CN113155072A - 一种球团回转窑结圈料厚度的在线检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种球团回转窑结圈料厚度的在线检测方法，对回转窑的炉皮温度进行连续测温，得到温度值一；对回转窑的窑内温度进行间断性测温，得到温度值二；回转窑维修后初次投入使用时标记为状态一，之后回转窑运行一段时间后标记为状态二，分别测量状态一下的温度值一、温度值二及状态二下的温度值一、温度值二，将各温度值导入热流强度计算公式：Q＝h(dT/dL)，进而通过引入修改系数λ对热流强度进行修正，测得结圈料厚度。本发明可在不停炉的状态下对回转窑状况进行在线监测，节省了人力和财力，且简单易行，操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及球团生产技术领域，尤其涉及一种球团回转窑结圈料厚度的在线检测方法。
背景技术
球团回转窑在生产过程中，由于回转窑内表面的耐火材料表面粗糙、球团粉末含量高、膨润土等添加量高、球团预热不充分等原因，在高温条件下，从球团表面脱落的粉末及低熔点物质容易粘附在耐火材料表面，随着回转窑的回转运动，在回转窑内沿圆周方向形成一圈粘结物质(主要由低熔点的橄榄石相和再结晶的赤铁矿组成)，称为结圈料，需要定期进行清理。
结圈现象发生后，在回转窑内部可形成50mm～600mm厚的由再结晶赤铁矿组成的致密结圈料，使回转窑的自重增加，回转窑传动电机的负荷增大，从而增加了能耗；以200万吨球团回转窑为例，回转窑传动电机的电流会增加40～50A，且结圈料在回转窑内的分布具有不均匀性，导致窑体受力不均，并引起窑体变形。
结圈料积累到一定程度后，在受到物料冲击或人为降温除圈时，大块结圈料会脱落，对窑内的耐火材料造成破坏，最少减薄20～30mm，严重时耐火材料会随着结圈料一起脱落，甚至造成红窑，被迫停窑检修，导致休风率增加，产率降低，产量下降，成本增加，效益降低。
燃烧带是回转窑内的高温区所在，也是发生结圈现象最主要的部位。在此区域发生结圈，会缩小回转窑的断面面积、增加气体及物料的运动阻力，且结圈还会像遮热板一样，使得燃烧带的热不能辐射到回转窑的冷端，并使燃烧带温度进一步升高，使该带衬料的工作条件进一步恶化。
回转窑结圈是耐火材料破损的一个最主要因素，同时也是给生产顺行带来不利影响的主要因素，因此，日常球团生产时，一般每50～70天进行一次检修，主要任务就是排除结圈料。
为掌握氧化球团回转窑内的结圈情况，需要对回转窑结圈状态进行实时监测，然而目前还没有对回转窑结圈进行实时监测的先例，现有技术大多只是通过对回转窑外表面温度进行测量，以此来估计窑内的结圈情况，但此方法无法准确了解结圈料的具体厚度，且无法得知结圈料的厚度变化趋势。
发明内容
本发明提供了一种球团回转窑结圈料厚度的在线检测方法，利用红外热像仪对回转窑进行炉皮表面测温，结合不同部位的内部温度分布，采用导热系数插值的方式，根据热流强度径向相等的原则，测得结圈料厚度；可在不停炉的状态下对回转窑状况进行在线监测，节省了人力和财力，且简单易行，操作方便。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，对回转窑的炉皮温度进行连续测温，得到温度值一；对回转窑的窑内温度进行间断性测温，得到温度值二；回转窑维修后初次投入使用时标记为状态一，之后回转窑运行一段时间后标记为状态二，分别测量状态一下的温度值一、温度值二及状态二下的温度值一、温度值二，将各温度值导入热流强度计算公式：Q＝h(dT/dL)，式中Q为热流强度，单位w/m2，h为导热系数，单位w/m·k，dT为温差，单位k，dL为距离，单位m；进而通过引入修改系数λ对热流强度进行修正，得到结圈料厚度。
一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，具体过程如下：
(1)网格划分：
