CN210711615U - 一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置，所述装置包括：温度传感器、总接线盒、数据收集装置和数据处理装置，所述温度传感器埋设在转炉炉衬内，温度传感器通过补偿导线与总接线盒连接，总接线盒对温度传感器数据进行转换并向外发送，所述数据收集装置接收总接线盒发送的数据，所述数据处理装置与数据收集装置连接，数据处理装置对数据进行分析处理，展示转炉炉衬的各项指标。本实用新型解决了现有转炉炉衬的温度和侵蚀状态不能在线实时监测问题。

Description

一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置

技术领域

本实用新型实施例涉及冶金工业技术领域，具体涉及一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置。

背景技术

转炉是炼钢工艺中的主体设备，转炉冶炼是高品质品种钢生产和成本控制的重要环节。因而，转炉的安全高效操作和生产至关重要。转炉生产过程中，对转炉炉衬的维护是诸多工作中的重中之重，也是维持转炉合理炉型、稳定生产的必要手段。而维护转炉炉衬的前提是，实现转炉炉衬侵蚀状态的在线、实时监测和预警，而当前主要依赖人工观察或者离线、间断地测量，是一种滞后性、非连续性的措施，难以实现转炉操作和维护的实时反馈。

在转炉生产过程中，炉衬耐火材料长期接触高温钢水和侵蚀性很强的炉渣，不可避免地承受钢水的高温的物理化学侵蚀和热应力侵蚀再加上炉内超音速氧气射流对炉壁、炉帽等耐材的冲刷，工作环境十分恶劣，转炉前大面、后大面、耳轴下方区域是炉衬容易被侵蚀的薄弱环节。特别是耳轴下方区域，一旦发生异常侵蚀，难以通过溅渣修复，只有通过炉底整体上涨的方式进行修复，但是严重影响了转炉底吹功能，使转炉终点成分难以控制，易造成转炉顶底复吹不同步，同时也造成了钢水过氧化，增加了后续脱氧成本和精炼工序去除脱氧产物的负担。另一方面，转炉炉衬内型发生变化，直接影响到转炉熔池液位的变化，进而影响到氧枪枪位的变化，容易造成转炉喷溅，影响氧枪寿命，影响转炉钢铁料消耗和各种钢辅料消耗。因此，维持转炉炉型和预测转炉侵蚀状态，是转炉操作的重要工作。

目前，国内大部分炼钢厂对于转炉炉衬的耐火材料温度和侵蚀状态的监测存在盲区，无法实现在线、实时监测，主要是基于人工炉体观察、间歇性的离线激光测量为主，其检测结果具有滞后性，不能实时反映炉内的侵蚀状态，使得现场操作人员不能及时调整转炉操作，影响转炉工序的稳定生产。在离线监测炉衬侵蚀状态的两个时间节点内存在监测盲区，不易发现炉衬局部区域侵蚀异常是否到达临界值(炉衬厚度小于200～300mm)甚至有炉衬烧穿漏钢风险，错过了炉衬维护的时机，钢铁企业倾向于采取涨炉底的措施，以牺牲底吹系统为代价，失去了底吹系统对转炉的有效搅拌，转炉冶炼过程的脱磷和渣中T.Fe等生产指标急剧下降。或者采用牺牲转炉服役时间换来安全、把控钢水质量，即提前结束转炉炉役，生产成本提升，同时也造成了资源浪费。

仅仅依靠传统的人工炉体观察转炉的侵蚀状态，无法准确判断炉衬厚度及薄弱处，甚至会造成误判。引发2个层面的问题：一方面，局部侵蚀较深但面积不大时，因误判或者看不到而发生炉体漏钢的严重恶性事件；另一方面，因判断不准导致炉体较厚的部位重复修补而造成炉型发生明显变化，影响炉内的搅拌和脱磷脱碳等。

另一种测量转炉炉衬侵蚀数据的方法是，国内广泛采用的激光炉衬测厚仪，采用激光测距法，在距离炼钢转炉炉口10～15m处，对转炉炉衬进行非接触式测量，使得炉衬侵蚀部位及变化程度定量化，是一种较好的检测方法。然而，激光测距法属于滞后性、间断性的检测方法，无法实现在线实时的监测，无法对实时炉次提供数据支持。并且，由于测量过程需要暂停生产，影响转炉冶炼周期，工人操作时需要直接面对转炉炉内的高温，操作环境恶劣。

