李明亮  黄金堂

（广西柳州钢铁集团有限公司炼铁厂）

摘  要  介绍了柳钢的发明专利成果——《高炉泥炮打泥量显示装置》的设计方案、实现方法和应用效果，通过对高炉泥炮打泥时长的检测计量，实现对高炉铁口打泥量的精细化控制和管理，有效降低生产成本，提升安全管理水平。

关键词  计量  装置  高炉  打泥量

高炉对铁口泥炮打泥量的控制，决定了高炉铁水、炉渣能否顺利从铁口排出。打泥量过多，铁口深度过深，出铁时间越长，致使高炉内的渣铁排出不及时，产量未能达到预期，生产效益将下降；打泥量过少，会导致高炉渣铁流出过快，当铁沟无法容纳时，会发生铁水外溢事故，严重影响日常生产安全。高炉泥炮打泥量要控制在一个合理范围，有的通过人工观察泥炮的指示针进行操作，影响因素多，控制精度差；有的通过检测泥炮液压油量推算打泥量[1]-[3]，对流量计的选型和安装要求高，成本投入大。柳钢针对这种情况，发明了《高炉泥炮打泥量显示装置》专利成果（专利号为ZL-2015- 1-0620307.6），基于时间法、非接触式测量高炉泥炮打泥量，在实际应用过程中收到了良好的效果。

1  设计方案

1.1  高炉泥炮结构及工作原理

柳钢高炉全部采用液压式泥炮打泥机构，泥炮的结构如图1所示，包括液压缸、V型块、连杆、拉杆、炮身、转臂和压板组成。打泥机构油缸由活塞杆固定，油缸运动，推动泥缸活塞前进。油缸座上装有挡泥环漏泥孔，可以有效地防止炮泥落到油缸活塞杆上。回转机构是采用转臂绕固定轴旋转的方式，回转油缸通过杆机构使转臂转动，回转油缸的活塞杆端部铰接在机座上，油缸工作时缸体运动，通过V形杆和连杆带动转臂旋转。

1.2  打泥计时原理

高炉铁口泥炮的打泥时长，是指从泥炮往铁口打泥动作开始至打泥动作结束的时间。为了计算这个时长，需要自动检测泥炮打泥的操作过程信号，并能提供数据接口或标准信号供计算机读取。通过在高炉泥炮的打泥操作手柄和转炮操作手柄上安装检测元件，检测、识别转炮和打泥的操作记录，并根据这两个信号组合自动判断铁口泥炮是否正在进行打泥操作，如正在进行打泥，则通过控制系统自动计算打泥时长；如是对泥炮内的炮泥进行压紧而非打泥操作，则不计算打泥时长。再通过显示仪表在铁口泥炮现场操作室显示打泥时长，在值班室的监控计算机上也可对每次打泥时长进行查询和跟踪管理。

1.3  打泥量转换

应用控制系统的编程运算功能，实现将打泥时长转换为打泥量，具体流程如图2所示。

首先计算油缸的动作速度v油。通过操作泥炮动作，使油缸全行程动作一次，获取油缸全行程动作的总时长t总，结合油缸总行程L总，可得：

v油=L总/t总 （1）

计算油缸行程L油。通过采集打泥时长t，获得打泥过程的油缸行程。根据公式：

L油=V油·t （2）

计算泥炮行程L炮。根据油缸行程和泥炮行程的线性关系（假设关系系数为k），获得泥炮行程。即：

L炮=k· L油 （3）

计算炮泥体积V。泥炮内部是圆柱体结构，泥炮内部的截面积为S炮，根据公式：

V=S炮·L炮 （4）

计算打泥量m。炮泥的密度为ρ，根据质量计算公式：

m=ρ·V  （5）

最终，基于公式（1）-（5），获得基于打泥时间的打泥量计算公式：

m=ρ·S炮·k· L总/t总·t   （6）

公式（6）中，ρ、S炮、k、 L总、t总均为已知常数，打泥量只与打泥时间t相关。

1.4  打泥量显示

将高炉泥炮的打泥操作和转炮操作检测信号接入控制系统，经过运算处理后，可输出打泥时长或打泥量信号，通过显示仪表在泥炮操作室内显示，方便岗位工人在打泥操作过程进行实时观察和控制。同时，值班室计算机上也可实时显示打泥时长和打泥量数据，并可查看历史曲线、历史数据和统计分析报表。

2  实现方法

2.1  设备安装

高炉泥炮打泥量检测装置的设备接线原理图如图3所示。设备安装位置共分三部分：现场操作室、控制柜和值班室。现场需要采集的信号包括泥炮旋转信号和打泥信号，接入控制系统并进行运算处理后，在现场操作室、值班室显示打泥量信号。

2.2  检测流程

根据高炉泥炮打泥的操作过程，在执行打泥动作时，需要先进行转炮操作，使泥炮转到铁口位置，然后开始打泥，打泥结束后，再将泥炮退出铁口，旋转回原始位置。因在给泥炮装泥的过程中，往往需要操作打泥手柄将内部的炮泥压紧压实，所以对打泥计时的统计要剔除非打泥过程的计时，具体检测流程如图4所示，其中转炮信号持续时间“X”的设定，需要根据岗位工人的操作经验而调整。

2.3  注意事项

（1）因打泥量显示装置是基于转炮和打泥两个信号作为基础，而现场检测设备的安装位置务必安全可靠，且不能影响岗位工人日常操作。

（2）泥炮现场操作室环境恶劣，应对检测仪表和显示仪表进行适当保护，以防设备损坏影响计时准确性。

（3）打泥量显示装置的使用需要结合岗位工人日常的操作习惯，在控制系统中编程时必须剔除异常操作记录。

（4）在实际应用过程中，为了提高打泥量检测的准确性，应该通过实际消耗的炮泥量进行适当修正。

3  应用效果

基于高炉泥炮打泥量显示装置，通过对泥炮打泥时长和打泥量的计量，实现了对高炉的打泥稳定率进行统计和管控，大大促进了炉前泥炮打泥的定量化、标准化、精细化作业，高炉铁口泥套得到正常维护，有效保证了铁口深度，高炉冶炼产生的渣铁能够均匀排出，促进高炉安全生产，减少由于铁口不正常而发生的一系列事故，也最终实现高炉高效出铁，降低成本。在实际应用过程中，通过规范打泥时长，保证高炉的铁口深度在合理范围，可使炮泥消耗成本降低约0.29元/吨，对于产能千万吨的钢厂，全年降低生铁成本数百万元。

4  结语

基于时间法的高炉泥炮打泥量显示装置，现场检测设备少，采用非接触式测量方式，可实现设备的长期稳定可靠运行，且安装简单方便，投资成本低，是一种快速实现高炉泥炮打泥量计量的简易方法，对促进高炉炉前精细化管理有良好的促进作用。

5  参考文献

[1] 于成龙.高炉泥炮打泥量指示装置的改进与应用[J].电子测试，2013(7):121.

[2] 刘利兵，周雪冰，高静波，王保虎.邯钢3200m3高炉泥炮打泥系统流量计的改进与完善[J].中国新技术新产品，2013(4):7.

[3] 朱振秀，化玉荣.kd300液压泥炮打泥量装置的改造[J].中国科技纵横，2011(20):267.