CN103558231A - 高炉衬砌无损检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高炉衬砌无损检测方法，在本发明中，采用弹性波来对高炉衬砌进行检测，其基本原理是，通过激振源打击高炉外壁激发弹性波，该弹性波信号在遇到内测表面后会发生反射，通过接收该反射弹性波信号，并根据弹性波信号返回所需的时间即可推算衬砌的厚度。本发明克服了现有技术中存在检测盲区的问题，同时该方法不会破坏高炉衬砌。本发明能够同时得到高炉的衬砌厚度和弹性波的波速，且检测精度高。

Description

高炉衬砌无损检测方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体涉及一种高炉衬砌的检测方法。
背景技术
高炉是钢铁生产中的重要设备。尽管世界各国发展了很多新的钢铁冶炼方法，但由于高炉炼铁具备技术经济指标良好，工艺简单，生产量大，劳动生产率高，能耗低等优点，这种方法生产的钢铁仍占世界钢铁总产量的95％以上。
但是，由于种种原因，高炉炉壁被烧穿的事故频发，导致了多起重大的安全事故。
高炉衬砌的厚度变化对高炉的安全生产密切相关。因此，准确把握高炉衬砌的变化，及时调整操作策略并采取有效保护措施，对促进高炉安全高效生产、延长高炉寿命有非常重要的意义。但由于高炉是一个连续生产密闭容器，加上高温、高压和多烟尘的环境，对炉壁衬砌侵蚀状况的检测比较困难，尤其是高炉的炉缸炉底部位，长期处于高温熔融态渣铁环境下工作，检测炉壁衬砌的侵蚀程度就更加困难。
目前，为了准确的检测高炉内衬的侵蚀变化，国内外研究人员开发了多种检测技术，如温度检测法和超声波检测法等，但均存在相应的不足。
温度检测法只能检测局部的温度变化，而在温度计（热电偶）没有布置的位置则难以检测，即存在检测盲区。另一方面，由于热电偶的孔道容易成为隔热弱面，曾发生过随热电偶孔道流出铁水的事故。由于炉壁是金属材料，导热系数高，温度传递快。因此，温度检测法对衬砌的损耗较为钝感。
对于超声波检测法，由于超声波能量低，而炉壁衬砌厚度超过1米，因此超声波难以直接测试，往往需要预先设置导波杆（测杆）。与温度检测法相同，无法测试未设置导波杆位置的厚度。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有的检测方法存在的不足，提供一种高炉衬砌无损检测方法。该方法采用弹性波对高炉衬砌厚度进行检测，克服了现有技术中存在检测盲区的问题，以及在热工状态下在炉衬中弹性波传播速度的确定问题，进而大大提高了测试精度。同时该方法不会破坏高炉衬砌，并可以在线检测，从而能够为高炉的安全运行提供有效的安全保障。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
高炉衬砌无损检测方法，包括如下步骤：
步骤一：确定高炉内壁上的一个受测点；
步骤二：将第一加速度传感器作为触发传感器，将第二加速度传感器作为收信传感器；
步骤三：将第一加速度传感器和第二加速度传感器置于受测点在高炉外壁上的垂直投影点上，在第一加速度传感器旁设置激振源，激振源打击高炉外表面产生弹性波，第一加速度传感器检测到弹性波时记录触发时间，第二加速度传感器检测到弹性波时记录受信时间，受信时间减去触发时间得到弹性波传播时间                                                
Figure 2013105899546100002DEST_PATH_IMAGE001
。
步骤四：以受测点为中心，水平方向等距离对称移动第一加速度传感器和第二加速度传感器，激振源随第一加速度传感器一起移动；
激振源打击高炉外表面产生弹性波，第一加速度传感器检测到弹性波时记录触发时间，第二加速度传感器检测到弹性波时记录受信时间，受信时间减去触发时间得到弹性波传播时间；
步骤五：根据弹性波的传播时间和传播距离，计算高炉的衬砌厚度和弹性波的波速。
在本发明中，申请人采用弹性波来对高炉炉壁衬砌进行检测，其基本原理是，通过激振源打击高炉外壁激发弹性波，该弹性波信号在遇到衬砌内测表面后会发生反射，通过接收该反射弹性波信号，并根据弹性波信号返回所需的时间即可推算高炉衬砌的厚度。
但是基于弹性波的特性，和高炉炉壁的结构特性，需要解决以下问题：
（1）    高炉炉壁主要由炉壳和砖衬组成，具有多层结构。弹性波在两者中的传播速度有较大差异，如何合理的确定弹性波的波速是待解决的问题；
（2）    高炉的炉壁有各种开口（如渣口、铁口、风口等），从这些开口处也会反射弹性波信号。这些反射信号与砖衬内侧的反射信号相叠加，从而影响对砖衬内侧反射信号的识别精度。
为了解决上述两个问题，发明人针对同一个受测点采用多次测量的方式（步骤四~步骤五），不但能够同时得到高炉的衬砌厚度和弹性波的波速，而且可以消减各类孔口反射带来的误差，提高测试精度。
进一步的，所述步骤四中，测量第一加速度传感器和第二加速度传感器沿炉壳外壁的弧线距离