自窑头到窑尾对回转窑沿长度方向进行均值网格划分，将其平均分为n段，得到n+1个节点；
(2)测量回转窑的炉皮温度Tout和Tout＇：
测量状态一和状态二下的回转窑炉皮温度，即Tout和Tout＇，状态一下各节点炉皮温度值记为：Tout＝{Tout1,Tout2…Tout(n+1)}，状态二下各节点炉皮温度值记为Tout＇＝{Tout1＇,Tout2＇…Tout(n+1)＇}；
(2)测量回转窑的窑内温度Tin和Tin＇：
测量状态一和状态二下，回转窑窑内沿长度方向不同部位的k个非连续温度，状态一下的窑内各部位温度值记为tin＝{tin1,tin2…tink}，状态二下的窑内各部位温度值值记为tin＇＝{tin1＇,tin2＇…tink＇}；将各部位温度值进行插值计算后，得到对应回转窑各节点的窑内温度值，并将状态一下对应各节点的窑内温度值记为：Tin＝{Tin1,Tin2…Tin(n+1)}，将状态二下对应各节点的窑内温度值记为：Tin＇＝{Tin1＇,Tin2＇…Tin(n+1)＇}；
(3)状态一下回转窑的热流强度Q＇：
状态一下，回转窑的结圈料厚度为0，炉衬厚度为difffix，各节点的炉衬厚度记为difffix＝{difffix1,difffix2…difffix(n+1)}，炉衬的导热系数为h1，则回转窑热流强度Q＇＝h1×(Tin-Tout)÷difffix，对应各节点的回转窑热流强度记为：Q＇＝{Q＇1,Q＇2…Q＇(n+1)}，其中节点i处的热流强度Q＇i＝h1×(Tin(i)-Tout(i))÷difffix(i)(i∈n)；
(4)状态二下回转窑的热流强度Q＂：
状态二下，回转窑的热流强度Q＂＝λ×Q＇，其中λ为修正系数，与温度有关，各节点的热流强度记为Q＂＝{Q1＂,Q2＂…Q(n+1)＂}，其中节点i处的热流强度Qi＂＝λ(i)×Q＇(i)(i∈n)；
(5)计算状态二下结圈料同耐材结合点的温度Tmid：
Tmid＝Tout＇+Q＂×difffix÷h1，对应各节点，记为Tmid＝{Tmid 1,Tmid 2…Tmid(n+1)}，其中节点i处的结合点温度Tmid＇(i)＝Tout＇(i)+Q＂(i)×difffix(i)÷h1(i∈n)；
(6)计算状态二下的回转窑结圈厚度D：
D＝(Tin＇-Tmid)×h2÷Q＂，对应各节点，记为D＝{D1,D 2…D(n+1)}；其中节点i处的结圈厚度D＇(i)＝(Tin＇(i)-Tmid(i))×h2÷Q＂(i)(i∈n)，h2为结圈料的导热系数。
一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，采用量程为0～650℃的低温红外热像仪测量炉皮温度，并且低温红外热像仪与炉皮间的测量距离不超过2m；炉皮测温部位为回转窑非球团填充区域，即回转窑运行中该测温部位的内表面没有球团。
一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，采用回转窑自带的热电偶或量程为0～1600℃的高温红外热像仪测量回转窑的窑内温度。
所述插值，是根据已经获得的窑内各部位温度值，采用拉格朗日、Spine、Cubic、多项式插值方法，计算出回转窑沿长度方向的内部温度分布。
所述炉衬的导热系数h1和结圈料的导热系数h2，是关于温度的变值，根据实验获得离散数据进行插值求得，或根据经验估算。
所述修正系数λ的取值取决于两种状态下的炉皮温差Tout-Tout＇，当炉皮温差＜30℃时，λ＝0.98；当30℃≤炉皮温差＜50℃时，λ＝0.95；当50℃≤炉皮温差＜80℃时，λ＝0.90；当80℃≤炉皮温差＜150℃时，λ＝0.84。
当回转窑的窑内温度低于1000℃时，结圈料厚度计为0。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
