WO2022143013A1 - 一种矿热炉用电极的电极测深系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种矿热炉用电极（201）的电极测深系统和方法，包括保护管（101）、传感杆（102）、换能器（103）和运算控制装置；传感杆（102）安放在保护管（101）内，保护管（101）与传感杆（102）一起预埋贯通于矿热炉用电极（201）内，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；换能器（103）位于传感杆（102）的上端面和/或侧面，用于发射和/或接收超声导波；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）获取超声导波沿传感杆（102）传输的时间与速度，计算传感杆（102）的长度以及矿热炉用电极（201）在矿热炉内的深度。电极测深系统可以有效精确地、不需要停产停炉或人为干预地获取炉内电极深度，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电极测深系统和方法 技术领域
本发明涉及电极测深系统和方法技术领域，具体地说，涉及一种矿热炉用电极的电极测深系统和方法。
背景技术
工业矿热炉内通常温度很高，比如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矿热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矿热炉衬，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矿热炉内，电极插入矿热炉料进行埋弧操作，电流经电极和电极间的矿热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矿热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矿热炉料，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矿热炉料中，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，下端部又插入高温矿热炉料中，因此难以测量自焙电极的长度，也就无法知道插入矿热炉内的深度。
电极插入矿热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，因此获取电极的插入深度对于矿热炉冶炼极为重要。
目前工业中应用的矿热炉内电极测深方法有以下几种：
(1)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。电极现有长度H0，根据历史经验推测每天电极消耗数量H1，再根据每天电极糊添加量估算电极生成量H2，进而计算出当前电极长度为H＝H0-H1+H2。这种方法简单，但由于每日消耗量受冶炼操作工艺影响挺大，随着时间积累，导致误差较大，失去指导电极深度的作用。
(2)称重法：根据电极的重量推测电极的长度，参见发明专利CN201621187815.6(专利名称为蓄热式密闭电石炉电极自动测长的装置)。这种方法忽略了电极在不同段的密度不同及融化的矿热炉料的粘度不同，导致用浮力推测电极插入深度不具有可行性。
(3)探针法：用一根铁钎插入矿热炉内触碰电极，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,即H 2＝D 2+L 2。这种方法简单有效，但受限于操作人员的经验及测量时需要停电停矿热炉，使用起来十分不方便，尤其对于铁合金矿热炉及工业硅矿热炉，坚硬矿热炉料严重影响铁钎的插入，进而导致无法探测电极的插入深度。
(4)磁感应法：在矿热炉体周边布置多个磁场感应器，根据磁感应器信号获取磁场状况，进而推测三相电极中的电流推测电极插入深度，参见发明专利申请CN201710071904.7。这种方法忽略了矿热炉内电流的复杂流向及相序间影响，尤其是异常矿热炉况时矿热炉内电流方向大小不可预知，其产生的磁场方向大小也是不可预知的，严重影响测量准确性。
(5)操作电阻估算深度法：通过测量电极的电压电流，计算出操作电阻阻值，进而仿真模拟推测出电极入矿热炉深度，参见发明专利CN201610490475.2。这种方法看似能够仿真模拟出电极入矿热炉深度，实际上由于矿热炉内复杂矿热炉况，仿真模型也只是对于正常工况下固定矿热炉料配比的状态下做出的，由于矿热炉料是不断调整变化的，很多时间矿热炉都处于异常工况，所以仿真模拟根本不起作用，适用性极差。
上述方法，均未能满足电极在矿热炉内深度测量的易用性、准确度和有效性的需要，从而导致工业生产中矿热炉内能耗、产品品质不受控，设备损坏和生产事故频发，带来不可估量的经济和社会效益损失。
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矿热炉用电极的电极测深系统和方法，可以有效且精确地、不需要停产停矿热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，以克服现有技术中的缺陷。
