一种监测高炉上翘炉底温度变化的装置及其应用

摘要

本发明公开了一种监测高炉上翘炉底温度变化的装置及其应用，属于高炉设备技术领域。本发明包括高炉耐热基墩和炉底封板，还包括测温点和温度传感器，其中：所述测温点设置于高炉耐热基墩和炉底封板之间；所述温度传感器填埋于测温点处，并通过引线输出至高炉外部控制系统。本发明的应用，通过安装→设计温度、参数模型→判断→记录统计，利用温度检测装置在线连续检测高炉炉底温度变化，提供多测量点实时数据便于对炉底温度变化进行分析的目的。同时利用温度数据对炉顶压力、送风温度、炉底板上翘压力等进行数据比对分析并建立相对应的模型，为高炉冶炼安全生产提供技术支持，为找准炉底板上翘的原因，提供数据分析。

说明书

技术领域

本发明属于高炉设备技术领域，具体说是一种监测高炉上翘炉底温度变化的装置及其应 用。

背景技术

全球大型炼铁高炉随高炉冶炼生产的变化，部分高炉会出现了炉底板上翘，上翘炉底板 会随着高炉炉龄增加而加剧；形变严重会造成炉缸损伤、泄漏煤气直接影响到人身及设备安 全。目前对炉底板上翘成因国内外尚无明确定性，同时炉底板上升应力随高炉炉内顶压、送 风温度、炉顶温度、气温、用料负荷及用料结构等工艺参数等关系亦没有定量测量数据。故 现阶段多数高炉因炉底板上翘造成高炉未能全负荷、全顶压运行，达不到经济运行的目标。

因炉底板过度上翘较为明显导致的后果是：

1、高炉炉壳上涨；

2、炉顶煤气导出管波纹管变形；

3、炉顶称量罐与上层平台梁干涉称重受影响；

4、十层冷却壁外部配管受平台挤压焊缝漏水；

5、风口平面抬高，送风支管上翘，发生送风支管烧穿事故等。

中国专利公开号CN104313217A，公开日2015.01.28，公开了一种高炉炉底，主要为了提 供一种密封性更好、避免高炉底板上翘、防止炉底烧穿的高炉炉底。该发明高炉炉底，包括 下封板、混凝土基墩、以及上封板，在所述混凝土基墩和所述炉壳之间设置有碳素捣打料， 在所述上封板和所述混凝土基墩的上表面之间设置有冷却水管。该发明高炉炉底的上封板和 下封板形成高炉炉底的两道密封防线，提高了高炉炉底的密封性能。混凝土基墩与上、下封 板形成刚性箱体，相较于现有技术中的底板上方仅有炉底满铺碳砖来说，更能够抵抗下封板 的上翘，即抵抗底板的上翘。将冷却水管设置在上封板的下方，避免了炉底冷却水管破裂造 成炉底烧穿的重大事故发生。该发明通过高炉炉底的改进并将冷却水管设置在上封板的下方 来避免由于高炉底板上翘造成炉底冷却水管破裂，但并没有对已经发生高炉底板上翘的问题 进行有效解决。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

针对现有技术中存在高炉底板上翘造成重大安全隐患和重大经济损失的问题，本发明提 供了一种监测高炉上翘炉底温度变化的装置及其应用。它可以实现利用温度检测装置，在线 连续检测高炉炉底温度变化，提供多测量点实时数据便于对炉底温度变化进行分析的目的。 同时利用温度数据对炉顶压力、送风温度、炉底板上翘压力等进行数据比对分析并建立相对 应的模型，从而利用模型监控及保护高炉炉底设备安全运行的前提下，为高炉冶炼安全生产 提供技术支持，并为高炉冶炼生产强化经济技术指标提高数据分析，为找准炉底板上翘的原 因，提供数据分析。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种监测高炉上翘炉底温度变化的装置，包括高炉耐热基墩和炉底封板，还包括测温点 和温度传感器，其中：所述测温点设置于高炉耐热基墩和炉底封板之间；所述温度传感器填 埋于测温点处，并通过引线输出至高炉外部控制系统。

