CN101545808A - 铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统，包括红外辐射测温计、测温设定装置、智能温度信号处理装置和显示装置，红外辐射测温计通过测温设定装置线路连接智能温度信号处理装置，智能温度信号处理装置线路连接显示装置，智能温度信号处理装置根据测温设定装置设定的参数和红外辐射测温计测量的温度信号运算铁水流体的裂纹温度，较佳地，还包括吹气保护装置，与红外辐射测温计的光学镜头配合设置从而保护光学镜头，包括冷却装置，红外辐射测温计设置在其中，还包括上位机，与智能温度信号处理装置线路连接，本发明的铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统设计巧妙、能准确并连续测量铁水温度、使用成本低，实现红外辐射测温计在铁水温度测量上的运用。

Description

铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统

技术领域

本发明涉及温度测量系统技术领域，特别涉及钢铁行业铁水温度测量系统技术领域，具体是指一种铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统。

背景技术

随着高炉监测水平的提高，测温技术在炼铁生产中得到普遍应用。例如铁水温度、炉顶煤气测温、炉壁测温、炉身测温、炉缸测温等等的监测对高炉生产起到了很大的指导作用。以前对铁水温度的判断，主要是依据[S_i]的高低。铁水[S_i]含量主要取决于温度、S_iO₂活度、炉内CO分压和滴落带高度。由于影响因素多，只能作为间接手段，不能真实反映铁水物理温度变化。于是有些厂家采用一次性测温技术(即快速热电偶测温)，但存在操作不方便，不安全，数据不全，不及时，不能连续等缺点，同时存在使用成本高的问题。后来有厂家采用单色红外辐射测温计，但信号随现场烟气等干扰衰减严重，读取数据比实际温度低；也有采用比色红外辐射测温计，虽然解决信号的衰减问题，但铁水流体表面的氧化表层残余浮渣等的变化对铁水温度检测波动很大，无法实现真正意义上的应用。

因此，迫切需要发展一种辐射测量系统，其能准确并连续测量铁水温度、且使用成本低，从而实现红外辐射测温计在铁水温度测量上真正的运用。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统，该铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统设计巧妙、能准确并连续测量铁水温度、且使用成本低，从而实现红外辐射测温计在铁水温度测量上真正的运用。

为了实现上述目的，本发明的铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统具有如下构成：

该铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统，其特点是，包括红外辐射测温计、测温设定装置、智能温度信号处理装置和显示装置，所述红外辐射测温计通过所述测温设定装置线路连接所述智能温度信号处理装置，所述智能温度信号处理装置线路连接所述显示装置，所述智能温度信号处理装置根据所述测温设定装置设定的参数和所述红外辐射测温计测量的温度信号运算铁水流体的裂纹温度。

较佳地，所述的智能温度信号处理装置包括微处理器、存储器、显示装置接口和模拟量输入输出模块，所述微处理器线路连接所述存储器、所述显示装置接口和所述模拟量输入输出模块，所述测温设定装置线路连接所述模拟量输入输出模块，所述显示装置接口路连接所述显示装置。

较佳地，所述的测温设定装置设定的参数选自滤波时间、辐射率、变化速率、温度补正、最高温度、最低温度和测量方式的一种或几种。

较佳地，所述的红外辐射测温计是比色红外辐射测温计。

较佳地，还包括吹气保护装置，所述的吹气保护装置与所述的红外辐射测温计的光学镜头配合设置从而罩设保护所述的光学镜头。

较佳地，还包括冷却装置，所述的红外辐射测温计设置在所述的冷却装置中。

较佳地，所述的显示装置是数字显示器。

较佳地，还包括上位机，所述上位机与所述智能温度信号处理装置线路连接。

本发明的有益效果具体如下：

1、本发明采用红外辐射测温计测量铁水流体温度，智能温度信号处理装置根据测温设定装置设定的参数对该测得的铁水流体温度进行分析处理，得出代表铁水温度的裂纹温度，并经由显示装置显示，设计巧妙、能准确并连续测量铁水温度，为生产操作提供可靠参考，且使用成本低，从而实现红外辐射测温计在铁水温度测量上真正的运用；

