CN114689205A - 一种自焙电极的多段测温装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自焙电极的多段测温装置和方法，包括传感杆、换能器和运算控制装置；在传感杆的测温部分对应电极的焙烧段设置多个凹槽或突出物，用于反射超声波；换能器安装于传感杆上端面或侧面，用于发射超声波，所述超声波沿传感杆传输；所述运算控制装置与换能器电连接和信号连接，用于通过换能器获取所述超声波的反射波的接收时间，并计算所述超声波在传感杆传输的速度，根据传感杆材料的声速与温度的对应关系进而得到传感杆的温度，实现对电极的焙烧段的温度测量。本发明的自焙电极的多段测温装置获取矿热炉电极焙烧段的温度，从而为控制电极焙烧提供数据依据，达到优化电极压放操作、减少安全风险的目的。
Description
技术领域
本发明涉及电极测温技术领域，具体地说，涉及一种自焙电极的多段测温装置和方法。
背景技术
矿热炉是一种巨大的工业电炉，通过自焙电极将电能输送到炉内进行冶炼矿石的装置，生成电极的主要原料是块状电极糊，它是采用固体碳素(无烟煤、焦炭和石墨)与黏结剂(沥青和煤焦油)等材料按照一定的比例制作成的块状物体。电极是电极糊自焙方式制作的，工作过程中电极不断消耗又不断补充电极糊，电极中的电极糊在电弧传导热及电极电阻发热的共同作用下制作而成。电极糊在电极内焙烧经历三个阶段：第一阶段：软化阶段，电极糊温度由室温升至200℃，电极糊逐渐软化成液态；第二阶段：挥发阶段，电极糊温度由200℃升至650℃，液态电极糊中的黏结剂不断分解、气化，逐渐变成固体；第三阶段：烧结阶段，电极化温度从650℃逐渐增温至800℃，电极糊残余的挥发物逐渐挥发，电极糊转化成坚硬的固体。
如果电极焙烧不好会导致电极过烧和欠烧等事故，造成设备损失、人员伤亡。适当控制电极烧结段的温度可以有效防止电极化的过烧结及欠烧结的问题。
由于电极的焙烧段所处于电炉内，周围环境极为恶劣，周围气体300-500℃，短时可以到800-900℃。有极强热辐射，含有爆炸性气体，高烟尘，有强电磁干扰，一般的测量设备传感器难以长期工作。
目前矿热炉电极测温主要采取如下方法：
(1)铂电阻测温：
采用铂电阻至于陶瓷保护管内，经装有铂电阻的陶瓷保护管贴紧电极外侧铜瓦处的电极筒测量，由于陶瓷保护管的遮蔽作用导致测温跟随速度慢，同时电极的强电磁会产生涡流导致铂电阻异常温升，强电磁干扰还干扰测量导线的电流，导致测量不准确。如专利号(申请公布号)：ZL 201110426953.0的矿热炉自焙电极测温装置。
(2)热成像测温
通过热成像探头测量焙烧段的温度，这种方式在矿热炉高尘及高温环境难以长期工作，而且在强电磁的干扰下极易损坏，所测量的电极温度只是电极表面的温度，温度受炉内气体温度的影响较大，导致温度测量不准确。如专利号(申请公布号)：CN 110736343 A的一种带自焙电极焙烧程度测量装置的矿热炉。
(3)用多个热敏电阻埋到一个钢管内，插入电极内测量温度。由于周围磁场的影响测量精度，而且多跟热敏电阻的导线导致测温装置较粗，影响电极糊的的沉积，容易形成空洞。如一种多点温度测量装置ZL 201210576698.2。
上述方法，均未能满足电极测温的易用性、准确度和有效性的需要，失去了监控电极运行温度状态的目的。
发明内容
为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种自焙电极的多段测温装置和方法，获取矿热炉电极焙烧段的温度，从而为控制电极焙烧提供数据依据，达到优化电极压放操作、减少安全风险的目的，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种自焙电极的多段测温装置，所述多段测温装置包括传感杆、换能器和运算控制装置；其中，在传感杆的测温部分对应电极的焙烧段设置多个凹槽或突出物，用于反射超声波，从而同时获取多段的平均温度；换能器安装于传感杆上端面或侧面，用于发射超声波，所述超声波沿传感杆传输；所述运算控制装置与换能器电连接和信号连接，用于通过换能器获取所述超声波的反射波的接收时间，并计算所述超声波在传感杆传输的速度，根据传感杆材料的声速与温度的对应关系进而得到传感杆的温度，以实现对电极的焙烧段的温度测量。