进一步的方案，还包括环形挡圈和浇注料；所述浇注料灌注于炉底封板和高炉耐热基墩 之间形成的缝隙内、温度传感器周围；所述环形挡圈固定在炉壳周边、围绕在浇注料周围。

进一步的方案，所述测温点为2个/组，在环形挡圈至高炉耐热基墩和炉底封板之间的缝 隙尽头均匀设置，这种等距离分布方式更容易找出温度变化的规律，对数据的分析更有效。

进一步改进的方案，所述浇注料为高导热自流浇注料，导热系数{100℃，(200℃×24h)} ≥10w/m.k。

进一步改进的方案，高导热自流浇注料包括SiC、刚玉、减水剂、分散剂和含水粘合剂。

进一步改进的方案，高导热自流浇注料各配料的重量份数为：SiC，80～90份；含水粘 合剂，20～30份；刚玉，9～19份；减水剂和分散剂共1份。

进一步改进的方案，在高炉底面圆周均匀分布16组32个测温点，相应的温度传感器为 32个，对高炉底面16个方向32个部位的温度采集，即能达到数据采集的充分性，又避免数 据过多造成不必要的过量运算。

一种监测高炉上翘炉底温度变化的装置的应用，其步骤为：

A、安装：将32个温度传感器预埋后，在高炉耐热基墩与炉底封板之间的缝隙内灌注浇 注料；

B、设计温度、参数模型：

将每组的外测温点温度值设定为TE_n1,内测温点温度值设定为TE_n2,则16个外测温点温 度值依次为TE₀₁₁、TE₀₂₁、TE₀₃₁、TE₀₄₁……TE₁₆₁，相应的16个内测温点温度值依次为TE₀₁₂、TE₀₂₂、 TE₀₃₂、TE₀₄₂……TE₁₆₂；

计算每组测温点平均值T_AVG1，T_AVG2，

$T_{AVG1}=\frac{{\mathrm{TE}}_{011}+{\mathrm{TE}}_{021}+...+{\mathrm{TE}}_{161}}{16}$公式(ⅰ)；

$T_{AVG2}=\frac{{\mathrm{TE}}_{012}+{\mathrm{TE}}_{022}+...+{\mathrm{TE}}_{162}}{16}$公式(ⅱ)；

计算每个测温点温度TE_nm同该组平均值T_AVGm的差值TD_nm：

TD_nm＝TE_nm-T_AVGm公式(ⅲ)；

TD₀₁₁＝TE₀₁₁-T_AVG1公式(ⅳ)；

注：n——取值01,02，……，16，表示每组的16个测温点；

m——取值1,2，分别表示外、内测温点；

公式(ⅲ)为TD_nm的通用公式，公式(ⅳ)以测温点TE₀₁₁为例的偏差计算；

根据高炉工艺状况，测算出每组测温点的最大允许温差TD_MAX1和TD_MAX2；当某个测温 点的TD_nm的绝对值大于TD_MAXm，则该测温点发出“相对温差超限报警”TR_nm＝TRUE：

if(abs(TD_nm)>＝TD_MAXm)TR_nm＝TRUE公式(ⅴ)；

若测温点温度TE_mn大于该组温度设定值TS_m，则发出“温度超限报警”TA_nm：

if(TD_nm>＝TS_m)TA_nm＝TRUE公式(ⅵ)；

每组温度设定值TS_m根据生产工艺及高炉特点设置；

C、判断方式：

任一测温点发出报警，即判断其周近邻测温点是否同时处于报警状态，若近邻测温点都 报警，发出重报警：即一旦TA_nm发出报警，需要判断其近邻的3个测温点(TA_n-1m，TA_n+1m， TA_nm+1或TA_nm-1)是否报警，若此4测温点同时报警，即发出重报警，调整工艺参数，防止 事故的发生；例如：TA₀₅₁发出报警，则判断TA₀₄₁，TA₀₆₁，TA₀₅₂是否为TRUE，若此4点都 为TRUE则发出重报警；

D、记录统计：对实时数据进行采集及记录，针对每个工艺参数变化制定监控曲线。

进一步的应用，所述监控曲线包括32个测温点温度检测均值分别与炉顶压力、送风温度、 炉底板上翘压力形成的监控曲线。

进一步的应用，还包括步骤E：总结高炉在各种工艺参数下的炉底温度变化规律，以便 提供在更高工况条件下的炉底温度参数提供工艺参考。

3.有益效果

采用本发明，具有如下有益效果：

(1)本发明的监测高炉上翘炉底温度变化的装置，炉底板的温度全部来自炉内温度通过 炉缸向炉底板的传导热，在正常情况下，炉底温度是基本恒定的，而一旦发生因炉底板上翘 引起的炉缸损伤、泄漏煤气的情况，炉内传递到炉底的热量就会增加，反映出炉底温度的增 加，而采用预埋热电阻检测炉底温度就可以间接反映炉缸炉底状况。

