CN1063227C - 高炉炉衬烧损连续检测方法 - Google Patents

Abstract

一种连续检测高炉炉衬烧损的传输线方法，采用一组长度不同的耐高温导电传输线，埋入被检测的高炉炉衬中，每根传输线连接1个固态继电器，这些继电器受单片微机最小系统控制并按顺序动作，循环检测每根传输线的“通”、“断”状态，传输线的“通”、“断”状态，转换成数字信号送入外设计算机系统，从而确定炉衬烧损到达的位置，编制模糊控制应用软件，使外设计算机系统进一步提高测量精度并保证测量的连续性。该方法具有简便、可靠、可实施于包括有铁水的炉缸，炉底在内的高炉任何部位的特点，不仅可以监控高炉运行，而且还可以预测高炉寿命。

Description

高炉炉衬烧损连续检测方法

本发明涉及一种测量方法，特别是一种对高炉炉衬烧损状况连续检测的自动检测方法。

高炉炉衬烧损状态的连续准确检测，对指导高炉操作，提高炼铁效率保证生产安全和延长高炉寿命，都有重要意义。

为了解决高炉炉衬烧损状态的连续检测问题，国内外常采用的方法有热电偶方法，超声方法，TDR(TIME DOMAIN REFLECTION)方法。热电偶方法简便，但测量精度较低，检测范围有限且故障率较高，超声方法和TDR方法虽然测量精度较高，但设备较复杂，维护量较大且不能用于炉缸、炉底有铁水的部位。参阅美国专利4，269，397.May 26，1981，METHOD FOR MEAS-URING THE THICKNESS OF A REFRACTORY IN A METALLURGICAL APPARATUS(冶炼炉耐火炉衬厚度检测方法)描述了TDR方法；美国专利4，510，793，Apr.16，1985，METHOD OF MONITORING THE WEAR OF A REFRACTORY LINING OFA METALLURGICAL FURNACE WALL(冶炼炉耐火炉衬烧损检测方法)描述了超声方法；中国专利94228802.5，高炉炉衬厚度检测仪，描述了超声方法的检测仪。为了克服上述问题，本发明设计了一种连续检测高炉炉衬烧损状态的传输线方法。它采用一组长度不同的耐高温导电传输线，以其“通”、“断”作为状态信号，组成简便、可靠的传输线传感器埋设在高炉体内，即在水平方向每一层埋设4-16点，在垂直方向埋设2-8层．所有传输线传感器的输出信号经屏蔽电缆连接于外设计算机系统，外设计算机系统实时绘制出反映整个炉体炉衬状态的纵、横剖面图，又可予测炉体寿命。

本发明的目的是提供一种简便、可靠，设备维护量少，有足够测量精度并能适用于高炉任何部位的高炉炉衬烧损连续检测方法。

本发明是采用这样的方法实现的：采用一组长度不同的耐高温导电传输线，以其“通”、“断”作为状态信号，组成简便、可靠的8-64套传输线传感器埋设在高炉体内，即在水平方向每一层埋设4-16点，在垂直方向埋设2-8层，所有传输线传感器的输出信号经屏蔽电缆连接于外设计算机系统，外设计算机系统实时绘制出反映整个炉体炉衬运行的纵、横剖面图，既可监视炉体运行状态，又可予测炉体寿命。随着炉衬烧损，传输线从最长到最短，将依次被烧断。因此，只要测得被烧断的传输线的序号，即知炉衬烧损到达的位置。这时检测精度为相邻两根传输线的埋设长度之差△lm。一般高炉炉身以上部位的炉衬厚度为500-800mm，按800mm计，如采用8根传输线且均匀分布，则两根相邻传输线的埋设长度之差为△lm=100mm，这个测量精度是较低的。如采用64根传输线且均匀分布，则两相邻传输线的埋设长度之差为△lm=12.5mm，这个测量精度对炉衬烧损检测是足够高的。但这时设备变的复杂、传感器体积变大，安装麻烦，可靠性下降。为此本发明采用外设计算机系统和编制模糊控制应用软件，对相当于△lm范围内的炉衬烧损，进行连续模糊予测，仅用8根传输线且均匀分布的情况下，对800mm厚的炉衬烧损实施连续检测，其检测精度可达到±20mm或更高。在分析高炉炉衬烧损规律和总结经验事实的基础上，可建立如下予测烧损的数学模型。

