CN214371809U - 一种矿热炉用电极的称重测深系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种矿热炉用电极的称重测深系统，包括保护管、探杆、称重器和运算控制装置；探杆安放在保护管内，保护管和探杆一起预埋贯通于矿热炉用电极内，保护管和探杆能够随矿热炉用电极同步消耗，保护管内通有惰性气体、氮气、二氧化碳或其混合气体，称重器安装于探杆的上端面；所述运算控制装置与称重器电连接和信号连接，用于通过称重器获取探杆的重量，进而确定矿热炉用电极在矿热炉内的深度。本实用新型可以有效且精确地、不需要停产停炉或人为干预地获取矿热炉内电极深度，达到优化工艺操作、节约电能、提高产品品质及减少安全风险的目的。

Description

一种矿热炉用电极的称重测深系统

技术领域

本实用新型涉及工业冶炼炉用电极测深系统技术领域，具体地说，涉及一种矿热炉用电极的称重测深系统。

背景技术

矿热炉是一种耗电量巨大的工业电炉，其直径十多米、深度六七米的巨大坩埚，是一个通过电极电流做功熔炼炉料进行生产的设备。其工作特点是采用碳质或镁质耐火材料作炉衬，使用电极糊焙烧电极制成自焙电极，将交流电流或直流电流分别由三根或六根电极导入炉内，电极插入炉料进行埋弧操作，电流经电极和电极间的炉料在电极下端产生电弧，在电弧及电流共同作用下形成高温融化炉料进而产生化学反应生成各种化合物。这些化合物主要包括电石、工业硅、铁合金，这些原料是化工、钢铁及电子的最基础的原料。

自焙电极的外层是由1～2mm厚度的钢板制成的直径1～1.2m圆筒，圆筒内填充固态块状的电极糊(无烟煤、焦炭以及沥青和焦油的混合物)，随着生产的进行，高温使电极糊逐步软化，在更高温度作用下熔融的电极糊就会软化、挥发、烧结，最后电极糊焙烧成圆柱状的石墨化的导电电极。焙烧好的电极下端部插入炉料，焙烧好的电极在高温及化学反应下不断消耗，因此需要不断从电极筒上部添加电极糊焙烧成新的电极，由于生产过程是连续进行的，因此需要经常从电极筒上端部添加块状电极糊，焙烧成新电极以补充消耗的电极。自焙电极的下端部插入高温炉料中，工作过程中承担传输电能的作用。由于自焙电极不断消耗又不断添加，下端部又插入高温炉料中，因此难以测量自焙电极的长度，也就无法知道插入炉内的深度。

电极插入炉内深度对于冶炼工艺极为重要。冶炼工艺要求三相电极的功率中心和几何中心重合且插入深度合理才能获得好的冶炼效率及低的能耗，电极深度位置不合理还导致焙烧出现生料层，引起喷料，导致设备损坏、人员伤亡、产品品质降低等后果。因此获取电极的插入深度对于矿热炉冶炼极为重要。

目前亟需一种测量矿热炉用电极深度的装置或系统，通过功能模块实现恶劣环境和重大测量障碍下，对矿热炉电极的精准测量，避免生产损失和操作人员人身伤亡。

实用新型内容

为了解决上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种矿热炉用电极的称重测深系统，以克服现有技术中的缺陷。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种矿热炉用电极的称重测深系统，所述称重测深系统包括保护管、探杆、称重器和运算控制装置；其中，探杆安放在保护管内，保护管和探杆一起预埋贯通于矿热炉用电极内，保护管和探杆能够随矿热炉用电极同步消耗，保护管内通有惰性气体、氮气、二氧化碳或其混合气体，称重器安装于探杆的上端面；所述运算控制装置与称重器电连接和信号连接，用于通过称重器获取探杆的重量M，以使所述运算控制装置得到矿热炉用电极(201)在矿热炉内的深度。

