CN101275829B - 一种测量高炉炉衬侵蚀厚度方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量侵蚀厚度方法，特别涉及一种测量高炉炉衬侵蚀厚度方法，主要解决采用炉缸预埋多头电偶不能周向覆盖，用电偶检测数据推算出炉缸侵蚀厚度局限性较大的技术问题，一种测量高炉炉衬侵蚀厚度方法，包括以下步骤：a、由冷却壁上的温度和流量传感器采集数据通过隔离模板、适配器输入计算机，在冷却壁水温差和热流强度数据库中读取每块冷却壁的出水温度t0和热流强度Q，b、根据傅立叶公式测定冷却壁热面温度：t1＝Q×S1÷λ1+t0；c、测定碳砖冷面温度：t2＝Q×S2÷λ2+t1；d、测定碳砖热面温度：t3＝Q×S3÷λ3+t2，根据测定数据确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线。本发明通过计算机在线自动进行测量高炉各部位炉衬侵蚀程度及描绘侵蚀曲线。
Description
技术领域：
本发明涉及一种测量侵蚀厚度方法，特别涉及一种测量高炉炉衬侵蚀厚度方法，利用冷却壁热流强度在线自动检测装置，检测到每一块冷却壁热流强出水温度的数据，通过计算机在线自动进行测量高炉各部位炉衬侵蚀程度及描绘侵蚀曲线的方法。
背景技术：
高炉服役12～15年，影响高炉寿命的主要原因是炉缸侵蚀程度。高炉炉体各部位采用不同材料的冷却壁和炉衬，炉身、炉腰、炉腹平时计划检修过程炉皮钻孔检测炉墙厚度，高炉正常生产不能进行炉墙厚度，炉缸测量炉衬厚度只有在高炉破损调查中，才能精确丈量出来炉缸炉衬的侵蚀程度。高炉正常生产时通过炉缸预埋多头电偶检测到炉衬不同位置电偶温度差，傅立叶公式推算出1150℃铁水凝固侵蚀等温线在炉衬耐火材料的物理位置。炉缸预埋多头电偶的数量不能足够多到覆盖整个炉缸，通常炉缸预埋多头电偶4～6个方向、最多8～12个方向，炉缸预埋多头电偶不能周向覆盖，用电偶检测数据推算出炉缸侵蚀厚度局限性较大，高炉服役后期常常出现炉体电偶烧坏，炉缸预埋多头电偶出现损坏和检测数据失真，更加难以描述炉体、炉缸侵蚀程度。测试数据参照图3，图中曲线分别是1150℃凝铁侵蚀曲线8、陶瓷杯热面位置9、陶瓷杯冷面位置10、碳砖热面位置11、碳砖冷面位置12和冷却壁热面位置13。
发明内容
本发明的目的是提供一种测量高炉炉衬侵蚀厚度方法，主要解决采用炉缸预埋多头电偶不能周向覆盖，用电偶检测数据推算出炉缸侵蚀厚度局限性较大的技术问题，本发明利用炉身、炉腰、炉腹、炉缸冷却壁热流强度在线自动检测装置，检测到每一块冷却壁热流强度和冷却壁出水温度的数据，结合不同材料的导热系数和相应结构尺寸。特别是用于在线自动检测炉缸侵蚀厚度，通过计算机在线自动进行测量高炉炉缸炉衬侵蚀程度方法，绘制炉缸1150℃铁水凝固侵蚀等温线。
本发明的技术方案为：一种测量高炉炉衬侵蚀厚度方法，包括以下步骤：
a、由冷却壁上的温度和流量传感器采集数据通过隔离模板、适配器输入计算机，在冷却壁水温差和热流强度数据库中读取每块冷却壁的出水温度t0和热流强度Q；b、根据傅立叶公式测定冷却壁热面温度：t1＝Q×S1÷λ1+t0；其中Q：热流强度，S1：铸铁冷却壁导热距离，λ1：铸铁冷却壁导热系数，t0：冷却壁出水温度；c、测定碳砖冷面温度：t2＝Q×S2÷λ2+t1；其中Q：热流强度，t1：冷却壁热面温度，S2：冷却壁与碳砖填料导热距离，λ2：冷却壁与碳砖填料导热系数，d、测定碳砖热面温度：t3＝Q×S3÷λ3+t2，其中Q：热流强度，t2：碳砖冷面温度，S3：炉缸碳砖导热距离，λ3：炉缸碳砖导热系数；根据测定数据确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线；
1、当碳砖热面温度小于1150℃时，根据捣料层热面温度t4来测绘炉缸1150℃侵蚀曲线，t4＝Q×S4÷λ4+t3，其中Q：热流强度，t3：碳砖热面温度，S4：为陶瓷杯与碳砖之间填料导热距离，即捣料层厚度，λ4：为碳砖与陶瓷杯之间填料导热系数，即捣料层导热系数：