$,\frac{\mathrm{\ΔLm}-1}{\mathrm{\ΔTm}-1}$ 是前一阶段已测得的，从第m-1号传输线到第m号传输线之间的炉衬烧损速率。Cm是经验函数且与炉型和传感器在炉体上的埋设位置有关，Km是水平位置函数，一般Km＜1，且m越大，则Km越小，这是因为m越大，越靠近炉体的冷却壁，炉衬烧损速率减慢的缘故。∮m是同一层不同部位的类同函数，一般∮m=1，这是因为同一层炉衬处于相同的环境，各部位炉衬应该有大致相同的烧损速率。但当同一层某一个部位的烧损速率大于模糊运算所予测的烧损速率时，应立即调整其它部位的∮m，令其∮m＞1；当同一层所有部位的烧损速率都低于模糊运算所予测的烧损速率时，应立即调整所有部位的∮m，令其∮m＜1。而Km和∮m的调整深度，采用模糊数学方法。这是1个连续不断的自调整过程。第一阶段的烧损速率 $\frac{\mathrm{\ΔLo}}{\mathrm{\ΔTo}}$ 是纯实测值，无任何调整。此后第二阶段开始模糊控制即起作用，随着m值增大，即随着时间的推移和调整次数的增多，Km和∮m所修正的烧损速率越来越接近实际状态，烧损予测结果越来越精确，以致可以相当准确地予测今后一年甚至数年的炉衬烧损趋势，从而可以予测炉体寿命。这是其它方法所不具备的本方法的优点。以上是传输线断路方法，即传输线的初始状态为“通”，随着炉衬烧损而发生变化后的状态为“断”。但对炉缸、炉底有铁水的部位，因铁水是良导体，所以采用传输线短路法，即传输线的初始状态为“断”，随着炉衬烧损而发生变化后的状态为“通”，状态为，“通”的传输线，其序号即代表炉衬烧损到达的位置。

传输线之间的电绝缘是这样解决的。采用特制的耐高温、耐磨损的高纯氧化铝套管，套管上予留可以插入传输线的小孔。设计几种不同长度的高纯氧化铝套管，将传输线插入相应的予留小孔并用高温无机胶粘剂粘牢和密封。

单片微机最小系统up，设计有n个信号输入口P0，P1，…Pn，可连接n根导电传输线L0，L1，L2，…Ln，还有n个控制输出口A0，A1，…An，可以控制与n根导电传输线对应相连的n个继电器RL0，RL1，…RLn，在单片微机最小系统uP的指令控制下，继电器按顺序接通。当RLm接通时，uP测试对应输入口Pm，确认与之相连的传输线Lm是“通”还是“断”，即Lm是否与电源Vc接通。因炉衬烧损是缓慢过程，所以对传输线的循环测试不必很频繁，循环测试周期可规定为1秒或者更长。但继电器的接通时间应限制很短，以便节省电源。由于继电器长期处于频繁动作状态，所以必须选用寿命长，工作频率高，无电触点的固态继电器。单片微机最小系统uP，还有一个光电隔离和可驱动长线的通讯输出口SIG，将表征炉衬烧损到达位置的传输线序号，转换成标准通讯编码信号，经3芯屏蔽电缆连接到与炉体相隔较远的机房内的外设计算机系统，相隔距离不大于500m，3芯屏蔽电缆的1根是信号通讯线SIG，另两根是+5V电源线Vc和地线GND。

1个单片微机最小系统uP、n根导电传输线及其高纯氧化铝套管、n个固态继电器和1根3芯屏蔽电缆，组成1套传输线传感器。8-64套传输线传感器埋设在高炉炉体上，每一套传输线传感器的输出信号经过3芯电缆均接到多路信号接口机。多路信号接口机，是一个多路选择器，有64个输人口和1个输出口，定时按顺序输出64套传输线传感器的输出信号，接入外设计算机系统的RS232输入口。外设计算机系统接收8-64套传输线传感器的输出信号，借助模糊控制应用软件，实时绘制出反映整体炉体炉衬烧损状态的纵、横剖面图并随时予报炉体寿命。炉衬烧损情况的数据，按日、按月、按年存入软盘。建立一座高炉整个寿命期内的技术档案，做为不断改进和完善模糊控制应用软件的宝贯的经验材料。

