馬鋼 2 號高爐串罐爐頂稱重系統(tǒng)補(bǔ)償問題分析及優(yōu)化探討

本文主要闡述了針對馬鋼 2 號高爐串罐爐頂稱重系統(tǒng)補(bǔ)償問題進(jìn)行分析，并針對目前使用過程中存在的問題提出優(yōu)化改進(jìn)措施

1 .概述

馬鋼 2 號高爐是爐容為 2500m3 大型高爐,采用無料鐘串罐式爐頂，爐頂設(shè)備主要分為上料罐、下料罐、下閥箱、齒輪箱、溜槽等組成部分，在上料過程中，爐料先經(jīng)過上料主皮帶運(yùn)送至爐頂后投入上料罐，隨后落入下料罐，下料罐上安裝有電子稱量裝置實(shí)時檢測下料罐重量并傳遞給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)根據(jù)下料罐重量變化調(diào)節(jié)下料閘的開度以控制下料速度，最后物料經(jīng)過溜槽布向爐內(nèi)。通過檢測下料罐重量作為高爐布料依據(jù)的布料方法稱為重量法布料,重量法布料是 2 號高爐布料的主要方式。因此，下料罐重量的準(zhǔn)確測量是實(shí)現(xiàn)高爐合理布料的關(guān)鍵。

2. 下料罐稱量補(bǔ)償原理分析

由于工藝條件限制，下料罐在稱量過程中必然會受到外部因素影響，主要來自爐頂壓力、均壓管道和均壓氣流作用力，為了保證稱量的準(zhǔn)確性，就需要對它們造成的干擾進(jìn)行補(bǔ)償。

2.1 爐頂壓力補(bǔ)償原理

在高爐正常生產(chǎn)時，在保證料罐不與外圍設(shè)備產(chǎn)生機(jī)械作用力的前提下,高爐頂壓會下料罐產(chǎn)生一個向上的浮力,頂壓變化的同時浮力也隨之變化,從而影響料罐稱量的準(zhǔn)確性.為了消除爐頂壓力變化對料罐稱重測量的影響,通過爐頂壓力補(bǔ)正可以對料罐稱重測量值補(bǔ)償修正。

2 號高爐爐頂電子稱量裝置由三個稱重傳感器和一臺帶壓力補(bǔ)償功能的稱重變送表組成，其工作原理框圖如圖 1

該儀表通過采集稱重傳感器的輸出信號和爐頂壓力信號經(jīng)過儀表內(nèi)部特殊軟件計(jì)算出補(bǔ)正后的料罐重量,它將高爐爐頂壓力對稱重的影響降到最低，從而實(shí)現(xiàn)料罐高壓力下的精確重量測量。

2.2 均壓管道、均壓氣流作用力補(bǔ)償原理

下料罐準(zhǔn)確稱量的前提條件之一是要保證下料罐處于稱量自由狀態(tài)，即下料罐在稱量狀態(tài)不應(yīng)受到任何機(jī)械作用力和壓力的影響。均排壓管道上的波紋管正是能夠起到補(bǔ)償均排壓管對下料罐產(chǎn)生作用力以及均壓過程中均壓氣流對料罐沖擊的功能。

2.3 波紋管工作原理

波紋管是用以利用彈性元件的有效伸縮變形來吸收管線、導(dǎo)管或容器由熱脹冷縮等原因而產(chǎn)生的尺寸變化的一種補(bǔ)償裝置，屬于一種補(bǔ)償元件。可吸收軸向，橫向，和角向的位移。

（1）下料罐在稱量過程中，受重力作用和稱重傳感器本身的撓曲特性影響，料罐在垂直向下方向必然會有一定的位移，料罐在向下位移的過程中會拉動均排壓管一起向下，如果均排壓管靈活性不夠，產(chǎn)生形變，此時管道就會對下料罐產(chǎn)生向上的作用力。圖 2 中均排壓管道利用波紋管的位移補(bǔ)償特性，增加了管路的靈活度,能夠吸收料罐的位移，確保管道不會對料罐產(chǎn)生作用力。

