高爐爐溫在線檢測採集系統及在線檢測方法
2023-04-30 07:29:31 1
高爐爐溫在線檢測採集系統及在線檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種高爐爐溫在線檢測採集系統及在線檢測方法，所述系統包括通道切換模塊和單片機，通道切換模塊分別與熱電偶測溫探頭、超聲測距探頭和信號調理模塊連接，超聲測距探頭與DC400-800V模塊連接，信號調理模塊與A/D轉換模塊連接，單片機與無線模塊、A/D轉換模塊、顯示器、功能鍵、DC400-800V模塊連接，工控機與無線模塊連接。本發明通過在高爐爐身、爐腹的爐襯部位安裝爐襯厚度、溫度採集器，檢測爐襯厚度和溫度，根據傳熱學原理和爐襯厚度和溫度參數進行計算，得到高爐溫度，實現高爐爐溫實時在線檢測。
【專利說明】高爐爐溫在線檢測採集系統及在線檢測方法
[0001]
【技術領域】
[0002]本發明涉及一種高爐爐溫在線檢測採集系統及在線檢測方法，屬高爐爐溫檢測【技術領域】。
【背景技術】
[0003]由高爐冶煉流程可知，在高溫、高壓、封閉環境下的高爐煉鐵過程，融化的鐵水、爐渣、熔融狀態的鐵礦石及焦炭的混合物、熱氣流等構成了複雜的流體動力學問題。
[0004]爐襯在這些強物理作用及化學反應下不斷地被侵蝕，使得傳統的直接檢測手段無法得到應用。高爐爐溫、爐襯厚度等數據往往是通過外部的、間接的、具有時滯性的測量方法得到的。高爐的運行機制往往具有非線性、時滯、高維、大噪聲、分布參數等特性，導致目前普遍應用的爐溫預測控制模型也難以準確有效。
[0005]沒有可靠的爐溫預測數學模型進行指導，使操作帶有一定的不確定性，影響了鐵水質量和高爐壽命。
[0006]鑑於高爐冶煉在工 業生產中的重要地位，近幾年高爐研究者們都致力於完善高爐檢測的方法和手段，其中爐溫的檢測又是高爐檢測中的熱點問題。國內對於鐵水、風口和爐頂的測溫研究較充分，方法手段日趨完善，唯獨對爐身和爐腹的測溫鮮有報導。
[0007]爐溫預測模型所需的大量信息來源於檢測設備，而系統推理結果也需檢測數據來證實。
[0008]如果在高爐上安裝對爐體燒損狀況、料面形狀等參數行之有效的檢測設備，則會極大地促進高爐爐溫預測系統的發展。
【發明內容】
[0009]本發明需要解決的技術問題就在於克服現有技術的缺陷，提供一種高爐爐溫在線檢測採集系統及在線檢測方法，它通過在高爐爐身、爐腹的爐襯部位安裝爐襯厚度、溫度採集器，檢測爐襯厚度和溫度，根據傳熱學原理和爐襯厚度和溫度參數進行計算，得到高爐溫度，實現高爐爐溫實時在線檢測。本發明實時採集爐身、爐腹的溫度數據，而且檢測是由多個測量點組成，各個測量點的傳感器又是由多個探頭組成，數據更加多維、複雜，信息量更大。因此本發明是非常有研究意義和現實推廣前景的。
[0010]為解決上述問題，本發明採用如下技術方案:
本發明提供了一種高爐爐溫在線檢測採集系統，所述系統包括通道切換模塊和單片機，通道切換模塊分別與熱電偶測溫探頭、超聲測距探頭和信號調理模塊連接，超聲測距探頭與DC400-800V模塊連接，信號調理模塊與A/D轉換模塊連接，單片機與無線模塊、A/D轉換模塊、顯示器、功能鍵、DC400-800V模塊連接，工控機與無線模塊連接。
[0011]所述超聲波測距探頭安裝於金屬測杆內，金屬測杆埋入高爐爐身、爐腹的爐牆內；在距金屬測杆一定距離處的爐牆內，立體埋入鎧裝式熱電偶測溫探頭。
[0012]本發明同時提供了一種高爐爐溫在線檢測方法，包括如下步驟:
步驟一:將高爐爐溫在線檢測採集系統的布設與複雜的高爐爐內環境相結合，在熱風向上吹，固體爐料向下衝刷和複雜的化學反應等環境下，用ANSYS軟體建立傳感器布設仿真模型，對傳感器的合理布設進行指導，確保爐襯與爐襯厚度採集器中金屬測杆的同步侵蝕和爐襯測溫的準確性；
步驟二:在爐身、爐腹的爐牆內埋入金屬測杆作為測距介質，在金屬測杆的冷端安裝壓電晶體超聲波測距探頭，利用超聲波測距技術測出杆長，即爐襯厚度；
步驟三:在以金屬測杆為中心的空間中，距測杆一定距離處的爐襯內，立體埋入爐襯溫度採集器的熱電偶測溫探頭，測出爐襯中所埋設測溫點的溫度；