本发明与现有技术相比，具有简便可靠，设备维修量少，功能多且不受应用部位限制的优点。该方法可应用于高炉的炉身、炉缸、炉底所有部位的炉衬烧损检测和炉体寿命予测，也可用于玻璃窖、水泥窖等高温炉耐火炉衬的烧损检测和炉体寿命予测。

对本发明的具体实施方法及实施例由以下附图给出。

图1是本发明的整体布置示意图；

图2是本发明的传输线断路法电原理图；

图3是本发明的传输线短路法电原理图；

图4是本发明的传输线传感器及其安装示意图；

图5是本发明的传输线断路法高纯氧化铝绝缘套管示意图；

图6是本发明的传输线短路法高纯氧化铝绝缘套管示意图；

图7是本发明图5的A向视图；

图8是本发明图6的B向视图。

下面结合附图对本发明具体实施例作以进一步的说明：

见图1所示：1-0，1-1…，1-62，1-63是埋设在炉体上的64套独立的传输线传感器，2-0，2-1，…，2-62，2-63是64根3芯屏蔽电缆，每根长度小于500m，都连接于控制机房内的多路信号接口机3，多路信号接口机3为多路选择器，可以从64路输入信号中选择输出其中某1路输入信号，且按0、1、…，62，63的顺序循环选择输出，循环周期定为30-60分钟为宜。多路信号接口机3的输出，即是每一套传输线传感器输出的代表炉衬烧损到达位置的传输线序号，接入非设计的外设计算机系统4进行模糊控制运算。

见图2所示：传输线L0-Ln是往返双线结构，构成传输线断路法传感器。每根传输线的一端为共电源，即都接在电源Vc上。电感L和电容C₁、C₂起着对电源Vc的稳压作用。传输线的另一端分别经继电器RL₀-RL_n接到单片机最小系统uP的输入口P0-Pn，各继电器的控制端接到uP的控制输出口A0-An。uP按顺序循环操作控制输出口A0-An，循环周期为1秒或更长，当操作Am时，继电器RLm吸合，如果传输线Lm没有被烧断，则P0与电源Vc相通，uP测出状态“通”，并记住其序号m。反之。若Lm已被烧断，则P0与Vc不通uP测出状态“断”，并同样记住序号m。当炉衬烧损到达传输线Lm-1和传输线Lm之间位置，即到达△lm-₁范围内时，序号小于m的传输线L0-Lm-1全部被烧损磨断。因此状态发生变化的传输线中的最大序号，即代表炉衬烧损到达的位置，这一序号由单片机最小系统uP编制成标准通讯编码，经光电隔离和缓冲驱动后，由3芯电缆的SIG线输出。虚线框1a部份插入高纯氧化铝绝缘套管中，虚线框1b部份用铁匣5密封。导电传输线L0-Ln，须采用耐高温的金属钨丝或钼丝，或采用钨、钼、铬的合金丝。钼的熔点为2600℃，大大超过高炉炉内最高温度1700℃，导电性能优于铁丝，硬度是钨丝的1/2，适宜用于本方法。

见图3所示：传输线L0-Ln是单线单程结构，构成传输线短路法传感器，可应用于炉缸、炉底有铁水的部位。高炉铁水的电阻率是常温纯铁电阻率的7-10倍，仍然是电的良导体，相隔100mm距离的铁水电阻不大于1欧。因此，一旦炉衬烧损到达传输线Lm-₁和Lm之间位置，即达到△lm-₁范围内时，传输线L0-Lm-₁被炉内铁水短路与Lc通，即与电源相通。而传输线Lm-Ln仍然保持初始“断”状态。

见图4所示：1a和1b是传输线传感器，2是3芯屏蔽电缆，3是多路信号接口机，4是外设计算机系统，5是密封铁匣，6是空芯通水冷却外壳，7是进水管，8是出水管，9是传感器固定钢管，10是高炉铁外壳，11是焊点，12是高炉耐火炉衬，13是为安装传输线传感器而事先钻好的安装孔。

高炉炉体上易解决冷却水水源，空芯通水冷却外套6，既可防止环境温度对单片机最小系统1b的不良影响，又可保护传感器。埋设传输线断路法传感器时，传感器的前端距离炉内壁留△ls间隔，做为炉衬初始烧损速率 $\frac{\mathrm{\ΔLs}}{\mathrm{\ΔTs}}$ 以替代第一阶段炉衬烧损速率 $\frac{\mathrm{\ΔLo}}{\mathrm{\ΔTo}},$ 这利于充分利用传感器的有效长度。

