CN209802325U - 一种固定安装式雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置 - Google Patents

Abstract

一种固定安装式雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置，该测量装置包括高温雷达扫描仪、组合隔离阀、中央控制器，所述高温雷达扫描仪与转炉之间安装有组合隔离阀，该高温雷达扫描仪固定安装于组合隔离阀的上方。中央控制器远程控制组合隔离阀的开启、关闭以及三维雷达扫描仪检测工作的启动、停止，并远程采集测量信号，绘制三维图形，进行显示、分析和提示。通过对高温雷达扫描仪和组合隔离阀的控制，该装置可在炉衬厚度和炉渣量测量以及钢水料面高度测量两种工作模式之间切换。本实用新型高温环境适应性强，成本低廉，工作可靠性高。

Description

一种固定安装式雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置

技术领域

本实用新型属于检测技术及自动化装置领域，尤其涉及一种用于炼钢厂的转炉内衬耐火材料工作面浸蚀厚度的测量方法和装置，同时涉及转炉生产时钢水液位和炉渣量的测量装置。

背景技术

炼钢厂转炉炉壁的结构是由外壳和炉衬耐火材料构成的，在生产过程中，由于受高温钢水、气流及炉渣的浸蚀而不断损耗。当内衬损耗达到一定程度后，有可能会穿缸，造成钢水泄漏外流，引起重大的安全事故，所以必须进行修补，或停产停炉进行炉衬的更换。

而炉衬厚度是否到达需要检修的临界值，需要采用相关测量方法和装置进行检测。如果炉衬厚度小于临界值，就有安全隐患，如果炉衬厚度还大于临界值，进行停炉停产进行修补或校炉时，则造成生产效率减低，耐材的浪费，生产成本的增加。所以，对炉衬厚度必须加以检测，以便准确得到其需要检修的时间。

目前，国内外转炉炉衬厚度检测装置按检测原理分类有γ射线测厚仪、χ射线测厚仪、电磁测厚仪、激光测厚仪及电器元件测厚仪，也有CN 102952920A公开的机械式人工检测方法。

转炉炉衬厚度检测装置按检测装置的安装形式分类有固定安装在线式检测和移动定位式检测。固定安装在线式检测是指将检测装置固定安装在转炉周围某一位置对炉衬进行在线检测；移动定位式检测是指需要检测时将检测装置移动到检测位置，将转炉也转动到相对应的测量位置，再对其进行检测。固定安装式检测的速度快、精度高，移动式检测速度慢、精度低、工作量大，但可以用来检测若干炉子。

2018年，王书恒等人的CN108534656A公开了“一种转炉炉衬厚度雷达智能检测系统”，该发明采用吊挂提伸机构将雷达深入转炉内进行移动定位式局部测量。该发明的特征是7能完成移动测量，但转炉测厚要求不影响生产，故深入炉内测量则只能在生产间隙进行；并且，测量时炉内温度高达几百上千度，一般的电子测量仪器(如测距雷达)和移动定位机构很难耐受其温度，对隔温处理该发明没有提及，目前的常规隔温技术也很难做到上千度的高温隔绝，故该装置要等炉子冷却才能进行测量，而冷却过程耗时过长；另外，从该发明公布的雷达径向圆周扫描方式可知，其测量的是转炉两侧壁到雷达的距离，故只能测试转炉两侧内衬的厚度，但转炉内衬浸蚀主要在转炉底部，故该发明不能满足对转炉底部内衬浸蚀厚度变化的测量需求。综上所述，该发明采用吊挂提升机构将雷达深入转炉内进行移动定位式测量，其功能的实用性、设备运行的可靠性均不足。

目前，固定安装式检测仪器有γ射线测厚仪、χ射线测厚仪和激光扫描测厚仪。由于γ射线、χ射线对人体具有射线辐射危害，所以现在主要是用激光扫描方法实现内衬厚度测量。受炉口形状及检测场地的限制，在线激光扫描测厚仪要求检仪表安装在离炉口很近的位置处，而在实际使用时，转炉内钢水温度达1500 ℃，要可靠地进行测量，必须有一套冷却装置对激光扫描装置进行冷却保护，由于受现有技术的限制，目前只有通过液氮冷却方法实现。因此，就需要一套液氮的循环系统，该循环系统不仅价格昂贵，而且有泄漏而造成事故的风险。另外，由于受高温金属光的影响，激光扫描测厚仪对转炉厚度进行测量时，不是所有测量点都能测出来。

此外，转炉生产时需要对炉内钢水的液位进行检测，现有技术是通过氧枪(副枪)伸入炉内进行接触式测量，然而由于炉内钢水高达1500℃，所以其每次测量，都需要烧毁一个探头，而且只能单点测量，不能连续多点测量，测量精度低。

另外，在倒掉钢水后，炉内剩余钢渣量的多少目前尚无法进行在线检测。

实用新型内容

为了解决以上技术问题，本实用新型提出一种采用雷达扫描的转炉内衬厚度测量装置。该装置具有结构简单、寿命长、测量精度高、测量快速、维护量少等优点，并且不仅能测量炉衬厚度，还能测量炼钢生产时转炉中的钢水液位以及钢水倒掉后炉内剩余钢渣量。