通过上述技术方案，通过在电极内部合理安放传感杆，利用换能器发射的超声导波具有在传感杆上的凹槽或突出物反射的特性，通过测量超声导波端部反射波的时间，根据相邻凹槽或突出物距离差，所述运算控制装置计算超声导波沿传感杆传输的速度，根据传感杆材料声速与温度的对应关系即可知道各测温段的温度，获取矿热炉电极焙烧段的温度，从而为控制电极焙烧提供数据依据，达到优化电极压放操作、减少安全风险的目的，其中传感杆的材料声速与温度的对应关系可以通过实验获得，由于传感杆的特殊性，这种利用超声测温的传感杆可以在高粉尘、强热辐射、强电磁干扰环境中生存，其测量设备的其他部分可以布置在远离矿热炉的环境好的地方，避免环境对设备的影响，从而实现在这中恶劣环境测量温度的目的。
作为对本发明所述的自焙电极的多段测温装置的进一步说明，优选地，所述运算控制装置包括运算控制模块；其中，运算控制模块与大功率超声激励模块电连接和信号连接，以使运算控制模块向大功率超声激励模块发送信号使其产生触发信号；大功率超声激励模块与传感器匹配电路电连接和信号连接，传感器匹配电路分别与换能器和带通滤波电路电连接和信号连接，以使所述触发信号通过传感器匹配电路作用于换能器，换能器将第一电信号转换为超声信号，超声信号通过传感杆传播至下端面产生反射回波，换能器将反射回波转换成第二电信号通过传感器匹配电路传输给带通滤波电路；带通滤波电路与增益调整电路电连接和信号连接，以使所述第二电信号经增益调整电路后传输给数字采集电路进行滤波和放大；增益调整电路与数字采集电路电连接和信号连接，数字采集电路与运算控制模块电连接和信号连接，以使所述第二电信号再经数字采集电路上传至运算控制模块，运算控制模块采用超声测温算法根据速度及距离定值进行处理得到温度数据；运算控制模块与通信模块电连接和信号连接，通信模块与远方人机交互模块和/或就地人机交互模块电连接和信号连接，以使所述温度数据经通信模块传输给远方人机交互模块与就地人机交互模块。
作为对本发明所述的自焙电极的多段测温装置的进一步说明，优选地，传感杆置于电极内，传感杆外套设有保护管，保护管与传感杆一起预埋于电极的电极糊中，以直接测量电极糊内部温度；保护管内放置圆柱状的隔热棉，用于隔绝气体流动，隔热棉压紧传感杆的测温部分使其与保护管壁接触。
作为对本发明所述的自焙电极的多段测温装置的进一步说明，优选地，保护管为金属材料、石墨和/或陶瓷材料中的一种或多种，所述陶瓷材料为氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼的单体或者混合物；保护管的外形是方管或圆管。
通过上述技术方案，保护管选用钢材、石墨管、陶瓷材料，其中，石墨管可以用来支撑保护管的下端部，高温下保持顺畅，防止金属管熔融物堵塞保护管。陶瓷材料可以用来防止高温下传感杆与石墨发生化学反应，导致过早熔断的目的。
作为对本发明所述的自焙电极的多段测温装置的进一步说明，优选地，传感杆置于电极外侧，传感杆与电极接触测温，传感杆用条状的隔热棉覆盖，以减少电极与环境的热量传导。
作为对本发明所述的自焙电极的多段测温装置的进一步说明，优选地，电极外环设置有铜瓦，铜瓦外套设有把持筒，以使电极同轴设置在把持筒内，把持筒连接在下抱闸的底部，下抱闸上固定连接同步杆的一端，同步杆的另一端连接在传感杆上，铜瓦与把持筒的相对位置不变，把持筒与下抱闸相对距离不变，以使电极上下运动时，传感杆与铜瓦的相对位置不变，进而同步获取电极焙烧段的温度，实现温度测量。
通过上述技术方案，传感杆在测温时可以采取上移一定高度，即与铜瓦产生相对运动，待声速稳定后纪录该处温度，通过多次上移传感杆测量不同位置温度后，可以获得焙烧段的温度梯度，对焙烧段的焙烧状态获得更全面的信息。
作为对本发明所述的自焙电极的多段测温装置的进一步说明，优选地，隔热棉由陶瓷纤维组成，所述陶瓷纤维为硅酸铝纤维、氧化铝纤维和/或氧化锆纤维中的一种或多种。
作为对本发明所述的自焙电极的多段测温装置的进一步说明，优选地，传感杆是由表面做高温抗氧化涂层的非铁磁性金属材料、石墨管或者陶瓷材料制成，所述非铁磁性金属材料为铁合金、钨、钼、铼、铱、镧的单体或者混合物，所述陶瓷材料为氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼的单体或者混合物；传感杆的外形是丝状或者条状，传感杆的横切面为圆形或方型，以使传感杆在交变磁场下不会感应电流，用于传输超声波。
通过上述技术方案，经过发明人多次试验研究，所选择的传感杆的材质，能够保证所述传感杆具有良好的超声导波传输和反射性能，避免了传感杆在电极内部融化，从而吸收超声导波，难以形成反射波的问题。
作为对本发明所述的自焙电极的多段测温装置的进一步说明，优选地，所述凹槽或突出物的形状可以是齿形、圆性、方形。