通过上述技术方案，提供了矿热炉用电极的称重测深系统，该系统实现了通过在矿热炉用电极内部合理安放探杆，利用称重装置获得探杆重量M，以使所述运算控制装置得到矿热炉用电极(201)在矿热炉内的深度。具体地说，经运算控制装置根据探杆的重量M、密度为ρ、截面积S，计算探杆的总长度H＝M/(S·ρ)，以确定矿热炉用电极在矿热炉内的深度D＝H-h，矿热炉用电极的下端部距离炉底的深度为d＝L-D；其中，h为矿热炉用电极在炉外的长度，由测量得到；L为矿热炉总深度；M单位为千克(kg)；ρ单位为千克/立方米(kg/m³)；S单位为平方米(m2)；D、H、h、d、L单位均为米(m)。由此通过本实用新型的矿热炉用电极的称重测深系统来获取探杆长度和自焙电极在炉内深度，避免了现有技术中对电极在矿热炉内深度的测量的缺陷，比如精准度差、需要停产停炉、不能连续测量、工况及炉料影响测量、需要人工干预等，采用简易的技术方案，取得了意想不到的效果，可以有效且精确地、不需要停产停炉或人为干预地获取矿热炉内电极深度，从而为控制电极提供数据依据，达到优化工艺操作、节约电能、提高产品品质及减少安全风险的目的，能够产生极大的社会和经济效益。电极在炉外的长度h，采用包括但不限于标尺、红外测距仪、激光测距仪和/或拉绳测距仪中的一种或多种测量得到。

作为对本发明所述的矿热炉用电极的称重测深系统的进一步说明，优选地，所述运算控制装置包括运算模块、通信模块和人机交互模块，称重器与运算模块电连接和信号连接，运算模块与通信模块电连接和信号连接，通信模块与所述人机交互模块电连接和信号连接；其中，称重器将测量的探杆重量转化为数字信号发送至所述运算控制装置，通过运算模块计算重量和/或距离参数，经过通信模块，将数据处理结果传输给所述人机交互模块。

作为对本发明所述的矿热炉用电极的称重测深系统的进一步说明，优选地，所述人机交互模块包括远方人机交互模块和/或就地人机交互模块；远方人机交互模块位于所述称重测深系统远端，就地人机交互模块位于所述称重测深系统近端。

作为对本发明所述的矿热炉用电极的称重测深系统的进一步说明，优选地，所述称重测深系统还包括保护气体发生器、气体压力调节装置、单向阀，保护气体发生器与气体压力调节装置连接，气体压力调节装置与单向阀连接，单向阀与保护管连接；其中，保护气体发生器产生保护气体，经气体压力调节装置进行压力变换，通过单向阀送至保护管内，以保护探杆在保护管内不被高温氧化。

作为对本发明所述的矿热炉用电极的称重测深系统的进一步说明，优选地，称重器外设置有保护罩，以保护称重器免受粉尘及落物的损坏。

作为对本发明所述的矿热炉用电极的称重测深系统的进一步说明，优选地，保护管的熔点在2000℃以上，保护管的材质为金属材料、石墨和/或陶瓷材料中的一种或多种；所述金属材料选自钨、钼、铼、铱、镧的单体和/或混合物中的一种或多种；所述陶瓷材料为氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼、碳化钼、碳化钛的单体或其混合物、氧化锆或氧化铝气凝胶和/或气凝胶纤维中的一种或多种。

通过上述技术方案，经过多次试验研究，所选择的保护管的材质具有抗高温氧化，并与矿热炉电极同步消耗的优势，从而保证了其内安放的探杆的长度和矿热炉电极在炉内的深度之间的紧密关联性，进而保证了本实用新型电极深度测量的准确性。保护管为规则和/或不规则管状，包括但不限于方管、圆管、椭圆管、多边形管、不规则形状管中的一种或多种。

作为对本发明所述的矿热炉用电极的称重测深系统的进一步说明，优选地，探杆的熔点在2000℃以上，探杆的材质为金属材料、石墨和/或陶瓷材料中的一种或多种；所述金属材料选自钨、钼、铼、铱、镧的单体和/或混合物中的一种或多种；所述陶瓷材料选自氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼的单体和/或混合物中的一种或多种。

