高炉炉温在线检测采集系统及在线检测方法

摘要

本发明公开了一种高炉炉温在线检测采集系统及在线检测方法，所述系统包括通道切换模块和单片机，通道切换模块分别与热电偶测温探头、超声测距探头和信号调理模块连接，超声测距探头与DC400-800V模块连接，信号调理模块与A/D转换模块连接，单片机与无线模块、A/D转换模块、显示器、功能键、DC400-800V模块连接，工控机与无线模块连接。本发明通过在高炉炉身、炉腹的炉衬部位安装炉衬厚度、温度采集器，检测炉衬厚度和温度，根据传热学原理和炉衬厚度和温度参数进行计算，得到高炉温度，实现高炉炉温实时在线检测。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高炉炉温在线检测采集系统及在线检测方法，属高炉炉温检测技术领域。

背景技术

由高炉冶炼流程可知，在高温、高压、封闭环境下的高炉炼铁过程，融化的铁水、炉渣、熔融状态的铁矿石及焦炭的混合物、热气流等构成了复杂的流体动力学问题。

炉衬在这些强物理作用及化学反应下不断地被侵蚀，使得传统的直接检测手段无法得到应用。高炉炉温、炉衬厚度等数据往往是通过外部的、间接的、具有时滞性的测量方法得到的。高炉的运行机制往往具有非线性、时滞、高维、大噪声、分布参数等特性，导致目前普遍应用的炉温预测控制模型也难以准确有效。

没有可靠的炉温预测数学模型进行指导，使操作带有一定的不确定性，影响了铁水质量和高炉寿命。

鉴于高炉冶炼在工业生产中的重要地位，近几年高炉研究者们都致力于完善高炉检测的方法和手段，其中炉温的检测又是高炉检测中的热点问题。国内对于铁水、风口和炉顶的测温研究较充分，方法手段日趋完善，唯独对炉身和炉腹的测温鲜有报道。

炉温预测模型所需的大量信息来源于检测设备，而系统推理结果也需检测数据来证实。

如果在高炉上安装对炉体烧损状况、料面形状等参数行之有效的检测设备，则会极大地促进高炉炉温预测系统的发展。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种高炉炉温在线检测采集系统及在线检测方法，它通过在高炉炉身、炉腹的炉衬部位安装炉衬厚度、温度采集器，检测炉衬厚度和温度，根据传热学原理和炉衬厚度和温度参数进行计算，得到高炉温度，实现高炉炉温实时在线检测。本发明实时采集炉身、炉腹的温度数据，而且检测是由多个测量点组成，各个测量点的传感器又是由多个探头组成，数据更加多维、复杂，信息量更大。因此本发明是非常有研究意义和现实推广前景的。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种高炉炉温在线检测采集系统，所述系统包括通道切换模块和单片机，通道切换模块分别与热电偶测温探头、超声测距探头和信号调理模块连接，超声测距探头与DC400-800V模块连接，信号调理模块与A/D转换模块连接，单片机与无线模块、A/D转换模块、显示器、功能键、DC400-800V模块连接，工控机与无线模块连接。

所述超声波测距探头安装于金属测杆内，金属测杆埋入高炉炉身、炉腹的炉墙内；在距金属测杆一定距离处的炉墙内，立体埋入铠装式热电偶测温探头。

本发明同时提供了一种高炉炉温在线检测方法，包括如下步骤：

步骤一：将高炉炉温在线检测采集系统的布设与复杂的高炉炉内环境相结合，在热风向上吹，固体炉料向下冲刷和复杂的化学反应等环境下，用ANSYS软件建立传感器布设仿真模型，对传感器的合理布设进行指导，确保炉衬与炉衬厚度采集器中金属测杆的同步侵蚀和炉衬测温的准确性；

步骤二：在炉身、炉腹的炉墙内埋入金属测杆作为测距介质，在金属测杆的冷端安装压电晶体超声波测距探头，利用超声波测距技术测出杆长，即炉衬厚度；

步骤三：在以金属测杆为中心的空间中，距测杆一定距离处的炉衬内，立体埋入炉衬温度采集器的热电偶测温探头，测出炉衬中所埋设测温点的温度；

步骤四：分别通过无线模块把厚度采集单片机中的炉衬厚度和温度采集单片机中的炉衬温度的数据传输给工控机，按照炉内温度与炉衬厚度和炉衬温度的关系，计算出炉温。

本发明所述高炉炉温在线检测采集系统信号传输过程为：

通道切换模块选中一路采集器后，将采集到的炉衬温度或厚度数据传输给信号调理模块，信号调理模块将调理后的信号传输给A/D转换模块进行模、数转换，之后送入单片机进行线性化、标度变换等处理，将处理后得到的炉衬温度和炉衬厚度数据在显示器上显示的同时，通过两个无线模块，传输到工控机，根据传热学原理和检测数据，进行高炉炉温的在线计算和存储、显示。功能键用来进行不同参数的切换输入。

本发明的工作原理是：在炉身、炉腹的炉墙内埋入金属测杆作为测厚介质，测厚探头在高压激励下发出超声波信号进行距离探测，其输出的信号经信号调理电路进行调理，通过A/D转换将厚度信号变为数字信号送入单片机，并显示。同时，厚度信号经无线模块传输至工控机进行存储和显示。在距金属测杆一定距离处的炉墙内，立体埋入铠装式热电偶（测温探头），测出炉衬中所埋设测温点的温度，热电偶测温探头输出的信号经热电偶信号处理模块处理后，转换为数字信号送入单片机进行处理和显示。同时，炉衬温度信号通过无线模块传入工控机进行存储和显示。通过检测炉衬厚度和对应埋设点的温度，利用传热学原理，在工控机上可以实时计算出炉温—炉衬热端温度。