利用红外热像仪对回转窑进行炉皮表面测温，结合不同部位的内部温度分布，采用导热系数插值的方式，根据热流强度径向相等的原则，测得结圈料厚度；可在不停炉的状态下对回转窑状况进行在线监测，节省了人力和财力，且简单易行，操作方便。
具体实施方式
本发明所述一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，对回转窑的炉皮温度进行连续测温，得到温度值一；对回转窑的窑内温度进行间断性测温，得到温度值二；回转窑维修后初次投入使用时标记为状态一，之后回转窑运行一段时间后标记为状态二，分别测量状态一下的温度值一、温度值二及状态二下的温度值一、温度值二，将各温度值导入热流强度计算公式：Q＝h(dT/dL)，式中Q为热流强度，单位w/m2，h为导热系数，单位w/m·k，dT为温差，单位k，dL为距离，单位m；进而通过引入修改系数λ对热流强度进行修正，得到结圈料厚度。
一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，具体过程如下：
(1)网格划分：
自窑头到窑尾对回转窑沿长度方向进行均值网格划分，将其平均分为n段，得到n+1个节点；
(2)测量回转窑的炉皮温度Tout和Tout＇：
测量状态一和状态二下的回转窑炉皮温度，即Tout和Tout＇，状态一下各节点炉皮温度值记为：Tout＝{Tout1,Tout2…Tout(n+1)}，状态二下各节点炉皮温度值记为Tout＇＝{Tout1＇,Tout2＇…Tout(n+1)＇}；
(2)测量回转窑的窑内温度Tin和Tin＇：
测量状态一和状态二下，回转窑窑内沿长度方向不同部位的k个非连续温度，状态一下的窑内各部位温度值记为tin＝{tin1,tin2…tink}，状态二下的窑内各部位温度值值记为tin＇＝{tin1＇,tin2＇…tink＇}；将各部位温度值进行插值计算后，得到对应回转窑各节点的窑内温度值，并将状态一下对应各节点的窑内温度值记为：Tin＝{Tin1,Tin2…Tin(n+1)}，将状态二下对应各节点的窑内温度值记为：Tin＇＝{Tin1＇,Tin2＇…Tin(n+1)＇}；
(3)状态一下回转窑的热流强度Q＇：
状态一下，回转窑的结圈料厚度为0，炉衬厚度为difffix，各节点的炉衬厚度记为difffix＝{difffix1,difffix2…difffix(n+1)}，炉衬的导热系数为h1，则回转窑热流强度Q＇＝h1×(Tin-Tout)÷difffix，对应各节点的回转窑热流强度记为：Q＇＝{Q＇1,Q＇2…Q＇(n+1)}，其中节点i处的热流强度Q＇i＝h1×(Tin(i)-Tout(i))÷difffix(i)(i∈n)；
(4)状态二下回转窑的热流强度Q＂：
状态二下，回转窑的热流强度Q＂＝λ×Q＇，其中λ为修正系数，与温度有关，各节点的热流强度记为Q＂＝{Q1＂,Q2＂…Q(n+1)＂}，其中节点i处的热流强度Qi＂＝λ(i)×Q＇(i)(i∈n)；
(5)计算状态二下结圈料同耐材结合点的温度Tmid：
Tmid＝Tout＇+Q＂×difffix÷h1，对应各节点，记为Tmid＝{Tmid 1,Tmid 2…Tmid(n+1)}，其中节点i处的结合点温度Tmid＇(i)＝Tout＇(i)+Q＂(i)×difffix(i)÷h1(i∈n)；
(7)计算状态二下的回转窑结圈厚度D：
D＝(Tin＇-Tmid)×h2÷Q＂，对应各节点，记为D＝{D1,D 2…D(n+1)}；其中节点i处的结圈厚度D＇(i)＝(Tin＇(i)-Tmid(i))×h2÷Q＂(i)(i∈n)，h2为结圈料的导热系数。
一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，采用量程为0～650℃的低温红外热像仪测量炉皮温度，并且低温红外热像仪与炉皮间的测量距离不超过2m；炉皮测温部位为回转窑非球团填充区域，即回转窑运行中该测温部位的内表面没有球团。
