CN106319122B - 在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的方法和装置，以电动势测量点产生的高精度电动势信号作为测量参数，计算机系统对不同风口和不同出铁口数据进行程序代码分析，得到炉缸的液面及死料柱信息。测量依据是渣铁蓄热能力不同引起的炉缸的耐火材料和炉壳传递热量的变化，测量值为耐火材料和炉壳所传递的热量。负责代码处理的计算机系统作为数据可视化系统，电动势测量点内部由电阻、测量探头及线路组成，实现对各电动势测量点产生的电动势直接进行分析和计算。本发明测量方法和测量器实时掌握炉缸内的液面的变化，指导高炉及时出铁出渣，这将有利于从日常操作上监控和实现炉缸的稳定和长寿。
Description
技术领域
本发明涉及一种高炉炉缸工况的检测方法和装置，还涉及一种液面测量的方法和其装置，特别是涉及一种测量高炉炉缸内液固界面区域的信息的方法和装置，应用于高炉冶炼工艺和装备技术领域。
背景技术
随着高炉大型化的发展，高炉稳定性和长寿是一代高炉的重要指标。炉缸工况决定着高炉稳定性与长寿的主要因素之一。目前反映炉缸工况的数据很有限，仅有热电偶温度和冷却水温度，且这些数据只是对异常炉缸工况有所帮助。这些数据远远不能正常反映炉缸工况，比如渣铁液面情况。一般情况下操作者依靠这些有限的数据作出经验性的判断，然后操作高炉。炉缸液面在出渣铁过程的变化可以很好的反映炉缸工况。但是现阶段高炉生产中，炉缸渣铁液面的测量和可视化国内还是空白，国外虽有这方面的研究和应用，还只是停留在初期的研发和异常信号的读取和解码上。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的方法和装置，能进行炉缸液面的测量和可视化输出，通过对炉缸圆周指定位置上进行热感应电动势的测量，得到反映炉缸液面的数据，然后对数据进行处理和分析，处理过程和结果进行可视化输出，以此进行高炉冶炼生产的自动化工艺实施，从而达到高炉稳定性控制和实现高炉长寿的目的。
为达到上述发明创造目的，本发明采用下述发明构思：
由于物质本身物理性质的不同，如比热容、传热系数等存在差异，在炉缸出渣铁过程中，随着渣铁的排出，渣层和铁水层所具有的热量就会减少。这些减少的热量在经过炉缸耐火材料的传热后，会在耐火材料和炉壳上产生一定差异。此差异可以用来间接表征炉缸内渣铁的总量。由于炉缸容积是一定的，也可以用这些差异反映渣铁层厚度的变化，即液面位置。
根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：
一种在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的方法，包括如下步骤：
a.在高炉炉缸设定高度位置、风口中心水平面高度位置和铁口中心的水平面高度位置的高炉炉缸位置处，分别对应设置于不同层的一系列电动势测量点，使处于相同高度位置的同层的电动势测量点沿炉缸的水平圆周上对称、均匀分布安装，组成传感器分布测量系统，分别采集与高炉炉缸的对应测量点处的能量信息对应的电动势信号，并输出电动势信号测量值，作为实时测量值；
b.设置另外一个电动势测量点，将其安装在炉缸底部位置，采集与炉缸底部的温度信息对应的电动势信号，并输出电动势信号参考值，作为参考数据；
c.将在步骤a中采集的电动势信号测量值与在步骤b中采集的电动势信号参考值进行分析和处理，得到实时测量的高炉炉缸内的渣铁液面位置信息。作为优选的技术方案，将在步骤a中采集的电动势信号测量值与在步骤b中采集的电动势信号参考值进行分析和处理，还能得到实时测量的死料柱的状态信息。
作为优选的技术方案，在步骤a和步骤b中设置的电动势测量点的测量值为高炉炉缸的耐火材料和炉壳所传递的热量对应的电动势数据，通过绘制电动势变化趋势图，得到实时测量的高炉炉缸内的渣铁液面位置信息或死料柱的状态信息。