作为对本发明所述的矿热炉用电极的称重测深系统的进一步说明，优选地，探杆的熔点在2200℃以上，探杆的材质为石墨、氧化铝、氧化锆、氧化镁、钨、钼的单体和/或混合物中的一种或多种。

通过上述技术方案，在通孔内放入一个熔点大于2000℃，优选为2200℃的探杆，当探杆从电极的中孔内穿过后，到达电极下端面与空腔交界面的位置，突出部分将迅速熔化氧化。当电极逐渐消耗时，探杆即可实现随着矿热炉内电极同步消耗，此时探杆的长度即代表电极的长度，通过测量探杆长度和电极炉外的深度即可计算电极插入炉内的深度。

本实用新型的有益效果如下：本实用新型通过在矿热炉用电极内部合理安放探杆，利用称重装置获得探杆重量M，经运算控制装置根据探杆的重量M、密度为ρ、截面积S，计算探杆的总长度H＝M/(S·ρ)，以确定矿热炉用电极在矿热炉内的深度D＝H-h，矿热炉用电极的下端部距离炉底的深度为d＝L-D，通过本实用新型的称重测深系统来获取探杆长度和自焙电极在炉内深度，避免了现有技术中对电极在矿热炉内深度的测量的缺陷，比如精准度差、需要停产停炉、不能连续测量、工况及炉料影响测量、需要人工干预等，采用简易的技术方案，取得了意想不到的效果，可以有效且精确地、不需要停产停炉或人为干预地获取矿热炉内电极深度，从而为控制电极提供数据依据，达到优化工艺操作、节约电能、提高产品品质及减少安全风险的目的，能够产生极大的社会和经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的矿热炉用电极的温度曲线示意图。

图2为本实用新型的矿热炉用电极的称重测深系统在炉内应用的侧视图。

图3为本实用新型的矿热炉用电极的称重测深系统在炉内应用的俯视图。

图4为本实用新型的保护管和探杆的形状示意图。

图5为本实用新型的矿热炉用电极的称重测深系统的结构示意图。

具体实施方式

为了能够进一步了解本实用新型的结构、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实用新型的技术方案，并非限定本实用新型。

如图2-5所示，一种矿热炉用电极的称重测深系统包括保护管101、探杆102、称重器103和运算控制装置；其中，探杆102安放在保护管101内，保护管101和探杆102一起预埋贯通于矿热炉用电极201内，保护管101和探杆102能够随矿热炉用电极201同步消耗，保护管101内通有惰性气体、氮气、二氧化碳或其混合气体，称重器103安装于探杆102的上端面；所述运算控制装置与称重器103电连接和信号连接，用于通过称重器103获取探杆102的重量M，并基于探杆102的重量M、密度为ρ、截面积S，计算探杆102的总长度H＝M/S·ρ，确定矿热炉用电极201在矿热炉内的深度D＝H-h，矿热炉用电极201的下端部距离炉底的深度为d＝L-D；其中，h为矿热炉用电极201在炉外的长度，采用包括但不限于标尺、红外测距仪、激光测距仪和/或拉绳测距仪中的一种或多种测量得到；L为矿热炉总深度；M单位为千克(kg)；ρ单位为千克/立方米(kg/m³)；S单位为平方米(m2)；D、H、h、d、L单位均为米(m)。

如图5所示，所述运算控制装置包括运算模块108、通信模块109和人机交互模块，称重器103与运算模块108电连接和信号连接，运算模块108与通信模块109电连接和信号连接，通信模块109与所述人机交互模块电连接和信号连接；其中，称重器103将测量的探杆102重量转化为数字信号发送至所述运算控制装置，通过运算模块108计算重量和/或距离参数，经过通信模块109，将数据处理结果传输给所述人机交互模块。