为了实现上述目的，本发明提供了一种矿热炉用电极的电极测深系统，所述电极测深系统包括保护管、传感杆、换能器和运算控制装置；其中，传感杆安放在保护管内，保护管与传感杆一起预埋贯通于矿热炉用电极内，且保护管和传感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；换能器位于传感杆的上端面和/或侧面，用于发射和/或接收超声导波，所述超声导波在传感杆端面反射并沿传感杆传输；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超声导波沿传感杆传输的接收时间t与速度v，根据所述超声导波的接收时间t与超声导波的速度ν计算传感杆总长度H，并且将所述传感杆总长度H减去所述矿热炉用电极在矿热炉外的长度h来确定所述矿热炉用电极在矿热炉内的深度D。
通过上述技术方案，通过在矿热炉用电极内部合理安放传感杆，利用超声导波具有在传感杆端面反射的特性，通过测量导波端部反射波的传输时间，获得传感杆长度，同时利用传感杆能够跟随电极消耗而消耗，即传感杆长度与电极长度保持一致，即可同步获取电极长度及矿热炉内电极深度，避免了现有技术中对电极在矿热炉内深度的测量方法的缺陷，比如精准度差、需要停产停矿热炉、不能连续测量、工况及矿热炉料影响测量、需要人工干预等，取得了意想不到的效果，可以有效且精确地、不需要停产停矿热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。
作为对本发明所述的矿热炉用电极的电极测深系统的进一步说明，优选地，所述矿热炉用电极包括自焙电极、石墨电极和碳素电极。
作为对本发明所述的矿热炉用电极的电极测深系统的进一步说明，优选地，所述换能器为电磁超声换能器和/或磁致伸缩换能器和/或压电换能器。
作为对本发明所述的矿热炉用电极的电极测深系统的进一步说明，优选地，所述保护管的熔点在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，经过发明人多次试验研究，所选择的保护管的材质具有与矿热炉用电极同步消耗的优势，从而保证了其内安放的传感杆的长度，和矿热炉用电极在矿 热炉内的深度之间的紧密关联性，进而保证了本发明电极深度测量的准确性。进一步地，金属材质可以用来防止保护管被球状电极糊砸坏，同时还具备防止糊状电极糊侵蚀保护管的作用，石墨材质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。陶瓷材质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。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电极测深系统的进一步说明，优选地，传感杆的熔点在2000℃以上，传感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。
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，一方面避免了该传感杆在矿热炉用电极内部融化，从而吸收超声导波，难以形成反射波的问题；另一方面采用了高温易氧化的材质，使得该传感杆超出电极端头部分能够在高温下被炉气氧化，实现与矿热炉用电极一起消耗，达到指示电极的位置目的，从而保证了本发明在矿热炉内电极深度测量的准确性。
作为对本发明所述的矿热炉用电极的电极测深系统的进一步说明，优选地，传感杆的熔点在2200℃以上，传感杆的材质为石墨、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℃的传感杆，当传感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，传感杆即可实现随着矿热炉内电极同步消耗，此时传感杆的长度即代表电极的长度，通过测量传感杆长度和电极炉外的深度即可计算电极插入炉内的深度。
作为对本发明所述的矿热炉用电极的电极测深系统的进一步说明，优选地，所述传感杆上每隔ΔL距离设置一个凹槽或突出物，用于反射所述超声导波；最接近所述传感杆下端面的凹槽或突出物为第n个凹槽或突出物，其距离所述传感杆下端面的距离为S，S<ΔL；所述超声导波沿所述传感杆传输，每个所述凹槽均生成反射波；所述传感杆总长度H为：
(1)所述传感杆顶端到最下端凹槽或突出物的距离为：n×ΔL；
(2)所述传感杆第n个凹槽或突出物距离所述传感杆下断面距离
Figure PCTCN2021135460-appb-000001
所述传感杆总长度
Figure PCTCN2021135460-appb-000002
其中，
Figure PCTCN2021135460-appb-000003
为超声导波下端平均速度；ts为传感杆下端面反射波的接收时间；tn为第n个凹槽或突出物反射波的接收时间；
(3)所述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距离为：d＝L-D；
其中，H为所述传感杆总长度；h为所述电极在矿热炉外的长度，经测量得到；L为矿热炉总深度；S、H、ΔL、h、D、d、L单位均为米(m)；ts、tn单位均为秒(s)；
Figure PCTCN2021135460-appb-000004
单位为米/秒(m/s)。