一种在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的装置，包括一系列电动势测量点和计算机系统，各电动势测量点采集的信号向计算机系统输送，电动势测量点包括测量风口位置温度信号的第一电动势测量点、测量出铁口位置温度信号的第二电动势测量点和测量炉缸底部位置温度信号的第三电动势测量点，一系列电动势测量点分别对应设置于炉缸的不同层高度上，使处于相同高度位置的同层的电动势测量点沿炉缸的水平圆周上对称、均匀分布安装，组成传感器分布测量系统，第一电动势测量点和第二电动势测量点分别采集与高炉炉缸的对应测量点处的温度信息对应的反应信号，并输出电动势信号测量值，作为实时测量值向计算机系统输送，第三电动势测量点安装在炉缸底部位置，采集与炉缸底部的温度信息对应的反应信号，并输出电动势信号参考值，作为参考数据向计算机系统输送，计算机系统将第一电动势测量点和第二电动势测量点分别采集的电动势信号测量值与第三电动势测量点采集的电动势信号参考值进行计算分析和数据处理，得到实时测量的高炉炉缸内的渣铁液面位置信息或死料柱的状态信息。各电动势测量点在炉缸圆周上均匀分布；第二电动势测量点安设在一个的出铁口处，那么在其同圆周位置的风口处安放第一电动势测量点。由每一个测量器获得的信号通过数据线传输到计算机系统，计算机系统利用程序代码对由各电动势测量点传递来电动势信号进行处理、分析和可视化处理。把沿炉缸圆周上的各位置点的电势数据进行处理，由第一电动势测量点和第二电动势测量点的各个测量点的电势减去第三电动势测量点测量的参考电动势后，得到一个相对电动势，然后除去相对电动势中的噪音信号，即得到呈现炉缸渣铁液面实时动态三维状态数据。本发明测量方法和测量器实时掌握炉缸液面的变化，指导高炉及时出铁出渣，这将有利于从日常操作上监控和实现炉缸的稳定和长寿。
作为优选的技术方案，对应测量每个风口位置温度信号和出铁口位置温度信号的第一电动势测量点和第二电动势测量点皆由两个电动势测量点组成，即，每个第一电动势测量点和第二电动势测量点由设置于出铁口左右两侧的左侧电动势测量点和右侧电动势测量点组成一组电动势测量点系统。
上述电动势测量点的感应端皆优选设置于炉缸的耐火材料炉壳中的设定位置处。
上述第三电动势测量点优选安装在炉缸底部碳砖位置处。
上述第一电动势测量点和第二电动势测量点优选分别包括4、8或16个。
作为上述方案的进一步优选的技术方案，各电动势测量点皆由接线盒和保险套管连接而成，在保险套管内设有导线、绝缘套管和高精度测量探头，其中导线被绝缘套管包裹，导线的一端连接测量探头，导线的另一端设置于接线盒内并与计算机系统的信号端连接。
作为上述方案的进一步优选的技术方案，电动势测量点还包括设置于测量炉缸设定高度位置温度信号的第四电动势测量点，第四电动势测量点采集与高炉炉缸设定位置处的温度信息对应的反应信号，并输出电动势信号测量值，作为实时辅助测量值向计算机系统输送，第四电动势测量点设置于第一电动势测量点和第二电动势测量点之间的设定高度位置处。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明测量方法和测量装置在获得数据时对液态渣铁采用非接触式测量方式，避免了液体高温渣铁液对测量设备破坏的影响，在炉壳上安装测量装置改善了电动势测量点的工作环境，使得其寿命很长，这样可以降低了该发明的使用成本；
2.本发明能在线连续获得炉缸局部液面、二维液面、三维液面信息，实时反馈炉缸的液面高低及变化信息，实现炉缸液面的可视化；让高炉操作者随时掌握炉缸的工况，主要检测渣铁液面信息，调整高炉操作，从而结束简单地依靠理论计算和经验来估计炉缸液面的现状；
3.本发明能实时在线获得死料柱的状态信息，比如浮式(floating)、坐式(sitting)的死料柱的状态信息，辅助高炉操作；
4.本发明测量方法和测量装置能实时掌握炉缸液面的变化，指导高炉及时出铁出渣，这将更有利于从日常操作上监控和实现炉缸的稳定和长寿。
附图说明