(1)当捣料层热面温度小于1150℃时，测定陶瓷杯热面温度t5，t5＝Q×S5÷λ5+t4，其中Q：热流强度，t4：捣料层热面温度，S5：剩余陶瓷杯壁导热距离，λ5：剩余陶瓷杯壁导热系数，根据陶瓷杯热面温度测绘炉缸1150℃侵蚀曲线：①陶瓷杯热面温度小于1150℃时确定炉衬结厚；②陶瓷杯热面温度等于1150℃时，根据公式L＝r确定陶瓷杯1150℃侵蚀线，其中L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，r为炉缸半径，由此确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线；③陶瓷杯热面温度大于1150℃时，根据公式L＝r+S5-λ5(1150-t4)÷Q确定陶瓷杯1150℃侵蚀线剩余厚度，其中L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，r为炉缸半径，S5为剩余陶瓷杯壁导热距离，λ5为剩余陶瓷杯壁导热系数，t4为陶瓷杯冷面温度，Q为热流强度，由此确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线；
(2)当捣料层热面温度等于1150℃时，根据公式L＝r+S5确定陶瓷杯1150℃侵蚀线，其中L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，r为炉缸半径，S5为剩余陶瓷杯壁导热距离，由此确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线；
(3)当捣料层热面温度大于1150℃时，根据公式L＝r+S4+S5-λ4(1150-t3)÷Q确定陶瓷杯1150℃侵蚀线剩余厚度，其中L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，r为炉缸半径，S4为陶瓷杯与碳砖之间填料导热距离，S5为剩余陶瓷杯壁导热距离，λ4为碳砖与陶瓷杯之间填料导热系数，t3为碳砖热面温度，Q为热流强度，由此确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线；
2、当碳砖热面温度等于1150℃时，根据公式L＝r+S4+S5确定碳砖1150℃侵蚀线剩余厚度，其中L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，r为炉缸半径，S4为陶瓷杯与碳砖之间填料导热距离，S5为剩余陶瓷杯壁导热距离，由此确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线；
3、当碳砖热面温度大于1150℃时，根据公式L＝r+S3+S4+S5-λ3(1150-t2)÷Q确定碳砖1150℃侵蚀线剩余厚度，其中L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，r为炉缸半径，S3为炉缸碳砖导热距离，S4为陶瓷杯与碳砖之间填料导热距离，S5为剩余陶瓷杯壁导热距离，λ3为炉缸碳砖导热系数，t2为碳砖冷面温度，Q为热流强度，由此确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线。
在上述技术方案中，根据不同材质导热系数的铸铁冷却壁λ1、冷却壁与碳砖之间填料λ2、炉缸碳砖λ3、碳砖与陶瓷杯之间填料λ4、陶瓷杯壁λ5，不同材料具体尺寸分别为冷却壁水管温度场至热面距离S1、冷却壁与碳砖之间捣料层距离S2、碳砖厚度S3、碳砖与陶瓷杯之间捣料层距离S4、陶瓷杯厚度S5，以及炉缸冷却壁热流强度在线自动检测装置，检测到每一块冷却壁热流强度Q和冷却壁出水温度t0，推算出不同材质的界面温度：冷却壁热面温度t1、碳砖冷面温度t2、碳砖热面温度t3、陶瓷杯冷面温度t4、陶瓷杯热面温度t5，通过计算机逻辑计算出铁水1150℃铁水凝固侵蚀等温线进入不同材料的具体位置，并描绘出炉体炉衬的侵蚀曲线。
