CN102605137A - 一种转炉钢水温度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转炉钢水温度检测装置，包括：光学望远镜、滤光装置、光电转换单元和处理器，该光学望远镜与滤光装置相连接，将获得的光谱信息发送到滤光装置中进行过滤，得到过滤后的光谱信息；该滤光装置与光电转换单元相连接，将过滤后的光谱信息发送到光电转换单元中转化为电信号；该光电转换单元与处理器相连接，将电信号发送到处理器中进行计算，以得到与电信号对应的转炉钢水的温度信息。本发明通过光学望远镜实时远距离的获取炉口火焰的光谱信息，并根据该光谱信息得到与光谱信息相对应的光强值，避免了承受炉口高温度的恶劣环境，提高了该装置的使用寿命，便于安装维护，不受转炉大小的限制，可以有效降低成本。

Description

一种转炉钢水温度检测装置

技术领域

本发明涉及温度检测技术领域，特别是涉及一种转炉钢水温度检测装置。

背景技术

随着我国工业水平的不断提高，我国的钢产量也越来越大。转炉炼钢的产钢量占总产钢量的80％以上，在大中型重点钢铁企业转炉钢产量中占主导地位，而转炉炼钢中炼钢终点控制是转炉炼钢的关键技术之一。转炉炼钢时吹炼的终点温度控制的转炉炼钢末期的重要操作，因此如何准确获得钢水的温度十分重要。

目前的转炉炼钢终点温度检测方法主要有人工取样、副枪点测以及炉气分析。然而，人工取样法的测量时间远远不能满足冶炼过程控制的实时性要求，且在取样时存在喷溅的事故，安全隐患较大。副枪法测温命中率高，但价格昂贵，同时探头属于消耗品，不能连续获取吹炼信息，对炉容要求高，一般只适合于100t以上转炉。炉气分析法所用的质谱仪分析较高的温度命中率，过程控制能力强，但对生产冶炼标准要求严格、价格昂贵、设备维护困难。

因此，如何使转炉炼钢终点温度检测更加安全、实时和廉价，仍旧是摆在本领域研发人员面前的一个技术难题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种转炉钢水温度检测装置，以实现转炉炼钢终点温度检测更加安全、实时和廉价的目的，技术方案如下：

一种转炉钢水温度检测装置，包括：光学望远镜、滤光装置、光电转换单元和处理器，

所述光学望远镜与所述滤光装置相连接，将获得的光谱信息发送到所述滤光装置中进行过滤，得到过滤后的光谱信息；

所述滤光装置与所述光电转换单元相连接，将所述过滤后的光谱信息发送到所述光电转换单元中转化为电信号；

所述光电转换单元与所述处理器相连接，将所述电信号发送到所述处理器中进行计算，以得到与所述电信号对应的转炉钢水的温度信息。

优选的，所述光学望远镜与所述滤光装置之间通过光纤连接。

优选的，所述滤光装置为滤光镜片。

优选的，所述光电转换单元包括：光电转换电路、放大滤波电路和A/D转换电路，

所述光电转换电路与所述滤光装置相连接，将所述过滤后的光谱信息转换为模拟电信号；

所述放大滤波电路与所述光电转换电路相连接，对所述模拟电信号进行放大处理和滤波处理；

所述A/D转换电路与所述放大滤波电路相连接，将所述放大滤波电路处理后的模拟电信号转化为数字电信号。

优选的，所述光电转换单元还包括：采样保持电路，所述A/D转换电路通过所述采样保持电路与所述放大滤波电路相连接。

优选的，还包括：输出装置和存储器，所述输出装置与所述处理器相连接，输出所述处理器得到的转炉钢水的温度信息；所述存储器与所述处理器相连接，存储所述处理器得到的转炉钢水的温度信息。

优选的，所述光电转换电路为光电传感器。

优选的，还包括：保护所述转炉钢水温度检测装置不受高温损害的屏蔽保护装置。

优选的，所述屏蔽保护装置包括：用于安装所述滤光装置的滤光装置安装座和用于安装所述光电转换单元的光电转换单元安装板。

优选的，还包括：与所述屏蔽保护装置相连接温度控制装置，用于控制所述屏蔽保护装置的温度不高于预设的温度阈值。

通过应用以上技术方案，本发明提供的一种转炉钢水温度检测装置，通过光学望远镜实时远距离的获取炉口火焰的光谱信息，并根据该光谱信息得到与所述光谱信息相对应的光强值，避免了承受炉口高温度的恶劣环境，提高了该装置的使用寿命，便于安装维护，不受转炉大小的限制，可以有效降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种转炉钢水温度检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种光学望远镜的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种转炉钢水温度检测装置中光电转换单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种转炉钢水温度检测装置中光电转换单元的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种转炉钢水温度检测装置中光电转换单元的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种转炉钢水温度检测装置中处理器的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种转炉钢水温度检测装置的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种转炉钢水温度检测装置中屏蔽保护装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供的一种转炉钢水温度检测装置，可以包括：光学望远镜100、滤光装置200、光电转换单元300和处理器400，

