CN111961777B - 高炉料面形状在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及炼铁高炉可视化技术领域，提出了一种高炉料面形状在线监测系统，包括连接体，具有第一容气腔、第一入气口和第一出气口，第一入气口和第一出气口均与第一容气腔连通且形成第一冷却风道；安装体，与连接体连接，安装体具有第二容气腔、容水腔、第二入气口、第二出气口、入水口和出水口，第二入气口和第二出气口均与第二容气腔连通且形成第二冷却风道，入水口和出水口均与容水腔连通且形成冷却水道，容水腔包裹第二容气腔的一部分，第一出气口与第二容气腔连通；固定架，设于第二出气口处，用于固定激光器，激光器一部分位于第一冷却风道内，另一部分位于第二冷却风道内。通过上述技术方案，解决了激光器冷却设备复杂且冷却成本高的问题。

Description

高炉料面形状在线监测系统

技术领域

本发明涉及炼铁高炉可视化技术领域，具体的，涉及高炉料面形状在线监测系统。

背景技术

为提高炼铁效益，增加钢铁产量，解决恶劣环境下的炼铁高炉内部的可视化问题，因此开发出了可以将高炉内部情况数据化的高炉料面形状在线监控系统。高炉料面形状在线监控系统可以实时得到炼铁高炉内某一径向方向的精确炼铁原料表面的形状并能通过该原料表面形状获取实时的料面的位移、平台宽度等对高炉布料具有参考价值的准确数据，根据测量的数据结合系统内部的分析功能，从而获得实时的高炉内原料表面形状和原料的走向。由于其中涉及到了激光器，并且激光器的发热引起激光器内部器件温度及应力分布变化，改变激光晶体的折射率和膨胀系数，产生热透镜效应，导致激光器输出光束质量降低，减小激光器寿命。热应力过大将导致激光晶体炸裂，严重影响激光器的安全性及可靠性。激光器的输入功率越大，热效应也越严重。目前，随着激光先进制造技术的发展，激光器的制造要求越来越高。散热问题已成为制约高功率激光器的关键技术之一，现有的激光器通常采用水冷、风冷或两个冷却方式的结合进行冷却，在水冷加风冷的系统中，现有的设备结构比较复杂，并且冷却成本高。

发明内容

本发明提出高炉料面形状在线监测系统，解决了激光器冷却设备复杂且冷却成本高的问题。

本发明的技术方案如下：一种高炉料面形状在线监测系统，包括：超强红外激光扫描系统、数字摄像系统、计算机系统和激光器冷却系统，其特征在于，所述激光器冷却系统包括：

连接体，具有第一容气腔、第一入气口和第一出气口，所述第一入气口和所述第一出气口均与所述第一容气腔连通且形成第一冷却风道；

安装体，与所述连接体连接，所述安装体具有第二容气腔、容水腔、第二入气口、第二出气口、入水口和出水口，所述第二入气口和所述第二出气口均与所述第二容气腔连通且形成第二冷却风道，所述入水口和所述出水口均与所述容水腔连通且形成冷却水道，所述容水腔包裹所述第二容气腔的一部分，所述第一出气口与所述第二容气腔连通；以及

固定架，设于所述第二出气口处，用于固定激光器，所述激光器一部分位于所述第一冷却风道内，另一部分位于所述第二冷却风道内。

作为进一步的技术方案，所述连接体包括：

连接筒，所述第一容气腔、所述第一入气口和所述第一出气口均开设于所述筒体上；和

接线帽，与所述连接筒一端螺纹连接，所述连接筒的另一端穿入所述第二容气腔内且所述第一出气口位于此端。

作为进一步的技术方案，所述安装体外形呈阶梯圆柱状，所述第二容气腔呈圆柱状。

作为进一步的技术方案，所述第一出气口和所述第二出气口均为圆孔且同轴设置。

作为进一步的技术方案，所述连接体还包括连接板，所述连接板设于所述连接筒的外部，所述安装体设置有安装板，所述安装板连接所述连接板。

作为进一步的技术方案，所述固定架包括：

圆环，设于所述第二出气口处，所述激光器穿设于所述圆环内；和

固定板，一端与所述圆环连接，另一端与所述第二出气口的内壁连接。

作为进一步的技术方案，所述固定板为两个且对称设置。

作为进一步的技术方案，所述激光器冷却系统还包括喷头和吸水棉，所述安装体还开设有透水孔，所述透水孔连通所述第二容气腔和所述容水腔，所述喷头设于所述入水口处，所述透水孔相对所述喷头的出水孔设置，所述吸水棉位于所述第二容气腔内。