人机交互模块还可以通过反馈机制，反向调节所述运算控制模块中的预设参数，提高所述数据处理精度。该人机交互模块可以调节运算控制模块中的运算定值，比如探杆密度、探杆横截面积、测量周期这些数据，影响运算结果。所述人机交互模块包括远方人机交互模块110和/或就地人机交互模块111；远方人机交互模块110位于所述矿称重测深系统远端，就地人机交互模块111位于所述称重测深系统近端。

所述称重测深系统还包括保护气体发生器106、气体压力调节装置105、单向阀104，保护气体发生器106与气体压力调节装置105连接，气体压力调节装置105与单向阀104连接，单向阀104与保护管101连接；其中，保护气体发生器106产生保护气体，经气体压力调节装置105进行压力变换，通过单向阀104送至保护管101内，以保护探杆102在保护管101内不被高温氧化。

称重器103外设置有保护罩107，以保护称重器103免受粉尘及落物的损坏。

保护管101的熔点在2000℃以上，保护管101的材质为金属材料、石墨和/或陶瓷材料中的一种或多种；所述金属材料选自钨、钼、铼、铱、镧的单体和/或混合物中的一种或多种；所述陶瓷材料为氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼、碳化钼、碳化钛的单体或其混合物、氧化锆或氧化铝气凝胶和/或气凝胶纤维中的一种或多种。

经过多次试验研究，所选择的保护管的材质具有抗高温氧化，并与矿热炉电极同步消耗的优势，从而保证了其内安放的探杆的长度和矿热炉电极在炉内的深度之间的紧密关联性，进而保证了本实用新型电极深度测量的准确性。保护管为规则和/或不规则管状，包括但不限于方管、圆管、椭圆管、多边形管、不规则形状管中的一种或多种。

保护管内通有惰性气体、氮气、二氧化碳或其混合气体；惰性气体包括但不限于氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气中的一种或多种。本实用新型所选择的保护气体，具有在高温环境中，不与探杆发生化学反应的能力，同时保证了保护管内的探杆与空气及矿热炉气隔绝，不被氧化。本实用新型中，当探杆的下端部处于矿热炉料的空腔内，空腔横截面远大于保护管的横截面，保护气体失去了对探杆的高温保护作用，在高温下这些物质迅速的将探杆氧化，从而使探杆的下端面与保护管的下端面持平，而保护管的金属、石墨、陶瓷等材料与空腔内高温气体反应，使保护管与电极下端面也持平，从而保证了本实用新型的电极深度测量的实现。由于炉子气体的作用会导致探杆提前氧化，在通孔内通保护气体，既可以防止高温氧化对测量精度的影响，也可以进一步降低通孔内温度，加大通孔与空腔的温度差，提高测量的精度。同时，保护管内通有保护气体，还可以指示保护管是否处于通畅的状态，因为如果端头被融化，则会导致保护管内保护气体压力升高；并且还兼具吹开短暂封堵的端头的作用。

探杆102的熔点在2000℃以上，探杆102的材质为金属材料、石墨和/或陶瓷材料中的一种或多种；所述金属材料选自钨、钼、铼、铱、镧的单体和/或混合物中的一种或多种；所述陶瓷材料选自氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼的单体和/或混合物中的一种或多种。优选地，探杆102的熔点在2200℃以上，探杆102的材质为石墨、氧化铝、氧化锆、氧化镁、钨、钼的单体和/或混合物中的一种或多种。探杆的材质可以选择石墨、氧化铝、氧化锆、氧化镁、钨、钼等耐高温的材料。探杆的横截面选自长方形、正方形、圆形、椭圆形、多边形和/或不规则形状中的一种或多种；探杆包括但不限于实心柱和/或管状柱。

矿热炉电极在工作时，在电弧与炉内气体的作用下会在电极的端部形成一个空腔，空腔大小与所冶炼的品种及炉况有关，空腔内由于电弧放电产生极高温度(约4000℃-10000℃)及大量的气体，电极端头内部温度约2000℃-3000℃，远低于空腔温度，电极下端面处于起弧位置，空腔中温度飙升，估计在4000℃-10000℃，电极温度曲线示意图如图1所示，图1中横轴代表电极H从顶端到低端到达空腔的温度曲线。由图1可知，获取电极端部位置即为获取电极与空腔气体交界面的位置。