(2)本发明的监测高炉上翘炉底温度变化的装置，环形挡圈避免浇注时含水的浇注料外 渗；浇注料能够有效固定温度传感器，避免造成不必要的位移，而影响温度采集的准确性；

(3)本发明的监测高炉上翘炉底温度变化的装置，高导热自流浇注料的抗折强度和抗压 强度高，导热系数大，为数据的准确采集提供了良好的基础条件；

(4)本发明的监测高炉上翘炉底温度变化的装置，高导热自流浇注料的成分配比是发明 人根据高炉炉底的特殊工况、压紧装置和上翘的炉底封板的狭小空间、上翘的炉底封板上翘 力等因素综合考虑，先拟定浇注料抗折强度、抗压强度和导热系数参数，精心选配配料及配 比，经过反复的数据采集和验证，最终得出的成分配比；

(5)本发明的监测高炉上翘炉底温度变化的装置的应用，通过建立炉底温度与炉顶压力、 送风温度、炉底板上翘压力之间的数据关联，结合炉底温度报警时各参数的变化来寻找规律， 以找出炉底上翘主要原因。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为炉底测温点分布图；

图3为实施例1中炉底温度每天均值变化曲线模型；

图4为实施例1中炉底板所受压力每天均值变化曲线模型；

图5为实施例1中对应炉顶压力每天均值变化曲线模型；

图6为实施例1中对应热风温度每天均值变化曲线模型。

示意图中的标号说明：1、高炉基础；2、高炉耐热基墩；3、环形挡圈；4、炉底封板；5、 浇注料；6、测温点；7、炉壳；8、温度传感器。

具体实施方式

下面结合具体的实施例，对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例的一种监测高炉上翘炉底温度变化的装置，如图1所示，包括高炉耐热基墩2、 炉底封板4、测温点6、温度传感器8、环形挡圈3和浇注料5，其中：所述测温点6设置于 高炉耐热基墩2和炉底封板4之间；所述温度传感器8填埋于测温点6处，并通过引线9输 出至高炉外部控制系统。所述浇注料5灌注于炉底封板4和高炉耐热基墩2之间形成的缝隙 内、温度传感器8周围；所述环形挡圈3固定在炉壳7周边、围绕在浇注料5周围。测温点 6为2个/组，在环形挡圈3至高炉耐热基墩2和炉底封板4之间的缝隙尽头均匀设置，在高 炉底面圆周均匀分布16组32个测温点6，相应的温度传感器8为32个。浇注料5为高导热 自流浇注料，导热系数{100℃，(200℃×24h)}为10w/m.k，高导热自流浇注料各配料的重 量份数为：SiC，80份；含水粘合剂，30份；刚玉，9份；减水剂和分散剂共1份。

本实施例的一种监测高炉上翘炉底温度变化的装置的应用，以一座4000m³高炉为例，其 炉底半径R＝8990mm，周长56486mm，在其投产6年后出现炉底封板上翘，为分析上翘原因， 设计了本实施例的监测高炉上翘炉底温度变化的装置：

A、安装：在高炉基础1上部，围绕炉底板一周平均分布16个方向，插入深度分别为 1000mm和2000mm的2支热电阻，32支热电阻分布图见图2，插好后，在高炉耐热基墩2 与炉底封板4之间的缝隙内灌注高导热自流浇注料；

B、设计温度、参数模型：

将每组的外测温点6温度值设定为TE_n1,内测温点6温度值设定为TE_n2,则16个外测温 点6温度值依次为TE₀₁₁、TE₀₂₁、TE₀₃₁、TE₀₄₁……TE₁₆₁，相应的16个内测温点6温度值依次为 TE₀₁₂、TE₀₂₂、TE₀₃₂、TE₀₄₂……TE₁₆₂；

计算每组测温点6平均值T_AVG1，T_AVG2，

$T_{AVG1}=\frac{{\mathrm{TE}}_{011}+{\mathrm{TE}}_{021}+...+{\mathrm{TE}}_{161}}{16}$公式(ⅰ)；

$T_{AVG2}=\frac{{\mathrm{TE}}_{012}+{\mathrm{TE}}_{022}+...+{\mathrm{TE}}_{162}}{16}$公式(ⅱ)；