Figure 2013105899546100002DEST_PATH_IMAGE003
；
所述步骤五中，通过以下公式计算高炉的衬砌厚度和弹性波的波速：
；
Figure 2013105899546100002DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，
Figure 798859DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 2013105899546100002DEST_PATH_IMAGE007
；
Figure 97117DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 2013105899546100002DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 674116DEST_PATH_IMAGE002
=
Figure 43917DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，D表示高炉的衬砌厚度，
Figure 2013105899546100002DEST_PATH_IMAGE011
表示高炉外径，
Figure 872196DEST_PATH_IMAGE012
表示高炉内径；
Figure 2013105899546100002DEST_PATH_IMAGE013
表示弹性波的波速。
进一步的，重复步骤四~步骤五，得到多组D和
Figure 856202DEST_PATH_IMAGE013
，然后分别对多组D和
Figure 465037DEST_PATH_IMAGE013
进行拟合，得到D1和
Figure 576213DEST_PATH_IMAGE014
。通过回归拟合的方式，得到D1和
Figure 586894DEST_PATH_IMAGE014
，采用D1和
Figure 554850DEST_PATH_IMAGE014
作为最终测量结果，相对于只测量取得单组结果，其误差更小。
综上所述，本发明的优点和有益效果在于：
1．本发明针对同一个受测点采用多次测量的方式（步骤三~步骤四），不但能够得到高炉的衬砌厚度，还能够得到实时、实地、热工状态下的弹性波的波速，避免了由于弹性波波速取值造成的误差；
2．本发明检测得到多组
Figure DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 837933DEST_PATH_IMAGE016
，然后对其进行拟合，得到最优
Figure DEST_PATH_IMAGE017
和，相对于只测量取得单组结果，其误差更小；
3．本发明能够降低铁口、渣口、风机口等设施的边界的反射波带来的影响，能够极大的提高检测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。
图1为本发明的检测原理图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，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、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。
实施例1：
高炉衬砌无损检测方法，包括如下步骤：
如图1所示，步骤一：确定高炉内壁上的一个受测点O1；
步骤二：将第一加速度传感器作为触发传感器，将第二加速度传感器作为收信传感器；
步骤三：将第一加速度传感器和第二加速度传感器置于受测点在高炉外壁上的垂直投影点O3上，在第一加速度传感器旁设置激振源，激振源打击高炉外表面产生弹性波，第一加速度传感器检测到弹性波时记录触发时间，第二加速度传感器检测到弹性波时记录受信时间，受信时间减去触发时间得到弹性波传播时间
Figure 539359DEST_PATH_IMAGE001
。
步骤四：以受测点O1为中心，水平方向等距离对称移动第一加速度传感器至P3点，移动第二加速度传感器至Q3点，激振源随第一加速传感器一起移动；
激振源打击高炉外表面产生弹性波，第一加速度传感器检测到弹性波时记录触发时间，第二加速度传感器检测到弹性波时记录受信时间，受信时间减去触发时间得到弹性波传播时间；
步骤五：根据弹性波的传播时间和传播距离，计算高炉的衬砌厚度和弹性波的波速。
所述步骤四中，测量第一加速度传感器和第二加速度传感器沿炉壳外壁的弧线距离x，即图1中P3与Q3之间的弧形长；
所述步骤五中，通过以下公式计算高炉的衬砌厚度和弹性波的波速：
Figure 199327DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 449043DEST_PATH_IMAGE005
；
其中，
Figure 612478DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 922237DEST_PATH_IMAGE007
