CN111579592B - 高温作业容器侵蚀程度监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高温作业容器侵蚀程度监控方法，包括：获取布置于待测容器上的测温点的温度；根据测温点的温度和测温点的位置的二维平面坐标，形成关于测温点的位置和温度的三维空间坐标；以预设标准温度，平行于二维平面坐标对温度维度进行切片，得到温度切面；根据温度切面的参数变化，对与温度切面所对应的待测容器的位置进行侵蚀程度预测；根据侵蚀程度预测的结果，按照预定警示规则，进行警示提示。利用本发明，能够解决目前无法彻底杜绝高温作业容器烧穿意外发生，及无法实现在保证容器不烧穿的情况下，最大化高温作业容器的使用寿命等问题。

Description

高温作业容器侵蚀程度监控方法
技术领域
本发明涉及连铸工艺技术领域，更为具体地，涉及一种高温作业容器侵蚀程度监控方法。
背景技术
对于高温物料，通常需要采用特制的容器进行盛放，由于位于容器内的物料温度过高，会对容器的器壁进行侵蚀，例如冶炼、冶金、连铸等工艺中使用的容器，以连铸过程中，使用的盛钢水容器为例。
盛钢水容器内盛有大量高温钢水，包壁热面会被逐渐侵蚀变薄，异常情况一旦发生烧穿会带来严重的生产事故。盛钢水容器可以包括高炉和转炉，更典型的为钢包(大包)和中间包。以中间包为例，连铸在大包开浇后，中间包内存有大量钢水进行连铸浇钢的过渡，当中间包使用时间过长或者中间包耐火材料砌筑有缺陷，会对中间包壁耐火材料造成严重的侵蚀，当达到一定程度会出现烧穿包壁的严重生产事故，对浇钢人员和其他生产设备造成烧伤和损害，既有可能威胁到生产人员的生命，同时会带来巨大的经济损失。尤其现有不断压缩成本的情况下，大包和中间包都希望能实现尽可能多的使用率，加剧了烧穿的可能。
目前的解决方法，一般采用提高耐火材料质量、提高砌筑质量，从管理上防止过度使用，生产过程中注意观察包壁发红、变形和钢水表面异常波动等。通过提高耐火材料质量、提高砌筑质量具有降低烧穿的几率，防止过度使用可以有效降低烧穿几率，在生产过程中观察重要点能有效防止烧穿发生。
但上述现有的手段都无法定量的检测烧穿的过程，无法精确的预测包壁变薄到烧穿的过程和所处的阶段，虽然能降低和防止烧穿发生，却无法彻底杜绝烧穿意外发生，更无法实现在保证不烧穿的情况下，最大化盛钢水容器的使用寿命。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种高温作业容器侵蚀程度监控方法，以解决目前的无法彻底杜绝高温作业容器烧穿意外发生，更无法实现在保证容器不烧穿的情况下，最大化高温作业容器的使用寿命等问题。
本发明提供一种高温作业容器侵蚀程度监控方法，包括：
获取布置于待测容器上的测温点的温度；
根据所述测温点的温度和所述测温点的位置的二维平面坐标，形成关于所述测温点的位置和温度的三维空间坐标；
以预设标准温度，平行于所述二维平面坐标对温度维度进行切片，得到温度切面；
根据所述温度切面的参数变化，对与所述温度切面所对应的待测容器的位置进行侵蚀程度预测；
根据所述侵蚀程度预测的结果，按照预定警示规则，进行警示提示。
此外，优选的方案是，所述测温点的温度通过热电偶或红外设备或热电偶与红外设备结合的方式获得。
此外，优选的方案是，在以预设标准温度，平行于所述二维平面坐标对温度维度进行切片之前，还包括：
在所述三维空间坐标上，以所述测温点的位置为依据进行细分空间节点；
根据所述测温点的温度，以插值法获取所述细分空间节点的温度值；
建立所述细分空间节点的三维空间坐标的相邻节点关系，使每个所述细分空间节点均有上、下、左、右四个相邻的细分空间节点。
此外，优选的方案是，所述插值法为线性插值法。
此外，优选的方案是，根据所述温度切面的参数变化，对与所述温度切面所对应的待测容器的位置进行侵蚀程度预测包括：
以预设周期为时间间隔获取所述温度切面上的细分空间节点；