作为对本发明所述的自焙电极的多段测温装置的进一步说明，优选地，换能器是一种电声转换器，作为发射器把电脉冲信号转换为超声波信号，并作为接收器把超声波信号转换为电脉冲信号。
为了实现本发明的另一目的，本发明还提供了一种利用所述的自焙电极的多段测温装置的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1)：在传感杆上对应电极的软化段、挥发段和烧结段处每隔距离D设置两个间隔L凹槽或突出物，用于反射超声波；
步骤S2)：所述运算控制装置控制换能器发射超声波，以使所述超声波沿传感杆传输，换能器接收反射波获得各段凹槽间或突出物间超声反射波时间T，T单位为秒(s)；
步骤S3)：所述运算控制装置根据相邻凹槽或突出物的距离差L计算第一测温段的平均声速为
第二测温段的平均声速为
第三测温段的平均声速为
单位为米/秒(m/s)；L1、L2、L3单位为米(m)；T1、T2、T3单位为秒(s)；
步骤4)：根据传感杆材料声速与温度的对应关系即可得到电极的软化段、挥发段和烧结段处的平均温度。
这里，测温段的长度可以根据电极焙烧段的长度确定，各测温段的距离可以根据不同的测量环境确定。根据传感杆材料声速与温度的对应关系即可知道各测温段的温度。传感杆的测温段也可以是多个，可以获取多个区域的温度。优选地，测温时，将传感杆上移，与铜瓦产生相对运动，记录声速稳定后的温度值。具体地说，传感杆在测温时可以采取上移一定高度，即与铜瓦产生相对运动，待声速稳定后纪录该处温度，通过多次上移传感杆测量不同位置温度后，可以获得焙烧段的温度梯度，对焙烧段的焙烧状态获得更全面的信息。比如每次上移5cm，静置一分多钟后测量该处温度，即可获得每5cm距离为间隔的温度梯度。
本发明的有益效果如下：本发明的自焙电极的多段测温装置和方法，通过在电极内部合理安放传感杆，利用换能器发射的超声导波具有在传感杆上的凹槽或突出物反射的特性，通过测量超声导波端部反射波的时间，根据相邻凹槽或突出物距离差，所述运算控制装置计算超声导波沿传感杆传输的速度，根据传感杆材料声速与温度的对应关系即可知道各测温段的温度，获取矿热炉电极焙烧段的温度，从而为控制电极焙烧提供数据依据，达到优化电极压放操作、减少安全风险的目的，其中传感杆的材料声速与温度的对应关系可以通过实验获得，由于传感杆的特殊性，这种利用超声测温的传感杆可以在高粉尘、强热辐射、强电磁干扰环境中生存，其测量设备的其他部分可以布置在远离矿热炉的环境好的地方，避免环境对设备的影响，从而实现在这中恶劣环境测量温度的目的。
附图说明
图1为本发明的自焙电极的多段测温装置在矿热炉内的侧视图。
图2为本发明的自焙电极的多段测温装置在矿热炉内的俯视图。
图3为本发明的自焙电极的多段测温装置的第一种结构示意图。
图4为本发明的自焙电极的多段测温装置的第二种结构示意图。
图5为本发明的自焙电极的多段测温装置的第三种结构示意图。
图6为本发明的传感杆的形状示意图。
图7为本发明的运算控制装置的结构示意图。
图8为本发明的换能器与传感杆的安装关系示意图。
图9为本发明的传感杆的剖面示意图。
具体实施方式
为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
矿热炉是一个巨大的工业电炉，依靠三个或六个自焙电极向炉内输送能量，从而熔炼炉料的装置，电极通过电极糊的焙烧形成，如图1所示。三个电极成品字形均匀布置在炉内，如图2所示，图2也是图1的A-A向剖视图。其中电极201、炉体202、炉料203。电极埋入炉料中释放电弧熔炼炉料工作。
本发明提供了一种自焙电极的多段测温装置包括传感杆102、换能器103和运算控制装置；其中，在传感杆102的测温部分对应电极201的焙烧段设置多个凹槽或突出物，用于反射超声波，从而同时获取多段的平均温度；所述凹槽或突出物的形状可以是齿形、圆性、方形；换能器103安装于传感杆102上端面或侧面，如图8所示，用于发射超声波，所述超声波沿传感杆102传输；所述运算控制装置与换能器103电连接和信号连接，用于通过换能器103获取所述超声波的反射波的接收时间，并计算所述超声波在传感杆102传输的速度，根据传感杆材料的声速与温度的对应关系进而得到传感杆102的温度，以实现对电极的焙烧段的温度测量。