本发明的有益效果是：如1000m3级的高炉炉缸同一层面上的冷却壁有36块，随着高炉的容积越大炉缸直径越大，冷却壁块数(50～60块)就越多，陶瓷杯热面园环线、陶瓷杯冷面园环线、铁水1150℃凝固侵蚀等温线组成，该等温线描绘相对平滑。为延长高炉寿命和高炉大修时间的确定提供直观的理论数据。本发明的技术与传统的技术相比，原技术两个电偶之间的温度差计算热流强度只能精确描述四个方向的四个点侵蚀程度。本发明是利用现有技术炉缸冷却壁热流强度在线自动检测装置，推算覆盖范围较大，描述点位是用原技术电偶描述点位的3～9倍，比较直观炉缸侵蚀状况。
附图说明：
图1冷却壁与炉缸不同耐火材料炉衬端面图
1.铸铁冷却壁(导热系数λ1、导热距离S1、界面温度t0和t1)
2.冷却壁与碳砖之间填料(导热系数λ2、导热距离S2、界面温度t2)
3.炉缸碳砖(导热系数λ3、导热距离S3、界面温度t3)
4.陶瓷杯与碳砖之间填料(导热系数λ4、导热距离S4、界面温度t4)
5.剩余陶瓷杯壁(导热系数λ6、导热距离S5、界面温度t5)
6.半径r1位置电偶温度T1
7.半径r2位置电偶温度T2
图2本发明测量炉缸炉衬厚度计算逻辑图
本发明炉缸冷却壁热流强度在线自动检测装置，冷却壁的水流量传感器和水温传感器现场检测的数据，检测到冷却壁的热流强度和出水温度，读取数据库每一块冷却壁的热流强度和出水温度数据，通过逻辑判断，计算1150℃铁凝固等温线的位置。
图3原技术炉缸炉衬四个组电偶温度差推算1150℃侵蚀点图
原技术根据炉缸碳砖周向四个预埋不同位置的电偶两点温度差，推算出各界面的温度，以及L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，绘制原技术炉缸炉衬四个1150℃侵蚀点图。
图4本发明炉缸炉衬n个冷却壁热流强度推算1150℃侵蚀点(36个点)的连线图
本发明根据炉缸1…n块冷却壁的Q和t0温度，推算出各界面的温度，以及L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，绘制原技术炉缸炉衬1…n个1150℃侵蚀点的连线图。图3、4中：8-1150℃凝铁侵蚀曲线，9-陶瓷杯热面位置，10-陶瓷杯冷面位置，11-碳砖热面位置，12-碳砖冷面位置，13-冷却壁热面位置。
具体实施方式：参照图1，炉衬端面结构由铸铁冷却壁1、冷却壁与碳砖之间填料2、炉缸碳砖3、陶瓷杯与碳砖之间填料4、剩余陶瓷杯壁5复合构成，在炉衬端面插入有热电偶，可测定半径r1位置电偶温度T16和半径r2位置电偶温度T27。参照图2，首先利用炉缸冷却壁热流强度在线自动检测装置，检测到每一块冷却壁热流强度Q和冷却壁出水温度t0，推算出不同材质耐火材料相对位置的界面温度：1.铸铁冷却壁、2.冷却壁与碳砖之间填料、3.炉缸碳砖、4.陶瓷杯与碳砖之间填料、5.陶瓷杯壁的界面温度，不同材质耐火材料的导热系数，推算铁水1150℃铁水凝固侵蚀等温线具体位置。原技术是根据碳砖预埋不同位置的电偶，其电偶的半径r1、径r2之间距离S＝r1-r2、温差T2-T1，L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，炉缸半径r。
计算炉缸该方位的热流强度：Q＝(T2-T1)λ3÷S
碳砖热面温度：t3＝(T2-T1)×[r2-(r+S4+S5)]+T2
本发明是利用炉缸冷却壁热流强度在线自动检测装置检测到的每一块冷却壁热流强度Q和界面温度t0，L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，炉缸半径r。
推算各界面温度：
冷却壁热面温度：t1＝Q×S1÷λ1+t0
碳砖冷面温度：t2＝Q×S2÷λ2+t1
碳砖热面温度：t3＝Q×S3÷λ3+t2
逻辑判断：
当碳砖热面温度t3＞1150℃时，陶瓷杯、陶瓷杯与碳砖之间的捣料层全部被侵蚀，碳砖炉衬侵蚀的剩余厚度为λ3(1150-t2)÷Q
1150℃铁凝固侵蚀线的位置：L＝r+S3+S4+S5-λ3(1150-t2)÷Q