步驟四:分別通過無線模塊把厚度採集單片機中的爐襯厚度和溫度採集單片機中的爐襯溫度的數據傳輸給工控機，按照爐內溫度與爐襯厚度和爐襯溫度的關係，計算出爐溫。
[0013]本發明所述高爐爐溫在線檢測採集系統信號傳輸過程為:
通道切換模塊選中一路採集器後，將採集到的爐襯溫度或厚度數據傳輸給信號調理模塊，信號調理模塊將調理後的信號傳輸給A/D轉換模塊進行模、數轉換，之後送入單片機進行線性化、標度變換等處理，將處理後得到的爐襯溫度和爐襯厚度數據在顯示器上顯示的同時，通過兩個無線模塊，傳輸到工控機，根據傳熱學原理和檢測數據，進行高爐爐溫的在線計算和存儲、顯示。功能鍵用來進行不同參數的切換輸入。 [0014]本發明的工作原理是:在爐身、爐腹的爐牆內埋入金屬測杆作為測厚介質，測厚探頭在高壓激勵下發出超聲波信號進行距離探測，其輸出的信號經信號調理電路進行調理，通過A/D轉換將厚度信號變為數位訊號送入單片機，並顯示。同時，厚度信號經無線模塊傳輸至工控機進行存儲和顯示。在距金屬測杆一定距離處的爐牆內，立體埋入鎧裝式熱電偶(測溫探頭)，測出爐襯中所埋設測溫點的溫度，熱電偶測溫探頭輸出的信號經熱電偶信號處理模塊處理後，轉換為數位訊號送入單片機進行處理和顯示。同時，爐襯溫度信號通過無線模塊傳入工控機進行存儲和顯示。通過檢測爐襯厚度和對應埋設點的溫度，利用傳熱學原理，在工控機上可以實時計算出爐溫一爐襯熱端溫度。
[0015]本發明的特點在於實時採集爐身、爐腹的溫度數據，而且檢測是由多個測量點組成，各個測量點的傳感器又是由多個探頭組成，數據更加多維、複雜，信息量更大。因此本發明是非常有研究意義和現實推廣前景的。
[0016]本發明的有益效果和優點是，本發明是基於爐襯厚度和爐襯溫度的高爐爐溫在線檢測採集器，爐襯厚度傳感器的埋設貫穿於爐牆，爐襯溫度傳感器的埋設在爐襯的冷端呈多點分布，以避免在爐身、爐腹受到侵蝕的情況下，位於爐襯處，採用傳統方法埋設的熱電偶亦被燒損，或是爐襯的侵蝕程度無法計量，給此處的爐溫檢測帶來困難。此方法可以在線、連續地檢測高爐爐溫，能夠確保爐溫檢測的實時性、準確性。以指導填料、送風等高爐生產的控制策略，把爐溫保持在最佳狀態，提高鐵水質量和產量，增加高爐壽命。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本發明高爐爐牆軸向剖面圖，在相鄰四塊銅冷卻壁之間區域的中心，沿爐牆厚度方向插入爐襯測厚傳感器。[0018]圖1中，1-1是高爐爐牆，1-2是爐襯厚度傳感器，1-3是銅冷卻壁；
圖2是本發明高爐爐牆徑向剖面圖，熱電偶測溫傳感器的埋設原則:圖2中，2-1是爐襯；2_2是鑲磚；2-3是冷卻壁；2-4是冷卻壁凸肋；2-5是冷卻水管；2_6是填料，2_7是爐殼；2-8是爐襯溫度傳感器。
[0019]圖3是本發明高爐爐溫在線檢測採集系統原理框圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖3所示，本發明提供了一種高爐爐溫在線檢測採集系統，所述系統包括通道切換模塊和單片機，通道切換模塊分別與熱電偶測溫探頭、超聲測距探頭和信號調理模塊連接，超聲測距探頭與DC400-800V模塊連接，信號調理模塊與A/D轉換模塊連接，單片機與無線模塊、A/D轉換模塊、顯示器、功能鍵、DC400-800V模塊連接，工控機與無線模塊連接。
[0021]高爐爐溫在線檢測採集系統信號傳輸過程為:
通道切換模塊選中一路採集器後，將採集到的爐襯溫度或厚度數據傳輸給信號調理模塊，信號調理模塊將調理後的信號傳輸給A/D轉換模塊進行模、數轉換，之後送入單片機進行線性化、標度變換等處理，將處理後得到的爐襯溫度和爐襯厚度數據在顯示器上顯示的同時，通過兩個無線模塊，傳輸到工控機，根據傳熱學原理和檢測數據，進行高爐爐溫的在線計算和存儲、顯示。功能鍵用來進行不同參數的切換輸入。
[0022]如圖1和圖2所示，所述超聲波測距探頭安裝於金屬測杆內，金屬測杆埋入高爐爐身、爐腹的爐牆內 ；在距金屬測杆一定距離處的爐牆內，立體埋入鎧裝式熱電偶測溫探頭。
[0023]圖1是本發明高爐爐牆軸向剖面圖，圖1中，1-1是高爐爐牆，1-2是爐襯厚度傳感器，1-3是銅冷卻壁；在相鄰四塊銅冷卻壁之間區域的中心，沿爐牆厚度方向插入爐襯測厚傳感器。