如果相邻的预设周期的前一预设周期对应的温度切面上的细分空间节点在后一预设周期对应的温度切面上出现的量达到预设连续温度切面判定值大于等于M，则将后一预设周期对应的温度切面作为连续温度切面；
对所述连续温度切面进行时序跟踪，获取连续跟踪数大于等于N个预设周期的连续温度切面；
按照获取连续温度切面的时间顺序，对大于等于N个连续温度切面的参数变化进行分析，得到所述连续温度切面所对应的所述待测容器的位置的侵蚀程度预测的结果。
此外，优选的方案是，对所述连续温度切面进行时序跟踪，包括：
以上一预设周期的温度切面的细分空间节点中的中心节点为跟踪起点，实施对本预设周期的温度切面的跟踪；
当所述跟踪起点的温度小于所述标准温度时，停止跟踪所述本预设周期的温度切面；
当所述跟踪起点的温度不小于所述标准温度时，以所述跟踪起点为基点从与其相邻区域内的细分空间节点中选取温度大于所述标准温度的细分空间节点，从而得到本预设周期的温度切面。
此外，优选的方案是，所述连续温度切面的参数包括：切面的面积、切面的平均半径、切面内各细分空间节点的平均温度和切面内细分空间节点的最高温度。
此外，优选的方案是，所述预定警示规则包括器壁烧穿预警规则；其中，所述器壁烧穿预警规则为：
在连续跟踪数大于等于N个预设周期内，当所述连续温度切面的参数变化为：切面的面积、切面的平均半径、切面内各细分空间节点的平均温度和切面内细分空间节点的最高温度全部呈增大趋势时，给出器壁烧穿预警的警示提示。
此外，优选的方案是，所述预定警示规则包括器壁烧穿报警规则；其中，
所述器壁烧穿报警规则为：
在连续跟踪数大于等于N个预设周期内，当所述连续温度切面的参数变化为：切面内各细分空间节点平均温度的增大速率和切面内细分空间节点最高温度的增大速率都呈增大趋势时，给出器壁烧穿报警的警示提示。
此外，优选的方案是，所述M等于50％；和/或，所述N等于10。
从上面的技术方案可知，本发明提供的高温作业容器侵蚀程度监控方法，通过在待测容器的侧壁布置测温点进行测温的基础上，构造测温点位置和测温点温度的三维空间坐标，以预设标准温度对三维空间坐标进行平切，形成温度切面，跟踪此温度切面的参数变化来定量分析待测容器的侧壁的变化和实时预测烧穿异常的发生；能够定量化待测容器的侧壁厚度变化，预测异常烧穿的发生；以及最大化待测容器的使用寿命，在杜绝生产事故发生的前提下提高经济效益。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为根据本发明实施例的高温作业容器侵蚀程度监控方法的流程示意图。
图2为根据本发明实施例的关于测温点位置和温度的三维空间坐标图；
图3为根据本发明实施例的测温点、空间细分节点及温度切面的俯视图；
图4为根据本发明实施例的温度切面的平均半径统计图；
图5为根据本发明实施例的中间包底部平均温度随时间的变化趋势图；
图6为根据本发明实施例的第1预设周期对应的温度切面图；
图7为根据本发明实施例的第7预设周期对应的温度切面图；
图8为根据本发明实施例的第9预设周期对应的温度切面图。
在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
针对前述提出的现有的方法无法彻底杜绝高温作业容器烧穿意外发生，更无法实现在保证容器不烧穿的情况下，最大化高温作业容器的使用寿命等问题，本发明针对上述问题，提出了一种高温作业容器侵蚀程度监控方法，采用本发明的方法能够定量化待测容器的侧壁厚度变化，预测异常烧穿的发生；以及最大化待测容器的使用寿命，在杜绝生产事故发生的前提下提高经济效益。
以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
为了说明本发明提供的高温作业容器侵蚀程度监控方法，图1示出了根据本发明实施例的高温作业容器侵蚀程度监控方法的流程；图2示出了根据本发明实施例的关于测温点位置和温度的三维空间坐标。
如图1所示，本发明提供的高温作业容器侵蚀程度监控方法，包括：