2、本发明的红外辐射测温计与吹气保护装置配合设置，对光学镜头进行吹气保护，克服了炉前出铁场环境恶劣，粉尘多，石墨碳飞扬的问题，进一步提高了测量精度和稳定性；

3、本发明的辐射温度计处于冷却装置中，通过冷却装置的冷却，使得红外辐射测温计适应高温环境，大大提高使用寿命。

附图说明

图1是本发明的一具体实施例的结构示意图。

图2是图1所示的具体实施例的智能温度信号处理装置的结构示意图。

图3是图1所示的具体实施例的工作主流程示意图。

图4是图3所示的工作主流程示意图的智能温度信号处理装置的工作主流程示意图。

图5是图4所示的工作主流程示意图的测量方式一的工作流程示意图。

图6是图4所示的工作主流程示意图的测量方式二的工作流程示意图。

图7是图4所示的工作主流程示意图的测量方式三的工作流程示意图。

其中，图5至图7中的D01是经过本装置智能判断后，测量值是可信(成功)；D02是经过本装置智能判断后，测量值是不可信(失败)。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，本发明的铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统，包括红外辐射测温计1、测温设定装置2、智能温度信号处理装置3和显示装置4，所述红外辐射测温计1通过所述测温设定装置2线路连接所述智能温度信号处理装置3，所述智能温度信号处理装置3线路连接所述显示装置4，所述智能温度信号处理装置3根据所述测温设定装置2设定的参数和所述红外辐射测温计1测量的温度信号运算铁水流体的裂纹温度。

较佳地，所述的智能温度信号处理装置3包括微处理器31、存储器32、显示装置接口33和模拟量输入输出模块34，所述微处理器31线路连接所述存储器32、所述显示装置接口33和所述模拟量输入输出模块34，所述测温设定装置2线路连接所述模拟量输入输出模块34，所述显示装置接口33路连接所述显示装置4。在本发明的一具体实施例中，所述微处理器31是嵌入式工控机，信号的处理是由其内编制的“应用程序”进行的，具体过程将在后面论述。

红外辐射温度计1的作用是将铁水向外辐射的能量转换成“电信号”；信号有模拟量(4～20mA或1～5V)或数字量(RS232或485等)。红外辐射测温计1测得的被测目标温度信号中包含着能代表铁水温度的裂纹温度信号以及不能代表铁水温度的浮渣的温度信号、表面部分氧化层的温度信号、表面部分油面的温度信号。智能温度信号处理装置3就是将具有代表铁水温度特征的裂纹温度信号检出作为铁水温度信号输出。上述的过程实际上是在“寻找”最高值的过程，只有在铁水流动过程中，形成的“裂纹”才是最高值处。因为裂纹就是铁水表面氧化层破裂处，只有此处的辐射不受氧化层影响。

较佳地，所述的测温设定装置2设定的参数选自滤波时间S、辐射率E、变化速率e、温度补正ΔA、最高温度A_H、最低温度A_L和测量方式的一种或几种。

在本发明的一具体实施例中，所述的红外辐射测温计1是比色红外辐射测温计。比色红外辐射测温计是一种非接触式测温仪表。其原理为通过测量被测物红外辐射中相邻波段的能量大小来确定被测物的温度，因此它受物体表面发射率影响小，抗灰尘、烟雾、水汽等能力强，比单色测温仪具有明显的优越性。由于铁水流体的裂纹目标较小，因此最好选用目标直径小测量距离长的比色红外辐射测温计。

较佳地，还包括吹气保护装置，所述的吹气保护装置与所述的红外辐射测温计1的光学镜头配合设置从而罩设保护所述的光学镜头。从而克服炉前出铁场环境恶劣，粉尘多，石墨碳飞扬的问题。