见图5、7所示：14是高纯氧化铝套管，是由多节特制的相同外径(∮24)，不同导线孔数的短套管组合而成，当穿插好线径为∮0.8的钼丝传输线后，高纯氧化铝短套管之间用耐高温无机胶粘结剂粘牢，钼丝上充分涂好高温无机胶粘结剂。必要时还可掺杂一定比例的高纯氧化铝粉沫，以便密封∮0.8钼丝和∮1孔径之间的间隙。高纯氧化铝短套管有三种不同的长度，即50、100、200mm，以便与不同炉衬厚度相匹配，又便于重点保证特殊部位的检测精度。短套管长度越短，则这一区间的检测精度就越容易保证。一般传输线断路法高纯氧化铝短套管可用8节，每一节的导线孔数应分别为2、4、6、…14、16，若采用8节200mm短套管，且采用200长的起始△ls，则最大检测范围为200×9=1800mm。

见图6、8所示：传输线短路法高纯氧化铝绝缘套管外形尺寸与传输线断路法高纯氧化铝绝缘套管相同，短套管也分为50、100、200mm3种长度。只是每一节短套管的导线孔数分布不同，分别为1、2、3、…16、17。短套管可采用17节，若采用200mm短套管，则最大检测范围为200×17=3400mm。因这种传感器是用在高炉有铁水的炉缸、炉底部位，所以应特别注意密封∮0.8钼丝和∮1导线孔之间的间隙，组成时应严格按导线孔的序号对号插装。

Claims (8)

1、一种对高炉炉衬烧损连续检测方法，其特征在于：它采用一组长度不同的耐高温导电传输线，以其“通”、“断”作为状态信号，组成简便可靠的8-64套传输线传感器埋设在高炉体内，即在水平方向每一层埋设4-16点，在重直方向埋设2-8层，所有传输线传感器的输出信号经屏蔽电缆连接于外设计算机系统，外设计算机系统实时绘制出反映整个炉体炉衬运行的纵、横剖面图，既可监视炉体运行状态，又可予测炉体寿命。

2、按权利要求1所述的高炉炉衬烧损连续检测方法，其特征在于：每一套传输线传感器，包含一组长度不同的耐高温导电传输线，可以有8-16根传输线，炉衬越厚，传输线应越多，一组传输线从最长到最短，按顺序编以0，1，…，m-1，m，…，n-1，n序号，以代表其在炉衬厚度方向所处的几何位置，以其“通”或“断”代表其状态，随着炉衬烧损，传输线从最长到最短，将依次被烧损，因此，只要测得被烧损的传输线的序号，即知炉衬烧损到达的位置，每根传输线所代表的几何位置，是在设计和埋设传感器时事先标定好的。

3、按权利要求1所述的高炉炉衬烧损连续检测方法，其特征在于：传输线中每相邻两根传输线的埋设长度之差△lm，采用外设计算机系统和编制模糊控制应用软件，对相当于△lm范围内的炉衬烧损，进行连续模糊予测。

4、按权利要求1所述的高炉炉衬烧损连续检测方法：其特征在于：炉身以上部位采用传输线断路方法，即传输线的初始状态为“通”，随着炉衬烧损而发生变化后的状态为“断”，但对炉缸、炉底有铁水的部位，采用传输线短路法，即传输线的初始状态为“断”，随着炉衬烧损而发生变化后的状态为“通”，状态发生变化的传输线的序号即代表炉衬烧损到达的位置。

5、按权利要求2所述的高炉炉衬烧损连续检测方法，其特征在于：传输线传感器的8-16根导电传输线，是采用高熔点的金属钨丝或钼丝，或者是钨、钼、铬的合金导电丝。

6、按权利要求1或2所述的高炉炉衬烧损连续检测方法，其特征在于：8-16根导电传输线是对号插入特制的耐高温、耐磨损的高纯氧化铝套管的相应导线孔里。

7、按权利要求1所述的高炉炉衬烧损连续检测方法，其特征在于：1个单片微机最小系统和8-16个继电器、8-16根导电传输线及一组配合适当的高纯氧化铝套管，组成1套传输线传感器，与密封铁匣5和通水冷却外套6及固定钢管9组装在一起，直接焊接固定在炉壳10上。

8、按权利要求1所述的高炉炉衬烧损连续检测方法，其特征在于：外设计算机系统4和多路信号接口机3，可置于距离炉体较远的控制机房内，相隔距离不大于500m。

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