实用新型内容

为此，本实用新型实施例提供一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置，以解决现有转炉炉衬的温度和侵蚀状态不能在线实时监测问题。

为了实现上述目的，本实用新型实施例提供如下技术方案：

根据本实用新型实施例的第一方面，公开了一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置，所述装置包括：温度传感器、总接线盒、数据收集装置和数据处理装置，所述温度传感器埋设在转炉炉衬内，温度传感器通过补偿导线与总接线盒连接，总接线盒对温度传感器数据进行转换并向外发送，所述数据收集装置接收总接线盒发送的数据，所述数据处理装置与数据收集装置连接，数据处理装置对数据进行分析处理，展示转炉炉衬的各项指标。

进一步地，所述温度传感器外包裹有保护套管，温度传感器埋入转炉炉衬内，温度传感器的顶端接触转炉内的砖衬，在转炉炉壳与炉衬之间设置弧形缓冲圈，温度传感器通过补偿导线与总接线盒连接，补偿导线外侧被钢管包裹，进行保护。

进一步地，所述总接线盒安装在转炉耳轴区域，总接线盒与转炉炉壳之间设置有垫板，总接线盒外侧安装保护壳，保护壳上开设有补偿导线入口，总接线盒内设置有数模转换器和信号发射装置，信号发射装置包括无线发射装置和有线传输装置，所述数模转换器与温度传感器通过补偿导线连接，所述信号发射装置与数模转换器连接，信号发射装置将转换后的数据发送至数据收集装置。

进一步地，所述数据收集装置内设置有存储器，数据收集装置收集的数据在存储器中进行储存。

进一步地，所述数据处理装置与数据收集装置连接，数据处理装置对数据进行分析处理，处理结果通过显示装置进行展示，所述数据处理装置为计算机。

本实用新型实施例具有如下优点：

本实用新型实施例公开了一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置，在转炉炉衬内埋设温度传感器，将温度传感器采集的温度信息进行模数转化后经过信号发射装置传送至数据处理装置，数据处理装置建立反问题数学模型，根据测得的温度值预测渣皮厚度、侵蚀厚度、炉衬残余厚度，实现转炉侵蚀状态的在线监测。避免了人工观测炉衬侵蚀状态的误差，消除高温烟气及粉尘情况下应用非接触式激光测距对转炉炉衬侵蚀监测的误差，通过无线传输数据，避免线缆烧坏，降低成本，能够远程实时在线监测转炉炉衬的状态。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本实用新型实施例提供的一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置连接示意图；

图中：1-温度传感器、2-数模转换器、3-信号发射装置、4-数据收集装置、5-数据处理装置、6-炉壳、7-炉衬、8-转炉。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

本实施例公开了一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置，所述装置包括：温度传感器1、总接线盒、数据收集装置4和数据处理装置5，所述温度传感器1埋设在转炉炉衬7内，温度传感器1通过补偿导线与总接线盒连接，总接线盒对温度传感器1数据进行转换并向外发送，所述数据收集装置4接收总接线盒发送的数据，所述数据处理装置5与数据收集装置4连接，数据处理装置5对数据进行分析处理，展示转炉炉衬7的各项指标。本实用新型不限于应用于炼钢转炉，同样能够应用于炼铜转炉、AOD、鱼雷罐、RH、VOD盛液态金属容器。

温度传感器1外包裹有保护套管，温度传感器1埋入转炉炉衬7内，温度传感器1的顶端接触转炉8内的砖衬，在转炉炉壳6与炉衬7之间设置弧形缓冲圈，弧形缓冲圈长度为50mm，消除炉壳6热膨胀对温度传感器1的剪切应力，同时也要保证温度传感器1与耐材紧密接触。温度传感器1通过补偿导线与总接线盒连接，补偿导线外侧被钢管包裹，进行保护，钢管型号为DN35，外径为38mm。钢管采用的是Inconel 600镍铬合金，具备耐高温、耐腐蚀、抗氧化、抗氮化、抗渗碳性能、抗蠕变断裂强度，具有较好的机械性能，最高可承受1100℃的高温，化学成分参考表1。

表1温度传感器1保护套管化学成分

	镍Ni	铬Cr	铁Fe	碳C	锰Mn	硅Si	铜Cu	铝Al	钛Ti	硼B	磷P	硫S
													含量，％	72	14-17	6-10.0	0.15	1.0	0.5	0.5	0.3	0.3	0.006	0.015	0.015

