高炉自动测控系统设计(编辑修改稿)

高炉自动测控系统设计(编辑修改稿)内容摘要：

筒形。 出铁口、渣口和风口都设在炉缸部位，因此它也是承受高温煤气及渣铁物理和化学侵蚀最剧烈的部位 ，对高炉煤气的初始分布、热制度、生铁质量和品种都有极重要的影响。 炉底 是 高炉炉底砌体 ， 不仅要承受炉料、渣液 及铁水的静压力，而且受到 1400～4600℃ 的高温、机械和化学侵蚀 ， 其侵蚀程度决定着高炉的一代寿命。 只有砌体表面温度降低到它所接触的渣铁凝固温度，并且表面生成渣皮（或铁壳），才能阻止其进一步受到侵蚀，所以必需对炉底进行冷却 ， 通常采用风冷或水冷。 目前我国大中型高炉大都采用全碳砖炉底或碳砖和高铝砖综合炉底，大大改善了炉底的散热能力。 炉基的作用是将所集中承担的重量 按照地层承载能力均匀地传给地层，因而其形状都是向下扩大的。 高炉 炉基的总重量常为高炉容积的 10~18 倍。 炉基不许有不均匀的下沉，一般炉基的倾斜值不大于 ％ ~0． 5％。 高炉炉基应有足够的强度和耐热能力，使其在各种应力作用下不致产生裂缝。 炉基常做成圆形或多边形，以减少热应力的不均匀分布。 炉衬 是 组成高炉的工作空间，并起到减少高炉热损失、保护炉壳和其免受热应力和化学侵蚀的作用。 炉衬是用能够抵抗高温作用的耐火材料砌筑而成的。 炉衬的损坏受多内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 种因素的影响，各部位工作条件不同，受损坏的机理也不同，因此必须根据部位、冷却和高炉操作等因素，选用不同的耐火材料。 炉喉护板 是 炉喉在炉料频繁撞击和高温的煤气流冲刷下，工作条件十分恶劣，维护其圆筒形状不被破坏是高炉上部调节的 先决条件。 为此，在炉喉设置保护板（钢砖）。 小高炉的炉喉保护板可以用铸铁做成开口的匣子形状；大高炉的炉喉护板则用 100～150mm 厚的铸钢做成。 炉喉护板主要有块状、条状和变径几种形式。 变径炉喉护板还起着调节炉料和煤气流分布的作用。 高炉辅助设备 （ 1）供料系统。 包括贮矿槽、称量与筛分等一系列设备，其任务是将高炉冶炼所需原燃料通过上料系统装入高炉。 （ 2）送风系统。 包括鼓风机、热风炉及一系列管道和阀门等，其任务是连续可靠的供给高炉冶炼所需的热风。 （ 3）煤气除尘系统。 包括煤气管道、重力除尘器、洗涤塔、文氏管、脱 水器等，其任务是将高炉冶炼所产生的煤气，经过一系列的净化使其含尘量降至 10 ㎎ /m3以下，以满足用户对煤气质量的要求。 （ 4）渣铁处理系统。 包括出铁厂、开铁口机、堵渣口机、炉前吊车、铁水罐车及水冲渣设备等，其任务是及时的处理高炉排放出的渣、铁，保证高炉正常进行。 （ 5）喷吹燃料系统。 包括原煤的储存、运输、煤粉的制备、收集及煤粉喷粉等，其任务是均匀稳定的向高炉喷吹大量煤粉，以煤代焦，降低焦炭消耗。 高炉生产工艺流程 高炉炼铁生产是冶金 (钢铁 )工业最主要的环节。 高炉冶炼是把铁矿石还原成生铁的连续生产过程。 铁矿石、 焦炭和熔剂等固体原料按规定配料比由炉顶装料装置分批送入内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 高炉，并使炉喉料面保持一定的高度。 焦炭和矿石在炉 内形成交替分层结构。 矿石料在下降过程中逐步被还原、熔化成铁和渣 聚集在炉缸中，定期从铁口、渣口放出。 其主要过程如图 所示。 矿 槽 矿 筛 称 量 斗 料 车高炉焦 仓 焦 筛 称 量 斗 料 车杂 矿 槽 振 动 器 称 量 斗煤 粉热 风 炉鼓 风 机铁 罐除 尘 器渣 罐燃 气 厂铸 铁 铁 库钢 厂渣 场 图 高炉炼铁生产工艺流程 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 第三章 高炉自动检测系统设计 自动检测系统 是高炉自动化的重要组成部分，控制系统的可靠性及功能配置直接影响高炉重要参数、数据的准确性、可靠性，直接影响高炉生产能力、安全运行、高炉长寿等重要 经济指标的实现。 因此， 高炉 检测系统 具有重要意义。 温度检测系统 高炉冶炼过程的炉体温度隐含着冶炼过程的设备安全和炉况顺行的重要信息，温度数据的剧烈变动往往与各类故障的发生存在着密切的 关系。 因此我们必须实时的判断高炉内部的温度变化，利用检测仪表及时的检测出各点的温度， 以 便于操作工进行操作控制。 主要检测项目 本文主要是 针对高炉本体部分进行的温度检测并实时进行数据显示。 其主要的检测点包括炉顶温度、炉喉温度、炉身温度、炉基温度、炉底温度和热风温度。 