光学望远镜100与滤光装置200相连接，将获得的光谱信息发送到滤光装置200中进行过滤，得到过滤后的光谱信息；

其中，光学望远镜100与滤光装置200之间可以通过光纤连接。光学望远镜100的镜头可以对着转炉炉口，以获得转炉内的光谱信息。

其中，光学望远镜100的结构如图2所示，可以包括：物镜11、固定物镜11的压圈12以及镜筒13。光学望远镜100可以和多路光纤2相连接，当然也可以仅和一路光纤2相连接。物镜11具体可以为双胶合物镜或双不胶合物镜。其中，双胶合物镜结构简单，由一正一负两块透镜胶合而成，具有安装方便、光能损失少、易校正误差的优点。但是双胶合物镜的最大口径不能超过100mm，口径增大时会造成重量过大，从而引起两块透镜的胶合不牢固。双不胶合物镜的口径大于100mm，同样由一正一负两块透镜组成。但透镜中间有一个空气间隔，因而口径不受限制，同时能利用空气间隔校正剩余球差，增大相对孔径。但它具有光能损失增加、加工安装比较困难、特别是两透镜的共轴性不易保证的缺点。检测者在对炉口火焰进行检测时，可以根据不同的需求选择双胶合物镜或双不胶合物镜。其中，光学望远镜100的镜筒可以为金属材质。在进行检测时，光学望远镜100放置在距离炉口较远的位置，炉口火焰的光谱信息成像在光学望远镜100上物镜的焦平面上，从而使得该光学望远镜100在较远的距离就能获取炉口火焰的光谱信息，避免承受炉口火焰温度较高的恶劣环境。

其中，光学望远镜100与滤光装置200之间的光纤可以为为多路光纤2。光学望远镜100通过多路光纤接口和多路光纤2相连接，多路光纤2与光学望远镜100相连的一端可以排布成环光纤。多路光纤2为同一材质、同一长度和同一直径的阶梯折射率光纤，多路光纤2中相邻的光纤紧密粘贴。在实际操作中，检测者可以用胶将多路光纤2排布成环光纤的一端粘贴起来。通过上述使多路光纤2均匀排列的措施，能够达到均匀传输从光学望远镜100中得到的炉口内部的光谱信息的目的。另外，通过将光纤设置为多路，实现了光谱信息的多路传输，在实际进行检测时，可以根据实际情况选择光纤的具体路数。一般情况下，可以将该光纤设置为3至10路。同时，阶梯折射率光纤的透过率＞75％，光纤的数值孔径＞0.6，能够最大限度的传输最多的能量，使光能可以低损耗地通过光纤。

其中，滤光装置200可以为滤光镜片。

本发明实施例公开的滤光镜片同样可以为多个。其中，多路光纤2中的每一路分别对应一个滤光镜片，每个滤光镜片都可以具有不同的滤光波段。具体的，当滤光镜片的滤光波段在300-1000nm之间且峰值透过率＞50％时，便于滤除光谱信息中不需要检测的光谱波段，获得待检测的光谱波段。一般情况下，滤光镜片可以选用窄带滤光镜片。同时，在保证测量灵敏度的前提下，选取尽量小的半波带宽度，以保证其测量的准确度。光谱信息在经过滤光镜片后，会转换成多路指定波长的单色光。

滤光装置200与光电转换单元300相连接，将过滤后的光谱信息发送到光电转换单元300中转化为电信号；

其中，如图3所示，光电转换单元300可以包括：光电转换电路310、放大滤波电路320和A/D转换电路330，

光电转换电路310与滤光装置200相连接，将过滤后的光谱信息转换为模拟电信号；

其中，光电转换电路310可以为光电传感器。当滤光装置200为多个滤光镜片时，光电转换电路310也可以为多路。具体的，每一路光电转换电路310可以和一个滤光镜片对应。光电转换电路310用于将光电转换电路对应的滤光镜片滤光得到的待检测的光谱波段转化为与光谱波段相对应的模拟电信号。

