CN117249787A - 用于高炉冷却壁无损测厚的装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于高炉冷却壁无损测厚的装置及测量方法，首先，在高炉铸造冷却壁时，预先在壁体不同高度和不同水平预铸与铜内壁材质相同的测量管，并在测量管外侧通过焊接套设钢套管，定期测量壁体各测量管在水平和高度方向上外凸的燕尾壁体的厚度，用于判断铜内壁的挂渣能力，评价高炉冷却壁各区域的挂渣状况，指导高炉合理控制软熔带根部，实现炉身渣皮和炉型的稳定，以及判断冷却壁是否需要维护，本发明可以进行无损测厚以及相应的挂渣能力分析，指导高炉在安全的条件下合理管理冷却壁，控制损坏，延长使用寿命。

Description

用于高炉冷却壁无损测厚的装置及测量方法

技术领域

本申请涉及高炉冶炼的技术领域，具体而言，涉及一种用于高炉冷却壁无损测厚的装置及测量方法。

背景技术

现在大型高炉炉身高热负荷区域大多使用带镶砖的燕尾槽结构壁体进行冷却保护，当高炉投产后新壁体镶砖结构会很快磨损脱落，燕尾槽两侧的外凸壁体频繁裸露并接触高温熔融和块状炉料，进而被熔蚀或磨损，当燕尾槽的外凸壁体磨损超过2/3时壁体挂渣效果显著下降，壁体会加速磨损，这时需要对壁体磨损情况进行有效跟踪，并调整高炉操作参数控制其磨损速率。由于高炉壁体在纵向和横向上呈现区域性磨损的特征，需要准确把握壁体各区域磨损情况，分析其燕尾槽残存状况和磨损严重部位，为高炉维护、改善壁体工况和稳定运行提供数据。这就需要在保证新高炉壁体安全和密封状态下，设计一种结构上能对壁体全面测厚的结构和布置方案，指导高炉合理评价壁体挂渣能力，通过改善操作利用挂渣能力好的壁体或科学安排壁体维护方案，实现新高炉炉体的稳定长寿。

“高炉冷却器破损检测装置”(CN2608513Y)，该专利中公开了一种破损检测装置，其组成中包括减压装置、压力显示装置、高效气体捕集器、在线气体检测信号发生器、中央报警显示器、信号动力电缆和手持式气体检测信号发生器。当冷却器破损后，将由信号发生器向操作者发出报警信号。减压装置及压力显示装置与手持式气体检测信号发生器配合，可以以较少的投资实现冷却器每个水头的检测，判断冷却器热面型、冷面型及孔洞型破损的确切位置和破损程度，为操作者采取相应的措施提供依据。该装置主要是用来监控冷却器损坏情况，未涉及一种适用无损测厚的高炉冷却壁结构及分析方法。

“一种测定高炉冷却器侵蚀状态的模拟侵蚀装置”(CN201228266Y)，该装置由恒温水箱、进水管、加热装置、侵蚀实验管、蒸汽管和冷凝管组成，水通过进水管进入侵蚀实验管，在加热装置部分加热形成水和蒸汽并对侵蚀实验管进行侵蚀，蒸汽再通过蒸汽管进入冷凝管，在冷凝管上端设置的相对侵蚀比较挂片也同时进行比较侵蚀，蒸汽通过冷凝管变成水继续流入恒温水箱循环使用，形成一循环装置，能够对冷却水管壁面温度对冷却水的侵蚀性能的影响进行实验研究，更准确的描述冷却水的侵蚀规律。该装置未涉及对新高炉冷却壁进行改进，将测厚件与壁体制作为一体式，并配套相应的布置方法，形成对炉役前中期壁体挂渣能力的分析技术，并以此改进高炉操作延长其使用寿命的技术或方法。