本实用新型，从电极内部预埋一个贯通的通孔，经发明人研究，在通孔内放入一个熔点大于2000℃，优选为2200℃的探杆，当探杆从电极的中孔内穿过后，到达电极下端面与空腔交界面的位置，突出部分将迅速熔化氧化。当电极逐渐消耗时，探杆即可实现随着矿热炉内电极同步消耗，此时探杆的长度即代表电极的长度，通过测量探杆长度和电极炉外的深度即可计算电极插入炉内的深度。

本实用新型的一种实施方式，矿热炉是一个巨大的工业电炉，依靠三个自焙电极向炉内输送能量，从而熔炼炉料的装置，如图2、图3所示，图3所示也是图2的A-A向剖视图。三个电极成品字形均匀布置在炉内。其中矿热炉用电极201、炉体202、炉料203。电极埋入炉料中释放电弧熔炼炉料工作。

在炉内温度大约是1800℃-2200℃，容量为33000kvA规模的电石炉内，同步放入两个自焙电极，采用不同的测深方法，比较电极深度的测量结果。

现有技术中测量电极长度采用的对比实施方式1如下：

对第一个自焙电极，采用现有技术的累积法，根据每天添加的电极糊以及消耗的速度推测电极长度。分别在第3天，第10天和第17天，估算自焙电极在炉内的深度，得到电极深度的大约为1.4m、0.8m、0.9m。

而本实用新型的矿热炉用电极的称重测深系统的一种实施方式如下：

整套装置包括保护管101、探杆102、称重器103、单向阀104、气体压力调节装置105、保护气体发生器106、保护罩107、运算模块108、通信模块109、远方人机交互模块110、就地人机交互模块111，如图5所示。

保护管101是由金属材料、石墨和/或陶瓷材料中的一种或多种；金属材料选自钨、钼、铼、铱、镧的单体和/或混合物中的一种或多种；陶瓷材料选自氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼的单体和/或混合物中的一种或多种，其外形是方管也可以是圆管，如图4所示，图4显示了图3中I的放大视图，图4中I-1显示了保护管101的外形是圆管的视图，图4中I-2显示了保护管101的外形是方管的视图，保护管101的作用是输送保护气体用于保护探杆102，保护管101通过螺栓连接或者是焊接，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。

探杆102是由耐高温的金属材料(钨、钼、铼、铱、镧的单体或者混合物)、石墨(碳)管或者陶瓷材料(氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼的单体或者混合物)制成，其外形是丝状或者条状，预先放置在保护管101内部，并采取适当的方式固定，随着电极消耗探杆102也消耗，需要不断补充。

保护罩107用以保护称重器免受粉尘及落物的损坏，同时与保护管一起起到传输保护气体的作用。

称重器103是测量探杆的重量，其内部的称重传感器将重量信号转换成电信号送出。

探杆102置于保护管101内，整体预埋于自焙电极内，在保护管内始终保持一定压力的保护气体用于防止探杆提前氧化，探杆下端部超出电极的下端部后即失去保护气体的保护从而氧化，探杆随电极消耗而消耗，从而探杆的长度始终接近电极长度。获取探杆的长度即可知道电极长度。

保护气体发生器106制取惰性气体(氦(He)，氖(Ne)，氩(Ar)，氪(Kr)，氙(Xe)，氡(Rn)等)以及氮气和二氧化碳等在使用的高温环境不与探杆发生化学反应的气体。保护气体经气体调节装置105进行压力变换后通过单向阀后104送至保护管101对探杆102进行高温保护。

称重器103将测量的重量转化成电信号通过电缆连接到电缆航空插头后送至运算模块108，在运算模块108计算后再经通信模块109送至人机交互装置110。远方人机交互模块110、就地人机交互模块111可将调整的参数通过通信模块109送至运算模块108供调整计算参数。

