郭先燊

（河钢集团邯钢公司）

摘  要  对邯钢8高炉激光料面仪的应用实践进行了总结。该料面仪通过安装在炉喉密封盖上南北方向对称的两个激光照射扫描炉内料面，同时使用正东向的红外线摄像头进行拍摄录像，最后用配套软件将拍摄的照片与视频进行重叠处理，显示出激光轨迹图，即料面形状图。操作者可以直观地观测到炉内料面形状，也可以通过配套软件推算出料面深度、平台宽度等参数，实现高炉上部调剂的可视化。

关键词   高炉  激光  料面仪 

1 引言 

自1999年炉顶红外摄像技术推广应用以来，黑暗的炉顶终于见到了亮光，但光线微弱，仅能观测到炉料中心高温煤气形状，无法观测到料面形状。2012年12月，邯钢8高炉（有效容积3200m³）通过应用高炉激光料面仪，有效弥补了这一不足。该技术利用激光扫描料面的同时，对炉顶摄像进行拍照、录像，最后使用配套软件合成料面形状图，实现了料面的可视化，为高炉操作者的上部布料调剂提供了直接依据。

2  技术原理及设备安装

2.1  技术原理及实现

激光料面仪技术原理是利用激光将黑暗的料面照亮，再用摄像机拍摄下来，最后用配套软件将拍摄的照片与视频转换成料面形状图，实现料面的可视化。该技术的装置主要包括摄像仪、激光料面扫描与图像处理系统三个部分。摄像仪采用红外线摄像头，可根据温度差异，将不可见的热气流转换成可见图像，技术成熟，已在全国各高炉普遍使用。激光料面扫描是本技术首创，是两个带旋转机构的激光发射器。高炉生产时炉内料面上方光线微弱，特别是刚刚放完料时，基本上是一片黑暗，此时打开料面上方两个对称的激光器，在旋转机构的带动下两束激光束旋转90°照射料面，同时用红外线摄像头连续拍摄或者录像。最后，图像处理系统将拍摄的照片与视频进行重叠处理，就会在料面上形成一条料面轮廓图（类似剖面图），显示料面形状。操作者还可根据需要，利用配套系统进一步处理图片 ，推算平台宽度、距离炉墙距离、漏斗深度等料面参数，实现料面可视化检测。

2.2  设备安装

安装、更换、维护方便。安装时，只需在炉喉密封盖上开3个直径小于100mm的小孔，焊上法兰，任意位置均可。为了便于观测，一般两个激光发射装置安装在同一标高的180°对称位置上，摄像头在两激光发射装置连线的垂直方向，3个装置高度都在零料线以上1米左右。邯钢8高炉的检测装置就是由安装在南北方向两个激光发射装置与正东边一个微型红外线摄像头组成。激光发射器与红外摄像头全封闭的防水、防尘金属外壳设计，用少量的高压氮气或净煤气吹成的气幕保护，工业水冷却，体积小、安装方便。激光料面仪显示端接入高炉主控操作微机中，日常使用与技术分析都在主控室，方便快捷。其安装示意如图１所示。

3  应用状况

3.1  观察料面形状与气流状态

正常生产情况下系统只有摄像头进行连续拍摄监控，用于观察炉内气流与设备运转情况，激光发射装置处于休止状态。当高炉炉况异常或技术分析等需要进行料制调整时，操作者随时可以扫描料面观察变化，尤其是在连续调整料制时，可以边微调料制边观测料面形状与气流状态，直到到达理想料面与气流分布。邯钢8高炉从2012年底到2013年3月出现一次严重的炉况波动。表现为静压与渣皮周期性波动、煤气利用率低、炉内气流不稳，导致炉温难以控制，甚至多次出现炉凉、悬料。高炉通过加焦比、提热量，上部不断优化料制矩阵等措施，最终实现了炉况恢复。本次恢复过程中的料制调整直到最终的稳定，激光料面检测装置发挥了重要作用。波动时料制为C948474635242O9484746352，炉内表现为中心气流不足，气流不稳定。用检测装置扫描后发现，料面过于平坦，平台宽、漏斗浅。针对这种情况，首先去掉第4环焦炭，11月25日料制变成C9484746353O9484746352，再次扫描料面看出漏斗深度增加，平台宽度缩小0.1米到1.1米左右，中心气流稳定性稍有好转。高炉继续缩小平台宽度、增加漏斗深度，通过多次调整与料面扫描观察，最终完全去掉了第5环矿，料制变成C938373625243O94847363，料线也从1.4米提到1.3米。最终调整为窄平台（宽度1米左右）、深漏斗（1.3米），平台稍离炉墙（离炉墙0.1米）的料面。调整后，高炉中心气流顺畅、边缘气流稳定，高炉煤气利用率稳定，指标逐渐改善。高炉料制调整过程与对应料面（见表1）：

3.2  寻找最佳料面形状

日常操作时通过观察各种炉况时料面形状与煤气流特征，及时调节操作制度，保证炉况稳定。每次料面的扫描图与视频文件会自动保存到数据库中，操作者可以通过大量料面形状数据与高炉指标对比，寻找各种原燃料等条件下的最佳料面形状；也可以在操作中，当高炉炉况与指标达到最佳时，记录下此时的料面形状，并在以后的生产中尽量保持此料面形状，保持炉况的稳定。如高炉需要攻关指标进行上部调整时，操作者可先记录调整前料面形状再调整，一旦出现炉况波动时可及时回调料制，恢复之前正常炉况的料面形状，达到快速恢复炉况的目的。