S110、获取布置于待测容器上的测温点的温度；
S120、根据测温点的温度和测温点的位置的二维平面坐标，形成关于测温点的位置和温度的三维空间坐标；(如图2所示)
S130、以预设标准温度，平行于二维平面坐标对温度维度进行切片，得到温度切面；
S140、根据温度切面的参数变化，对与温度切面所对应的待测容器的位置进行侵蚀程度预测；
S150、根据侵蚀程度预测的结果，按照预定警示规则，进行警示提示。
通过在待测容器的侧壁布置测温点进行测温的基础上，构造测温点位置和测温点温度的三维空间坐标，以预设标准温度对三维空间坐标进行平切，形成温度切面，跟踪此温度切面的参数变化来定量分析待测容器的侧壁的变化和实时预测烧穿异常的发生；能够定量化待测容器的侧壁厚度变化，预测异常烧穿的发生；以及最大化待测容器的使用寿命，在杜绝生产事故发生的前提下提高经济效益。
其中，三维空间坐标的构建方式为：将测温点的位置映射到二维平面坐标，并以测温点的温度建立垂直于二维平面坐标的温度维度，形成关于测温点位置和温度的三维空间坐标。
作为本发明的优选方案，测温点的温度通过热电偶或红外设备或热电偶与红外设备结合的方式获得。在待测容器的器壁上布置测温点后，在测温点上安装热电偶或红外设备获取待测容器上各测温点的温度，也可采用热电偶与红外设备结合的方式、例如，四面待测容器的侧壁采用红外摄像设备，待测容器的底壁采用无线热电偶装置测温。
图3示出了根据本发明实施例的测温点、空间细分节点及温度切面的俯视图；
如图3所示，作为本发明的优选方案，在以预设标准温度，平行于二维平面坐标对温度维度进行切片之前，还包括：
在三维空间坐标上，以测温点的位置为依据进行细分空间节点；
根据测温点的温度，以插值法获取细分空间节点的温度值；
建立细分空间节点的三维空间坐标的相邻节点关系，使每个细分空间节点均有上、下、左、右四个相邻的细分空间节点。
由于一般测温点相对较稀疏，因此可在三维空间坐标上，以测温点的位置为依据进行细分空间节点，从而弥补测温点相对较稀疏的问题，除过边界节点，每个节点分别有上、下、左、右四个相邻节点；通过这种相连节点关系，便于依据温度切面上的任意一个节点，快速找出同一预设周期的温度切面上的其它节点。
作为本发明的优选方案，插值法优选为线性插值法。
其中，预设标准温度与待测容器的工作环境，材质等有关，由此，标准温度根据实际需要进行预先设定，其选择方法，以盛钢水容器为例。
盛钢水容器在倒入钢水后，包壁的温度会持续上升，其中包含有钢水和包壁的温度热平衡，以及包壁逐渐被侵蚀而变薄后新的温度热平衡，这两者是交结在一起的，并无法完全分清楚，但这时盛钢水容器包壁温度的上升是整体的，而不是某个区域异常的温度异常上升，因此标准温度必须考虑正常盛钢水容器包壁的上升。通过建立包壁温度的上升历史，就可以得出包壁温度的标准温度。同时将包壁温度的上升历史和包壁的减薄历史进行对应，就可以建立包壁温度和包壁厚度之间的对应关系，从而给出实时包壁薄厚预测结构。
以中间包为例，不同的中间包容量、中间包结构、中间包所用耐火材料及砌筑条件，在浇钢过程中的温度不完全一样，有些生产状况较好的中间包，在浇钢过程中，包壁温度会从开始的室温，在钢水在正常液位浇钢时达到100℃左右，随着浇钢时长的延续，整体温度会达到200℃以上，甚至300℃；而生产状况较差的中包，在浇钢过程中整体温度可以达到300℃以上，甚至500℃左右。并且都没有出现烧穿事故。
作为本发明的优选方案，根据温度切面的参数变化，对与温度切面所对应的待测容器的位置进行侵蚀程度预测包括：
以预设周期为时间间隔获取温度切面上的细分空间节点；
如果相邻的预设周期的前一预设周期对应的温度切面上的细分空间节点在后一预设周期对应的温度切面上出现的量达到预设连续温度切面判定值大于等于M，则将后一预设周期对应的温度切面作为连续温度切面；
对连续温度切面进行时序跟踪，获取连续跟踪数大于等于N个预设周期的连续温度切面；