炉顶温度系煤气与料柱作用的最终温度：炉喉温度能准确的指出煤气流沿 炉子周围工作的均匀性；炉身温度可以监视炉衬腐蚀和变化的情况，炉衬结瘤或过薄时，通过炉身温度反映出来；炉基温度主要用于监视炉底侵蚀情况。 热风温度是热风炉 的 一个重要参数，它将影响到高炉顺行、生产率、产品质量和高炉使用寿命。 温度检测系统介绍 为了判断高炉内部状况，很好的使整个设备运做起来，温度检测系统是非常重要的，它及时、准确 地 提供高炉信息，使高炉有序、高质量 地 生产。 本温度检测系统主要以热电偶为检测元件，通过热电偶感受温度变化，热电偶将温度变化转换为热电势信号，然后送至温度变送器，将热电势转换为标准的 420mA 输出，温度变送器出来的信号直接由多点式 记录仪指示和记录。 其检 测系统框图如图 所示。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 热 电 偶 温 度 变 送 器 显 示 记 录 仪温 度 图 温度检测系统框图 检测仪表选型 为了判断炉况，检测高炉各部分温度必须采用温度传感器，温度感器一般分为接触式和非接触式两大类。 所谓接触式就是传感器直接与被测物体接触进行温度测量，这是温度测量的基本形式。 而非接触方式是遥测，主要是红外测温，这是接触方式做不到的。 高炉的温度测量传统上都采用热电偶、热电阻。 热电偶和热电阻都是一种热电型的温度传感器，它将温度信 号转换成电势 (mV)信号，配以测量 mV 信号的仪表或变换器，便可以实现温度的测量和温度信号的转换。 而红外测温是通过测量物体热辐射发出的红外线，从而测量物体的温度，红外辐射的物理本质是热辐射。 热辐射是由于内外原因使物体内部带电粒子不断运动，使物体具有一定温度 (高于绝对零度 )而产生一种热辐射现象。 虽然红外测温传感器有诸多的优点，但由于其市场价格昂贵 ,很多测温使用热电偶和热电阻。 热电偶温度计由于测温范围宽， 在工程实际中的应用非常广泛。 从 0~1800℃ 的温区，都可选择不同型号的热电偶温度计实现温度测量。 除此以外，热 电偶温度计还具有明显的优点：①结构简单，制造方便，价格便宜；②测温精度较高，高温区的复现性和稳定性好；③由于 输出电信号，便于信 号的远传和记录，也有利于集中检测和控制；④热电偶体积小，热容量及热惯性均小。 热电偶的结构有两种，普通型和铠装型。 普通性热电偶一般由热电极 、 绝缘管 、保护套管和接线盒等部分组成，而铠装型热电偶则是将热电偶丝 、 绝缘材料和金属保护套管三者组合装配后，经过拉伸加工而成的一种坚实的组合体。 铠装热电偶具内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 有能弯曲、耐高压、热响应时间快和坚固耐用等许多优点，它和工业用装配式热电偶一样 ， 作为测量温度的 传感 器 ， 通常 与 显示仪表 、 记录仪表和电子调节器配套使用 ， 同时亦可作为装配式热电偶的感温元件。 热电阻在工业领域应用也极为广泛，其优点也很多， 可以远传电信号 、 灵敏度高 、 稳定性强 、 互换性以及准确性都比较好，但是需要电源激励，不能够瞬时测量温度的变化。 但是其价格要比贵金属热电偶便宜很多。 热电阻与热电偶的选择最大的区别就是温度范围的选择，热电阻是测量低温的温度传感器，一般测量温度在200~600℃ ，而热电偶是测量中高温的温度传感器，一般测量温度在 400~1600℃ ，在选择时如果测量温度在 200℃ 左右就应该选择热电阻 ，如果测量温度在 600℃ 就应该选择 K 型热电偶，如果测量温度在 1200~1600℃ 就应该选择 S 型或者 B 型热电偶。 根据国际电工委员会 (IEC)推荐的八种类型标准化热电偶，以及本设计要求，测 量 对象 (高炉的炉喉、炉身、炉底、炉基、热风炉 )的温度变化范围为 0~1000℃，选用 S 型铠装热电偶 (铂铑 10铂热电偶 )作为检测元件，其测温范围一般在 0~1300℃ ，具有高温下抗氧化、 抗腐蚀 、 耐酸性、稳定性好 、 性能优良 、 精度高 等 特点。 根据国际电工委员会 (IEC)推荐的四种类型标准化热电阻，以及本设计要求，测 量 对象（冷却水）的 温度范围为 0~500℃，选用分度号为 Pt100（铂热电阻）作为检测元件，其测温范围一般为 200~650℃。 热电偶、热电阻的安装 热电偶 、热电阻 属接触式 温度 计， 它们 要与被测介质相接触 ，因此 热电偶 、热电阻安装正确与否，严重影响测温精度。 由于被测对象不同，环境条件不同， 它们 的安装方法和措施也不同，需要考虑多方面因素。 