作为进一步的技术方案，所述透水孔为多个且直径均为1-3mm。

作为进一步的技术方案，多个所述透水孔沿圆周均匀设置。

本发明的工作原理及有益效果为：与现有技术相比，第一入气口和第一出气口均开设在连接体上，并且连接体内部开设了第一容气腔，第一入气口和第一出气口均与第一容气腔连通，第一入气口、第一容气腔和第一出气口形成第一冷却风道，第一入气口与带压气源连通，气体从第一入气口进入到第一容气腔内，然后再从第一出气口出去，由于激光器一部分设置在第一冷却风道内，因此能对激光器的一部分进行风冷，安装体与连接体连接，安装体包括了第二容气腔和容水腔，容水腔包裹第二容气腔的大部分，第二入气口和第二出气口均与第二容气腔连通，并且三者形成第二冷却风道，由于激光器的另一部分设置在第二冷却风道内，因此能对激光器的另一部分进行风冷，这样就能对使用不同温度的风对激光器进行冷却，当向两个冷却风道之间充入相同温度的风时，由于第二冷却风道与容水腔被导热性优良的物质隔开，因此进入到第二冷却风道的风温度更低，即第一冷却风道内的风对激光器进行初步的冷却，第二冷却风道内的风对激光器进行进一步的冷却，这样能避免激光器本身由于温度波动范围大而对自身的工作产生影响；由于入水口和出水口均与容水腔连通，并且三者之间形成了冷却水道，冷却水道内的水是流动的，因此，冷却水道在给第二冷却风道内的风降温的同时，还能带走一部分安装体自身的热量，这一部分热量是由激光器自身通过连接件传递给安装体。

本发明提供的高炉料面形状在线监测系统，不仅能对激光器进行风冷，还能对激光器进行梯度降温，避免激光器由于温度波动大而引起的激光器自身不稳定，并且还设置了水冷的方式对激光器的固定部件进行冷却，最终不仅对激光器起到了风冷加水冷的效果，还提供的梯度降温的效果。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的高炉料面形状在线监测系统等轴测的结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图2中Ⅰ处的局部视图；

图4为图1的仰视图；

图5为图2加上喷头和吸水棉后的剖视图；

图6为图5中Ⅱ处的局部视图；

图7为实施例2中穿透孔处的局部视图。

图中：

1、连接体；2、安装体；3、固定架；4、激光器；5、喷头；6、吸水棉；

11、第一容气腔；12、第一入气口；13、第一出气口；14、连接筒；15、接线帽；16、连接板；21、第二容气腔；22、容水腔；23、第二入气口；24、第二出气口；25、入水口；26、出水口；27、安装板；28、透水孔；31、圆环；32、固定板；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。

实施例1

如图1～图4所示，本实施例提出了一种高炉料面形状在线监测系统，包括：超强红外激光扫描系统、数字摄像系统、计算机系统和激光器冷却系统，其特征在于，所述激光器冷却系统包括：

连接体1，具有第一容气腔11、第一入气口12和第一出气口13，第一入气口12和第一出气口13均与第一容气腔11连通且形成第一冷却风道；

安装体2，与连接体1连接，安装体2具有第二容气腔21、容水腔22、第二入气口23、第二出气口24、入水口25和出水口26，第二入气口23和第二出气口24均与第二容气腔21连通且形成第二冷却风道，入水口25和出水口26均与容水腔22连通且形成冷却水道，容水腔22包裹第二容气腔21的一部分，第一出气口13与第二容气腔21连通；以及

固定架3，设于第二出气口24处，用于固定激光器4，激光器4一部分位于第一冷却风道内，另一部分位于第二冷却风道内。

本实施例中，超强红外线扫描系统能够对高炉内部的结构进行扫面，数字摄像系统能对高炉内部的结构进行拍摄，计算机系统能将超强红外线扫描系统和数字摄像系统传递来的信号做处理，激光冷却系统能对激光器进行冷却。其中，第一入气口12和第一出气口13均开设在连接体1上，并且连接体1内部开设了第一容气腔11，第一入气口12和第一出气口13均与第一容气腔11连通，第一入气口12、第一容气腔11和第一出气口13形成第一冷却风道，第一入气口12与带压气源连通，气体从第一入气口12进入到第一容气腔11内，然后再从第一出气口13出去，由于激光器4一部分设置在第一冷却风道内，因此能对激光器4的一部分进行风冷，安装体2与连接体1连接，安装体2包括了第二容气腔21和容水腔22，容水腔22包裹第二容气腔21的大部分，第二入气口23和第二出气口24均与第二容气腔21连通，并且三者形成第二冷却风道，由于激光器4的另一部分设置在第二冷却风道内，因此能对激光器4的另一部分进行风冷，这样就能对使用不同温度的风对激光器4进行冷却，当向两个冷却风道之间充入相同温度的风时，由于第二冷却风道与容水腔22被导热性优良的物质隔开，因此进入到第二冷却风道的风温度更低，即第一冷却风道内的风对激光器4进行初步的冷却，第二冷却风道内的风对激光器4进行进一步的冷却，这样能避免激光器4本身由于温度波动范围大而对自身的工作产生影响；由于入水口25和出水口26均与容水腔22连通，并且三者之间形成了冷却水道，冷却水道内的水是流动的，因此，冷却水道在给第二冷却风道内的风降温的同时，还能带走一部分安装体2自身的热量，这一部分热量是由激光器4自身通过连接件传递给安装体2。

