CN114184033A - 一种回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于回转窑技术领域，具体涉及一种回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法。所述方法包括：构建回转窑壳体表面的位点坐标数据库；采用红外扫描测温仪不同时刻与位点坐标相对应的表面温度集合；根据窑壳、耐火材料的导热系数和窑壳厚度获得耐火材料和窑壳接触面的接触面温度的计算公式；根据接触面温度的计算公式并利用热传导方程获得耐火材料脱落厚度与表面温度的对应关系；根据表面温度以及对应的位点坐标、脱落厚度值构建三维立体图，确定耐火材料脱落的位置和大小。该方法仅需要通过测定回转窑外表面温度，可获得脱落厚度、位置以及大小，方法简单，用于指导回转窑生产过程控制以及减少耐火材料的脱落，提高了企业的经济效益。
Description
技术领域
本发明属于回转窑技术领域，具体涉及一种回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法。
背景技术
回转窑是一种连续转动的高温窑炉，是对物料进行干燥和焙烧的热工设备，它广泛应用于有色冶炼、钢铁冶金、化工、水泥、氧化铝、建材、耐火材料等各行业的工艺流程中。回转窑内部的耐火材料层(简称耐材层)与物料直接接触，承受着持续的摩擦、震动、冷热交替和多种化学侵蚀，工况十分恶劣，容易出现部分脱落的情况。回转窑耐火材料的脱落直接影响到回转窑的正常生产，维护不当可能导致严重生产事故。因此为了指导回转窑工艺生产操作及控制，对回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测非常重要。
在现有技术中，回转窑耐火材料脱落的检测方法主要有：(1)使用红外热成像仪从窑头探入窑内，对预设的检测点进行观察。但是该方法存在很大的缺点，一是需要停窑才能检测，实时性差，效率低，二是会受温差、距离以及窑内粉尘气体的影响，导致精度不高。(2)通过窑头的监控视频观察窑内耐火材料的脱落。但是这种方法观测到的范围有限，容易受到窑内火焰、粉尘、气体的干扰，而且不能准确地推算耐火材料脱落的位置和大小。(3)在回转窑筒体上安装热电偶，通过热电偶测定回转窑内部的温度变化来估算耐火材料脱落的位置和大小。但是这种方法需要在回转窑上打孔用来安装热电偶，以及安装滑环和电刷系统，在回转窑的转动下滑环和电刷磨损严重，影响信号的稳定性，而且高温下物料对热电偶保护管的冲击、磨损、腐蚀导致热电偶保护管寿命很短，一支热电偶仅能检测到窑内一点温度，如需掌握整个回转窑轴向各段的燃烧情况.则要安装更多的热电偶和配备更多的滑环，这将大大增加投资成本。(4)人工手持便携式测温仪对窑身进行定点测温，根据窑身温度的变化来估计耐火材料脱落的位置和大小。但缺点是不能及时地得到温度数据。不能参与相关的自动控制，而且受设备性能及操作人员素质水平的影响.测量的及时性、准确性和可靠性均难以保证。(5)在窑身打孔并且安装感温元件，通过红外温度计来测定感温元件的温度，以此推算出窑内的温度，获取窑内的烟气温度以及窑身温度，获取耐火材料的导热系数建立传热模型，来推算耐火材料的脱落厚度。但是这种方法同样需要在窑身上打孔，并且一个感温元件只能获取窑内的一个温度，如果需要掌握回转窑内的整个温度则需要安装更多感温元件和红外温度计，增加了投资的成本。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法，通过在回转窑窑外侧一定距离安装红外线扫描测温仪，用于实时监测窑体表面温度，并通过数据库的构建和耐火材料脱落厚度与表面温度对应关系的建立，实现脱落厚度的检测，并确定脱落位置及大小。
基于上述目的，本发明实施例提供了一种回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法，所述检测方法具体包括：