一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，采用回转窑自带的热电偶或量程为0～1600℃的高温红外热像仪测量回转窑的窑内温度。
所述插值，是根据已经获得的窑内各部位温度值，采用拉格朗日、Spine、Cubic、多项式插值方法，计算出回转窑沿长度方向的内部温度分布。
所述炉衬的导热系数h1和结圈料的导热系数h2，是关于温度的变值，根据实验获得离散数据进行插值求得，或根据经验估算。
所述修正系数λ的取值取决于两种状态下的炉皮温差Tout-Tout＇，当炉皮温差＜30℃时，λ＝0.98；当30℃≤炉皮温差＜50℃时，λ＝0.95；当50℃≤炉皮温差＜80℃时，λ＝0.90；当80℃≤炉皮温差＜150℃时，λ＝0.84。
当回转窑的窑内温度低于1000℃时，结圈料厚度计为0。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例】
本实施例以200万吨球团生产线为例，对回转窑的结圈料厚度进行在线检测。
回转窑检修后初次投入使用时，测得回转窑的内部温度Tin＝1280℃，炉皮温度Tout＝330℃。
回转窑内壁的耐火炉衬为高铝预制水泥砖，导热系数h1取值为1.75(单位W/mk)，厚度difffix＝280mm。
结圈料的导热系数h2取值为3.431(单位W/mk)。
回转窑运转50天后，测得回转窑炉皮温度Tout’＝234℃。
回转窑检修后初次投入使用时(即状态一下)的热流强度：Q＇＝h1×(Tin-Tout)/difffix＝1.75×(1280-330)/280＝5.93(W)；
本实施例中，两种状态下的炉皮温差为330-234＝96℃，因此，λ＝0.84；回转窑运转50天后(即状态二下)的热流强度：Q＂＝λ×Q＇＝0.84×5.93＝4.98(W)；
炉衬内侧(预制砖和结圈料间结合点)温度：
Tmid＝Tout’+Q＂×difffix/h1＝234+4.98×280/1.75＝1030.8(℃)
结圈料厚度为：
D2＝(Tin-Tmid)×h2÷Q＂＝(1280-1030.8)×3.431÷4.98＝171.7mm
即结圈料厚度为171.7mm。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，其特征在于,对回转窑的炉皮温度进行连续测温，得到温度值一；对回转窑的窑内温度进行间断性测温，得到温度值二；回转窑维修后初次投入使用时标记为状态一，之后回转窑运行一段时间后标记为状态二，分别测量状态一下的温度值一、温度值二及状态二下的温度值一、温度值二，将各温度值导入热流强度计算公式：Q＝h(dT/dL)，式中Q为热流强度，单位w/m2，h为导热系数，单位w/m·k，dT为温差，单位k，dL为距离，单位m；进而通过引入修改系数λ对热流强度进行修正，得到结圈料厚度。
2.根据权利要求1所述一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，其特征在于,具体过程如下：
(1)网格划分：
自窑头到窑尾对回转窑沿长度方向进行均值网格划分，将其平均分为n段，得到n+1个节点；
(2)测量回转窑的炉皮温度Tout和Tout＇：
测量状态一和状态二下的回转窑炉皮温度，即Tout和Tout＇，状态一下各节点炉皮温度值记为：Tout＝{Tout1,Tout2…Tout(n+1)}，状态二下各节点炉皮温度值记为Tout＇＝{Tout1＇,Tout2＇…Tout(n+1)＇}；
(2)测量回转窑的窑内温度Tin和Tin＇：
测量状态一和状态二下，回转窑窑内沿长度方向不同部位的k个非连续温度，状态一下的窑内各部位温度值记为tin＝{tin1,tin2…tink}，状态二下的窑内各部位温度值值记为tin＇＝{tin1＇,tin2＇…tink＇}；将各部位温度值进行插值计算后，得到对应回转窑各节点的窑内温度值，并将状态一下对应各节点的窑内温度值记为：Tin＝{Tin1,Tin2…Tin(n+1)}，将状态二下对应各节点的窑内温度值记为：Tin＇＝{Tin1＇,Tin2＇…Tin(n+1)＇}；
