離子火焰檢測技術(shù)在現(xiàn)代化RH精煉技術(shù)中的實際應(yīng)用

許劍光

摘 ?要：近年來RH精煉技術(shù)在我國大量推廣使用。伴隨而生的火焰檢測技術(shù)需求日趨增大且對檢測準(zhǔn)確性、技術(shù)可靠性要求越來高。該文首先介紹了各種火焰檢測技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)和在RH精煉設(shè)備中的應(yīng)用情況，然后重點(diǎn)探討分析離子火焰檢測技術(shù)的性能改進(jìn)攻關(guān)過程以及筆者所在鋼我廠的實踐應(yīng)用情況，對于國內(nèi)使用類似設(shè)備的鋼廠也具有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：離子火焰檢測 ?RH精煉應(yīng)用

中圖分類號：TF769 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）06（c）-0001-02

近年來以RH精煉技術(shù)為代表的德系鋼鐵冶煉技術(shù)在我國黑色金屬冶煉生產(chǎn)線上應(yīng)用日趨廣泛。傳統(tǒng)的檢測手段僅僅依靠第三方“視角”采集火焰光、熱兩大物理屬性作為判斷依據(jù)已難以滿足需求。新一代離子火焰檢測技術(shù)直接從火焰內(nèi)部采集離子流進(jìn)行分析得出結(jié)論信號，因此可靠性和精確度更高，可完全滿足現(xiàn)有RH精煉爐對烘烤加熱功能的使用需求。

1 ?RH爐火焰檢測的方式、原理及優(yōu)缺點(diǎn)

常見的檢測方式：（1）紫外線非接觸式火焰檢測。（2）離子火焰檢測。下面分別介紹兩種工業(yè)燃燒器常用火焰檢測的性能特點(diǎn)。

1.1 紫外線非接觸式火焰檢測技術(shù)

采用電真空紫外線光電器件作為采集探頭，對火焰光譜中紫外波段（UV）進(jìn)行信號收集。通過采集探頭轉(zhuǎn)換為有效的電信號，然后通過放大處理成常規(guī)的工業(yè)開關(guān)量信號，最后送到燃燒控制器形成動作執(zhí)行。

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）與火焰非接觸，故不存在探頭燒損現(xiàn)象。（2）在有效探程內(nèi)準(zhǔn)確性比較高。

該技術(shù)的缺點(diǎn)：（1）探頭為真空玻璃器件，在火焰或熔融鋼水熱輻射環(huán)境下耐溫差、使用壽命短。（2）煉鋼現(xiàn)場通常揚(yáng)塵較大，玻璃管表面容易被粉塵阻擋光線，造成信號衰減不穩(wěn)。（3）受到檢測靈敏度的影響，探頭與目標(biāo)無法離開足夠的檢測距離以便維持設(shè)備壽命。（4）在某些開放工位布置探頭并且正對瞄準(zhǔn)目標(biāo)后，第三方角度的火焰光照射同樣會被探頭接收并形成動作，造成信號誤讀誤判。

1.2 離子火焰檢測技術(shù)

采用耐高溫材料制成采集探針直接插入火焰，采集火焰燃燒電離子信號流，并通過篩選、放大等一系列智能數(shù)碼處理，變成與火焰同步產(chǎn)生的工業(yè)干接點(diǎn)信號，送到燃燒控制器形成動作執(zhí)行。

在實際應(yīng)用中可制成RH爐頂槍離子火檢點(diǎn)火器、鋼包（中包）預(yù)熱烘烤離子火檢點(diǎn)火器、鋼坯連鑄火切節(jié)能點(diǎn)火套件等設(shè)備。其中RH爐頂槍離子火檢點(diǎn)火器具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：（1）與火焰直接接觸準(zhǔn)確性高。（2）靈敏度高。管道內(nèi)火焰強(qiáng)度達(dá)到20%就可以檢測到穩(wěn)定的離子信號。（3）整體點(diǎn)火設(shè)備耐溫指標(biāo)大幅度提高。（4）探測過程不受第三方火焰或附近熔融鋼水干擾。

該技術(shù)的缺點(diǎn)：（1）探針與火焰長期接觸有一定程度的燒損。（2）火焰受到燃?xì)獾臍鈮翰▌右约颁撍牧鞯脑斐上辔坏淖兓瘯斐奢敵鲂盘柌环€(wěn)定。

綜上所述：離子火焰檢測需要附加火焰相位跟蹤電路，且進(jìn)一步提高電極材料的耐高溫性能就可以做成穩(wěn)定和耐用的工業(yè)火焰檢測控制設(shè)備。