温度传感器1选择专门针对转炉炉衬7环境开发的具有耐高温、抗氧化、抗高温蠕变、抗交替热应力侵蚀特性的转炉炉衬7专用温度传感器1，以保证温度传感器1长期稳定工作。转炉炉衬7温度传感器1是专门针对转炉炉衬7服役环境设计的优质铠装柔性温度传感器1。GB/T 18404-2001铠装温度传感器1电缆及铠装温度传感器1或热电阻，规格型号与性能参数参考表2。

表2温度传感器1的规格型号与性能参数

温度传感器1埋设位置通过传热学的数学模型计算给出，首先建立基于转炉8渣皮、炉衬7及炉壳6温度场正问题数学模型，利用激光测厚仪器和转炉8大修过程中对其温度场数学模型进行验证和校对；总结转炉炉衬7侵蚀模式；利用已校验和修正的转炉8温度场数学模型对转炉炉衬7挂有不同渣皮厚度、不同的炉衬7侵蚀模式进行温度场计算；在转炉炉衬7的周向和高度方向上的不同位置选择对侵蚀模式变化敏感的炉衬7温度位置处安装热电偶，为了避免干扰，在同一径向位置上安装两个温度传感器1。

总接线盒安装在转炉8耳轴区域，总接线盒与转炉炉壳6之间设置有垫板，总接线盒外侧安装保护壳，保护壳上开设有补偿导线入口，保护壳最外端距离炉壳650～100mm，总接线盒与炉壳6之间加垫板进行满焊，所有温度传感器1均与总接线盒连接，总接线盒内设置有数模转换器2和信号发射装置3，信号发射装置3包括无线发射装置和有线传输装置，所述数模转换器2与温度传感器1通过补偿导线连接，所述信号发射装置3与数模转换器2连接，信号发射装置3将转换后的数据发送至数据收集装置4。

数据收集装置4安装在转炉8附近的立柱上，数据收集装置4通过有线传输过无线发射的方式接受数据，数据收集装置4内设置有存储器，数据收集装置4收集的数据在存储器中进行储存。

数据处理装置5与数据收集装置4连接，数据处理装置5对数据进行分析处理，对数据进行去噪、滤波，实现转炉炉衬7不同区域的温度的在线采集、存储和显示，处理结果通过显示装置进行展示，所述数据处理装置5为计算机。

本实用新型基于接触式测温原理，实时计算转炉炉衬7侵蚀状态，避免了人工观察炉衬7侵蚀状态的误差，避免了存在高温烟气及粉尘情况下应用非接触式激光测距对转炉炉衬7侵蚀监测的误差；实现了转炉炉衬7侵蚀状态的在线、实时监测和预警。

在砌筑转炉炉衬7过程中，搭建转炉炉衬7温度采集系统，然后，根据转炉炉衬7结构参数、耐材物性参数、操作工艺参数等开发炉衬7温度场分布、侵蚀状态、残余厚度在线监测诊断模型。在提高转炉炉衬7寿命的基础上，增强转炉8操作的安全预警能力。能够实时、不间断地监测转炉8炉衬7的温度变化，减少了人工操作环节，避免了人工操作带来的不足。

采用无线数据传输，可将传感器测得的温度在线、实时传送至电脑控制端，摆脱了各种连接缆线，避免了连接线缆烧坏和毁损对测温传感器的限制，节约了投资与现场施工难度及时间，极大地简化了系统的维护，极大地提高了工作效率。