本发明的一个实施例，优选地，如图7所示，所述运算控制装置包括运算控制模块110；其中，运算控制模块110与大功率超声激励模块105电连接和信号连接，以使运算控制模块110向大功率超声激励模块105发送信号使其产生触发信号；大功率超声激励模块105与传感器匹配电路104电连接和信号连接，传感器匹配电路104分别与换能器103和带通滤波电路107电连接和信号连接，以使所述触发信号通过传感器匹配电路104作用于换能器103，换能器103将第一电信号转换为超声信号，超声信号通过传感杆102传播至下端面产生反射回波，换能器103将反射回波转换成第二电信号通过传感器匹配电路104传输给带通滤波电路107；带通滤波电路107与增益调整电路108电连接和信号连接，以使所述第二电信号经增益调整电路108后传输给数字采集电路109进行滤波和放大；增益调整电路108与数字采集电路109电连接和信号连接，数字采集电路109与运算控制模块110电连接和信号连接，以使所述第二电信号再经数字采集电路109上传至运算控制模块110，运算控制模块110采用超声测温算法根据速度及距离定值进行处理得到温度数据；运算控制模块110与通信模块111电连接和信号连接，通信模块111与远方人机交互模块112和/或就地人机交互模块113电连接和信号连接，以使所述温度数据经通信模块111传输给远方人机交互模块112与就地人机交互模块113。远方人机交互模块112与就地人机交互模块113可以将设置速度及距离定值传输给运算控制模块110，改变运算控制模块110中的定值，便于运算控制模块110中计算出速度，从而获取温度数据。
本发明的又一个实施例，如图3和图4所示，传感杆102可以置于电极201内，其中，在传感杆102外套设有保护管101，保护管101与传感杆102一起预埋于电极201的电极糊中，以直接测量电极糊内部温度；保护管101内放置圆柱状的隔热棉114，用于隔绝气体流动，隔热棉114压紧传感杆102的测温部分使其与保护管101壁接触。优选地，如图3所示，电极201外环设置有铜瓦204，铜瓦204外套设有把持筒205，以使电极201同轴设置在把持筒205内，把持筒205连接在下抱闸206的底部，下抱闸206上固定连接同步杆115的一端，同步杆115的另一端连接在传感杆102上，铜瓦204与把持筒205的相对位置不变，把持筒205与下抱闸206相对距离不变，以使电极201上下运动时，传感杆102与铜瓦204的相对位置不变，进而同步获取电极201焙烧段的温度，实现温度测量。这样传感杆在测温时可以上移一定高度，即与铜瓦产生相对运动，待声速稳定后纪录该处温度，通过多次上移传感杆测量不同位置温度后，可以获得焙烧段的温度梯度，对焙烧段的焙烧状态获得更全面的信息。通过铜瓦204给电极功能，同时利用电炉传导热及电流流经电极产生的电阻发热给电极糊加热焙烧电极。利用下抱闸206进行压放电极，实现电极的上下运动。更优选地，如图4所示，同步杆115可以与同步铰链119的一端连接，同步铰链119卷绕在同步滑轮118上，同步铰链119的另一端连接配重物116，同步滑轮118固定在支架117上，以实现同步杆115上下运动。
本发明的再一个实施例，如图5所示，传感杆102也可以置于电极201外侧，传感杆102与电极201接触测温，测取电极201各焙烧段的温度，进而推测电极糊的温度，传感杆102用条状的隔热棉114覆盖，以减少电极201与环境的热量传导。优选地，如图5所示，电极201外环设置有铜瓦204，传感杆102置于电极201外侧的铜瓦204间，铜瓦204外套设有把持筒205，以使电极201同轴设置在把持筒205内，把持筒205连接在下抱闸206的底部，下抱闸206上固定连接同步杆115的一端，同步杆115的另一端连接在传感杆102上，铜瓦204与把持筒205的相对位置不变，把持筒205与下抱闸206相对距离不变，以使电极201上下运动时，传感杆102与铜瓦204的相对位置不变，进而同步获取电极201焙烧段的温度，实现温度测量。这样传感杆在测温时可以上移一定高度，即与铜瓦产生相对运动，待声速稳定后纪录该处温度，通过多次上移传感杆测量不同位置温度后，可以获得焙烧段的温度梯度，对焙烧段的焙烧状态获得更全面的信息。
本发明中所述的传感杆102是由表面做高温抗氧化涂层的非铁磁性金属材料、石墨管或者陶瓷材料制成，所述非铁磁性金属材料为铁合金、钨、钼、铼、铱、镧的单体或者混合物，所述陶瓷材料为氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼的单体或者混合物。传感杆102的外形是丝状或者条状，在交变磁场下不会感应电流，用于传输超声波。如图6所示，传感杆102的横切面为圆形或方型。