本发明提供的激光器4的冷却系统，不仅能对激光器4进行风冷，还能对激光器4进行梯度降温，避免激光器4由于温度波动大而引起的激光器4自身不稳定，并且还设置了水冷的方式对激光器4的固定部件进行冷却，最终不仅对激光器4起到了风冷加水冷的效果，还提供的梯度降温的效果。

如图2所示，基于与上述实施例1相同的构思，本实施例还提出了连接体1包括：

连接筒14，第一容气腔11、第一入气口12和第一出气口13均开设于筒体上；和

接线帽15，与连接筒14一端螺纹连接，连接筒14的另一端穿入第二容气腔21内且第一出气口13位于此端。

本实施例中，连接体1包括连接筒14和接线帽15，连接筒14的一端与接线帽15螺纹连接，另一端为第一出气口13，第一容气腔11为连接筒14的内部空间，第一入气口12设置在连接筒14的侧壁上，连接筒14的一部分探入到第二容气腔21内，这样就能保证激光器4能有一部分位于第一冷却风道内，并最后能保证第一冷却风道的风能对激光器4进行风冷。

如图1～图2所示，基于与上述实施例1相同的构思，本实施例还提出了安装体2外形呈阶梯圆柱状，第二容气腔21呈圆柱状。

本实施例中，安装体2的外形呈现阶梯圆柱状，即从外观上看，安装体2由两个圆柱同轴设置，一个为大直径圆柱，另一个为小直径圆柱，在安装体2的内部设置圆柱状的内腔，此内腔作为第二容气腔21，为了实现容水腔22可以包裹第二容气腔21的大部分，可以将第二容气腔21的直径设置的比小直径圆柱的直径小，并且将容水腔22设置成圆筒状，圆筒状的容水腔22的内径比第二容气腔21的直径大，外径比大直径圆柱的直径小。

如图2～图3所示，基于与上述实施例1相同的构思，本实施例还提出了第一出气口13和第二出气口24均为圆孔且同轴设置。

本实施例中，将第一出气口13和第二出气口24均设置成圆孔，并且同轴设置，然后将激光器4同时穿过第一出气口13和第二出气口24，这样就能保证激光器4同时受到第一冷却风道和第二冷却风道对激光器4起到冷却的作用，为了保证第一冷却风道内的风不会对第二冷却风道内风产生较大的影响，可以将第一出气口13与第二出气口24设置成接近的方式，即通过连接筒14有一部分探入到第二容气腔21内形成。

如图1所示，基于与上述实施例1相同的构思，本实施例还提出了连接体1还包括连接板16，连接板16设于连接筒14的外部，安装体2设置有安装板27，安装板27连接连接板16。

本实施例中，连接体1还包括了连接板16，连接板16设置在连接筒14的外部，安装体2上设置了安装板27，安装板27与连接板16通过螺栓螺母的连接方式固定到一起，这样就能实现安装体2和连接体1的可拆卸的方式进行连接，进而起到了降低连接体1和安装体2制造难度和成本的效果。

如图3～图4所示，基于与上述实施例1相同的构思，本实施例还提出了固定架3包括：

圆环31，设于第二出气口24处，激光器4穿设于圆环31内；和

固定板32，一端与圆环31连接，另一端与第二出气口24的内壁连接。

本实施例中，固定架3包括圆环31和固定板32，圆环31设置在第二出气口24处，激光器4可以穿设在圆环31上，这样就能保证对激光器4起到固定的作用，激光器4的光束可以穿过第二出气口24，固定板32一端与圆环31固定连接，另一端固定连接在安装体2上，即另一端与第二出气口24的内壁连接。

如图3～图4所示，基于与上述实施例1相同的构思，本实施例还提出了固定板32为两个且对称设置。

本实施例中，将固定板32设置成两个，并且呈圆周均布的形式设置，这样可以实现圆环31稳定的固定，并最终能对激光器4起到稳定加固的作用，由于固定板32设置在第二出气口24处，这样的设置形式还能降低对第二冷却风道内风流动的影响。

实施例2

如图5～图7所示，本实施例还提出了喷头5和吸水棉6，安装体2还开设有透水孔28，透水孔28连通第二容气腔21和容水腔22，喷头5设于入水口25处，透水孔28相对喷头5的出水孔设置，吸水棉6位于第二容气腔21内。

