設備，需要經常監視。用卡門流量計或雙管電磁流量計檢測風口冷卻水的進出流量差，就能檢查風口冷卻套是否破損。

80年代，許多國家都在開展新型傳感器和檢測方法的研究，研製新的爐況動態模型和建立綜合的控制管理系統。