摘要：高炉生产是一个复杂的高温冶炼过程，涉及温度、压力、流量、成分等多种关键参数的精确控制。在现代高炉生产中，自动化仪表在提升生产效率、保证产品质量、提升生产过程安全性等方面发挥着重要作用。通过使用自动化仪表，能够实现对这些参数的实时监测和调节，从而保证高炉操作的稳定性和一致性。文章首先阐述了自动化仪表在现代高炉生产中的重要作用，随后探讨了高炉煤气计量仪表、高炉冷风流量测量仪表、高炉鼓风机拨风系统控制仪表在应用中的常见问题及优化方案，最后对高炉仪表常见的干扰问题进行探讨，旨在为相关人员提供参考借鉴。
关键词：高炉生产；自动化；仪表优化
在现代高炉生产中，自动化仪表发挥着关键作用。一方面，高炉生产过程中常面临高温和恶劣环境条件，单靠人工测量和记录数据往往难以完成任务。另一方面，当生产数据出现异常时，需要及时对生产过程进行调整和优化。自动化仪表通过其内置的传感器能够实时传输检测数据到控制系统，从而有效地监控和调节生产过程。因此，自动化仪表在高炉生产中发挥着重要的监督和检查作用。它不仅有助于提升生产效率，还能确保钢铁产品的质量，并对企业经济效益的提升产生积极的推动作用。文章旨在通过探讨自动化仪表在现代高炉生产中的应用，分析其在应用中的常见问题，并提出优化方案，从而为进一步推进高炉生产的自动化、智能化提供理论支持。
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自动化仪表在高炉生产的优势
在提高生产效率方面，通过自动化控制系统，能够快速响应生产过程中的变化，优化各生产工艺参数，减少人工干预带来的误差和延迟。在产品质量控制方面，由于高炉炼铁生产过程具有连续性，一旦中途停止，将给企业带来较大的经济损失，因此，需要加强对生产全过程的实时监控。自动化仪表通过精确的成分分析和温度控制，能够严格控制出铁、出渣的质量，避免由于参数波动而导致的产品质量问题［1］。此外，自动化仪表的应用还能有效降低能源消耗，通过精确监测和调节能源的使用，如热风炉的温度和风压控制，可以显著提升能源利用效率，降低生产成本。在保障生产安全方面，高炉生产全过程全程处于密闭状态，高炉内部的运转情况很难从表面进行观察，特别是高炉生产环境复杂、危险性高、生产规模大，还涉及较多的工序，生产安全隐患较多。自动化仪表能够实时监测高温高压等危险参数，并在异常情况下触发预警或自动停机，防止事故发生，这不仅保护了生产设备，还保障了操作人员的安全。因此，自动化仪表已经成为现代高炉生产中不可或缺的核心技术，推动着钢铁工业向更加高效、安全、环保的方向发展。
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自动化仪表在高炉生产中的应用分析
2.1高炉煤气计量仪表
在炼铁和烧结系统中，煤气是生产过程中产生的重要气体燃料。对于煤气而言，通常会含有粉尘、颗粒物、焦油、水分等杂质，粉尘和颗粒物会附着在流量传感器或测量部件上，导致信号传输不准确；焦油和水分的黏性较强，容易在管道内壁和仪表表面形成积聚，导致气体流量无法精确测量；因此，这就要求在选用自动化计量仪表时，需特别关注其精确性和适应性，以确保计量的精确性。
2.1.1常见问题
目前，企业应用较多的煤气计量仪表有德尔塔巴流量计、孔板流量计、阿牛巴流量计和V锥流量计、超声波流量计等，这些流量计在实际应用中常遇到以下问题：①高炉煤气中粉尘积聚较多，导致一些管类流量计的取压孔位置和取压管处出现堵塞现象，导致仪表的可靠性和灵敏度降低；②气体超声波流量计的TRT系统停机再次重新启动时，由于此时高炉煤气的温度较高，远远高于流量计的使用温度限值，无法正常使用；③高炉煤气含湿，会严重干扰流量计的正常工作；④高炉煤气总管直管段不够、尺寸不合适等，导致一般厂家的流量计无法满足直管段要求［2］。
2.1.2优化方案
针对高炉生产中煤气计量仪表面临的各种问题，在选型过程中应进行系统分析，以适应现场的测量介质和环境条件。选择仪表时，应确保以下特点：①可靠性：由于测量介质中含有较多杂质，因此流量计的探针结构应简洁，确保杂物不易进入，从而保持长期稳定的测量精度；②安装便捷：流量计的安装过程应简单、便捷，通常只需要在管道上选择一个适当的位置，并采用专业器具钻取适宜孔径的孔，再将一次元件探针插入即可；③耐高温高压：一次元件探针的材质应选用高性能、耐高温特性优异的采用，如1Cr18Ni9Ti材质。④无需维护：一次测量元件探针不需要进行频繁维护，仅需按照计量器具的定期检定要求对其进行定期校验即可。⑤测量范围广：能精确测量流量范围从0.2~50000t/h，特别适用于低流速、小流量和大管径的测量需求。具体优化方案为：