较佳地，还包括冷却装置，所述的红外辐射测温计1设置在所述的冷却装置中。使红外辐射测温计1适应高温环境，延长使用寿命。

在本发明的一具体实施例中，吹气保护冷却装置5将吹气保护装置和冷却装置合二为一，同时具有吹气保护和冷却作用。比如，吹气保护冷却装置5包括气冷套，气冷套的副管连通主管的第一端部和第二端部，第一端部具有进气口，主管中具有位于第一端部和第二端部之间的红外辐射温度计安装位置，红外辐射温度计1安装在气冷套的主管中从而隔断主管，主管的第一端部和第二端部通过副管连通，这样第一端部通入的冷却的氮气冷却红外辐射温度计1，使得气冷套一直处于适合高温计工作的温度下，避免了红外辐射温度计1由于工作温度的波动引起的误差，也延长红外辐射温度计1的使用寿命；氮气通过副管进入第二端部，喷射在红外辐射温度计1的镜头窗口上并在红外辐射温度计1的镜头窗口前形成氮气幕，有效地阻挡了外界粉尘烟气对窗口污染，保护了窗口洁净，因而克服了由于红外辐射温度计1镜头窗口受污染造成的测量误差。

在本发明的一具体实施例中，所述的显示装置4是数字显示器。将智能温度信号处理装置3输出的信号通过数字显示器在出铁场显示。

在本发明的一具体实施例中，还包括上位机6，所述上位机6与所述智能温度信号处理装置3线路连接。需要指出的是，这里所说的“上位机6”泛指管理整个高炉操作运行的计算机系统，有的用户选用“DCS”系统，有的用户采用“PLC”系统。智能温度信号处理装置3输出的信号还可以供上位机6(DCS、PLC)参与数学模型运算。

在本发明的一具体实施例中，所述的智能温度信号处理装置3还包括数字通讯接口35如RS232串行接口和RS485串行接口35a，及10/100M以太网接口35b，数字量输入输出模块36、USB接口37、音频接口38、系统时钟39、扩展外部存储40、开关电源模块41等常用硬件，如图2所示。

使用本发明测量铁水流体温度时，请参见图3所示，系统初始化，测温设定装置2设定滤波时间S、辐射率E、变化速率e、温度补正ΔA、最高温度A_H和最低温度A_L、采用的测量方式等参数，红外辐射测温计1测量铁水流体温度并将温度信号输送至测温设定装置2，一旦TPC受铁(鱼雷罐车受铁)开始，处理周期被设定，智能温度信号处理装置3根据测温设定装置2设定的参数对红外辐射测温计1输送的温度信号进行处理分析，从而求出铁水流体的实际温度。