图1为本发明优选实施例连续在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的装置的结构示意图。
图2为在图1中沿着A-A线的剖面图。
图3为本发明优选实施例的电动势测量点的内部结构示意图。
具体实施方式
本发明的优选实施例详述如下：
在本实施例中，参见图1～3，一种在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的装置，包括一系列电动势测量点和计算机系统10，各电动势测量点采集的信号向计算机系统10输送，电动势测量点的感应端皆设置于炉缸9的耐火材料炉壳7中的设定位置处，电动势测量点包括测量风口6位置温度信号的第一电动势测量点1、测量出铁口8位置温度信号的第二电动势测量点2和测量炉缸9底部位置温度信号的第三电动势测量点5，第一电动势测量点1和第二电动势测量点2分别包括4个(或8个、16个)，一系列电动势测量点分别对应设置于炉缸9的不同层高度上，使处于相同高度位置的同层的电动势测量点沿炉缸9的水平圆周上对称、均匀分布安装，组成传感器分布测量系统，第一电动势测量点1和第二电动势测量点2分别采集与高炉炉缸9的对应测量点处的温度信息对应的反应信号，并输出电动势信号测量值，作为实时测量值向计算机系统10输送，第三电动势测量点5安装在炉缸底部碳砖位置处，采集与炉缸9底部的温度信息对应的反应信号，并输出电动势信号参考值，作为参考数据向计算机系统10输送，计算机系统10将第一电动势测量点1和第二电动势测量点2分别采集的电动势信号测量值与第三电动势测量点5采集的电动势信号参考值进行计算分析和数据处理，得到实时测量的高炉炉缸9内的渣铁液面位置信息和死料柱的状态信息。本实施例能通过对每个风口6和出铁口8收集到的电动势数据进行分析得到高炉炉缸9内液面及死料柱位置的信息。
在本实施例中，参见图2，对应测量每个风口6位置温度信号和出铁口8位置温度信号的第一电动势测量点和第二电动势测量点皆由两个电动势测量点组成，即，每个第一电动势测量点和第二电动势测量点由设置于风口6和出铁口8左右两侧的左侧电动势测量点和右侧电动势测量点组成一组电动势测量点系统。第一电动势测量点和第二电动势测量点分别包括4组，即包括4个左侧电动势测量点和4个右侧电动势测量点。
在本实施例中，参见图3，各电动势测量点皆由接线盒11和保险套管12连接而成，在保险套管12内设有导线、电阻13和高灵敏度电动势测量探头14，其中导线被绝缘套管13包裹，导线的一端连接测量探头14，导线的另一端设置于接线盒11内并与计算机系统10的信号端连接。
在本实施例中，参见图1，电动势测量点还包括设置于测量炉缸9设定高度位置温度信号的第四电动势测量点2，第四电动势测量点2采集与高炉炉缸9设定位置处的温度信息对应的电动势信号，并输出电动势信号测量值，作为实时辅助测量值向计算机系统10输送，第四电动势测量点2设置于第一电动势测量点1和第二电动势测量点之间的设定高度位置处。第四电动势测量点2的测电动势量值作为辅助数据，用于对测量炉缸9的电动势数据进行辅助计算处理，增加对测量炉缸9综合液面状况的判断的精确度。
在本实施例中，参见图1～3，测量器系统包含的电动势测量点的安装位置主要是风口6和出铁口8，第三电动势测量点5安装在高炉炉缸碳砖的底部位置，其中设置在高炉炉缸碳砖的底部位置的第三电动势测量点5的测量数据作为参考值，主要测量参考电动势。数据可视化系统是计算机系统10进行程序代码收集、处理、分析，在各个风口6和出铁口8收集到的电动势信号，将得到有关炉缸9的液面信息绘制成电动势变化趋势图，将得到的死料柱的状态信息绘制成三维电动势变化图。当炉缸9液面发生波动或液面异常时，安装在出铁口8和风口6的第二电动势测量点2和第一电动势测量点1会探测到由于热量的变化引起的电动势的变化。在炉缸9处于正常的工作状态时，各出铁口8和风口6输出的液面信息一样能被记录下，并被分析，作为判断异常炉缸的依据。