放大滤波电路320与光电转换电路310相连接，对模拟电信号进行放大处理和滤波处理；

其中，当光电转换电路310为多路时，放大滤波电路320也可以为多路。具体的，每一路光电转换电路310可以和一路放大滤波电路320对应。放大滤波电路320可以将光电转换电路310获得的模拟电信号按照预设倍数进行放大，使得模拟电信号能够达到要求的电压幅值，并滤除放大后的模拟电信号中的干扰。在实际的检测过程中，滤除的主要是光电传感器产生的噪声、放大滤波电路320产生的噪声以及光谱信息经过光电转换后产生的噪声。

A/D转换电路330与放大滤波电路320相连接，将放大滤波电路320处理后的模拟电信号转化为数字电信号。

A/D转换电路330可以将放大滤波电路320中获得的滤除干扰信号后的模拟电信号转化成与滤除干扰信号后的模拟电信号相对应的数字电信号。

在实际应用中，光电转换单元300还可以包括：与A/D转换电路330相连接的控制电路。由于A/D转换电路330在一个时刻只能对一路信号进行处理，为了实现对多路信号进行处理，控制电路可以采用多路切换技术，对多路输入信号进行轮流切换，使得控制电路实现了控制A/D转换电路330在预设的一个时间段内只转化一路模拟电信号。在实际的检测过程中，检测人员也可以通过对控制电路进行设定，控制A/D转换电路330转化具体的某一路模拟电信号。例如，在第一个时钟周期内转换第一路模拟信号，第二路时钟周期转换第二路模拟信号。

其中，如图4所示，光电转换单元300还可以包括：采样保持电路340，A/D转换电路330通过采样保持电路340与放大滤波电路320相连接。

本领域技术人员可以理解的是，采样保持电路是用在模拟/数字(A/D)转换系统中的一种电路，作用是采集模拟输入电压在某一时刻的瞬时值，并在模数转换器进行转换期间保持输出电压不变，以供模数转换。

如图5所示，在本发明实施例提供的另一种转炉钢水温度检测装置中，光电转换单元300还可以包括：与A/D转换电路330相连接的处理单元350，处理单元350首先对多路数字信号进行筛选，去除异常数据，然后将筛选后的多路数字电信号取平均值，并得到与筛选后的多路数字电信号的平均值相对应的多路光强值。在实际检测过程中，处理单元350可以为单片机。

光电转换单元300与处理器400相连接，将电信号发送到处理器400中进行计算，以得到与电信号对应的转炉钢水的温度信息。

具体的，光电转换单元300可以通过通讯端口与处理器400相连接。

其中，如图6所示，处理器400可以具体包括：光强数据处理单元410、比色测温模型单元420、冶炼数据获取单元430和钢水温度确定单元440，

光强数据处理单元410，与通讯端口相连，接收光电转换单元300采集的光强值所对应的电信号，设定所需的光强值并将其传给比色测温模型。

比色测温模型单元420，用于计算转炉炉口火焰的温度。具体可以设置为：

根据光强数据处理单元410所传的波长λ₁和λ₂下测得同一点的光强值E_λ1、E_λ2根据辐射强度之比，求出火焰的温度：

$T=\frac{c_2}{\ln (E_{{\mathrm{\λ}}_1}/E_{{\mathrm{\λ}}_2})+5\ln ({\mathrm{\λ}}_1/{\mathrm{\λ}}_2)}(\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_2}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_1})$

在高频低温的情况下，普朗克黑体辐射定理可以由维恩定理近似，黑体的辐射功率为：

$M_{\mathrm{B\λ}}=C_1{\mathrm{\λ}}^{-3}{e}^{-\frac{C_2}{\mathrm{\λT}}}---\left(1\right)$

其中C1＝3.7418×10^-16W·m²，为第一辐射常数；C2＝1.4388×10^-2·m，为第二辐射常数。在某特定波长下，单色辐照度为：

$E_{\mathrm{\λ}}\left(T\right)=C_1{\mathrm{\λ}}^{-3}{e}^{-\frac{C_2}{\mathrm{\λT}}}{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\λ}}\left(T\right)---\left(2\right)$