本发明中所述的保护管101为金属材料、石墨和/或陶瓷材料中的一种或多种，所述陶瓷材料为氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼的单体或者混合物。保护管101的外形是方管或圆管，作用是于保护传感杆102免于被电极糊包裹，保护管101通过螺栓连接或者焊接，预先埋置自焙电极内，随着电极消耗保护管101也消耗，需要不断补充。
本发明中所述的隔热棉114由陶瓷纤维组成，所述陶瓷纤维为但不限于硅酸铝纤维、氧化铝纤维和/或氧化锆纤维中的一种或多种，隔热棉114事先压制成圆柱状放入保护管101，或者制成条状附于传感杆102的一侧。
本发明中所述的换能器103是一种电声转换器，作为发射器把电脉冲信号转换为超声波信号，并作为接收器把超声波信号转换为电脉冲信号。换能器103产生超声波，超声波沿传感杆102传输，当超声波到达传感杆凹槽或底部后反射，反射的超声波沿传感杆到达换能器，利用相邻凹槽的时间差及距离计算出平均声速，进而获取平均温度。
本发明还提供了一种利用所述的自焙电极的多段测温装置的方法，所述方法包括如下步骤：
步骤S1)：在传感杆102上对应电极201的软化段、挥发段和烧结段处设置三个测温段，传感杆102每隔距离D设置两个间隔L凹槽或突出物，用于反射超声波，如图9所示；
步骤S2)：所述运算控制装置控制换能器103发射超声波，以使所述超声波沿传感杆102传输，换能器103接收反射波获得各段凹槽间或突出物间超声反射波时间T，T单位为秒(s)；
步骤S3)：所述运算控制装置根据相邻凹槽或突出物的距离差L计算第一测温段的平均声速为
第二测温段的平均声速为
第三测温段的平均声速为
单位为米/秒(m/s)；L1、L2、L3单位为米(m)；T1、T2、T3单位为秒(s)；
步骤4)：根据传感杆102材料声速与温度的对应关系即可得到电极201的软化段、挥发段和烧结段处的平均温度。
其中，测温段的长度可以根据电极焙烧段的长度确定，各测温段的距离可以根据不同的测量环境确定。根据传感杆材料声速与温度的对应关系即可知道各测温段的温度。传感杆的测温段也可以是多个，可以获取多个区域的温度。优选地，测温时，将传感杆上移，与铜瓦产生相对运动，记录声速稳定后的温度值。具体地说，传感杆在测温时可以采取上移一定高度，即与铜瓦产生相对运动，待声速稳定后纪录该处温度，通过多次上移传感杆测量不同位置温度后，可以获得焙烧段的温度梯度，对焙烧段的焙烧状态获得更全面的信息。比如每次上移5cm，静置一分多钟后测量该处温度，即可获得每5cm距离为间隔的温度梯度。
所选用的传感杆材料的声速与温度的对应关系可以通过实验获得。制作一根试验杆，距离试验杆的端部h＝5cm的地方设置一个凹槽或突出物，将试验杆置恒温炉内，恒温炉事先放置一台误差小于1℃的铂电阻传感器，测温范围为100-1000℃，将恒温炉设定温度100℃，20分钟后待炉内温度稳定后测试凹槽或突出物与端面超声回波的时间t，通过
即可获得该温度下的声速。参照这个办法，升高温度10℃，进一步获取不同温度下的声速。逐次提高恒温炉内温度即可获取100-1000℃每隔10℃的声速数据。根据这些温度及声速的数据制作声速-温度曲线。即可知道该传感杆材质在100-1000℃的声速与温度的对应关系。
由于传感杆的特殊性，这种利用超声测温的传感杆可以在高粉尘、强热辐射、强电磁干扰环境中生存，其测量设备的其他部分可以布置在远离矿热炉的环境好的地方，避免环境对设备的影响，从而实现在这中恶劣环境测量温度的目的。
实施例1
本发明的自焙电极的多段测温装置的一种实施方式如下。
整套装置包括保护管101、传感杆102、换能器103、传感器匹配电路104、大功率超声激励模块105、存储模块106、带通滤波电路107、增益调整电路108、数字采集电路109、运算控制模块110、通信模块111、远方人机交互模块112、就地人机交互模块113。
其中，在自焙电极外侧铜瓦间设置传感杆，传感杆材质为钨，直径1毫米的圆柱。在传感杆对应自焙电极的软化段、挥发段和烧结段处，各设置两个凹槽，凹槽纵剖面为方形。在传感杆对应自焙电极的软化段、挥发段和烧结段处，与电极筒接触测温，传感杆用保温棉114覆盖，减少电极筒与环境的热量传导。将换能器安装在传感杆的上端面。