（2）根據(jù)高爐布料工藝，高爐下料罐在向爐內(nèi)布料之前，為了保證下料罐內(nèi)壓力與爐內(nèi)壓力相等，需要對下料罐均壓，均壓過程中均壓氣流打破了料罐的受力平衡，罐體受到沿入罐均排壓管道軸向方向的作用力，從而影響稱重。圖 2 中波紋管能對罐體產(chǎn)生一個反向的拉力，平衡均壓氣流對罐體產(chǎn)生的作用力，確保下料罐均壓過程中稱量的準(zhǔn)確性。

3.存在的問題

2 號高爐自投產(chǎn)以來經(jīng)常發(fā)生下料罐重量值波動，零點(diǎn)漂移，下料罐重量和槽下稱量值偏差大等問題。經(jīng)過多年研究統(tǒng)計(jì)，爐頂壓力補(bǔ)償和均排壓管波紋管補(bǔ)償問題是造成稱量出現(xiàn)問題的主要方面。

3.1 爐頂壓力補(bǔ)償問題

（1）2 號高爐爐頂電子秤使用的是德國申克爐頂電子秤 Disomat B plus，表輸出下料罐凈重信號給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，如果稱量零點(diǎn)漂移較大就需要進(jìn)行去皮重操作，下料罐重量去皮重是通過電子秤操作面板按鈕實(shí)現(xiàn)的，頻繁的對電子秤主機(jī)進(jìn)行操作，會減少電子秤使用壽命，增加故障率。

（2）申克爐頂電子秤采用重量變送表+壓力補(bǔ)正模塊的組合方式，一旦壓力補(bǔ)正模塊出現(xiàn)問題，更換備件消耗時間，期間爐頂壓力無法補(bǔ)正，將直接影響高爐生產(chǎn)。

3.2 均排壓管波紋管補(bǔ)償問題

均排壓波紋管作為周期更換件，在生產(chǎn)過程還沒有到更換周期就出現(xiàn)腐蝕穿孔，泄漏和失穩(wěn)變形，由于無法在線修復(fù)，只能臨時做包覆處理，波紋管失去了補(bǔ)償作用。

4 .改進(jìn)措施

4.1 爐頂壓力補(bǔ)償通過 DCS 系統(tǒng)軟件編程實(shí)現(xiàn)

（1）建立數(shù)學(xué)模型。

爐頂壓力對秤體的影響可以用一個函數(shù)關(guān)系式來表達(dá).函數(shù)關(guān)系式如下:

W = W1 + F - W2 （1）

其中 F = K * P

K = △W / △P

W -凈重

4.2 加強(qiáng)波紋管選用、安裝、維護(hù)管理

（1）針對波紋管使用過程中存在的問題，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)波紋管的管理選用設(shè)計(jì)合理的波紋管。

（2）安裝波紋管時確保安裝方式正確。

（3）對波紋管建立臺帳，專職點(diǎn)檢人員加強(qiáng)設(shè)備的日常檢查，檢查其劣化傾向和劣化程度。

（4）對檢查結(jié)果作好記錄并依據(jù)記錄結(jié)果制定合理的備件更換周期。

5 .實(shí)施效果

（1）實(shí)現(xiàn)在上位機(jī)操作畫面進(jìn)行軟件清零功能，減少了人工干預(yù)設(shè)備的次數(shù)，延長設(shè)備使用壽命，減小故障率。

（2）以 DCS 控制系統(tǒng)為依托，確保壓力補(bǔ)正環(huán)節(jié)更加安全可靠。

（3）壓力補(bǔ)償系數(shù)修改更加簡單方便，增加了高爐爐頂稱重系統(tǒng)在線調(diào)試的靈活性。

（4）減少了波紋管在使用周期內(nèi)發(fā)生故障的次數(shù)。

（5）有效降低了高爐下料罐稱量故障率，保障了高爐的穩(wěn)定順行。