8高炉通过观察，在原燃料条件较好，烧结矿供应充足、碱度合适（1.9左右），理想料面形状是：放矿后有1.0米左右平台，且平台紧紧挨着炉墙，中心有1.5米深、半径3.6的大漏斗（见图2）。放焦后边缘有1.3米平台，平台也是紧挨着炉墙，中心有1.8米深、半径3.3的大漏斗（见图3）。煤气流是放料前中心有较强火焰（温度较高的煤气流），火焰中很少携带炉料粉末，在放矿后火焰熄灭，放完后逐渐恢复，放焦炭后火焰也熄灭，但马上恢复，边缘没有火焰。保持以上料面形状与煤气流分布，8高炉炉况能保持稳定顺行。

目前（2021年3月），原燃料条件变差，烧结矿供应紧张、碱度高（2.0左右），理想料面形状是：放矿后有1.0米左右平台，且平台稍离炉墙0.3米左右，中心有1.3米深、半径3.5的大漏斗。放焦后边缘有1.2米平台，平台离炉墙0.2米左右，中心有1.1米深、半径3.6的大漏斗。煤气流是放料前中心有较强火焰，边缘极微弱火焰。火焰中很少携带炉料粉末，在放矿后火焰若隐若现，放焦炭后火焰熄灭，但马上恢复。保持以上料面形状与煤气流分布，8高炉炉况能保持稳定顺行。

3.3  发现炉顶布料异常情况

可以通过料面检测装置排查炉况出现的变化是否是炉顶布料所致。当上部布料制度与料面形状稳定时，炉况出现波动，操作者可以排除上部料制影响，查找其它原因。当料面检测装置观测到料面形状不规则、料面变化太大或者偏料等异常料面时，操作者可根据观测结果判断是设备故障还是炉况原因，对症下药，采取措施。

2020年12月15日白班南探尺突然偏尺0.6米，上料多次提起南探尺重新放尺仍然偏尺，此时工长立刻用料面检测装置进行料面扫描，根据扫描结果很快确定料面规则正常，确定为南尺故障，高炉保持正常操作。事后检查发现是南尺链条因炉顶高温拉长所致，证明本次判断完全正确。

3.4  可以纠正布料设备引起的误差 

当更换新布料流槽受到形状、材料、大小等改变时，以及正常生产中流槽磨损时，炉料在炉内的实际落点将发生偏差，影响炉内气流分布。高炉可以通过观察料面检测装置，对布料矩阵进行微调，纠正设备缺陷，保证实际落点准确。

2018年9月26日8高炉休风更换炉顶布料溜槽，高炉通过激光料面仪扫描料面形状与观测炉料落点，发现装新溜槽后炉料落点向中心方向移0.1米，为了保持炉况稳定，高炉送风后矿布料角度从α39.5°38°36°34°，调整为α40.5°39°37.5°35°，调整后再用激光料面仪扫描料面形状，得到了炉料平台与漏斗同休风前旧溜槽一致结果，从而保持了休风后炉况的稳定。

3.5  代替炉顶十字测温部分作用 

料面检测装置使高炉操作实现了可视化，相对于十字测温简单测试温度，料面检测装置虽然不能准确测量温度，但是可以观测料面形状、观察炉内火焰（温度较高的煤气流）分布与大小，基本满足观察炉顶煤气分布的目的。考虑十字测温还有导致炉料偏析、设备下方料面凹陷等不利影响，高炉从2013年开始将四根十字测温中的两根拆除，目前观察拆除后炉顶靠料面检测装置、壁体温度完全能够准确掌握煤气分布。

4  结语

（１）安装高炉炉内激光料面仪前，高炉操作人员只能根据理论计算或者休风观测推测料面形状，很难一次调节到位。有了激光料面仪，炉内料面状况就可直观地显示出来，为高炉操作者掌握料面形状提供了依据，有助于快速制定合理的操作制度来调节炉况。另外，通过长期观察料面形状与历史数据的积累，有助于高炉操作者尽快掌握高炉布料与炉内气流分布规律，推动操作水平提高。

（２）在邯钢8高炉应用的激光料面仪，虽然用高压氮气幕保护，但在炉顶工作条件恶劣，激光孔容易被炉料小颗粒堵塞住，在线清理时需要拔出装置，虽然有阀门可以关闭炉内煤气，但由于顶压太高，过于危险，一般更换都需要等休风处理，所以有必要增加在线清理装置或者提高装置的抗粉尘性能。

（3）对温度与粉尘偏敏感。正常顶温时（顶温120℃以上）只有在料罐刚刚放完矿炉内没有火苗的1分钟左右能扫描料面形状，时间长顶温高炉就无法扫描或扫描不清，在放焦后由于顶温较高较难扫描到料面形状，在中心区域煤气流速高粉尘大也很难扫描到，这些均是该项技术需要改进的地方。

（4）目前料面检测装置主要是对拍摄图片进行观测，计算平台宽度、漏斗大小等料面参数误差偏大，且未能将这些参数与高炉上料系统布料矩阵、料批、料线等布料情况实时比较，找寻内在规律，需要进一步改进。