(3)状态一下回转窑的热流强度Q＇：
状态一下，回转窑的结圈料厚度为0，炉衬厚度为difffix，各节点的炉衬厚度记为difffix＝{difffix1,difffix2…difffix(n+1)}，炉衬的导热系数为h1，则回转窑热流强度Q＇＝h1×(Tin-Tout)÷difffix，对应各节点的回转窑热流强度记为：Q＇＝{Q＇1,Q＇2…Q＇(n+1)}，其中节点i处的热流强度Q＇i＝h1×(Tin(i)-Tout(i))÷difffix(i)(i∈n)；
(4)状态二下回转窑的热流强度Q＂：
状态二下，回转窑的热流强度Q＂＝λ×Q＇，其中λ为修正系数，与温度有关，各节点的热流强度记为Q＂＝{Q1＂,Q2＂…Q(n+1)＂}，其中节点i处的热流强度Qi＂＝λ(i)×Q＇(i)(i∈n)；
(5)计算状态二下结圈料同耐材结合点的温度Tmid：
Tmid＝Tout＇+Q＂×difffix÷h1，对应各节点，记为Tmid＝{Tmid 1,Tmid 2…Tmid(n+1)}，其中节点i处的结合点温度Tmid＇(i)＝Tout＇(i)+Q＂(i)×difffix(i)÷h1(i∈n)；
(6)计算状态二下的回转窑结圈厚度D：
D＝(Tin＇-Tmid)×h2÷Q＂，对应各节点，记为D＝{D1,D2…D(n+1)}；其中节点i处的结圈厚度D＇(i)＝(Tin＇(i)-Tmid(i))×h2÷Q＂(i)(i∈n)，h2为结圈料的导热系数。
3.如权利要求2所述一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，其特征在于，采用量程为0～650℃的低温红外热像仪测量炉皮温度，并且低温红外热像仪与炉皮间的测量距离不超过2m；炉皮测温部位为回转窑非球团填充区域，即回转窑运行中该测温部位的内表面没有球团。
4.如权利要求2所述一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，其特征在于，采用回转窑自带的热电偶或量程为0～1600℃的高温红外热像仪测量回转窑的窑内温度。
5.如权利要求2所述一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，其特征在于，所述插值，是根据已经获得的窑内各部位温度值，采用拉格朗日、Spine、Cubic、多项式插值方法，计算出回转窑沿长度方向的内部温度分布。
6.如权利要求2所述一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，其特征在于，所述炉衬的导热系数h1和结圈料的导热系数h2，是关于温度的变值，根据实验获得离散数据进行插值求得，或根据经验估算。
7.如权利要求2所述一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，其特征在于，所述修正系数λ的取值取决于两种状态下的炉皮温差Tout-Tout＇，当炉皮温差＜30℃时，λ＝0.98；当30℃≤炉皮温差＜50℃时，λ＝0.95；当50℃≤炉皮温差＜80℃时，λ＝0.90；当80℃≤炉皮温差＜150℃时，λ＝0.84。
8.如权利要求2所述一种球团回转窑结圈厚度的检测方法，其特征在于，当回转窑的窑内温度低于1000℃时，结圈料厚度计为0。
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| CN102305614A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-01-04 | 中南大学 | 一种铁矿氧化球团回转窑结圈物厚度的检测及预测方法 |
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