首先，针对煤气在异常工况下温度过高的问题：优选耐高温性能优异的流量计，在实际运行过程中，由于高炉煤气管道系统不能随意停气，建议优选在线的插入式流量计。
其次，针对高炉煤气中粉尘的影响：粉尘含量过高会堵塞流量计传感器，使得流量测量异常，因此，应选用防堵设计、抗污能力强的流量计。例如，管类流量计由于取压孔较小，并且末端呈开放结构，易导致粉尘积聚，不适用于高炉煤气总管粉尘含量较高的应用场合。因此，应尽可能选用带有反吹扫装置的流量计，降低粉尘堵塞影响，以提升流量计应用可靠性［3］。
最后，针对高炉煤气总管直管段不足的问题：在总管直管段不足的情况下，一是考虑可以在流量计前安装流量整流器，以消除管道内的湍流，优化气体流场，有效降低因直管段不足引起的测量误差；二是选用对直管段要求较低的仪表，如涡街流量计等。
2.2高炉冷风流量测量仪表
2.2.1常见问题
在高炉冶炼过程中，风量的控制十分关键。通过对整个送风系统的分析发现，冷风量的测量准确性直接影响着高炉的透气性指数和高炉的生产顺行。在实际生产过程中，大多数企业应用的是威力巴流量计，该流量计具有测量精度高、不受探杆插入深度影响、重复性好以及不产生管道内压损等优点，能够有效测量管道内的冷风量。然而，当冷风温度超过200℃时，热膨胀容易引起送风管道的严重变形，导致威力巴流量计内的节流装置在气流分布中出现明显偏差，威力巴全插探头也容易脱离底盖固定孔，从而严重影响冷风流量的测量准确性，进而对高炉的整体生产效率和质量产生显著不利影响。
2.2.2优化方案
为解决上述问题，某钢铁企业进行了优化设计，提出了一种新型的高炉冷风流量在线装置。该装置主要由立筋钢板、管箍、威力巴检测探头、正负压侧阀门、导压管及差压变送器等部件构成。具体选用的仪表为：威力巴流量计选用V110（1628mmEXACT）-10-H-T型号，差压变送器选用EJA110A-DLS4A-92DA/NF型号，仪表平衡阀三阀组选用H型三阀组，威力巴正压测一次仪表阀门和威力巴负压测一次仪表阀门均选用DN15型号的球阀。该技术方案的优势为：通过在威力巴流量计两侧的冷风管道上安装管道防变形的管箍及加筋板，确保威力巴流量计的检测探头能够稳固地固定在管道顶部，不受冷风温度升高引起的管道膨胀变形的影响，从而始终保持检测探头在管道气流的最佳位置。这一设计有效提高了威力巴流量计对高炉冷风流量的测量精度，解决了由于冷风温度升高而导致管道变形，进而使冷风流量测量装置发生严重偏移，影响高炉冷风流量测量准确性的问题，从而改善了高炉的整体生产质量和效率。
2.3高炉鼓风机拨风系统控制仪表
2.3.1常见问题
在高炉生产过程中，如果鼓风机发生故障，出现紧急停机，会使得送风压力迅速降低，使得未分离的铁渣混合物进入入风口，并发生凝固，进而形成风口灌渣。针对这类问题，目前工程上主要应用紧急拨风系统将高炉高温热风通过拨风联络管道引入到高炉风道，进而有效缓解由于压力不足引发的风口灌渣问题。在高炉生产中，紧急拨风系统在保障高炉运行安全性和可靠性方面发挥了重要作用，在该系统中，控制仪表是核心部件。但事实上，在实际操作中，由于高温、高压和粉尘等复杂工况，仪表常常会遇到堵塞、漂移等问题，导致测量数据不准确，进而影响拨风系统的控制效果。因此，有必要对控制仪表的选型方案进行优化设计，以提高仪表的可靠性和稳定性。
2.3.2优化方案
为提升仪表应用可靠性，保障高炉鼓风机拨风系统稳定运行，需要对仪表选型方案进行优化，在限流板选项、双向流量计、二次仪表选型方面的具体优化方案包括以下内容。
首先，限流孔板的选型。限流孔板具有测量和节流的两个重要功能。在测量方面，限流孔板能够作为流体流量测量元件使用；在节流方面，限流孔板能够限制流量并有效降低压力。在选择过程中需关注的问题及建议如下：①当管道公称直径不超过150mm时，优选单孔孔板；当直径大于150mm时，建议选用多孔孔板；②为避免限流孔板发生管路阻塞，应根据液压降值合理选择限流孔板的类型；例如，当限流孔板后的压力小于板前压力的55%时，应选择多孔孔板；③当液体压降不大于2.5MPa时，优选单孔孔板；当液体压降超过2.5MPa时，应选择多孔孔板，并保证每个孔板的压降不超过2.5MPa［4］。