按照获取连续温度切面的时间顺序，对大于等于N个连续温度切面的参数变化进行分析，得到该连续温度切面所对应的待测容器的位置的侵蚀程度预测的结果。
其中，预设周期可根据实际需要进行确定，例如，一个预设周期的时间为1S、2S、3S等。
通过建立连续温度切面，实现对温度切面的时序跟踪，为定量化统计温度切面相关参数鉴定基础。
为了能够提高温度切面在时间序列上的跟踪速度，作为本发明的优选方案，对连续温度切面进行时序跟踪，包括：
以上一预设周期的温度切面的细分空间节点中的中心节点为跟踪起点，实施对本预设周期的温度切面的跟踪；
当跟踪起点的温度小于标准温度时，停止跟踪本预设周期的温度切面；
当跟踪起点的温度不小于标准温度时，以跟踪起点为基点从与其相邻区域内的细分空间节点中选取温度大于标准温度的细分空间节点，从而得到本预设周期的温度切面。
图4示出了根据本发明实施例的温度切面的平均半径统计图；
作为本发明的优选方案，连续温度切面的参数包括：切面的面积、切面的平均半径、切面内各细分空间节点的平均温度和切面内细分空间节点的最高温度。
其中，切面的面积，定量化为切面内节点个数；切面的平均半径为，切面在不同方向上的长度，其平均作为切面的半径，特殊情况取切面在四个方向上的长度，分别为水平、垂直及两个对角方向(如图4所示)。
作为本发明的优选方案，预定警示规则包括器壁烧穿预警规则；其中，
器壁烧穿预警规则为：
在连续跟踪数大于等于N个预设周期内，当连续温度切面的参数变化为：切面的面积、切面的平均半径、切面内各细分空间节点的平均温度和切面内细分空间节点的最高温度全部呈增大趋势时，给出器壁烧穿预警的警示提示。
以盛钢水容器为例，随着盛钢水容器热平衡达到，钢水区域内包壁温度的集体缓慢上升说明包壁在逐渐变薄，反映在温度切面上为，如果在大于等于N个预设周期内连续温度切面的上述参数变化均呈增大趋势，则需要作出器壁烧穿预警的警示提示，其提示方法可以采用预警设备等完成。
作为本发明的优选方案，预定警示规则包括器壁烧穿报警规则；其中，
器壁烧穿报警规则为：
在连续跟踪数大于等于N个预设周期内，当连续温度切面的参数变化为：切面内各细分空间节点平均温度的增大速率和切面内细分空间节点最高温度的增大速率都呈增大趋势时，给出器壁烧穿报警的警示提示。
其中，平均温度的增大速率是指后预设周期的温度切面上的平均温度与前预设周期的温度切面上的平均温度之间的差值；最高温度的增大速率是指后预设周期的温度切面上的最高温度与前预设周期的温度切面上的最高温度之间的差值。
作为本发明的优选方案，M等于50％；和/或，N等于10。
为了更好的高温作业容器侵蚀程度监控方法进行解释说明，下面提供具体的实施案例。
某厂155X155mm小方坯的中间包采用T型包，工作容量为23T，工作液位为900mm，其中工作层为120mm，永久层为100mm。在四周的四个面采用了红外摄像测温，在底部采用了无线热电偶测温，热电偶的布置及温度的细分节点如图3所示。图5是正常浇钢过程中中间包底部所有温度测温点平均温度的变化趋势，中间包包壁温度在钢水进入后很快达到热平衡温度，后面随着工作层的不断侵蚀，达到新的热平衡后的包壁温度会逐渐提高。并且通过大量的统计，工作层的厚度和平均温度建立了关系，通过底部平均温度的变化可以给出平均工作层剩余厚度。须注意，一旦发生了烧穿预报，则平均温度和剩余工作层厚度的对应关系则不再成立。
从图5的温度历史数据为依据，此中间包的标准温度设置为300℃。
表1为相邻十个周期温度切面参数的变化数据；
图6～图8分别为第1、7和9周期对应的温度切面图；
其中切面面积和平均半径用的是节点个数来表示，于是出现相同的情况，当然切面面积和切面面积的平均半径可以采用其它精确的统计方法进行替代。
Figure BDA0002471313450000091
表1
从表1及图6～图8来看，相邻10个检测周期的数据看，温度切面在不断增大，温度切面内的最高温度和平均温度都出现了增大，并且切面的平均温升速率和最高温升速率也保持增大趋势，据此进行了烧穿报警警示。