当碳砖热面温度t3＝1150℃时，陶瓷杯、陶瓷杯与碳砖之间的捣料层全部被侵蚀，碳砖炉衬完好。
1150℃铁凝固侵蚀线的位置：L＝r+S4+S5
当碳砖热面温度t3＜1150℃时，陶瓷杯冷面温度t4＝Q×S4÷λ4+t3，而陶瓷杯与碳砖之间的捣料热面温度t4＞1150℃时，陶瓷杯全部被侵蚀，捣料层炉衬的剩余厚度为λ4(1150-t3)÷Q
1150℃铁凝固侵蚀线的位置：L＝r+S4+S5-λ4(1150-t3)÷Q
当陶瓷杯与碳砖之间的捣料热面温度t4＝1150℃时，陶瓷杯全部被侵蚀，捣料层、碳砖炉衬完好。
1150℃铁凝固侵蚀线的位置：L＝r+S5
当陶瓷杯与碳砖之间的捣料热面温度t4＜1150℃时，陶瓷杯热面温度t5＝Q×S5÷λ5+t4，而陶瓷杯热面温度t4＞1150℃时，陶瓷杯炉衬的剩余厚度为λ5(1150-t4)÷Q
1150℃铁凝固侵蚀线的位置：L＝r+S5-λ5(1150-t4)÷Q
当陶瓷杯热面温度t4＝1150℃时，陶瓷杯、捣料层、碳砖炉衬完好。
1150℃铁凝固侵蚀线的位置：L＝r
当陶瓷杯热面温度t4＜1150℃时，陶瓷杯、捣料层、碳砖炉衬完好，并且炉缸壁结厚。
根据逻辑判断结果，绘制炉缸1150℃铁凝固等温线，参照图4，图中曲线分别是1150℃凝铁侵蚀曲线8、陶瓷杯热面位置9、陶瓷杯冷面位置10、碳砖热面位置11、碳砖冷面位置12和冷却壁热面位置13。从而测量炉缸炉衬侵蚀厚度。
Claims (1)
1.一种测量高炉炉衬侵蚀厚度方法，包括以下步骤：
a、由冷却壁上的温度和流量传感器采集数据通过隔离模板、适配器输入计算机，在冷却壁水温差和热流强度数据库中读取每块冷却壁的出水温度t0和热流强度Q，
b、根据傅立叶公式测定冷却壁热面温度：t1＝Q×S1÷λ1+t0；其中Q：热流强度，S1：铸铁冷却壁导热距离，λ1：铸铁冷却壁导热系数，t0：冷却壁出水温度；
c、测定碳砖冷面温度：t2＝Q×S2÷λ2+t1；其中Q：热流强度，t1：冷却壁热面温度，S2：冷却壁与碳砖之间填料导热距离，λ2：冷却壁与碳砖之间填料导热系数；
d、测定碳砖热面温度：t3＝Q×S3÷λ3+t2，其中Q：热流强度，t2：碳砖冷面温度，S3：炉缸碳砖导热距离，λ3：炉缸碳砖导热系数；根据测定数据确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线；
I、当碳砖热面温度小于1150℃时，根据捣料层热面温度t4来测绘炉缸1150℃侵蚀曲线，t4＝Q×S4÷λ4+t3，其中Q：热流强度，t3：碳砖热面温度，S4：为陶瓷杯与碳砖之间填料导热距离，即捣料层厚度，λ4：为碳砖与陶瓷杯之间填料导热系数，即捣料层导热系数；
(1)当捣料层热面温度小于1150℃时，测定陶瓷杯热面温度t5，t5＝Q×S5÷λ5+t4，其中Q：热流强度，t4：捣料层热面温度，S5：剩余陶瓷杯壁导热距离，λ5：剩余陶瓷杯壁导热系数，根据陶瓷杯热面温度测绘炉缸1150℃侵蚀曲线：
①陶瓷杯热面温度小于1150℃时确定炉衬结厚；
②陶瓷杯热面温度等于1150℃时，根据公式L＝r确定陶瓷杯1150℃侵蚀线，其中L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，r为炉缸半径，由此确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线；
③陶瓷杯热面温度大于1150℃时，根据公式L＝r+S5-λ5(1150-t4)÷Q确定陶瓷杯1150℃侵蚀线剩余厚度，其中L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，r为炉缸半径，S5为剩余陶瓷杯壁导热距离，λ5为剩余陶瓷杯壁导热系数，t4为陶瓷杯冷面温度，Q为热流强度，由此确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线；