在本实施例中，参见图1～3，各电动势测量点在炉缸9圆周上均匀分布；第二电动势测量点安设在一个的出铁口8处，那么在其同圆周位置的风口6处安放第一电动势测量点1。由每一个测量器获得的信号通过数据线传输到计算机系统10，计算机系统10利用程序代码对由各电动势测量点传递来电动势信号进行处理、分析和可视化处理。把沿炉缸9圆周上的各位置点的电势数据进行处理，由第一电动势测量点1和第二电动势测量点2的各个测量点的电势减去第三电动势测量点5测量的参考电动势后，得到一个相对电动势，然后除去相对电动势中的噪音信号，即得到呈现炉缸9的渣铁液面实时动态三维状态数据。本实施例测量方法和测量器实时掌握炉缸9内的液面的变化，指导高炉及时出铁出渣，这将有利于从日常操作上监控和实现炉缸的稳定和长寿。
由于液态渣铁比热容、传热系数等物理性质不同，在出渣铁中渣层和铁水层所具有的热量就会减少。这些减少的热量会在耐火材料和炉壳7上产生一定差异。此差异可以用来间接表征炉缸9内渣铁的总量，即可以用这些差异表示渣铁层厚度的变化，也即液面位置。将本实施例多个电动势测量点作为电动势测量器安装在高炉炉壳上，安装位置主要由三部分组成：风口6位置、出铁口8位置，以及炉缸9底部碳砖位置。炉缸9底部碳砖作为参考值。其中风口6位置和出铁口8位置的电动势测量点沿炉缸圆周上对称、均匀分布。本实施例以电动势测量点产生的电动势信号作为测量参数，计算机系统10对不同风口6和不同出铁口8数据进行程序代码分析，得到炉9的液面及死料柱信息。测量依据是渣铁蓄热能力不同引起的炉缸9的耐火材料和炉壳7传递热量的变化，测量值为耐火材料和炉壳所传递的热量。负责代码处理的计算机系统10作为数据可视化系统，电动势测量点内部由电阻、测量探头及线路组成，实现对各电动势测量点产生的电动势直接进行分析和计算。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的方法和装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.在高炉炉缸设定高度位置、风口中心水平面高度位置和铁口中心的水平面高度位置的高炉炉缸位置处，分别对应设置于不同层的一系列电动势测量点，使处于相同高度位置的同层的电动势测量点沿炉缸的水平圆周上对称、均匀分布安装，组成传感器分布测量系统，分别采集与高炉炉缸的对应测量点处的温度信息对应的反应信号，并输出电动势信号测量值，作为实时测量值；
b.设置另外一个电动势测量点，将其安装在炉缸底部位置，采集与炉缸底部的温度信息对应的反应信号，并输出电动势信号参考值，作为参考数据；
c.将在所述步骤a中采集的电动势信号测量值与在所述步骤b中采集的电动势信号参考值进行分析和处理，得到实时测量的高炉炉缸内的渣铁液面位置信息；
在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的方法采用代码处理的计算机系统作为数据可视化系统，电动势测量点内部由电阻、测量探头及线路组成，实现对各电动势测量点产生的电动势直接进行分析和计算，能在线连续获得炉缸局部液面、二维液面、三维液面信息，实时反馈炉缸的液面高低及变化信息，生成炉缸液面的可视化信息。
2.根据权利要求1所述在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的方法，其特征在于：在所述步骤c中，将在所述步骤a中采集的电动势信号测量值与在所述步骤b中采集的电动势信号参考值进行分析和处理，还能得到实时测量的死料柱的状态信息。
3.根据权利要求1或2所述在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的方法，其特征在于：在所述步骤a和步骤b中设置的电动势测量点的测量值为高炉炉缸的耐火材料和炉壳所传递的热量对应的电动势数据，通过绘制电动势变化趋势图，得到实时测量的高炉炉缸内的渣铁液面位置信息或死料柱的状态信息。