[0024]圖2是本發明高爐爐牆徑向剖面圖，熱電偶測溫傳感器的埋設原則:圖2中，2-1是爐襯；2-2是鍵磚；2_3是冷卻壁；2_4是冷卻壁凸肋；2_5是冷卻水管；2_6是填料，2_7是爐殼；2_8是爐襯溫度傳感器。
[0025]I)認為爐襯圓周方向的溫度相同，在爐牆的徑向剖面埋設熱電偶；
2)為了避免熱電偶的燒損，在爐襯冷端的剖面上埋設五行熱電偶，每行五支。
[0026]3)考慮到理論分析存在的誤差，為了提高高爐測溫的精度，在爐襯中埋設多個熱電偶，以獲取爐襯溫度分布。
[0027]根據測溫點的溫度和該點距爐襯熱端的距離，就能確定爐襯熱端的溫度。
[0028]具體為:
步驟一:將高爐爐溫在線檢測採集系統的布設與複雜的爐內環境相結合，在熱風向上吹，固體爐料向下衝刷和複雜的化學反應等環境下，用ANSYS軟體建立採集器布設仿真模型，對傳感器的合理布設進行指導，確保爐襯與測厚採集器中測杆的同步侵蝕和爐襯測溫的準確性。
[0029]步驟二:在爐身、爐腹的爐牆內埋入金屬測杆作為測距介質，在測杆的冷端安裝壓電晶體(測距探頭)，利用超聲波測距技術測出杆長，即爐襯厚度。在高爐爐牆軸向剖面圖中，爐襯厚度採集器安裝在兩面銅冷卻壁的中間，測杆的熱端與爐襯裡端平齊。如圖1所
/Jn ο[0030]步驟三:在以測杆為中心的空間中，距測杆一定距離處的爐襯內，立體埋入爐襯溫度採集器(熱電偶測溫探頭)，測出爐襯中所埋設測溫點的溫度。在高爐爐牆徑向剖面圖中，從外到裡依次為:爐殼、填料、銅冷卻壁、鑲磚、爐襯。爐襯溫度傳感器安裝在高爐爐牆的爐襯部分，沿等溫面平行安裝5行，每行5支熱電偶。檢測的爐襯溫度範圍為:700-120(TC。如圖2所示。
[0031]步驟四:通過無線模塊把單片機中代表爐襯厚度和爐襯溫度的數據傳輸給工控機，利用傳熱學原理，按照爐內溫度與爐襯厚度和爐襯溫度建立的測溫模型，計算出爐溫。
[0032]最後應說明的是:顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本發明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引申出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明的保護範圍之中。
【權利要求】
1.一種高爐爐溫在線檢測採集系統，其特徵在於，所述系統包括通道切換模塊和單片機，通道切換模塊分別與熱電偶測溫探頭、超聲測距探頭和信號調理模塊連接，超聲測距探頭與DC400-800V模塊連接，信號調理模塊與A/D轉換模塊連接，單片機與無線模塊、A/D轉換模塊、顯示器、功能鍵、DC400-800V模塊連接，工控機與無線模塊連接。
2.如權利要求1所述的高爐爐溫在線檢測採集系統，其特徵在於，所述超聲波測距探頭安裝於金屬測杆內，金屬測杆埋入高爐爐身、爐腹的爐牆內；在距金屬測杆一定距離處的爐牆內，立體埋入鎧裝式熱電偶測溫探頭。
3.高爐爐溫在線檢測方法，其特徵在於:包括如下步驟: 步驟一:將高爐爐溫在線檢測採集系統的布設與複雜的高爐爐內環境相結合，在熱風向上吹，固體爐料向下衝刷和複雜的化學反應等環境下，用ANSYS軟體建立傳感器布設仿真模型，對傳感器的合理布設進行指導，確保爐襯與爐襯厚度採集器中金屬測杆的同步侵蝕和爐襯測溫的準確性； 步驟二:在爐身、爐腹的爐牆內埋入金屬測杆作為測距介質，在金屬測杆的冷端安裝壓電晶體超聲波測距探頭，利用超聲波測距技術測出杆長，即爐襯厚度； 步驟三:在以金屬測杆為中心的空間中，距測杆一定距離處的爐襯內，立體埋入爐襯溫度採集器的熱電偶 測溫探頭，測出爐襯中所埋設測溫點的溫度； 步驟四:分別通過無線模塊把厚度採集單片機中的爐襯厚度和溫度採集單片機中的爐襯溫度的數據傳輸給工控機，按照爐內溫度與爐襯厚度和爐襯溫度的關係，計算出爐溫。
【文檔編號】C21B7/24GK103966377SQ201410225817
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月27日 優先權日:2014年5月27日
【發明者】董大明, 孫採鷹, 潘剛, 王月明, 李永治, 李麗榮 申請人:內蒙古科技大學