计算每个测温点(6)温度TE_nm同该组平均值T_AVGm的差值TD_nm：

TD_nm＝TE_nm-T_AVGm公式(ⅲ)；

TD₀₁₁＝TE₀₁₁-T_AVG1公式(ⅳ)；

注：n——取值01,02，……，16，表示每组的16个测温点6；

m——取值1,2，分别表示外、内测温点6；

公式(ⅲ)为TD_nm的通用公式，公式(ⅳ)以测温点6TE₀₁₁为例的偏差计算；

根据高炉工艺状况，测算出每组测温点6的最大允许温差TD_MAX1和TD_MAX2；当某个测 温点6的TD_nm的绝对值大于TD_MAXm，则该测温点6发出“相对温差超限报警”TR_nm＝TRUE：

if(abs(TD_nm)>＝TD_MAXm)TR_nm＝TRUE公式(ⅴ)；

若测温点6温度TE_mn大于该组温度设定值TS_m，则发出“温度超限报警”TA_nm：

if(TD_nm>＝TS_m)TA_nm＝TRUE公式(ⅵ)；

每组温度设定值TS_m根据生产工艺及高炉特点设置；

C、判断方式：

任一测温点6发出报警，即判断其周近邻测温点6是否同时处于报警状态，若近邻测温 点6都报警，发出重报警：即一旦TA_nm发出报警，需要判断其近邻的3个测温点6(TA_n-1m， TA_n+1m，TA_nm+1或TA_nm-1)是否报警，若此4测温点6同时报警，即发出重报警，调整工艺 参数，防止事故的发生；例如：TA₀₅₁发出报警，则判断TA₀₄₁，TA₀₆₁，TA₀₅₂是否为TRUE， 若此4点都为TRUE则发出重报警；

D、记录统计：对实时数据进行采集及记录，针对每个工艺参数变化制定监控曲线。

根据各点检测温度数据制作专门的炉底模型画面进行实时监控。并对实时数据进行采集 及记录，针对每个工艺参数变化制定实时秒级监控曲线(含炉底板32个温度检测与炉顶压力、 送风温度、炉底板上翘压力)同时显示一小时；每分钟平均数据与各数据1分钟平均数据制 作全天曲线；每天生成全天各数据平均数据报表便于制作每月平均报表。从而总结高炉在各 种工况条件下的炉底温度变化规律，以便提供在更高工况条件下的炉底温度参数提供工艺参 考，彻底找出炉底上翘的主要原因。

本实施例的一种监测高炉上翘炉底温度变化的装置的应用，通过2015年10月1日至10 月20日的连续数据采集，如图3～6所示的有关温度、压力数据，均为当天的平均数值，通 过图4、5和6，可以看出炉底板上翘压力和炉顶压力、送风温度有明显的对应关系，说明炉 顶压力、送风温度越大，炉底板上翘压力越大，而由图3可以看出，炉底板上翘压力对炉底 板温度也有一定的影响，虽然温度曲线波动较炉底板上翘压力波动小，但10月2日和10月 11日分别有两次温度值和报警温度值重合，触发了黄色报警装置，而这两日，刚好是炉底板 上翘压力波动最大时。当然，炉底板温度波动小，与高导热自流浇注料的导热性能有一定的 关系，也有可能导热系数不符合要求。

从以上4个曲线图可以明显分析出测定炉底板温度的意义，通过炉底板温度的检测和报 警温度的设定，并通过调整炉顶压力和送风温度来控制炉底板上翘压力，以避免其过度上翘 造成安全隐患和经济损失。

实施例2

本实施例的一种监测高炉上翘炉底温度变化的装置，其基本结构同实施例1，为了保证 所测温度的准确性和对结论的进一步验证，本实施例的监测高炉上翘炉底温度变化的装置对 高导热自流浇注料的配料进行了调整：SiC，90份；含水粘合剂，25份；刚玉，14份；减水 剂和分散剂共1份。通过检测，其导热系数{100℃，(200℃×24h)}为13w/m.k，经过模拟 试验，发现炉底板温度和其它参数的曲线波动趋于一致，由于高炉底的复杂因素，还要考虑 高导热自流浇注料的抗折强度和抗压强度，不能一味的提高其导热性，而忽略其它属性。

实施例3

本实施例的一种监测高炉上翘炉底温度变化的装置，其基本结构同实施例2，对高导热 自流浇注料的配料进行了再次调整：SiC，85份；含水粘合剂，20份；刚玉，19份；减水剂 和分散剂共1份。通过检测，其导热系数{100℃，(200℃×24h)}为12w/m.k。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也 只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员 受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结 构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。