构建回转窑壳体表面的位点坐标数据库；
采用红外扫描测温仪获取耐火材料完整时和使用一段时间后的与所述位点坐标相对应的第一表面温度和第n表面温度的集合；
根据窑壳、耐火材料的导热系数和窑壳厚度获得耐火材料完整时和使用一段时间后耐火材料和窑壳接触面的第一接触面温度和第n接触面温度的计算公式；
根据所述第一接触面温度和第n接触面温度的计算公式并利用热传导方程获得耐火材料脱落厚度与第一表面温度和第n表面温度的对应关系，获得耐火材料脱落厚度值；
根据所述第n表面温度以及对应的位点坐标、耐火材料脱落厚度值构建三维立体图，确定耐火材料脱落的位置和大小。
进一步的，所述回转窑壳体表面的位点坐标为(θ，l)，其中θ为窑体的圆周角度，l为窑表面到窑头的轴向距离。
进一步的，所述根据窑壳、耐火材料的导热系数和窑壳厚度获得耐火材料完整时和使用一段时间后耐火材料和窑壳接触面的第一接触面温度和第n接触面温度的计算公式过程具体为：
第一接触面温度T接触1＝T表面1+qδ1/λ1，第n接触面温度为T接触n＝T表面n+qδ1/λ1；
其中T表面1为第一表面温度，T表面n为第n表面温度，q为热流密度、δ1为窑壳厚度、λ1为窑壳导热系数。
进一步的，所述根据所述第一接触面温度和第n接触面温度的计算公式并利用热传导方程获得耐火材料脱落厚度与第一表面温度和第n表面温度的对应关系过程具体为：
根据热传导方程，耐火材料脱落厚度与接触面温度的对应关系为：
δ2＝(T接触n-T接触1)λ2/q；
其中，λ2为耐火材料的导热系数；
耐火材料脱落厚度与第一表面温度和第n表面温度的对应关系具体为：
δ2＝(T表面n-T表面1)λ2/q。
进一步的，所述窑壳、耐火材料的导热系数采用导热系数检测仪检测获得。
有益效果：
本发明首先构建了窑壳表面的坐标位点数据库，通过在耐火材料脱落前通过红外扫描测温仪测量一次窑外表面温度，将该温度对应的记录在位点数据库中，使用一段时间后，回转窑耐火材料存在脱落情况，再次测量回转窑外表面温度，并根据回转窑外壳和耐火材料的导热系数，通过热传导方程获得耐火材料的脱落厚度，并结合表面温度对应的位点坐标、耐火材料脱落厚度值构建三维立体图，确定耐火材料脱落的位置和大小，该方法在不停窑的情况下实现对回转窑耐火材料脱落的实时监测，通过红外扫描测温仪获取回转窑外表面温度，不仅不需要在窑体上打孔，也不需要安装热电偶或其他的感温元件，减少了成本开支，有利于指导回转窑生产过程的控制以及减少耐火材料的脱落，提高了企业的经济效益。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的回转窑表面温度测定示意图及回转窑横截面示意图；
图3为本发明实施例提供的回转窑耐火材料脱落局部示意图。
图示说明：
1、红外测温仪；2、窑壳；3、耐火材料；4、转动方向；5、脱落厚度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，在本发明实施例中，提出了一种回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法，所述检测方法具体包括：
步骤S101，构建回转窑壳体表面的位点坐标数据库。
在本发明实施例中，记录窑壳体外表面的位点坐标(θ，l)，其中θ为窑体的圆周角度，l为窑表面到窑头的轴向距离。
步骤S102，采用红外扫描测温仪获取耐火材料完整时和使用一段时间后的与所述位点坐标相对应的第一表面温度和第n表面温度的集合。
在本发明实施例中，首次温度测定是在稳定的生产初期，即回转窑刚刚换上新的耐火材料并且正常投入生产，采用红外扫描测温仪测量窑体表面的温度，获得与所述位点坐标一一对应的第一表面温度值T表面1，使用一段时间后，再次采用红外扫描测温仪测量窑体表面的温度，获得与所述位点坐标一一对应的第二表面温度T表面2，即可以在使用后的任意时刻通过红外扫描测温仪测量窑体表面温度，并记录，获得与位点坐标相对应的温度集合，如表1所示。在温度测定过程中，将红外扫描测温仪设置在回转窑的侧面，通过回转窑转动一周，测定各位点的温度值，