；
； 
Figure 984051DEST_PATH_IMAGE009
；
Figure 10781DEST_PATH_IMAGE002
=
Figure 491441DEST_PATH_IMAGE010
；
其中，D表示高炉的衬砌厚度，即图1中O3与O1之间的距离：
Figure 783882DEST_PATH_IMAGE011
表示高炉外径，即图1中高炉圆心O与O3之间的距离；
Figure 578663DEST_PATH_IMAGE012
表示高炉内径，即图1中高炉圆心O与O1之间的距离；
L表示图1中，P3到O3或O3到Q3的直线距离；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
表示OO3和OQ3之间的夹角；
Figure 459900DEST_PATH_IMAGE013
表示弹性波的波速。
在本实施例中，
Figure 111461DEST_PATH_IMAGE011
=6.5m，x=1.0m，
Figure 94461DEST_PATH_IMAGE001
=0.864ms，
Figure 489670DEST_PATH_IMAGE002
=0.938ms，将其代入上述公式，得到D=1.08m，
Figure 38463DEST_PATH_IMAGE018
=2.5km/s。
与实际炉壁厚度（1.01m）相比，测试误差约为6.9%。
实施例2：
重复三次步骤四~步骤五，得到多组和
Figure 580489DEST_PATH_IMAGE016
，然后对其进行拟合，得到最优
Figure 717072DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 120372DEST_PATH_IMAGE018
。
如表1所示： 
表1
Figure DEST_PATH_IMAGE021
与实际的炉壁厚度（1.01m）相比，本实施例的测试误差约为-1%，可以看出，测试精度有了飞跃性的提高。
如上所述，便可较好的实现本发明。

Claims (3)

1.高炉衬砌无损检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：确定高炉内壁上的一个受测点；
步骤二：将第一加速度传感器作为触发传感器，将第二加速度传感器作为收信传感器；
步骤三：将第一加速度传感器和第二加速度传感器置于受测点在高炉外壁上的垂直投影点上，在第一加速度传感器旁设置激振源，激振源打击高炉外表面产生弹性波，该加速度传感器检测到弹性波时记录触发时间，第二加速度传感器检测到弹性波时记录受信时间，受信时间减去触发时间得到弹性波传播时间                                                
Figure 2013105899546100001DEST_PATH_IMAGE001
。
步骤四：以受测点为中心，水平方向等距离对称移动第一加速度传感器和第二加速度传感器，激振源随第一加速度传感器一起移动；
激振源打击高炉外表面产生弹性波，第一加速度传感器检测到弹性波时记录触发时间，第二加速度传感器检测到弹性波时记录受信时间，受信时间减去触发时间得到弹性波传播时间
Figure 872906DEST_PATH_IMAGE002
；
步骤五：根据弹性波的传播时间和传播距离，计算高炉的衬砌厚度和弹性波的波速。
2.根据权利要求1所述的高炉衬砌无损检测方法，其特征在于：
所述步骤四中，测量第一加速度传感器和第二加速度传感器沿炉壳外壁的弧线距离x；
所述步骤五中，通过以下公式计算高炉的衬砌厚度和弹性波的波速：
Figure 2013105899546100001DEST_PATH_IMAGE003
；
；
其中，；
Figure 696691DEST_PATH_IMAGE006
；
Figure 2013105899546100001DEST_PATH_IMAGE007
； 
Figure 901408DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 287259DEST_PATH_IMAGE002
=；
其中，D表示高炉的衬砌厚度，表示高炉外径，
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表示高炉内径；表示弹性波的波速。
3.根据权利要求2所述的高炉衬砌无损检测方法，其特征在于：
重复步骤四~步骤五，得到多组D和
Figure 831394DEST_PATH_IMAGE012
，然后分别对多组D和
Figure 568406DEST_PATH_IMAGE012
进行拟合，得到D1和
Figure DEST_PATH_IMAGE013
。
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