本实用新型提供了一种雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置，该测量装置包括高温雷达扫描仪、组合隔离阀、中央控制器，中央控制器通过控制线与信号线与高温雷达扫描仪、组合隔离阀连接，所述高温雷达扫描仪固定安装于组合隔离阀的上方，该高温雷达扫描仪与转炉之间安装有组合隔离阀。

所述高温雷达扫描仪包括外壳、保温内衬、高温隔热透雷达波板、雷达天线及机械转动结构、信号处理器、压缩空气冷却装置。

所述转炉上方的具有楼板，所述楼板被割开成一孔，组合隔离阀固定安装在所述楼板上，并与所述楼板的孔对准，确保组合隔离阀处于开启状态时，测量雷达波能有效通过，完成对转炉的测量扫描。

所述高温隔热透雷达波板安装于扫描仪的下部，便于雷达波透过，对转炉内进行扫描。

所述雷达及机械转动结构是一维测距雷达组合机械机构转动的三维扫描雷达，或者二维电子扫描雷达组合机械机构转动的三维扫描雷达，或者是电子三维扫描雷达。

所述组合隔离阀由一个闸板全封闭的第一阀门和一个在闸板中间留有一个小测量孔的第二阀门组成。

所述中央控制器安装于中控室，中央控制器远程控制组合隔离阀的开启、关闭以及三维雷达扫描仪检测工作的启动、停止，并远程采集测量信号，绘制三维图形，在显示器上进行显示，并对测量数据进行分析，给出相应的工作提示。

所述测量装置有两种工作模式，即炉衬厚度和炉渣量测量模式以及钢水料面高度测量模式，通过中央控制器对高温雷达扫描仪和组合隔离阀的控制可其在两种工作模式之间切换。

本实用新型至少包括以下有益效果：

(1)本装置克服了人工测量工作繁琐、面临高温恶劣环境等缺点，为炼钢安全自动生产提供必要的在线测量手段。

(2)本装置采用雷达进行测量，能够克服采用γ射线测厚仪、χ射线测厚仪的对人体的射线辐射安全隐患问题，又能够克服采用激光扫描测厚仪时高温金属光对测量结果的影响。

(3)相较于激光测量仪，本装置采用雷达进行测量，在高温环境下更加耐用，更能适应高温及高粉尘的恶劣环境。

(4)本测量装置采用了雷达隔温透波材料，无需增加激光测厚仪必须采用的液氮冷却系统，大大减少了产品成本，同时消除了恶劣工业环境下的氮气泄漏的隐患。

(5)本测量装置通过使用组合阀切换测量模式，也为转炉生产时的钢水料位提供了一种更准确、可连续的、实时的、非接触式的检测新方法，由于非接触式检测的原因，故不损坏检测探头。

(6)本测量装置兼具有转炉完成倒料后剩余炉渣量测量功能。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型所述的测量装置组成结构图。

图2为本实用新型所述的高温雷达扫描仪结构图。

图3为本实用新型所述的组合阀门结构图。

图4为本实用新型所述的120T转炉测量计算图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

为了解决所述技术问题，本实用新型提供了一种固定安装式雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置，如图1所示，该测量装置主要包括高温雷达扫描仪2、组合隔离阀3、中央控制器4，高温雷达扫描仪2固定安装于组合隔离阀3的上方，组合隔离阀3固定安装在转炉1上方的楼板5上，并割开组合隔离阀3下部的楼板层。

如图2所示，所述高温雷达扫描仪2主要由外壳2-1、保温内衬2-2、高温隔热透雷达波板2-3、雷达天线及机械转动结构2-4、信号处理器2-5、压缩空气冷却装置2-6组成。所述高温隔热透雷达波板2-3安装于扫描仪2的下部，便于雷达波透过，对转炉内进行扫描。

如图3所示，所述组合隔离阀3由一个闸板全封闭的第一阀门3-1和一个在闸板中间留有一个小测量孔的第二阀门3-2组成，两阀门上下组合安装。

如图1中，所述中央控制器4安装于中控室，中央控制器4通过雷达信号线6-1、三维控制线6-2、阀门控制线6-3分别与高温雷达扫描仪、组合隔离阀3连接，以远程控制组合隔离阀3的开启、关闭以及三维雷达扫描仪2检测工作的启动、停止，并远程采集测量信号，绘制三维图形，在显示器上进行显示，并对测量数据进行分析，给出相应的工作提示。

所述雷达及机械转动结构2-4可以是一维测距雷达组合机械机构转动的三维扫描雷达，或者二维电子扫描雷达组合机械机构转动的三维扫描雷达，也可以用电子三维扫描雷达取代机械扫描雷达，前两种方式需要添加三维平台控制器2-7，而第三种方式则不需要。一种具体的雷达选型和实施方案是：选择波束角为0.5°的一维测距雷达，其测距精度为1mm，雷达尺寸不超过Φ100×250mm，采用步进角为0.1°的三维机械扫描平台扫描，以如图4所示的120T大型转炉为测量对象为例，可以计算出该实施方案的测量指标。