(2)当捣料层热面温度等于1150℃时，根据公式L＝r+S5确定陶瓷杯1150℃侵蚀线，其中L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，r为炉缸半径，S5为剩余陶瓷杯壁导热距离，由此确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线；
(3)当捣料层热面温度大于1150℃时，根据公式L＝r+S4+S5-λ4(1150-t3)÷Q确定陶瓷杯1150℃侵蚀线剩余厚度，其中L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，r为炉缸半径，S4为陶瓷杯与碳砖之间填料导热距离，S5为剩余陶瓷杯壁导热距离，λ4为碳砖与陶瓷杯之间填料导热系数，t3为碳砖热面温度，Q为热流强度，由此确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线；
II、当碳砖热面温度等于1150℃时，根据公式L＝r+S4+S5确定碳砖1150℃侵蚀线剩余厚度，其中L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，r为炉缸半径，S4为陶瓷杯与碳砖之间填料导热距离，S5为剩余陶瓷杯壁导热距离，由此确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线；
III、当碳砖热面温度大于1150℃时，根据公式L＝r+S3+S4+S5-λ3(1150-t2)÷Q确定碳砖1150℃侵蚀线剩余厚度，其中L为1150℃铁凝固等温线距炉缸中心距离，r为炉缸半径，S3为炉缸碳砖导热距离，S4为陶瓷杯与碳砖之间填料导热距离，S5为剩余陶瓷杯壁导热距离，λ3为炉缸碳砖导热系数，t2为碳砖冷面温度，Q为热流强度，由此确定炉缸1150℃铁凝固侵蚀线的位置，最后测绘炉缸1150℃侵蚀曲线。
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| CN1087428A (zh) * | 1992-11-25 | 1994-06-01 | 鞍山钢铁公司 | 高炉残衬超声检测的方法及装置 |
| CN1199098A (zh) * | 1997-05-12 | 1998-11-18 | 张露 | 利用冷却水温变化判断高炉冷却壁工作及破损状态的方法 |
-
2007
- 2007-03-29 CN CN200710038654A patent/CN101275829B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1087428A (zh) * | 1992-11-25 | 1994-06-01 | 鞍山钢铁公司 | 高炉残衬超声检测的方法及装置 |
| CN1199098A (zh) * | 1997-05-12 | 1998-11-18 | 张露 | 利用冷却水温变化判断高炉冷却壁工作及破损状态的方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| JP特开平11-281339A 1999.10.15 |
| 陈怡，谭永基，顾祥林，陈贺林，.使用反问题和遗传算法监测高炉炉底热侵蚀.复旦学报（自然科学版）45 2.2006,45(2),170-176. |
| 陈怡,谭永基,顾祥林,陈贺林.使用反问题和遗传算法监测高炉炉底热侵蚀.复旦学报(自然科学版)45 2.2006,45(2),170-176. * |
| 颜华，邵富群，王师，.电容法监测高炉炉衬侵蚀状况的仿真研究.钢铁研究学报11 4.1999,11(4),61-64. |
| 颜华,邵富群,王师.电容法监测高炉炉衬侵蚀状况的仿真研究.钢铁研究学报11 4.1999,11(4),61-64. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101275829A (zh) | 2008-10-01 |
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