作为对本发明所述的矿热炉用电极的电极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控制模块，运算控制模块与大功率超声激励模块电连接和信号连接，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，带通滤波电路与增益调整电路电连接和信号连接，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，运算控制模块通过通信模块与人机交互模块信号连接；其中，运算控制模块向大功率超声激励模块发送触发指令，大功率超声激励模块产生触发信号，所述触发信号通过传感器匹配电路作用于换能器，以使换能器产生超声导波信号，所述超声导波信号在传感杆表面传播和反射，换能器接收反射波转换成电信号，经传感器匹配电路传输给带通滤波电路，再经增益调整电路传输给数字采集电路进行滤波和放大，最后数字采集电路将超声导波反射数据上传至运算控制模块，运算控制模块对所述超声导波反射数据进行处理，计算时间和/或距离参数，经通信模块将数据处理结果传输给所述人机交互模块；所述人机交互模块还可以通过反馈机制，反向调节运算控制模块中的预设参数，以提高所述数据处理精度。
作为对本发明所述的矿热炉用电极的电极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电极测深系统远端，就地人机交互模块位于所述电极测深系统近端。
作为对本发明所述的矿热炉用电极的电极测深系统的进一步说明，优选地，所述电极测深系统还包括保护气体发生器、气体压力调节装置和/或单向阀，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，单向阀伸入保护管内；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 送至传感杆外周，以保护所述传感杆不被高温氧化。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矿热炉用电极的电极测深系统的矿热炉内电极测深方法，所述矿热炉内电极测深方法包括如下步骤：
步骤S1)：在传感杆上每隔ΔL距离设置一个凹槽或突出物，最接近传感杆下端面的凹槽或突出物为第n个凹槽或突出物，其距离传感杆下端面的距离为S，S<ΔL；
步骤S2)：通过所述运算控制装置获取传感杆的总长度H；其中，传感杆顶端到最下端所述凹槽或突出物的距离为：n×ΔL；传感杆第n个所述凹槽或突出物距离传感杆下端面距离
Figure PCTCN2021135460-appb-000005
则传感杆的总长度
Figure PCTCN2021135460-appb-000006
为超声导波下端平均速度；ts为传感杆下端面反射超声导波的接收时间；tn为第n个所述凹槽或突出物反射超声导波的接收时间；
步骤S3)：经测量得到矿热炉用电极在矿热炉外的长度h，则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距离为：d＝L-D，L为矿热炉总深度；其中，S、H、ΔL、h、D、d、L单位均为米(m)；ts、tn单位均为秒(s)；
Figure PCTCN2021135460-appb-000007
单位为米/秒(m/s)。
通过上述技术方案，在矿热炉的运行环境中，随着电极在炉内深度的增加，电极的温度逐步提高。与此同时，超声导波在传感杆上的传输速度随着温度的提高，也发生了明显的变化。由于超声导波的传输速度不恒定，为了提高传感杆长度的测量精度，将传感杆分段，分别获取凹槽或突出物数量和超声导波下端的平均速度，随着ΔL的减小，测量精度得到提升。凹槽或突出物的纵剖面选自三角形、圆形或扇形、方形、多边形和/或不规则形状中的一种或多种；其中，ΔL/传感杆总长度H可以大于1/30，或者ΔL/传感杆总长度H大于1/20。ΔL的值取决于超声脉冲的长度，当ΔL/传感杆总长度过小，不同凹槽反射的超声导波信号容易重叠，导致难以对凹槽的反射信号进行区分。控制ΔL的大小利于实现超声导波反射数量的统计，继而获得经氧化消耗后的传感杆上凹槽或突出物数量。
本发明的有益效果如下：本发明的矿热炉用电极的电极测深系统，通过在矿热炉用电极内部合理安放传感杆，利用超声导波具有在传感杆端面、凹槽或突出物反射的特性，通过测量导波端部反射波的传输时间，获得传感杆长度，同时利用传感杆能够跟随电极消耗而消耗，即传感杆长度与电极长度保持一致，即可同步获取电极长度及矿热炉内电极深度，避免了现有技术中对电极在矿热炉内深度的测量方法的缺陷，比如精准度差、需要停产停矿热炉、不能连续测量、工况及矿热炉料影响测量、需要人工干预等，取得 了意想不到的效果，可以有效且精确地、不需要停产停矿热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为本发明的矿热炉用电极的温度曲线示意图。
图2为本发明的矿热炉用电极的电极测深系统在矿热炉内的侧视图。
图3为本发明的矿热炉用电极的电极测深系统在矿热炉内的俯视图。
图4为本发明的保护管和传感杆的形状示意图。
图5为本发明的换能器的放置位置图。
图6为本发明的凹槽设置和计算方案图。
图7为本发明的矿热炉用电极的电极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。
矿热炉内通常高温，比如矿热炉是一个巨大的工业电矿热炉，依靠三个自焙电极向矿热炉内输送能量，从而熔炼矿热炉料的装置。如图2和图3所示，图3也是图2的A-A向剖视图，三个电极成品字形均匀布置在矿热炉内，其中矿热炉用电极201、矿热炉体202、矿热炉料203。电极埋入矿热炉料中释放电弧熔炼矿热炉料工作。