探杆的重量M、密度ρ、杆的截面积S。杆的长度H＝M/(S·ρ)，得到探杆总长度H。

根据拉绳测距仪测得的定制数据h，使用公式电极深度D＝H-h，得到电极在炉内的深度。

运算控制模块直接将计算出重量及距离，包括探杆长度和电极在炉内的深度等数据，经通信模块109传输给远方人机交互模块110，或者经通信模块109传输给就地人机交互模块111。

人机交互模块可以将设置定值传输给运算控制模块，改变运算控制模块中的定制，便于运算控制模块中的软件对计算出时间及距离等数据。

在第一自焙电极内预埋贯通的保护管，保护管材质为石墨，保护管为规则的圆管，内径为30mm。探杆材质为钼，横截面的直径为2毫米圆形的实心柱，安放于保护管内；将称重器安装在探杆的上端面。

保护管内通有氮气，通气压力为1.05个大气压力,该保护气体可以保护探杆在高温下，在保护管内不被氧化，同时，随着该保护气体在探杆下端面的溢出，使得探杆下端面没有受到保护，从而因氧化而消耗，使得该探杆与自焙电极保持同一长度。

利用本实用新型的矿热炉用电极的称重测深系统，分别在第3天，第10天和第17天，通过称重器测量探杆的重量M为644.4g、621.3g、608.5g,ρ为10.2g/cm³，所述探杆的截面积S为0.0314cm²，所述探杆总长度H＝M/(S·ρ)，得到探杆总长度H为20.12m、19.40m、19m；由红外测距仪，测量得到电极在炉外的长度h为18.97m、18.31m、17.74m，由探杆总长度H减去所述电极在炉外的长度h，得到电极在炉内的深度1.15m、1.09m、1.26m。

由下表1可知，使用本实用新型的矿热炉用电极的称重测深系统能够实现测量电极深度，精准度达到95％左右，远高于现有技术中使用的累积法，足以提高产品品质，并且也可以减少停工停炉，具有极高的社会经济价值。

表1

而现有技术中测量电极长度采用的对比实施方式2如下：

对第二自焙电极，采用现有技术的探针法，用一根铁钎插入炉内触碰电极，多次插探探测电极端面，进而应用勾股定理计算电极插入深度。分别在第5天，第12天和第17天，计算、测量自焙电极在炉内的深度，得到电极深度的数据1.3m、0.9m、1.1m。

本实用新型的矿热炉用电极的称重测深系统的另一种实施方式如下：

整套装置包括保护管101、探杆102、称重器103、单向阀104、气体压力调节装置105、保护气体发生器106、保护罩107、运算模块108、通信模块109、远方人机交互模块110、就地人机交互模块111，如图5所示。

保护管101是由金属材料、石墨和/或陶瓷材料中的一种或多种；金属材料选自钨、钼、铼、铱、镧的单体和/或混合物中的一种或多种；陶瓷材料选自氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼的单体和/或混合物中的一种或多种，其外形是方管也可以是圆管，如图4所示，图4显示了图3中I的放大视图，图4中I-1显示了保护管101的外形是圆管的视图，图4中I-2显示了保护管101的外形是方管的视图，保护管101的作用是输送保护气体用于保护探杆102，保护管101通过螺栓连接或者是焊接，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。

探杆102是由耐高温的金属材料(钨、钼、铼、铱、镧的单体或者混合物)、石墨(碳)管或者陶瓷材料(氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼的单体或者混合物)制成，其外形是丝状或者条状，预先放置在保护管101内部，并采取适当的方式固定，随着电极消耗探杆102也消耗，需要不断补充。

保护罩107用以保护称重器免受粉尘及落物的损坏，同时与保护管一起起到传输保护气体的作用。

称重器103是测量探杆的重量，其内部的称重传感器将重量信号转换成电信号送出。

探杆102置于保护管101内，整体预埋于自焙电极内，在保护管内始终保持一定压力的保护气体用于防止探杆提前氧化，探杆下端部超出电极的下端部后即失去保护气体的保护从而氧化，探杆随电极消耗而消耗，从而探杆的长度始终接近电极长度。获取探杆的长度即可知道电极长度。