“一种延长高炉铜冷却壁使用寿命的方法”(CN106319118B)，用于有效保护高炉铜冷却壁。该方法包括：高炉铜冷却壁热面温度计算系统，可以得到高炉铜冷却壁的热面温度；高炉铜冷却壁热面渣皮厚度判断系统，可以判断是否需要迅速建立一定厚度的渣皮来保护铜冷却壁；高炉铜冷却壁制冷系统，强制冷却需要保护的高炉铜冷却壁，使铜冷却壁热面迅速建立起有效的渣皮；通风和净化装置及控制系统，负责完成整个系统的通风散热以及冷却介质的液化循环过程。相比于现有技术，本发明缓解了以往高炉铜冷却壁破损较快和不易更换的矛盾，进而提高高炉一代炉役。本发明可以减少高炉铜冷却壁渣皮的异常脱落带来的高炉炉缸温度波动，保障了高炉长期稳定顺行，未涉及一种适用无损测厚的高炉冷却壁结构及分析方法。

综上所述，目前没有涉及一种用于无损测量高炉铜壁体的结构、使用和分析的方法，用于实时监测分析新高炉壁体在使用过程中燕尾槽两侧的磨损和挂渣能力，为科学使用和维护高炉铜壁体提供给依据和指导。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供用于高炉冷却壁无损测厚的装置及测量方法，利用高炉壁体原始材质进行测厚结构设计、相应的布置方法，并依托监测数据对鼻涕挂渣能力进行评价。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种用于高炉冷却壁无损测厚的装置，所述高炉冷却壁从外网内依次设有炉壳、填充料和铜内壁，其特征在于，包括圆柱结构的测量管，所述测量管水平穿设于高炉冷却壁上，尾端凸出所述炉壳设置，测量管与所述铜内壁一体成形。

在一些可选的实施方案中，所述测量管与所述铜内壁上的外凸的燕尾壁体中心对正设置。

在一些可选的实施方案中，测量管外焊接包裹钢套管，所述钢套管的横截面为T型。

在一些可选的实施方案中，所述钢套管的T型端部与所述炉壳通过螺栓相连，T型端部与炉壳之间设有密封圈。

在一些可选的实施方案中，所述钢套管的T型端部与所述炉壳焊接相连。

在一些可选的实施方案中，所述测量管与所述铜内壁为同一材质制成，测量管直径为30～40mm，所述钢套管厚度为10～12mm。

用于高炉冷却壁无损测厚的装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a，确定无损测量点布置方案：

在高炉冷却壁上3～5条相邻的水道之间设置多个测量点，每个测量点与铜内壁上的外凸的燕尾壁体中心对正，每个测量点安装一套无损测量装置，通过超声波或能力波检测装置对外凸的燕尾壁体进行连续检测；

步骤b，评价铜内壁挂渣能力：

根据测量燕尾壁体在垂直和水平方向的磨损情况，绘制铜内壁挂渣能力等势云图，评价铜内壁挂渣能力，判断壁体燕尾槽磨损是否会影响高炉炉型稳定，指导高炉及时改善壁体工况或进行维护和修复。

在一些可选的实施方案中，步骤b中所述等势云图的绘制方法如下：

定义铜内壁各测量点的挂渣系数σ，挂渣系数σ与测量点X处燕尾槽磨损程度α_X和附近测量点的磨损程度δ_X有关，则表示为：

σ_X＝α_X+δ_X，

式中：X为表测量点编号；L₀表示壁体原始厚度；L_X表示测量点X处的检测厚度；α_X表示测量点X处的磨损程度；δ_X为测量点附近上、下、左、右测量点厚度差的平均值厚度；L_左、L_右、L_前、

L_后表示测量点L_X附近测量点的值；n表示测量点X附近的测量点个数。

在一些可选的实施方案中，步骤b中所述评价铜内壁挂渣能力包括如下内容：

根据计算得到的各个测量点X处燕尾槽磨损程度α_X计算铜内壁的综合挂渣能力

式中：N为所有测量点个数。

在一些可选的实施方案中，所述测量点X附近上、下、左、右测量点存在缺失的情况下，以存在的测量点厚度差进行平均值厚度计算。

本申请的有益效果是：本申请提供的一种用于高炉冷却壁无损测厚的装置及测量方法，在不损坏新高炉冷却壁条件下能够进行测厚，实现了新高炉壁体厚度的在线测量又能够保证壁体测厚过程中不发生壁体漏煤气等安全隐患；在冷却壁上合理的多点测厚方案，便于获得燕尾槽两侧外凸壁体磨损的精准数据；基于壁体多点磨损数据分析其磨损程度，并以此评判高炉在前中期的冷却壁挂渣能力，指导高炉调整炉型，控制高炉冷却壁损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例的无损测量装置的安装剖视图；