如图2-5所示，本发明提供了一种矿热炉用电极的电极测深系统，包括矿热炉用电极201、保护管101、传感杆102、换能器103和运算控制装置；其中，传感杆102安放在保护管101内，保护管101与传感杆102一起预埋贯通于矿热炉用电极201内，且保护管101和传感杆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；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；换能器103位于传感杆102的上端面和/或侧面，如图5所示，图5为图2中的I处放大图，图5中I-1图显示了换能器103位于传感杆102的上端面，图5中I-2图显示了换能器103位于传感杆102的侧面，换能器103用于发射和/或接收超声导波，所述超声导波在传感杆102端面反射并沿传感杆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获取超声导波沿传感杆102传输的接收时间与速度，计算传感杆102的长度，并基于传感杆102的长度，计算矿热炉用电极201在矿热炉内的深度。具体地，根据超声导波的接收时间t与超声导波的速度ν计算传感杆总长度H，并且将传感杆总长度H减去矿热炉用电极在矿热炉外的长度h来确定矿热炉用电极在矿热炉内的深度D。优选地，矿热炉用电极201包括自焙电极、石墨电极和碳素电极。
在矿热炉用电极内部形成狭小空间放置传感杆，由于电磁波、声波、超声波均呈扇形发射，无法通过此狭小空间获取回波。同时，由于电极下端部高温且有空腔，红外线及激光都不能够有效获取反射的光波，也就不能获取此空间的长度。所以要寻求一种能够在狭小空间传输的波，通过回波时间获取空间长度。而导波具备沿物体表面传输的能力，其传输路径及空间取决于传导体的形状，这样就实现了通过狭小空间获取回波信号的目的。导波分电磁导波和超声导波，其中电磁导波需要借助周边介质的介电常数不同物质反射电磁波，由于碳材质的介电常数远大于电极下端部空腔的介电常数，所以在碳和空腔的交界处无法获取回波。
超声导波具有沿传感杆表面传输的能力，现有技术中，通常用于检测管道的锈蚀、裂纹等缺陷。本发明利用超声导波具有在传感杆端面、凹槽或突出物反射的特性，通过测量导波端部反射波的传输时间，获得传感杆长度，同时利用传感杆能够跟随电极消耗而消耗，即传感杆长度与电极长度保持一致，即可同步获取电极长度及矿热炉内电极深度。
由于超声导波在沿传感杆传输过程中如果和其他物体紧密接触会形成回波干扰传感杆端部，导致误判传感杆长度，所以传感杆可以使用保护管进行保护。保护管还具有防止电极糊及其他物体将传感杆包裹，防止超声波被吸收，而接收不到回波信号的作用；同时还能利用保护管传输保护气体，防止传感杆在高温下被其他物质提前氧化而消耗。本发明所选择的保护气体，具有在高温环境中，不与传感杆发生化学反应的能力，同时保护了保护管内的传感杆与空气以及矿热炉气体隔绝，不被氧化。本发明中，传感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，保护气体失去了对传感杆的高温保护作用，在高温下这些物质迅速的将传感杆氧化，从而使传感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，从而保证了本发明的电极深度测量的实现。由于炉子气体的作用会导致传感杆提前氧化，在通孔内通惰性气体或者氮气，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。
另外，传感杆102上每隔ΔL距离设置一个凹槽或突出物，用于反射超声导波，如图6所示；最接近传感杆102下端面的凹槽或突出物为第n个凹槽或突出物，其距离传感杆102下端面的距离为S，S<ΔL；超声导波沿传感杆102传输，每个凹槽或突出物均生成反射波。
传感杆总长度H为：
(1)传感杆顶端到最下端凹槽或突出物的距离为：n×ΔL；
(2)传感杆第n个凹槽或突出物距离传感杆下断面距离
Figure PCTCN2021135460-appb-000008
传感杆总长度
Figure PCTCN2021135460-appb-000009
其中，
Figure PCTCN2021135460-appb-000010
为超声导波下端平均速度；
ts为传感杆下端面反射波的接收时间；tn为第n个凹槽或突出物反射波的接收时间；
(3)电极在矿热炉内的深度D＝H-h；
矿热炉用电极201的下端部距离炉底的距离为：d＝L-D；
其中，H为传感杆总长度；h为电极在矿热炉外的长度，经测量得到L为矿热炉总深度；S、H、ΔL、h、D、d、L单位均为米(m)；ts、tn单位均为秒(s)；
Figure PCTCN2021135460-appb-000011
单位为米/秒(m/s)。
在矿热炉的运行环境中，随着电极在炉内深度的增加，电极的温度逐步提高。与此同时，超声导波在传感杆上的传输速度随着温度的提高，也发生了明显的变化。由于超声导波的传输速度不恒定，为了提高传感杆长度的测量精度，将传感杆分段，分别获取凹槽或突出物数量和超声导波下端的平均速度，随着ΔL的减小，测量精度得到提升。凹槽或突出物的纵剖面选自三角形、圆形或扇形、方形、多边形和/或不规则形状中的一种或多种；其中，ΔL/传感杆总长度H可以大于1/30，或者ΔL/传感杆总长度H大于1/20。ΔL的值取决于超声脉冲的长度，当ΔL/传感杆总长度过小，不同凹槽反射的超声导波信号容易重叠，导致难以对凹槽的反射信号进行区分。控制ΔL的大小利于实现超声导波反射数量的统计，继而获得经氧化消耗后的传感杆上凹槽或突出物数量。