其次，双向流量计的选型。双向流量计主要有超声波流量计、楔形流量计和皮托管差压式流量计等类型。①超声波流量计：超声波流量计利用超声波在流体中传播的时间差或频率变化来测量流体的流速，并据此计算流量。超声波流量计的优势为精度高、无压损、适应性强，但不足之处在于价格相对较高；②楔形流量计：楔形流量计是一种基于差压原理的流量计，楔形流量计的一次传感器是楔形节流件，该流量计的优点为结构坚固、适用于低流量测量，但结构较为复杂，现场安装难度较大；③皮托管差压式流量计：皮托管差压式流量计广泛用于气体的双向流量测量，根据结构的不同，主要分为S型和L型两类，S型皮托管差压式流量计在防潮性能、防堵性能方面较为优异，但对流体的稳定性要求较高，受湍流等因素的影响较大；L型皮托管差压式流量计测量精度高、稳定性强，但安装过程较为复杂，并且由于管口较细，易发生粉尘堵塞现象。因此，在选项中建议优选皮托管差压式流量计，但在特定情况下，仍需根据实际需求进行合理选择。
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高炉自动化仪表干扰成因及抗干扰措施
3.1高炉自动化仪表干扰成因分析
在高炉生产过程中，自动化仪表的工作环境复杂，在高炉周围还会存在一些大型电气设备，如高压电动机、变压器等。在这些设备运行时，会产生强烈的电磁波，电磁波会对附近的自动化仪表产生一定干扰。恒定电磁场对仪表的影响通常较为简单，也较容易处理。然而，交变电磁场的影响则要复杂得多，由于交变电场和磁场的频繁变化，场强和频率也会出现波动，导致电磁环境的不稳定。此外，除了正常传输的信号外，除了正常的信号传输外，交变电场和磁场会在信号传输过程中引入一些额外的干扰电流或电压，这些无关信号以噪声的形式进入系统，从而影响仪表的测量准确性。
3.2高炉自动化仪表的抗干扰措施
3.2.1加强控制内部干扰源
内部干扰源主要指高炉自动化系统内部产生的干扰，例如，设备运行时产生的电磁干扰、线路间的相互干扰等。在高炉运行过程中，完全消除内部干扰源基本不可能实现。例如，对于一些大型、高功率设备，由于实际生产需要不能将其随意移除，这就导致其变频器和电机产生的电磁干扰问题难以避免。对此，针对该类干扰，可通过采取适当的保护措施加以处理，以避免仪表内部的一些插件出现氧化或虚焊，导致接触不良等现象，从而消除内部可控的干扰源，并提高设备运行的可靠性［5］。
3.2.2加强控制串模干扰
仪表设备与被测信号的设备通常位于同一位置，易产生串模干扰。对于该类干扰，常见的控制措施为：一是将信号线与电源线分开布置，避免交叉和近距离平行布置，减少串模干扰的影响；二是使用屏蔽电缆传输信号，并确保屏蔽层接地良好，以减少来自电源线或其他干扰源的串模干扰；三是在信号输入和输出端安装滤波器，滤除高频干扰。
3.2.3加强控制共模干扰
由于仪表信号电压较低，若出现共模干扰，可能导致信号失真并引发多种错误。对于该类干扰，常见的控制措施为：一是使用隔离设备，在电源和信号线路上安装共模滤波器；二是合理接地设计，确保仪表和相关设备的接地系统完整且接地电阻符合标准，避免产生共模电流，减少共模干扰。
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结束语
在现代高炉生产中，自动化仪表通过实时监测和控制生产过程中的关键参数，如温度、压力和流量等，确保了高炉操作的稳定性和安全性。因此，企业应当重视自动化仪表的选型、安装和管理工作。另外，在实际应用中，还要重视自动化仪表的干扰问题，应依照仪表具体特点，与现场环境相结合，避免干扰问题影响自动化仪表的正常工作，提高仪表应用稳定性，以充分发挥自动化仪表的价值。
参考文献
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［2］李燕平，朱林.智能插入式工况流量计在高炉煤气上的应用分析［J］.山东冶金，2021，43（2）：64-65.
［3］刘晓兵.莱钢炼铁厂新型煤气计量仪表的应用［J］.山东冶金，2017，39（6）：69-70.
［4］李妍.高炉鼓风机拨风系统控制仪表方案优化及选型［J］.自动化仪表，2023，44（12）：91-95.
［5］张岩.炼铁高炉的电气自动化控制系统及仪表抗干扰措施研究［J］.电子测试，2020（19）：101-103.
内容来源：孙浩1，孟文浩1，泮鹏程2（1.济钢集团国际工程技术有限公司，山东济南250101；2.山东省冶金设计院股份有限公司，山东济南50101）），
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