图2为图1的A向视图；

图3为本申请实施例的无损测量点的布设示意图；

图4为本申请实施例的高炉冷却壁磨损等势云图；

图5为本申请实施例的高炉软熔带根部稳定挂渣的铜内壁区域示意图；

图6为本申请实施例的高炉冷却壁磨损情况评估图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

如图1、图2所示，本发明提出了一种用于高炉冷却壁无损测厚的装置，高炉冷却壁从外网内依次设有炉壳1、填充料2和铜内壁3，无损测厚的装置包括圆柱结构的测量管4，测量管水平穿设于高炉冷却壁上，尾端凸出炉壳设置，测量管与铜内壁一体成形。

测量管与铜内壁上的外凸的燕尾壁体5中心对正设置，因为燕尾壁体磨损情况能代表铜内壁的挂渣能力；在铜内壁的不同高度和不同水平位置安装多个测量管，是因为高炉冷却壁在不同高度和周向的磨损有较大差异，需要对整个铜壁体的燕尾壁体的磨损情况进行综合评估。

测量管外焊接包裹钢套管6，钢套管的横截面为T型，通过钢套管与炉壳相连。

钢套管的T型端部与炉壳通过螺栓7相连，T型端部与炉壳之间设有密封圈8；或者钢套管的T型端部与炉壳焊接相连，焊接方式为爆炸焊接。上述两种连接方式均保证测量管的密封性，避免高炉内高压造成测量点与炉壳之间漏煤气，影响高炉安全。钢套管与炉壳的焊接采用爆炸焊接的方式，实现异种金属的焊接。

通过超声波或能力波检测装置对外凸的燕尾壁体进行连续检测，测量管与铜内壁为同一材质制成，且一体成形，同一种金属材质且完整构件的厚度测量精度高；测量管直径为30～40mm，太大不利于冷却壁密封，太小不适用于测量；钢套管厚度为10～12mm。

采用上述无损测厚装置的测量方法，包括如下步骤：

(1)确定无损测量点布置方案：

在高炉冷却壁上3～5条相邻的水道9之间设置多个测量点，每个测量点与铜内壁上的外凸的燕尾壁体中心对正，每个测量点安装一套无损测量装置，通过超声波或能力波检测装置对外凸的燕尾壁体进行连续检测。

(2)评价铜内壁挂渣能力：

根据测量燕尾壁体在垂直和水平方向的磨损情况，绘制铜内壁挂渣能力等势云图，评价铜内壁挂渣能力，判断壁体燕尾槽磨损是否会影响高炉炉型稳定，指导高炉及时改善壁体工况或进行维护和修复。

铜内壁燕尾槽的残留尺寸和形貌与冷却壁挂渣能力密切相关，生产实践表明，冷却壁由上到下的磨损情况和燕尾壁体磨损量会直接影响冷却壁挂渣效果。

定义铜内壁各测量点的挂渣系数σ，挂渣系数σ与测量点X处燕尾槽磨损程度α_X和附近测量点的磨损程度δ_X有关，则表示为：

σ_X＝α_X+δ_X，

式中：X为表测量点编号；L₀表示壁体原始厚度；L_X表示测量点X处的检测厚度；α_X表示测量点X处的磨损程度；δ_X为测量点附近上、下、左、右测量点厚度差的平均值厚度；L_左、L_右、L_前、

L_后表示测量点L_X附近测量点的值；n表示测量点X附近的测量点个数。测量点X附近上、下、左、右测量点存在缺失的情况下，以存在的测量点厚度差进行平均值厚度计算。如下例：

测厚点X附近缺失L_右测厚点，则附近的测厚点个数为3，算式变为：

根据计算得到的各个测量点X处燕尾槽磨损程度α_X计算铜内壁的综合挂渣能力

式中：N为所有测量点个数。

实施例1

以武钢某高炉冷却壁为例，进行无损侧后分析评价。

如图3所示，在铜内壁上六横四纵的多个相邻水道之间一体成形铸造多根测量管，共11个测量管，可实现对燕尾槽两侧外凸壁体在纵向磨损情况的跟踪，每个测量管正对外凸壁体中心线；使用时通过超声波或能力波检测装置对外凸壁体厚度数据进行连续检测，用于跟踪高炉前中期燕尾槽壁体在垂直和水平方向的磨损情况。