通过上述具体实施方式可看出，本发明提供的高温作业容器侵蚀程度监控方法，通过在待测容器的侧壁布置测温点进行测温的基础上，构造测温点位置和测温点温度的三维空间坐标，以预设标准温度对三维空间坐标进行平切，形成温度切面，跟踪此温度切面的参数变化来定量分析待测容器的侧壁的变化和实时预测烧穿异常的发生；能够定量化待测容器的侧壁厚度变化，预测异常烧穿的发生；以及最大化待测容器的使用寿命，在杜绝生产事故发生的前提下提高经济效益。
如上参照附图以示例的方式描述了根据本发明提出的高温作业容器侵蚀程度监控方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的高温作业容器侵蚀程度监控方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (7)

1.一种高温作业容器侵蚀程度监控方法，其特征在于，包括：
获取布置于待测容器上的测温点的温度；
根据所述测温点的温度和所述测温点的位置的二维平面坐标，形成关于所述测温点的位置和温度的三维空间坐标；
以预设标准温度，平行于所述二维平面坐标对温度维度进行切片，得到温度切面；
根据所述温度切面的参数变化，对与所述温度切面所对应的待测容器的位置进行侵蚀程度预测；其中，包括：以预设周期为时间间隔获取所述温度切面上的细分空间节点；
如果相邻的预设周期的前一预设周期对应的温度切面上的细分空间节点在后一预设周期对应的温度切面上出现的量达到预设连续温度切面判定值大于等于M，则将后一预设周期对应的温度切面作为连续温度切面；
对所述连续温度切面进行时序跟踪，获取连续跟踪数大于等于N个预设周期的连续温度切面；
按照获取连续温度切面的时间顺序，对大于等于N个连续温度切面的参数变化进行分析，得到所述连续温度切面所对应的所述待测容器的位置的侵蚀程度预测的结果；
根据所述侵蚀程度预测的结果，按照预定警示规则，进行警示提示；其中，所述预定警示规则包括器壁烧穿报警规则；其中，
所述器壁烧穿报警规则为：
在连续跟踪数大于等于N个预设周期内，当所述连续温度切面的参数变化为：切面内各细分空间节点平均温度的增大速率和切面内细分空间节点最高温度的增大速率都呈增大趋势时，给出器壁烧穿报警的警示提示。
2.根据权利要求1所述的高温作业容器侵蚀程度监控方法，其特征在于，
所述测温点的温度通过热电偶或红外设备或热电偶与红外设备结合的方式获得。
3.根据权利要求1所述的高温作业容器侵蚀程度监控方法，其特征在于，
在以预设标准温度，平行于所述二维平面坐标对温度维度进行切片之前，还包括：
在所述三维空间坐标上，以所述测温点的位置为依据进行细分空间节点；
根据所述测温点的温度，以插值法获取所述细分空间节点的温度值；
建立所述细分空间节点的三维空间坐标的相邻节点关系，使每个所述细分空间节点均有上、下、左、右四个相邻的细分空间节点。
4.根据权利要求3所述的高温作业容器侵蚀程度监控方法，其特征在于，
所述插值法为线性插值法。
5.根据权利要求1所述的高温作业容器侵蚀程度监控方法，其特征在于，对所述连续温度切面进行时序跟踪，包括：
以上一预设周期的温度切面的细分空间节点中的中心节点为跟踪起点，实施对本预设周期的温度切面的跟踪；
当所述跟踪起点的温度小于所述标准温度时，停止跟踪所述本预设周期的温度切面；
当所述跟踪起点的温度不小于所述标准温度时，以所述跟踪起点为基点从与其相邻区域内的细分空间节点中选取温度大于所述标准温度的细分空间节点，从而得到本预设周期的温度切面。
6.根据权利要求1所述的高温作业容器侵蚀程度监控方法，其特征在于，
所述连续温度切面的参数包括：切面的面积、切面的平均半径、切面内各细分空间节点的平均温度和切面内细分空间节点的最高温度。
7.根据权利要求1所述的高温作业容器侵蚀程度监控方法，其特征在于，
所述M等于50％；和/或，
所述N等于10。
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