表1位点坐标与对应温度集合数据库示例表
步骤S103，根据窑壳、耐火材料的导热系数和窑壳厚度获得耐火材料完整时和使用一段时间后耐火材料和窑壳接触面的第一接触面温度和第n接触面温度的计算公式。
在本发明实施例中，利用导热系数检测仪获取窑壳和耐火材料的导热系数λ1、λ2，根据两种材料的导热系数可以得出耐火材料与窑壳接触面的温度T接触＝T表面+qδ1/λ1，其中q为热流密度、δ1为窑壳厚度、λ1为窑壳导热系数，以耐火材料完整时和使用一段时间后的表面温度和接触面温度为例：
第一接触面温度T接触1＝T表面1+qδ1/λ1，第n接触面温度为T接触n＝T表面n+qδ1/λ1；
其中T表面1为第一表面温度，T表面n为第n表面温度，q为热流密度、δ1为窑壳厚度、λ1为窑壳导热系数。
步骤S104，根据所述第一接触面温度和第n接触面温度的计算公式并利用热传导方程获得耐火材料脱落厚度与第一表面温度和第n表面温度的对应关系，获得耐火材料脱落厚度值。
在本发明实施例中，利用热传导方程，耐火材料脱落厚度与接触面温度的对应关系为：
δ2＝(T接触n-T接触1)λ2/q；
其中，λ2为耐火材料的导热系数；
耐火材料脱落厚度与第一表面温度和第n表面温度的对应关系具体为：
δ2＝(T表面n-T表面1)λ2/q
由上述关系式可以直接通过表面温度计算获得脱落厚度值。
步骤S105，根据所述第n表面温度以及对应的位点坐标、耐火材料脱落厚度值构建三维立体图，确定耐火材料脱落的位置和大小。
在本发明实施例中，如表1所示，表面温度与位点坐标是一一对应的，可以根据上述数据库，构建回转窑的三维立体图，同时将原始厚度减去对应位置的耐火材料的脱落厚度值，即可获得耐火材料的实际厚度值以及耐火材料脱落的位置和大小。
本发明提供的一种回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法仅需通过测定窑体表面温度，即可确定耐火材料脱落的厚度、位置和大小，不仅不需要在在窑体上打孔，也不需要安装热电偶或其他的感温元件，减少了成本开支，有利于指导回转窑生产过程的控制以及减少耐火材料的脱落，提高了企业的经济效益。
以下以具体的实施例进行说明。
实施例1
一钢板内径为5.0m，耐火材料初始厚度为250mm的氧化球团回转窑，在其稳定的生产初期，即回转窑刚刚换上新的耐火材料并且正常投入生产时期，采用红外扫描测温仪测量其第一表面温度值T表面1集合并构建回转窑体的位点坐标，所述位点坐标与第一表面温度值T表面1集合一一对应。使两个月后，测定第二表面温度T表面2集合，测定窑壳钢板的导热系数λ1＝45.36W/(m·K)，耐火材料高铝砖的导热系数λ2＝1.75+0.00045TW/(m·K)，在位点坐标为(90°，4.420m)的位置，第一表面温度值T表面1为246.2℃，第二表面温度值T表面2时为259.8℃，计算获得脱落厚度为9mm，此时该位置的耐火材料的厚度为241mm。经验证，实际耐火材料厚度为236mm，相差仅为5mm。
实施例2
一钢板内径为5.0m，耐火材料初始厚度为250mm的氧化球团回转窑，在其稳定的生产初期，即回转窑刚刚换上新的耐火材料并且正常投入生产时期，采用红外扫描测温仪测量测定其第一表面温度值T表面1集合并构建回转窑体的位点坐标，所述位点坐标与第一表面温度值T表面1集合一一对应。使用6个月后，测定第二表面温度T表面2集合，测定窑壳钢板的导热系数λ1＝45.36W/(m·K)，耐火材料高铝砖的导热系数λ2＝1.75+0.00045TW/(m·K)，在距窑头(90°，12.250m)的位置，第一表面温度值T表面1为235.2℃，第二表面温度值T表面2时为309.1℃，计算获得脱落厚度为98mm，此时该位置的耐火材料的厚度为152mm。经停窑检修期间持手持设备进入窑内验证，实际耐火材料厚度为148mm，相差仅为4mm。
实施例3