依据上述公式计算各个测量点X处燕尾槽壁体磨损程度α_X，绘制铜壁体在周向和高度方向的壁体磨损等势云图(见图4)。由此得出高炉7段磨损较严重，6段挂渣能力较好，选出6段上沿各方向挂渣能力好，可作为高炉软熔根部分布区域(见图5)，有利于生成稳定渣皮。

依据上述公式计算初铜内壁的综合挂渣能力评价铜内壁综合挂渣能力，判断燕尾槽外凸壁体磨损是否会影响高炉炉型稳定，指导高炉及时改善铜内壁工况或进行维护和修复。如图6所示，通过综合计算出高炉铜内壁的磨损情况，其中红色壁体为磨损严重壁体，建议及时维护或跟换。

Claims (10)

1.用于高炉冷却壁无损测厚的装置，所述高炉冷却壁从外网内依次设有炉壳、填充料和铜内壁，其特征在于，包括圆柱结构的测量管，所述测量管水平穿设于高炉冷却壁上，尾端凸出所述炉壳设置，测量管与所述铜内壁一体成形。

2.根据权利要求1所述的用于高炉冷却壁无损测厚的装置，其特征在于，所述测量管与所述铜内壁上的外凸的燕尾壁体中心对正设置。

3.根据权利要求2所述的用于高炉冷却壁无损测厚的装置，其特征在于，所述测量管外焊接包裹钢套管，所述钢套管的横截面为T型。

4.根据权利要求3所述的用于高炉冷却壁无损测厚的装置，其特征在于，所述钢套管的T型端部与所述炉壳通过螺栓相连，T型端部与炉壳之间设有密封圈。

5.根据权利要求3所述的用于高炉冷却壁无损测厚的装置，其特征在于，所述钢套管的T型端部与所述炉壳焊接相连。

6.根据权利要求4或5所述的用于高炉冷却壁无损测厚的装置，其特征在于，所述测量管与所述铜内壁为同一材质制成，测量管直径为30～40mm，所述钢套管厚度为10～12mm。

7.采用上述权利要求6所述的用于高炉冷却壁无损测厚的装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a，确定无损测量点布置方案：

在高炉冷却壁上3～5条相邻的水道之间设置多个测量点，每个测量点与铜内壁上的外凸的燕尾壁体中心对正，每个测量点安装一套无损测量装置，通过超声波或能力波检测装置对外凸的燕尾壁体进行连续检测；

步骤b，评价铜内壁挂渣能力：

根据测量燕尾壁体在垂直和水平方向的磨损情况，绘制铜内壁挂渣能力等势云图，评价铜内壁挂渣能力，判断壁体燕尾槽磨损是否会影响高炉炉型稳定，指导高炉及时改善壁体工况或进行维护和修复。

8.根据权利要求7所述的用于高炉冷却壁无损测厚的测量方法，其特征在于，步骤b中所述等势云图的绘制方法如下：

定义铜内壁各测量点的挂渣系数σ，挂渣系数σ与测量点X处燕尾槽磨损程度α_X和附近测量点的磨损程度δ_X有关，则表示为：

σ_X＝α_X+δ_X，

式中：X为表测量点编号；L₀表示壁体原始厚度；L_X表示测量点X处的检测厚度；α_X表示测量点X处的磨损程度；δ_X为测量点附近上、下、左、右测量点厚度差的平均值厚度；L_左、L_右、L前、

L_后表示测量点L_X附近测量点的值；n表示测量点X附近的测量点个数。

9.根据权利要求8所述的用于高炉冷却壁无损测厚的测量方法，其特征在于，步骤b中所述评价铜内壁挂渣能力包括如下内容：

根据计算得到的各个测量点X处燕尾槽磨损程度α_X计算铜内壁的综合挂渣能力

式中：N为所有测量点个数。

10.根据权利要求9所述的用于高炉冷却壁无损测厚的测量方法，其特征在于，所述测量点X附近上、下、左、右测量点存在缺失的情况下，以存在的测量点厚度差进行平均值厚度计算。