如图4所示，将雷达安装在距离炉口2.5米处，雷达测厚时的最大反射距离为13.5米，在最大反射距离下，雷达测量的有效雷达反射面也为最大，该最大有效雷达反射面直径D为

D＝2×13.5×tan0.25°＝0.117m (1)

由于转炉炉内浸蚀是较大面积局部损坏(局部范围大于D＝0.2米)，故该分辨率已能够满足判别是否安全的需要。并且，随着测量时反射距离缩小，雷达测量的有效雷达反射面直径减小。而如果用于测量小转炉，一般的炉体长度不超过7米，雷达测量的最大有效雷达反射面直径D就更小。

该实施实例的三维转台机械扫描步进角为0.1°，则当被测距离为最大距离13.5米时，该测量装置扫描的距离分辨率为最低，该分辨距离L为

D＝2×13.5×tan0.1°＝0.02m (2)

综上，该实施实例在对120T转炉内衬进行测厚时，能够以最大0.117m的有效雷达反射面直径，最大0.02m 的步进间隔进行移动扫描，完全符合测量面积分辨率的要求；并且，采用的该一维雷达为1mm测距精度，完全能满足对内衬磨损厚度的测量精度，故该实施实例完全满足整个系统的测量要求。

该测量装置有两种工作模式，即炉衬厚度和炉渣量测量模式以及钢水料面高度测量模式，通过中央控制器4对高温雷达扫描仪2和组合隔离阀3的控制可其在两种工作模式之间切换。

该测量装置在需要进行炉衬厚度测量和炉渣量测量模式工作时，中央控制器4控制转炉1转动到被测量位置。中央控制器4控制阀门执行机构打开组合隔离阀3中的第一阀门3-1和第二阀门3-2，中央控制器4控制雷达扫描仪进行三维扫描，并将扫描的测量数据实时传递到中央控制器，中央控制器绘制三维图，并对测量数据进行分析对比，作出提示。

该测量装置在需要对生产中的钢水料面高度进行测量模式时，考虑到炼钢生产时的钢屑飞溅对测量装置的影响，中央控制器控制打开组合隔离阀3中的第一阀门3-1，控制雷达扫描仪进入一维测距工作状态，雷达波透过第二阀门3-2的闸板中心孔，测量出转炉内的钢水液位，该测量装置可实现连续、非接触式钢水料面高度检测。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.一种固定安装式雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置，其特征在于：该测量装置包括高温雷达扫描仪(2)、组合隔离阀(3)、中央控制器(4)，中央控制器(4)通过控制线与信号线与高温雷达扫描仪(2)、组合隔离阀(3)连接，所述高温雷达扫描仪(2)固定安装于组合隔离阀(3)的上方，其特征在于高温雷达扫描仪(2)与转炉(1)之间安装有组合隔离阀(3)。

2.根据权利要求1所述的一种雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置，其特征在于：所述高温雷达扫描仪(2)包括外壳(2-1)、保温内衬(2-2)、高温隔热透雷达波板(2-3)、雷达天线及机械转动结构(2-4)、信号处理器(2-5)、压缩空气冷却装置(2-6)。

3.根据权利要求1所述的一种雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置，其特征在于：转炉(1)上方的具有楼板(5)，所述楼板(5)被割开成一孔，组合隔离阀(3)固定安装在所述楼板(5)上，并与所述楼板(5)的孔对准。

4.根据权利要求2所述的一种雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置，其特征在于：所述高温隔热透雷达波板(2-3)安装于扫描仪(2)的下部，便于雷达波透过，对转炉内进行扫描。

5.根据权利要求2所述的一种雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置，其特征在于：所述雷达及机械转动结构(2-4)是一维测距雷达组合机械机构转动的三维扫描雷达，或者二维电子扫描雷达组合机械机构转动的三维扫描雷达，或者是电子三维扫描雷达。

6.根据权利要求1所述的一种雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置，其特征在于：所述组合隔离阀(3)由一个闸板全封闭的第一阀门(3-1)和一个在闸板中间留有一个小测量孔的第二阀门(3-2)组成。

7.根据权利要求1所述的一种雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置，其特征在于：所述中央控制器(4)安装于中控室，中央控制器(4)远程控制组合隔离阀(3)的开启、关闭以及三维雷达扫描仪(2)检测工作的启动、停止，并远程采集测量信号，绘制三维图形，在显示器上进行显示，并对测量数据进行分析，给出相应的工作提示。

8.根据权利要求1所述的一种雷达三维扫描转炉内衬厚度测量装置，其特征在于：该测量装置有两种工作模式，即炉衬厚度和炉渣量测量模式以及钢水料面高度测量模式，通过中央控制器(4)对高温雷达扫描仪(2)和组合隔离阀(3)的控制可在两种工作模式之间切换。