本发明的特点在于实时采集炉身、炉腹的温度数据，而且检测是由多个测量点组成，各个测量点的传感器又是由多个探头组成，数据更加多维、复杂，信息量更大。因此本发明是非常有研究意义和现实推广前景的。

本发明的有益效果和优点是，本发明是基于炉衬厚度和炉衬温度的高炉炉温在线检测采集器，炉衬厚度传感器的埋设贯穿于炉墙，炉衬温度传感器的埋设在炉衬的冷端呈多点分布，以避免在炉身、炉腹受到侵蚀的情况下，位于炉衬处，采用传统方法埋设的热电偶亦被烧损，或是炉衬的侵蚀程度无法计量，给此处的炉温检测带来困难。此方法可以在线、连续地检测高炉炉温，能够确保炉温检测的实时性、准确性。以指导填料、送风等高炉生产的控制策略，把炉温保持在最佳状态，提高铁水质量和产量，增加高炉寿命。

附图说明

图1是本发明高炉炉墙轴向剖面图，在相邻四块铜冷却壁之间区域的中心，沿炉墙厚度方向插入炉衬测厚传感器。

图1中，1-1是高炉炉墙，1-2是炉衬厚度传感器，1-3是铜冷却壁；

图2是本发明高炉炉墙径向剖面图，热电偶测温传感器的埋设原则：图2中，2-1是炉衬；2-2是镶砖；2-3是冷却壁；2-4是冷却壁凸肋；2-5是冷却水管；2-6是填料，2-7是炉壳；2-8是炉衬温度传感器。

图3是本发明高炉炉温在线检测采集系统原理框图。

具体实施方式

如图3所示，本发明提供了一种高炉炉温在线检测采集系统，所述系统包括通道切换模块和单片机，通道切换模块分别与热电偶测温探头、超声测距探头和信号调理模块连接，超声测距探头与DC400-800V模块连接，信号调理模块与A/D转换模块连接，单片机与无线模块、A/D转换模块、显示器、功能键、DC400-800V模块连接，工控机与无线模块连接。

高炉炉温在线检测采集系统信号传输过程为：

通道切换模块选中一路采集器后，将采集到的炉衬温度或厚度数据传输给信号调理模块，信号调理模块将调理后的信号传输给A/D转换模块进行模、数转换，之后送入单片机进行线性化、标度变换等处理，将处理后得到的炉衬温度和炉衬厚度数据在显示器上显示的同时，通过两个无线模块，传输到工控机，根据传热学原理和检测数据，进行高炉炉温的在线计算和存储、显示。功能键用来进行不同参数的切换输入。

如图1和图2所示，所述超声波测距探头安装于金属测杆内，金属测杆埋入高炉炉身、炉腹的炉墙内；在距金属测杆一定距离处的炉墙内，立体埋入铠装式热电偶测温探头。

图1是本发明高炉炉墙轴向剖面图，图1中，1-1是高炉炉墙，1-2是炉衬厚度传感器，1-3是铜冷却壁；在相邻四块铜冷却壁之间区域的中心，沿炉墙厚度方向插入炉衬测厚传感器。

图2是本发明高炉炉墙径向剖面图，热电偶测温传感器的埋设原则：图2中，2-1是炉衬；2-2是镶砖；2-3是冷却壁；2-4是冷却壁凸肋；2-5是冷却水管；2-6是填料，2-7是炉壳；2-8是炉衬温度传感器。

1）认为炉衬圆周方向的温度相同，在炉墙的径向剖面埋设热电偶；

2）为了避免热电偶的烧损，在炉衬冷端的剖面上埋设五行热电偶，每行五支。

3）考虑到理论分析存在的误差，为了提高高炉测温的精度，在炉衬中埋设多个热电偶，以获取炉衬温度分布。

根据测温点的温度和该点距炉衬热端的距离，就能确定炉衬热端的温度。

具体为：

步骤一：将高炉炉温在线检测采集系统的布设与复杂的炉内环境相结合，在热风向上吹，固体炉料向下冲刷和复杂的化学反应等环境下，用ANSYS软件建立采集器布设仿真模型，对传感器的合理布设进行指导，确保炉衬与测厚采集器中测杆的同步侵蚀和炉衬测温的准确性。

步骤二：在炉身、炉腹的炉墙内埋入金属测杆作为测距介质，在测杆的冷端安装压电晶体（测距探头），利用超声波测距技术测出杆长，即炉衬厚度。在高炉炉墙轴向剖面图中，炉衬厚度采集器安装在两面铜冷却壁的中间，测杆的热端与炉衬里端平齐。如图1所示。

步骤三：在以测杆为中心的空间中，距测杆一定距离处的炉衬内，立体埋入炉衬温度采集器（热电偶测温探头），测出炉衬中所埋设测温点的温度。在高炉炉墙径向剖面图中，从外到里依次为：炉壳、填料、铜冷却壁、镶砖、炉衬。炉衬温度传感器安装在高炉炉墙的炉衬部分，沿等温面平行安装5行，每行5支热电偶。检测的炉衬温度范围为：700-1200℃。如图2所示。

步骤四：通过无线模块把单片机中代表炉衬厚度和炉衬温度的数据传输给工控机，利用传热学原理，按照炉内温度与炉衬厚度和炉衬温度建立的测温模型，计算出炉温。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。