为确保测量的准确性，首先，根据管道或设备工作 压力 大小、工作温度、介质 腐蚀内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 性要求等方面，合理确定热电偶 和热电阻 的结构型式和安装方式；其次，正确 选择 测温点，测温点要具有代表性，不应把热电偶 、热电阻 插 在被测介质的死角区域；热电偶 、热电阻 工作端应处于管道流速较大处；最后，要合理确定热电偶的插入深度。 在选择对热电偶和 热电阻 的安装部位和插入深度时要注意以下几点 ： （ 1） 为了使 热电偶 和热电阻的测量端与被测介质之间有充分的热交换 ， 应合理选择测点位置 ， 尽量避免在阀门 ,弯头及管道和设备的死角附近装设热电偶或热电阻。 （ 2） 带有保护套管的热电偶和热电阻有传热和散热损失 ， 为了减少测量误差 ， 热电偶和热电阻应该有足够的插入深度 ： ① 对于测量管道中心流体温度的热电偶 ， 一般都应将其测量端插入到管道中心处 (垂直安装或倾斜安装 )， 如被测流体的管道直径是 200 毫米 ， 那热电偶或热电阻插入深度应选择 100 毫米 ； ② 对于高温高压和高速流体的温度测量 (如主蒸汽温度 )， 为了减小保护套对流体的阻力和防止保护套在流体作用下发生断裂 ， 可采取保护管浅插方式或采用热套式热电偶 ，浅插式的热电偶保护套管 ， 其插入主蒸汽管道的深度应不小于 75mm。 热套式热电偶的标准插入深度为 100mm； ③ 假如需要测量是烟道内烟气的温度 ， 尽管烟道直径为 4m， 热电偶或热电阻插入深度 1 m即可。 ④ 当测量原件插入深度超过 1m时 ， 应尽可能垂直安装 ， 或加装支撑架和保护套管。 根据本设计要求，测控对象为高炉，由于 插入深度的选取应当使热电偶能充分感受介质的实际温度 ，一般为热电偶和热电阻总长度的 4/5 以上。 对于管道安装通常使工作端处于管道中心线 ， 管道直径区域内。 安装中常采用直插、斜插等插入方式，如果管 道较细，宜采用斜插。 在斜插和管道肘管（弯头处）安装时，其端部应 迎 着被测介质的流向（逆流），不要与 被测介质形成顺流，在高温设备上测温时，为防止保护套管弯曲变形，内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 应尽量垂直安装。 若必须水平安装，则插入深度 不宜过长，且 应用耐火粘土或耐热合金制成的支架将热电偶 或热电阻 支撑住。 本检测系统中，热风温度选用 S 热电偶，总长度为 600 ㎜，插入深度为 500 ㎜，外径为 16 ㎜的刚玉保护管；炉喉煤气温度选用 S 热电偶，插入深度 L=1000 ㎜，高炉铝保护管外径为 6 ㎜；炉身温度选用 S 铠装热电偶，插入深度为 800 ㎜，热电偶外径为 6 ㎜；炉底四点温度选用 S 铠装热电偶，插入深度分别为 31 2900、 20 1100 ㎜，热电偶外径为 6 ㎜；炉基温度选用 S 铠装热电偶，插入深度为 3800 ㎜，热电偶外径为 6 ㎜。 冷却水温度选用 Pt100 热电阻，总长度为 350 ㎜，插入深度为 200 ㎜。 流量检测系统 主要检测的项目 鼓风 温度、湿度是鼓风质量的一个重要参数之一，他直接影响到高炉顺行、生产率、产品质量和高炉寿命，因此通过调节冷风阀来控制冷风流量，从而实现 热风 温度、湿度控制。 高炉 主要 流量检测项目有 冷风流量和冷却水流量。 流量检测系统介绍 由于流量检测条件的多样性和复杂性，流量检测的方法非常多，是工业生产过程常见参数中检测方法最多的。 据估计目前在全世界流量检 测方法至少已有上百种，其中有多种 是 工业生产和科学研究中常用的。 本 设计 主要使用节流式检测方法，节流式流量计由节流装置（节流件 、 取压装置和符合要求的前后直管道）、引压导管、差压计和显示仪表组成。 节流装置把流体流量转换成差压信号，通过引压管送到差压计，差压计进一步将差压信号转换为电流信号，显示仪表将接收到的电流信号 进行显示。 由于节流装置是一个非线性的环节，它与流量成平方关系，所以显示仪表 直接显示的值为非线性的，为了解决这个问题，通常在差压计的后面加 开方器，或者将开方器依附在差压计内。 节流式流量检测系统框图如图 所示。 内蒙古科技大学毕业设计 说明书（毕业 论文 ） 节 流 装 置 引 压 管 差 压 变 送 器 开 方 器 显 示 仪 表q△ P = K1q2△ I = K2△ P△ PIKI  39。 39。 2 图 节流式流量检测系统框图 检测仪表选型 节流式。