本实施例中，在入水口25处设置了喷头5，在第二容气腔21内设置了吸水棉6，安装体2内开设了透水孔28，透水孔28连通第二容气腔21和容水腔22，冷却水道内的水从喷头5喷入到容水腔22内，透水孔28相对喷头5设置，这样就能保证喷头5内的喷出来的水在一定压力下进入到第二容气腔21内，并且被吸水棉6吸收，由于第二容气腔21内经过风，风经过吸水棉6的表面时，可以带走少量的水，进而在风内形成水蒸气，当这样的风吹到激光器4上时，能对激光器4起到更加的冷却效果，为了保证不会有大量的水蒸气与激光器4接触，可以将吸水棉6选择为吸水性高的材料。

基于与上述实施例2相同的构思，本实施例还提出了透水孔28为多个且直径均为1-3mm。

本实施例中，由于喷头5喷出的水雾中的水滴的直径比较小，因此将透水孔28的直径设置成1-3mm，这样既能保证水可以从容水腔22进入到第二容气腔21内，被吸水棉6吸收，又能保证不会有大量的水流入到第二容气腔21内，影响了激光器4的工作。

如图7所示，基于与上述实施例2相同的构思，本实施例还提出了多个透水孔28沿圆周均匀设置。

本实施例中，多个透水孔28设置成圆周均布的形式，并且将多个透水孔28都设置在喷头5喷出水雾的范围内，这样能保证当一个透水孔28被堵塞后，其他透水孔28还能保证由水进入到第二容气腔21内。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高炉料面形状在线监测系统，包括：超强红外激光扫描系统、数字摄像系统、计算机系统和激光器冷却系统，其特征在于，所述激光器冷却系统包括：

连接体(1)，具有第一容气腔(11)、第一入气口(12)和第一出气口(13)，所述第一入气口(12)和所述第一出气口(13)均与所述第一容气腔(11)连通且形成第一冷却风道；

安装体(2)，与所述连接体(1)连接，所述安装体(2)具有第二容气腔(21)、容水腔(22)、第二入气口(23)、第二出气口(24)、入水口(25)和出水口(26)，所述第二入气口(23)和所述第二出气口(24)均与所述第二容气腔(21)连通且形成第二冷却风道，所述入水口(25)和所述出水口(26)均与所述容水腔(22)连通且形成冷却水道，所述容水腔(22)包裹所述第二容气腔(21)的一部分，所述第一出气口(13)与所述第二容气腔(21)连通；以及

固定架(3)，设于所述第二出气口(24)处，用于固定激光器(4)，所述激光器(4)一部分位于所述第一冷却风道内，另一部分位于所述第二冷却风道内。

2.根据权利要求1所述的高炉料面形状在线监测系统，其特征在于，所述连接体(1)包括：

连接筒(14)，所述第一容气腔(11)、所述第一入气口(12)和所述第一出气口(13)均开设于筒体上；和

接线帽(15)，与所述连接筒(14)一端螺纹连接，所述连接筒(14)的另一端穿入所述第二容气腔(21)内且所述第一出气口(13)位于此端。

3.根据权利要求2所述的高炉料面形状在线监测系统，其特征在于，所述安装体(2)外形呈阶梯圆柱状，所述第二容气腔(21)呈圆柱状。

4.根据权利要求3所述的高炉料面形状在线监测系统，其特征在于，所述第一出气口(13)和所述第二出气口(24)均为圆孔且同轴设置。

5.根据权利要求4所述的高炉料面形状在线监测系统，其特征在于，所述连接体(1)还包括连接板(16)，所述连接板(16)设于所述连接筒(14)的外部，所述安装体(2)设置有安装板(27)，所述安装板(27)连接所述连接板(16)。

6.根据权利要求1所述的高炉料面形状在线监测系统，其特征在于，所述固定架(3)包括：

圆环(31)，设于所述第二出气口(24)处，所述激光器(4)穿设于所述圆环(31)内；和

固定板(32)，一端与所述圆环(31)连接，另一端与所述第二出气口(24)的内壁连接。

7.根据权利要求6所述的高炉料面形状在线监测系统，其特征在于，所述固定板(32)为两个且对称设置。

8.根据权利要求1所述的高炉料面形状在线监测系统，其特征在于，所述激光器冷却系统还包括喷头(5)和吸水棉(6)，所述安装体(2)还开设有透水孔(28)，所述透水孔(28)连通所述第二容气腔(21)和所述容水腔(22)，所述喷头(5)设于所述入水口(25)处，所述透水孔(28)相对所述喷头(5)的出水孔设置，所述吸水棉(6)位于所述第二容气腔(21)内。

9.根据权利要求8所述的高炉料面形状在线监测系统，其特征在于，所述透水孔(28)为多个且直径均为1-3mm。

10.根据权利要求9所述的高炉料面形状在线监测系统，其特征在于，多个所述透水孔(28)沿圆周均匀设置。

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