采用运算控制模块110中的软件通过大功率超声激励模块105发送信号使其产生触发信号，通过传感器匹配电路104作用于换能器103，换能器103将电信号转换为超声信号，超声信号通过传感杆102传播至下端面产生反射回波，换能器103将反射会的回波转换成电信号传输给带通滤波电路107，再经增益调整电路108后传输给数字采集电路109进行滤波和放大，然后再将数据上传至运算控制模块110。
运算控制模块110中对超声波反射数据根据获取的时间数据，根据距离计算出速度数据查表获取温度数据，比如各段传感杆凹槽间超声波的接收时间差Δt，结合相应的各段传感杆凹槽间距离L，根据公式各段凹槽间超声波的平均速度
得到各段凹槽间超声波的平均速度。
根据超声波传输速度与特定传感杆温度对应关系的模拟拟合曲线，在100-1000℃范围内，获得各段传感杆的平均温度，即自焙电极的软化段、挥发段和烧结段处的平均温度。
人机交互模块112和113可以将设置速度及距离定值传输给运算控制模块，改变运算控制模块中的定值，便于运算控制模块中的软件对时间、温度等的计算。
实施例2
本发明的自焙电极的多段测温装置的另一种实施方式如下。
整套装置包括保护管101、传感杆102、换能器103、传感器匹配电路104、大功率超声激励模块105、存储模块106、带通滤波电路107、增益调整电路108、数字采集电路109、运算控制模块110、通信模块111、远方人机交互模块112、就地人机交互模块113。
其中，保护管预埋于自焙电极内，保护管材质为石墨、边长30mm正方形状管；传感杆材质为钼，表面做了硅化钼高温抗氧化涂层，圆形实心柱，安放于保护管中。在传感杆对应自焙电极的软化段、挥发段和烧结段处，各设置两个突出物，突出物纵剖面为方形。在传感杆对应自焙电极的软化段、挥发段和烧结段处，放置氧化铝纤维的隔热棉，制成条状附于传感杆的一侧，压迫传感杆与保护管保持接触状态。将换能器安装在传感杆的上端面。
采用运算控制模块110中的软件通过向大功率超声激励模块105发送信号使其产生触发信号，通过传感器匹配电路104作用于换能器103，换能器103将电信号转换为超声信号，超声信号通过传感杆102传播至下端面产生反射回波，换能器103将反射会的回波转换成电信号传输给带通滤波电路107，再经增益调整电路108后传输给数字采集电路109进行滤波和放大，然后再将数据上传至运算控制模块110。
运算控制模块110中对超声波反射数据根据获取的时间数据，根据距离计算出速度数据查表获取温度数据，比如各段传感杆凹槽间超声波的接收时间差Δt，结合相应的各段传感杆凹槽间距离L，根据公式各段凹槽间超声波的平均速度
得到各段凹槽间超声波的平均速度。
根据超声波传输速度与特定传感杆温度对应关系的模拟拟合曲线，在100-1000℃范围内，获得各段传感杆的平均温度，即自焙电极的软化段、挥发段和烧结段处的平均温度。
经通信模块111传输给远方人机交互模块112，或者运算控制模块直接将计算出时间及距离，包括传感杆长度和电极在炉内的深度等数据，传输给就地人机交互模块113。
人机交互模块112和113可以将设置速度及距离定值传输给运算控制模块，改变运算控制模块中的定值，便于运算控制模块中的软件对时间、温度等的计算。
实施例3
本发明的自焙电极的多段测温方法的另一种实施方式如下。
在自焙电极内预埋保护管，保护管材质为氧化铝，保护管为规则的圆管，内径为30mm。传感杆材质为钨铼合金，横截面的直径为2毫米的圆形实心柱，安放于保护管内；在传感杆对应自焙电极的软化段、挥发段和烧结段处，放置硅酸铝陶瓷纤维的隔热棉，事先压制成圆柱状放入保护管，压迫传感杆与保护管保持接触状态。将换能器安装在传感杆的上端面。
在传感杆对应自焙电极的软化段、挥发段和烧结段处，各设置两个凹槽，凹槽纵剖面为三角形。其中传感杆对应烧结段处的下端面在烧结段内，可以视为传感杆在烧结段的最下方凹槽，用于计算超声波的反射波传输时间。软化段、挥发段凹槽间的距离分别是20cm、10cm，烧结段处上方凹槽与传感杆最下端距离为5cm。
采用换能器发射超声波，使超声波沿传感杆传输，到达传感杆底部后反射，换能器接收反射波，转换成电脉冲信号，获得超声波各段凹槽间反射波的接收时间差分别为85.26us、43.11us、22.20us。
根据各段凹槽间距离，得到超声波在各段传感杆上传输的平均速度4691.531m/s、4639.295m/s、4504.505m/s。
根据该传感杆材料在100-1000℃的“声速-温度曲线”，即可获得各段传感杆的平均温度，即自焙电极的软化段、挥发段和烧结段处的平均温度210℃、410℃、790℃。
实施例4
本发明的自焙电极的多段测温方法的另一种实施方式如下。