保护气体发生器106制取惰性气体(氦(He)，氖(Ne)，氩(Ar)，氪(Kr)，氙(Xe)，氡(Rn)等)以及氮气N2和二氧化碳CO2等在使用的高温环境不与探杆发生化学反应的气体。保护气体经气体调节装置105进行压力变换后通过单向阀后104送至保护管101对探杆102进行高温保护。

称重器103将测量的重量转化成电信号通过电缆连接到电缆航空插头后送至运算模块108，在运算模块108计算后再经通信模块109送至人机交互装置110。远方人机交互模块110、就地人机交互模块111可将调整的参数通过通信模块109送至运算模块108供调整计算参数。

探杆的重量M、密度ρ、杆的截面积S。杆的长度H＝M/(S·ρ)，得到探杆总长度H。

根据拉绳测距仪测得的定制数据h，使用公式电极深度D＝H-h，得到电极在炉内的深度。

运算控制模块直接将计算出重量及距离，包括探杆长度和电极在炉内的深度等数据，经通信模块109传输给远方人机交互模块110，或者经通信模块109传输给就地人机交互模块111。

人机交互模块可以将设置定值传输给运算控制模块，改变运算控制模块中的定制，便于运算控制模块中的软件对计算出时间及距离等数据。

在第二自焙电极内预埋贯通的保护管，保护管材质为氧化铝，保护管为圆管，直径为30mm。探杆材质为石墨，直径为10毫米的圆柱，安放于保护管内，如图3所示。同时由于自焙电极、保护管、探杆在炉内的消耗，在每天补充电极糊制作自焙电极的同时，适时补充每根1.2m长度的保护管和探杆，与已埋入的保护管和探杆通过螺纹连接。将称重器安装在探杆的上端面。

保护管内通有惰性气体氩气，通气压力为1.05大气压。该惰性气体可以保护探杆在高温下，在保护管内不被氧化，同时，随着该惰性气体在探杆下端面的溢出，使得探杆下端面没有受到保护，从而因氧化而消耗，使得该探杆与自焙电极保持同一长度。

由此，利用本实用新型的矿热炉用电极的称重测深系统，通过称重器测量探杆的重量M为13696.3g、12968.1g、13465.2g，密度ρ为2.23g/cm3，所述探杆的截面积S为3.14cm2，所述探杆总长度H＝M/(S·ρ)，得到探杆总长度H为19.56m、18.52m、19.23m；使用激光测距仪，获得电极在炉外的长度h分别为18.44m、17.41m、18.02m；由D＝H-h；得到电极在炉内的深度为1.12m、1.11m、1.21m。

由下表2可知，使用本实用新型的矿热炉用电极的称重测深系统能够实现测量电极深度，精准度达到98％左右，远高于现有技术中使用的探针法，足以提高产品品质，并且也可以减少停工停炉，具有极高的社会经济价值。

表2

矿热炉的电极端部温度高达1600℃-2200℃，还埋在炉料里，任何传感器在这样环境下都无法生存，况且电极的材质是石墨化的碳材料，长度约15-20米，任何电磁波、声波、光波、太赫兹波都无法穿透。电极的外边有炉料、炉砖、炉体钢板的保护，即使采用X射线、α射线、β射线、γ射线和中子射线也需要进行电子加速方可穿透，这样的成本在500-1000万左右，经济上无法接受，同时带来射线污染。本实用新型利用称重测量电极深度的方法，简单易行，取得了意想不到的效果，实现对电极长度的测量，进而实现对电极入炉深度的测量。