具体分析流程见图4～图7，其中图4中系统投入时的初始化：设置铁水测量系统的最高温度A_H和最低温度A_L，选择温度测量系统采用的方式。图5中测量方式一是基本的测试方式，智能温度信号处理装置3接受红外辐射测温计1的原始信号，在运算模块内进行数据的“滤波”处理，由于铁水表面的环境变化很大，这个环境影响铁水向外辐射的能量，红外辐射温度计1检测到的信号波动也很大，因此需要对输入的数据要“滤波”，以便取得稳定的数据，滤波采用“移动平均”方式，稳定数据的可靠性是与滤波时间常数和移动平均所确定的数据量有关，这个在现场调试时，根据现场具体情况而定；由于温度测试点的环境变化，其铁水表面的状况也在变化，因此要设置“辐射率E”以便求出铁水的真实温度，采用红外辐射温度计1作为铁水温度连续检测的一次元件，影响其检测准确性的主要因素是“辐射率E”，而影响辐射率E的因素也很多，在现场是采用“对照法”来设置辐射率E；根据高炉工艺的要求，铁水的温度应该是刚流出铁口时的温度，但这个部位是无法测量，只能设置在其下游的铁沟进溜槽前，由于铁水在流动过程中存在“散热”，因此要设置之间的温度差ΔA，可以采用“对照法”设定；另外，由于集尘器等外围设备的影响，在铁水沟的空间出现“烟雾”影响红外光的传播，有时检测到的温度值很低，因此系统要设置一个铁水温度的最低值A_L，一般设为铁水液态最低温度值，当温度低于这个值时，说明检测数据无效。因此，在图5显示的测量过程中，首先要设定测量参数，包括滤波时间S，辐射率E，温度补正ΔA，最低温度A_L，然后读取红外辐射温度计1的温度信号AI(AI是红外辐射温度计的输出值)，对读取于红外辐射温度计1的温度信号AI进行是否有效地判断：①如果红外辐射温度计1的温度信号AI低于设定的最低温度A_L值，数据无效(失败)，需要重新读取红外辐射温度计1的温度信号AI，②如果红外辐射温度计1的温度信号AI高于设定的最低温度A_L值，数据有效，此数据进入“移动平均”数据滤波环节，最后得到铁水温度值A0，同时发出测量成功信号。图6中测量方式二是测量方式一的补充，基本功能相当，就是增加一项：前后两个数据的比较，根据铁水的热容量和高炉的工艺特点，在短时间内两个数据不会有很大的偏差，因此对前后两个数据的变化率比较，因此参数设定时需要设定变化速率e，除了每个数据如上需要与最低温度A_L进行同样的比较外，还需要比较两个数据差与变化速率e：如果前后两个数据AI₂-AI₁大于等于e，需要重新读取红外辐射温度计1的温度信号AI，如果前后两个数据AI₂-AI₁小于e，数据有效，此数据进入“移动平均”数据滤波环节，最后得到铁水温度值A0，同时发出测量成功信号。图7中测量方式三是接收红外辐射测温计1的两个信号(有些红外辐射测温计1设备有两个输出信号，一个是原始信号AI 1，一个是经过初步处理过的信号AI 2)，并分别设定最高温度A_H和最低温度A_L，图7的测量方式三就是比图6的测量方式二多一个检测通道，不同的是，在这两个检测通道中，上述两个输出信号分别与最高温度A_H和最低温度A_L进行比较，由于辐射率的影响，测量值一般都比真实值“低”，因此最后将这两个检测通道获得的数值进行比较，取最高值作为铁水真实温度A0。

综上，本发明的铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统设计巧妙、能准确并连续测量铁水温度、且使用成本低，从而实现红外辐射测温计在铁水温度测量上真正的运用。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (7)

1.一种铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统，其特征在于，包括红外辐射温度计、测温设定装置、智能温度信号处理装置和显示装置，所述红外辐射测温计通过所述测温设定装置线路连接所述智能温度信号处理装置，所述智能温度信号处理装置线路连接所述显示装置。

2.根据权利要求1所述的铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统，其特征在于，所述的智能温度信号处理装置包括微处理器、存储器、显示装置接口和模拟量输入输出模块，所述微处理器线路连接所述存储器、所述显示装置接口和所述模拟量输入输出模块，所述测温设定装置线路连接所述模拟量输入输出模块，所述显示装置接口路连接所述显示装置。

3.根据权利要求1所述的铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统，其特征在于，所述的红外辐射测温计是比色红外辐射测温计。

4.根据权利要求1所述的铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统，其特征在于，还包括吹气保护装置，所述的吹气保护装置与所述的红外辐射测温计的光学镜头配合设置并罩设保护所述的光学镜头。

5.根据权利要求1所述的铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统，其特征在于，还包括冷却装置，所述的红外辐射温度计设置在所述的冷却装置中。

6.根据权利要求1所述的铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统，其特征在于，所述的显示装置是数字显示器。

7.根据权利要求1所述的铁水流体的裂纹温度红外辐射测量系统，其特征在于，还包括上位机，所述上位机与所述智能温度信号处理装置线路连接。

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