在自焙电极外侧铜瓦间设置传感杆。传感杆材质为钨铼合金，横截面的长为5毫米、宽0.5毫米的长方形的实心柱，在传感杆对应自焙电极的软化段、挥发段和烧结段处，与电极筒接触测温，传感杆用保温棉114覆盖，减少电极筒与环境的热量传导。将换能器安装在传感杆的侧面。
在传感杆对应自焙电极的软化段、挥发段和烧结段处，各设置一个凹槽，用于反射超声波，凹槽纵剖面为半圆形。换能器发射超声波，沿传感杆传输，滤除二次及以上反射波后，获得超声波各段凹槽间反射波的接收时间差最大分别为106.32us、64.278us、44.037us，对应各段凹槽间最大距离为25cm、15cm、10cm，得到超声波在各段传感杆上传输的平均速度分别为4702.784m/s、4667.227m/s、4541.635m/s。同时可以获取各段凹槽间的其他反射波接收时间，及其对应的各段凹槽间距离，并可计算相应的超声波平均速度，获得更为精确的统计平均值。
根据该传感杆材料在100-1000℃的“声速-温度曲线”，即可获得各段传感杆的平均温度，即自焙电极的软化段、挥发段和烧结段处的平均温度150℃、310℃、690℃。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种自焙电极的多段测温装置，其特征在于，所述多段测温装置包括传感杆(102)、换能器(103)和运算控制装置；其中，
在传感杆(102)的测温部分对应电极(201)的焙烧段设置多个凹槽或突出物，用于反射超声波，从而同时获取多段的平均温度；
换能器(103)安装于传感杆(102)上端面或侧面，用于发射超声波，所述超声波沿传感杆(102)传输；
所述运算控制装置与换能器(103)电连接和信号连接，用于通过换能器(103)获取所述超声波的反射波的接收时间，并计算所述超声波在传感杆(102)传输的速度，根据传感杆材料的声速与温度的对应关系进而得到传感杆(102)的温度，以实现对电极的焙烧段的温度测量。
2.如权利要求1所述的多段测温装置，其特征在于，所述运算控制装置包括运算控制模块(110)；其中，
运算控制模块(110)与大功率超声激励模块(105)电连接和信号连接，以使运算控制模块(110)向大功率超声激励模块(105)发送信号使其产生触发信号；
大功率超声激励模块(105)与传感器匹配电路(104)电连接和信号连接，传感器匹配电路(104)分别与换能器(103)和带通滤波电路(107)电连接和信号连接，以使所述触发信号通过传感器匹配电路(104)作用于换能器(103)，换能器(103)将第一电信号转换为超声信号，超声信号通过传感杆(102)传播至下端面产生反射回波，换能器(103)将反射回波转换成第二电信号通过传感器匹配电路(104)传输给带通滤波电路(107)；
带通滤波电路(107)与增益调整电路(108)电连接和信号连接，以使所述第二电信号经增益调整电路(108)后传输给数字采集电路(109)进行滤波和放大；
增益调整电路(108)与数字采集电路(109)电连接和信号连接，数字采集电路(109)与运算控制模块(110)电连接和信号连接，以使所述第二电信号再经数字采集电路(109)上传至运算控制模块(110)，运算控制模块(110)采用超声测温算法根据速度及距离定值进行处理得到温度数据；
运算控制模块(110)与通信模块(111)电连接和信号连接，通信模块(111)与远方人机交互模块(112)和/或就地人机交互模块(113)电连接和信号连接，以使所述温度数据经通信模块(111)传输给远方人机交互模块(112)与就地人机交互模块(113)。
3.如权利要求1或2所述的多段测温装置，其特征在于，传感杆(102)置于电极(201)内；
传感杆(102)外套设有保护管(101)，保护管(101)与传感杆(102)一起预埋于电极(201)的电极糊中，以直接测量电极糊内部温度；保护管(101)内放置圆柱状的隔热棉(114)，用于隔绝气体流动，隔热棉(114)压紧传感杆(102)的测温部分使其与保护管(101)壁接触。
4.如权利要求3所述的多段测温装置，其特征在于，保护管(101)为金属材料、石墨和/或陶瓷材料中的一种或多种，所述陶瓷材料为氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼的单体或者混合物；保护管(101)的外形是方管或圆管。
5.如权利要求1或2所述的多段测温装置，其特征在于，传感杆(102)置于电极(201)外侧；