本实用新型提供的矿热炉电极的称重测深系统，通过在矿热炉用电极内部合理安放探杆，利用称重装置获得探杆重量，采用相关算法来获取探杆长度和自焙电极在炉内深度，避免了现有技术中对电极在矿热炉内深度的测量的缺陷，比如精准度差、需要停产停炉、不能连续测量、工况及炉料影响测量、需要人工干预等，采用简易的技术方案，取得了意想不到的效果。矿热炉包括但不限于冶炼矿石和/或碳质还原剂的电弧电炉和/或电阻电炉；优选自铁合金炉、电石炉、黄磷炉、硅钙炉、碳化硅炉和/或工业硅炉。在上述矿热炉的使用过程中，电极插入炉内深度对于冶炼工艺极为重要。冶炼工艺要求三相电极的功率中心和几何中心重合且插入深度合理才能获得好的冶炼效率及低的能耗，电极深度位置不合理还导致焙烧出现生料层，影响产品品质，还易引起喷料导致设备损坏及人员伤亡等事故，因此精确地获取电极的插入深度对于矿热炉冶炼工业安全、高效的生产极为必要。

需要声明的是，上述实用新型内容及具体实施方式意在证明本实用新型所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本实用新型保护范围的限定。本领域技术人员在本实用新型的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本实用新型的保护范围以所附权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种矿热炉用电极的称重测深系统，其特征在于，所述称重测深系统包括保护管(101)、探杆(102)、称重器(103)和运算控制装置；其中，

探杆(102)安放在保护管(101)内，保护管(101)和探杆(102)一起预埋贯通于矿热炉用电极(201)内，保护管(101)和探杆(102)能够随矿热炉用电极(201)同步消耗，保护管(101)内通有惰性气体、氮气、或二氧化碳，称重器(103)安装于探杆(102)的上端面；

所述运算控制装置与称重器(103)电连接和信号连接，用于通过称重器(103)获取探杆(102)的重量M，以使所述运算控制装置得到矿热炉用电极(201)在矿热炉内的深度。

2.如权利要求1所述的称重测深系统，其特征在于，所述运算控制装置还包括运算模块(108)、通信模块(109)和人机交互模块，称重器(103)与运算模块(108)电连接和信号连接，运算模块(108)与通信模块(109)电连接和信号连接，通信模块(109)与所述人机交互模块电连接和信号连接；其中，称重器(103)将测量的探杆(102)重量转化为数字信号发送至所述运算控制装置，通过运算模块(108)计算重量和/或距离参数，经过通信模块(109)，将数据处理结果传输给所述人机交互模块。

3.如权利要求2所述的称重测深系统，其特征在于，所述人机交互模块包括远方人机交互模块(110)和/或就地人机交互模块(111)；远方人机交互模块(110)位于所述称重测深系统远端，就地人机交互模块(111)位于所述称重测深系统近端。

4.如权利要求1所述的称重测深系统，其特征在于，所述称重测深系统还包括保护气体发生器(106)、气体压力调节装置(105)、单向阀(104)，保护气体发生器(106)与气体压力调节装置(105)连接，气体压力调节装置(105)与单向阀(104)连接，单向阀(104)与保护管(101)连接；其中，保护气体发生器(106)产生保护气体，经气体压力调节装置(105)进行压力变换，通过单向阀(104)送至保护管(101)内，以保护探杆(102)在保护管(101)内不被高温氧化。

5.如权利要求1所述的称重测深系统，其特征在于，称重器(103)外设置有保护罩(107)，以保护称重器(103)免受粉尘及落物的损坏。

6.如权利要求1所述的称重测深系统，其特征在于，保护管(101)的熔点在2000℃以上，保护管(101)的材质为金属材料、石墨或陶瓷材料；所述金属材料为钨、钼、铼、铱、镧的单体；所述陶瓷材料为氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、硅化钼、碳化钼、碳化钛的单体、氧化锆气凝胶、或氧化铝气凝胶。

7.如权利要求1所述的称重测深系统，其特征在于，探杆(102)的熔点在2000℃以上，探杆(102)的材质为金属材料、石墨、或陶瓷材料；所述金属材料选自钨、钼、铼、铱、镧的单体；所述陶瓷材料为氧化铝、氧化锆、氧化镁、碳化硅、或硅化钼的单体。

8.如权利要求7所述的称重测深系统，其特征在于，探杆(102)的熔点在2200℃以上，探杆(102)的材质为石墨、氧化铝、氧化锆、氧化镁、钨、或钼的单体。

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