其中ε_λ为单色发射率。黑体在不同波长下单色发射率都相同，如果在波长λ₁和λ₂下测得同一点的光强度

则根据辐射强度之比可以求出火焰的温度。

冶炼数据获取单元430，用于获取转炉冶炼参数并发送到钢水温度预报模型中。转炉冶炼参数可以有多个，如：钢种、铁水重量、铁水碳含量、吹氧量等。

钢水温度确定单元440，将所确定的火焰温度和冶炼参数输入预先设定的钢水温度预报模型中，确定转炉的钢水温度。

可以理解的是，当冶炼参数(如钢种)不同时，火焰温度所对应的钢水温度也不同。

本发明提供的一种转炉钢水温度检测装置，通过光学望远镜实时远距离的获取炉口火焰的光谱信息，并根据该光谱信息得到与所述光谱信息相对应的光强值，避免了承受炉口高温度的恶劣环境，提高了该装置的使用寿命，便于安装维护，不受转炉大小的限制，可以有效降低成本。

优选的，如图7所示，本发明实施例提供的一种转炉钢水温度检测装置还可以包括：输出装置500和存储器600，输出装置500与处理器400相连接，输出所确定的钢水的温度信息；存储器600与处理器400相连接，存储处理器400所确定的钢水的温度信息。具体的，输出装置500可以为显示屏、扩音器、LED灯等输出设备。

本发明实施例提供的另一种转炉钢水温度检测装置，还可以包括：保护转炉钢水温度检测装置不受高温损害的屏蔽保护装置。

其中，如图8所示，该屏蔽保护装置可以包括：用于安装滤光装置200的滤光装置安装座61和用于安装光电转换单元300的光电转换单元安装板63。图6中标号62所指示的为光纤接口。

由于滤光装置200和光电转换单元300安置在屏蔽保护装置中，因此能够保护滤光装置200和光电转换单元300免于受到现场灰尘以及电磁的干扰。

本发明实施例提供的另一种转炉钢水温度检测装置中，还可以包括：与屏蔽保护装置600相连接的温度控制装置，用于控制屏蔽保护装置的温度不高于预设的温度阈值。

由于昼夜、四季的气候变化等原因，本发明的一种转炉钢水温度检测装置工作环境中的温度存在巨大的差距。而且，该检测装置中，各个电路中可能会采用光电池，而光电池也存在非常严重的温漂现象。光照一定，温度升高时会导致光电流增加，对该检测装置的精度造成影响。温度控制装置在检测到屏蔽保护装置600中的温度超过设定值时，就会对屏蔽保护装置600进行降温处理，以使它的温度在预设的范围内。具体的，温度控制装置可以为风扇等冷却设备。

本发明提供的一种转炉钢水温度检测装置，通过光学望远镜实时远距离的获取炉口火焰的光谱信息，并根据该光谱信息得到与所述光谱信息相对应的光强值，避免了承受炉口高温度的恶劣环境，提高了该装置的使用寿命，便于安装维护，不受转炉大小的限制，可以有效降低成本。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种转炉钢水温度检测装置，其特征在于，包括：光学望远镜、滤光装置、光电转换单元和处理器，

所述光学望远镜与所述滤光装置相连接，将获得的光谱信息发送到所述滤光装置中进行过滤，得到过滤后的光谱信息；

所述滤光装置与所述光电转换单元相连接，将所述过滤后的光谱信息发送到所述光电转换单元中转化为电信号；

所述光电转换单元与所述处理器相连接，将所述电信号发送到所述处理器中进行计算，以得到与所述电信号对应的转炉钢水的温度信息。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学望远镜与所述滤光装置之间通过光纤连接。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述滤光装置为滤光镜片。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光电转换单元包括：光电转换电路、放大滤波电路和A/D转换电路，

所述光电转换电路与所述滤光装置相连接，将所述过滤后的光谱信息转换为模拟电信号；

所述放大滤波电路与所述光电转换电路相连接，对所述模拟电信号进行放大处理和滤波处理；

所述A/D转换电路与所述放大滤波电路相连接，将所述放大滤波电路处理后的模拟电信号转化为数字电信号。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述光电转换单元还包括：采样保持电路，所述A/D转换电路通过所述采样保持电路与所述放大滤波电路相连接。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：输出装置和存储器，所述输出装置与所述处理器相连接，输出所述处理器得到的转炉钢水的温度信息；所述存储器与所述处理器相连接，存储所述处理器得到的转炉钢水的温度信息。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述光电转换电路为光电传感器。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：保护所述转炉钢水温度检测装置不受高温损害的屏蔽保护装置。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述屏蔽保护装置包括：用于安装所述滤光装置的滤光装置安装座和用于安装所述光电转换单元的光电转换单元安装板。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：与所述屏蔽保护装置相连接温度控制装置，用于控制所述屏蔽保护装置的温度不高于预设的温度阈值。

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