2 ?離子火焰檢測技術(shù)的改進(jìn)研究情況

在該廠某工位RH頂槍設(shè)備火焰檢測設(shè)備改造項目中，通過在相關(guān)工位引入離子火焰檢測技術(shù)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行實驗性應(yīng)用，以提升生產(chǎn)安全性以及操作便捷性。

2.1 RH頂槍設(shè)備火焰檢測設(shè)備存在的問題

該工位1#RH頂槍火檢長期不穩(wěn)定，無法提供可靠的火焰檢測信號，現(xiàn)場作業(yè)人員無法如實判斷火焰燃燒狀態(tài)，長期受到技術(shù)困擾，故被迫對火檢功能實施短接處理?，F(xiàn)場處于無火焰檢測、無火焰控制、無安全防護(hù)狀態(tài)，存在嚴(yán)重安全隱患。面對這些嚴(yán)重影響生產(chǎn)的因素，筆者牽頭與點(diǎn)火器的專業(yè)生產(chǎn)廠家技術(shù)人員聯(lián)合分析、認(rèn)真研究，總結(jié)出如下幾點(diǎn)。

（1）點(diǎn)火成功率低。

因為當(dāng)時總設(shè)計方（澳鋼聯(lián)）照搬歐洲發(fā)達(dá)國家的燃燒介質(zhì)總體數(shù)據(jù)進(jìn)行配套設(shè)計，未考慮筆者所在鋼廠燃燒介質(zhì)壓力存在較大波動等實際情況，導(dǎo)致時有點(diǎn)火失敗的現(xiàn)象。另外該成套全自動化設(shè)備操作流程已經(jīng)固化配置，未有相應(yīng)人工介入備份通道，點(diǎn)火環(huán)節(jié)一旦失靈，將會導(dǎo)致漏洞傳遞及漏洞放大現(xiàn)象，不可控因素進(jìn)一步指向生產(chǎn)安全事故。

（2）火焰檢測功能不穩(wěn)定。

前期澳鋼聯(lián)總體設(shè)計這類大型的煉鋼成套設(shè)備技術(shù)側(cè)重點(diǎn)在于機(jī)械部分。同期國際（集成電路）離子火焰檢測技術(shù)背景單薄，故直接采用場效應(yīng)管來放大離子級弱信號，對環(huán)境溫度的反應(yīng)過于敏感，造成離子火焰檢測極其不穩(wěn)定。

（3）管道電極設(shè)計缺陷。

由于該設(shè)備主體采用了超大身徑比管道結(jié)構(gòu)（管身長9050mm，管道內(nèi)徑30mm），在這樣極端比例下點(diǎn)火電弧用的高壓（12000V峰峰值）電流長距離輸送不能有任何的額外放電打火現(xiàn)象，否則前部點(diǎn)火區(qū)域?qū)⒉辉儆泄╇娪靡源蚧?。這對設(shè)計以及制造工藝要求非常高。最早某些制造商采用一根整長的耐高溫細(xì)鋼絲作為輸送體，由于熱脹冷縮，鋼絲在某隨機(jī)區(qū)域彎曲變形橫向鼓出，造成與管壁過度接近以致高壓放電，前部無法正常打火工作。后期杜拉格委托國際知名的點(diǎn)火設(shè)備制造商——海格文把這整長鋼絲改成分段過橋方式，即把原來的9050mm長的整根鋼絲改成3根3000mm左右的通過緩沖橋接來克服整根長鋼絲因熱脹冷縮帶來的弊端。但是引來了新的矛盾：橋接部位電通性能降低，設(shè)備整體可靠性依然不高。

（4）管道弱信號接觸不良。

離子火焰檢測需要采集火焰在一定的電位差電場作用下產(chǎn)生的電離信號。該信號屬于弱信號（UA級）。該路輸送與點(diǎn)火高壓平行通過上述3段過橋橋接器。點(diǎn)火電流使用高壓電，矛盾可以忽略?；鹧鏅z測使用離子級別的信號電，這個問題便上升為主要矛盾。多次實際測試，3段過橋橋接部位產(chǎn)生了電阻率。根據(jù)歐姆定律推導(dǎo)：電勢能越弱導(dǎo)體的電阻相對越大，所以在火檢信號通過3段過橋的時經(jīng)常會信號時斷時續(xù)，造成火檢信號不可靠，設(shè)備整體性能不穩(wěn)定。