传感杆(102)与电极(201)接触测温，传感杆(102)用条状的隔热棉(114)覆盖，以减少电极(201)与环境的热量传导。
6.如权利要求3或5所述的多段测温装置，其特征在于，电极(201)外环设置有铜瓦(204)，铜瓦(204)外套设有把持筒(205)，以使电极(201)同轴设置在把持筒(205)内，把持筒(205)连接在下抱闸(206)的底部，下抱闸(206)上固定连接同步杆(115)的一端，同步杆(115)的另一端连接在传感杆(102)上，铜瓦(204)与把持筒(205)的相对位置不变，把持筒(205)与下抱闸(206)的相对距离不变，以使电极(201)上下运动时，传感杆(102)与铜瓦(204)的相对位置不变，进而实现同步获取电极(201)焙烧段的温度，实现温度测量。
7.如权利要求3或5所述的多段测温装置，其特征在于，隔热棉(114)由陶瓷纤维组成，所述陶瓷纤维为硅酸铝纤维、氧化铝纤维和/或氧化锆纤维中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的多段测温装置，其特征在于，传感杆(102)是由表面做高温抗氧化涂层的非铁磁性金属材料、石墨管或者陶瓷材料制成，所述非铁磁性金属材料为铁合金、钨、钼、铼、铱、镧的单体或者混合物，所述陶瓷材料为氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼的单体或者混合物；传感杆(102)的外形是丝状或者条状，传感杆(102)的横切面为圆形或方型，以使传感杆(102)在交变磁场下不会感应电流，用于传输超声波。
9.如权利要求1所述的多段测温装置，其特征在于，换能器(103)是一种电声转换器，作为发射器把电脉冲信号转换为超声波信号，并作为接收器把超声波信号转换为电脉冲信号。
10.一种利用如权利要求1-9任一所述的多段测温装置的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤S1)：在传感杆(102)上对应电极(201)的软化段、挥发段和烧结段处每隔距离D设置两个间隔L凹槽或突出物，用于反射超声波；
步骤S2)：所述运算控制装置控制换能器(103)发射超声波，以使所述超声波沿传感杆(102)传输，换能器(103)接收反射波获得各段凹槽间或突出物间超声反射波时间T，T单位为秒(s)；
步骤S3)：所述运算控制装置根据相邻凹槽或突出物的距离差L计算第一测温段的平均声速为
第二测温段的平均声速为
第三测温段的平均声速为
单位为米/秒(m/s)；L1、L2、L3单位为米(m)；T1、T2、T3单位为秒(s)；
步骤4)：根据传感杆(102)材料声速与温度的对应关系即可得到电极(201)的软化段、挥发段和烧结段处的平均温度。
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| CN202011608897.8A CN114689205A (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种自焙电极的多段测温装置和方法 |
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| CN202011608897.8A CN114689205A (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种自焙电极的多段测温装置和方法 |
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|---|---|---|---|---|
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-
2020
- 2020-12-29 CN CN202011608897.8A patent/CN114689205A/zh active Pending
Cited By (2)
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| CN115267764B (zh) * | 2022-07-22 | 2024-02-06 | 北京超测智能系统有限公司 | 一种矿热炉电极深度的测量方法和系统 |
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