4.一种实施权利要求1所述在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的方法的在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的装置，包括一系列电动势测量点和计算机系统(10)，各所述电动势测量点采集的信号向计算机系统(10)输送，其特征在于：所述电动势测量点包括测量风口(6)位置温度信号的第一电动势测量点(1)、测量出铁口(8)位置温度信号的第二电动势测量点(2)和测量炉缸(9)底部位置温度信号的第三电动势测量点(5)，一系列电动势测量点分别对应设置于炉缸(9)的不同层高度上，使处于相同高度位置的同层的电动势测量点沿炉缸(9)的水平圆周上对称、均匀分布安装，组成传感器分布测量系统，第一电动势测量点(1)和第二电动势测量点(2)分别采集与高炉炉缸(9)的对应测量点处的温度信息对应的反应信号，并输出电动势信号测量值，作为实时测量值向计算机系统(10)输送，所述第三电动势测量点(5)安装在炉缸(9)底部位置，采集与炉缸(9)底部的温度信息对应的反应信号，并输出电动势信号参考值，作为参考数据向计算机系统(10)输送，所述计算机系统(10)将所述第一电动势测量点(1)和第二电动势测量点(2)分别采集的电动势信号测量值与所述第三电动势测量点(5)采集的电动势信号参考值进行计算分析和数据处理，得到实时测量的高炉炉缸(9)内的渣铁液面位置信息或死料柱的状态信息。
5.根据权利要求4所述在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的装置，其特征在于：对应测量每个所述风口(6)位置温度信号的所述第一电动势测量点皆由两个电动势测量点组成，即，每个第一电动势测量点由设置于所述风口(6)左右两侧的左侧电动势测量点和右侧电动势测量点组成一组电动势测量点系统；对应测量每个所述出铁口(8)位置温度信号的所述第二电动势测量点皆由两个电动势测量点组成，即，每个第二电动势测量点由设置于所述出铁口(8)左右两侧的左侧电动势测量点(3)和右侧电动势测量点(4)组成一组电动势测量点系统。
6.根据权利要求4所述在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的装置，其特征在于：所述电动势测量点的感应端皆设置于炉缸(9)的耐火材料炉壳(7)中的设定位置处。
7.根据权利要求6所述在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的装置，其特征在于：所述第三电动势测量点(5)安装在炉缸底部碳砖位置处。
8.根据权利要求4～7中任意一项所述在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的装置，其特征在于：所述第一电动势测量点(1)和第二电动势测量点(2)分别包括4、8或16个。
9.根据权利要求4～7中任意一项所述在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的装置，其特征在于：各所述电动势测量点皆由接线盒(11)和保险套管(12)连接而成，在所述保险套管(12)内设有导线、绝缘套管(13)和高灵敏度电动势测量探头(14)，其中所述导线被所述绝缘套管(13)包裹，所述导线的一端连接测量探头(14)，所述导线的另一端设置于接线盒(11)内并与所述计算机系统(10)的信号端连接。
10.根据权利要求4～7中任意一项所述在线测量高炉炉缸渣铁液面信息的装置，其特征在于：电动势测量点还包括设置于测量炉缸(9)设定高度位置温度信号的第四电动势测量点，所述第四电动势测量点采集与高炉炉缸(9)设定位置处的温度信息对应的反应信号，并输出电动势信号测量值，作为实时辅助测量值向计算机系统(10)输送，所述第四电动势测量点设置于所述第一电动势测量点(1)和所述第二电动势测量点(2)之间的设定高度位置处。
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