实施例2

本实施例公开了一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的方法，所述方法为：

温度传感器1采集转炉炉衬7的温度信息，根据转炉8渣皮、炉衬7和炉壳6温度场建立反问题数学模型；

根据不同温度下对应的转炉炉衬7渣皮厚度、炉衬7残余厚度和侵蚀厚度对反问题数学模型进行深度学习训练；

训练完成后，将温度传感器1采集的温度信息录入反问题数学模型，利用“最速梯度算法”求解反问题数学模型；

输出炉衬7渣皮厚度、炉衬7残余厚度、侵蚀厚度，计算出炉壳6温度、转炉8热量损失、废钢融化进程和渣钢液面高度；

显示装置显示分析处理结果，数据处理装置5根据转炉炉衬7侵蚀厚度进行自动诊断，转炉炉衬7厚度低于设定阈值则发出预警信息，实现转炉炉衬7在线实时监测预警。

在反问题数学模型建立后，采集转炉炉衬7的温度，利用激光测厚仪和转炉8大修过程中采集的炉衬7残剩厚度、渣皮厚度、侵蚀厚度，校验反问题数学模型进行训练学习，训练完成后，将温度传感器1采集的温度信息录入反问题数学模型，利用“最速梯度算法”求解反问题数学模型实现根据转炉炉衬7温度对炉衬7残剩厚度、渣皮厚度、侵蚀厚度进行预测，根据经验，提前设定转炉炉衬7残剩厚度预警阈值，当预测的炉衬7残剩厚度低于预警阈值，则发出预警信息，工作人员及时调整转炉8工作状态，进行维修。

显示装置展示转炉8炉衬7不同剖面温度场、等温线、侵蚀类型、残余耐材厚度、废钢熔化及液面高度的一维、二维、三维图形的自动绘制、显示和历史查询；实现转炉炉衬7的在线、实时监测数据的可视化。

废钢融化进程计算，通过建立废钢融化数学模型，耦合渣皮、炉衬7及炉壳6的温度场信息，计算废钢融化过程对炉衬7内边界温度的影响，建立废钢融化数学模型与炉衬7内边界温度的DNN算法，根据测得的炉衬7边界温度利用DNN算法计算废钢融化进程；渣钢液面高度通过添加的铁水量、废钢融化量及造渣剂量相加进行计算。

反问题数学模型输出预测炉衬7渣皮厚度、炉衬7残余厚度、侵蚀厚度后，通过实测转炉8侵蚀厚度、渣皮厚度、炉衬7残余厚度、渣钢液面高度对反问题数学模型进行校准和修正，以实现更加准确的预测。

本实用新型实施例公开的一种在线实时监测转炉炉衬7侵蚀状态的装置，在转炉炉衬7内埋设温度传感器1，将温度传感器1采集的温度信息进行模数转化后经过信号发射装置3传送至数据处理装置5，数据处理装置5建立反问题数学模型，根据测得的温度值预测渣皮厚度、侵蚀厚度、炉衬7残余厚度，实现转炉8侵蚀状态的在线监测。避免了人工观测炉衬7侵蚀状态的误差，消除高温烟气及粉尘情况下应用非接触式激光测距对转炉炉衬7侵蚀监测的误差，通过无线传输数据，避免线缆烧坏，降低成本，能够远程实时在线监测转炉8炉衬7的状态。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置，其特征在于，所述装置包括：温度传感器、总接线盒、数据收集装置和数据处理装置，所述温度传感器埋设在转炉炉衬内，温度传感器通过补偿导线与总接线盒连接，总接线盒对温度传感器数据进行转换并向外发送，所述数据收集装置接收总接线盒发送的数据，所述数据处理装置与数据收集装置连接，数据处理装置对数据进行分析处理，展示转炉炉衬的各项指标。

2.如权利要求1所述的一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置，其特征在于，所述温度传感器外包裹有保护套管，温度传感器埋入转炉炉衬内，温度传感器的顶端接触转炉内的砖衬，在转炉炉壳与炉衬之间设置弧形缓冲圈，温度传感器通过补偿导线与总接线盒连接，补偿导线外侧被钢管包裹，进行保护。

3.如权利要求1所述的一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置，其特征在于，所述总接线盒安装在转炉耳轴区域，总接线盒与转炉炉壳之间设置有垫板，总接线盒外侧安装保护壳，保护壳上开设有补偿导线入口，总接线盒内设置有数模转换器和信号发射装置，信号发射装置包括无线发射装置和有线传输装置，所述数模转换器与温度传感器通过补偿导线连接，所述信号发射装置与数模转换器连接，信号发射装置将转换后的数据发送至数据收集装置。

4.如权利要求1所述的一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置，其特征在于，所述数据收集装置内设置有存储器，数据收集装置收集的数据在存储器中进行储存。

5.如权利要求1所述的一种在线实时监测转炉炉衬侵蚀状态的装置，其特征在于，所述数据处理装置与数据收集装置连接，数据处理装置对数据进行分析处理，处理结果通过显示装置进行展示，所述数据处理装置为计算机。

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