一钢板内径为5.0m，耐火材料初始厚度为250mm的氧化球团回转窑，在其稳定的生产初期，即回转窑刚刚换上新的耐火材料并且正常投入生产时期，采用红外扫描测温仪测量测定其第一表面温度值T表面1集合并构建回转窑体的位点坐标，所述位点坐标与第一表面温度值T表面1集合一一对应。使用期间间隔一定时间，测定窑体表面温度的集合，测定窑壳钢板的导热系数λ1＝45.36W/(m·K)，耐火材料高铝砖的导热系数λ2＝1.75+0.00045TW/(m·K)，在距窑头(90°，7.463m)的位置，具体详见表2。
表2特点位点的温度变化表
由表2数据可直线拟合计算得出此处高铝砖减少率为2.9mm/天，可据此预测从2021年6月18日0时刻开始此处耐火材料减少到200mm所需的时间为8.28天，经实际测定验证，所用时间为9天，误差在可接受范围内。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (5)
1.一种回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法，其特征在于，所述检测方法具体包括：
构建回转窑壳体表面的位点坐标数据库；
采用红外扫描测温仪获取耐火材料完整时和使用一段时间后的与所述位点坐标相对应的第一表面温度和第n表面温度的集合；
根据窑壳、耐火材料的导热系数和窑壳厚度获得耐火材料完整时和使用一段时间后耐火材料和窑壳接触面的第一接触面温度和第n接触面温度的计算公式；
根据所述第一接触面温度和第n接触面温度的计算公式并利用热传导方程获得耐火材料脱落厚度与第一表面温度和第n表面温度的对应关系，获得耐火材料脱落厚度值；
根据所述第n表面温度以及对应的位点坐标、耐火材料脱落厚度值构建三维立体图，确定耐火材料脱落的位置和大小。
2.根据权利要求1所述的回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法，其特征在于，所述回转窑壳体表面的位点坐标为(θ，l)，其中θ为窑体的圆周角度，l为窑表面到窑头的轴向距离。
3.根据权利要求1所述的回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法，其特征在于，所述根据窑壳、耐火材料的导热系数和窑壳厚度获得耐火材料完整时和使用一段时间后耐火材料和窑壳接触面的第一接触面温度和第n接触面温度的计算公式过程具体为：
第一接触面温度T接触1＝T表面1+qδ1/λ1，第n接触面温度为T接触n＝T表面n+qδ1/λ1；
其中T表面1为第一表面温度，T表面n为第n表面温度，q为热流密度、δ1为窑壳厚度、λ1为窑壳导热系数。
4.根据权利要求3所述的回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法，其特征在于，所述根据所述第一接触面温度和第n接触面温度的计算公式并利用热传导方程获得耐火材料脱落厚度与第一表面温度和第n表面温度的对应关系过程具体为：
根据热传导方程，耐火材料脱落厚度与接触面温度的对应关系为：
δ2＝(T接触n-T接触1)λ2/q；
其中，λ2为耐火材料的导热系数；
耐火材料脱落厚度与第一表面温度和第n表面温度的对应关系具体为：
δ2＝(T表面n-T表面1)λ2/q。
5.根据权利要求1所述的回转窑耐火材料脱落位置、厚度及大小的检测方法，其特征在于，所述窑壳、耐火材料的导热系数采用导热系数检测仪检测获得。
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| CN114881234A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-08-09 | 北京智冶互联科技有限公司 | 一种高炉炉况的推理方法、装置、电子设备及存储介质 |
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