矿热炉内温度很高，比如矿热炉的电极端部温度高达1600℃-2200℃，还埋在矿热炉料里，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。电极的外边有矿热炉料、矿热炉砖、矿热炉体钢板的保护，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。本发明提供的利用超声导波测量电极深度的系统则能穿透厚重的电极直达电极端部，同时能将探测用的波信号送至电极端部，还能取得回波信号。从而实现对电极长度的测量，进而实现对电极入矿热炉深度的测量。
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，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，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，带通滤波电路107与增益调整电路108电连接和信号连接，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，运算控制模块110通过通信模块111与人机交互模块信号连接；其中，运算控制模块110向大功率超声激励模块105发送触发指令，大功率超声激励模块105产生触发信号，所述触发信号通过传感器匹配电路104作用于换能器103，以使换能器103产生超声导波信号，所述超声导波信号在传感杆102表面传播和反射，换能器103接收反射波转换成电信号，经传感器匹配电路104传输给带通滤波电路107，再经增益调整电路108传输给数字采集电路109进行滤波和放大，最后数字采集电路109将超声导波反射数据上传至运算控制模块110，运算控制模块110对所述超声导波反射数据进行处理，计算时间和/或距离参数，经通信模块111将数据处理结果传输给所述人机交互模块；所述人机交互模块还可以通过反馈机制，反向调节运算控制模块110中的预设参数，包括末端声速，以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ΔL长度、传感杆下端部平均声速、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112和/或就地人机交互模块113；远方人机交互模块112位于所述电极测深系统远端，就地人机交互模块113位于所述电极测深系统近端。
优选地，如图7所示，所述电极测深系统还包括保护气体发生器114、气体压力调节装置115和/或单向阀116，保护气体发生器114与气体压力调节装置115连接，气体压力调节装置115与单向阀116连接，单向阀116伸入保护管101内；其中，保护气体发生器114产生保护气体，经气体压力调节装置115进行压力变换，通过单向阀116送 至传感杆102外周，以保护所述传感杆102不被高温氧化。
优选地，换能器103为电磁超声换能器和/或磁致伸缩换能器和/或压电换能器。
优选地，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。
经过发明人多次试验研究，所选择的保护管的材质具有与矿热炉用电极同步消耗的优势，从而保证了其内安放的传感杆的长度，和矿热炉用电极在矿热炉内的深度之间的紧密关联性，进而保证了本发明电极深度测量的准确性。进一步地，金属材质可以用来防止保护管被球状电极糊砸坏，同时还具备防止糊状电极糊侵蚀保护管的作用，石墨材质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。陶瓷材质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。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，如图4所示，图4为图3中的Ⅱ处放大图，图4中Ⅱ-1图显示了保护管101为圆管的示例，图4中Ⅱ-2图显示了保护管101为方管的示例。
优选地，传感杆102的熔点在2000℃以上，传感杆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，传感杆102的熔点在2200℃以上，传感杆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。
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，一方面避免了该传感杆在矿热炉用电极内部融化，从而吸收超声导波，难以形成反射波的问题；另一方面采用了高温易氧化的材质，使得该传感杆超出电极端头部分能够在高温下被炉气氧化，实现与矿热炉用电极一起消耗，达到指示电极的位置目的，从而保证了本发明在矿热炉内电极深度测量的准确性。
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。
本发明，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℃的传感杆(如图2所示)，当传感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，传感杆即可实现随着矿热炉内电极同步消耗，此时传感杆的长度即代表电极的长度，通过测量传感杆长度和电极炉外的深度即可计算电极插入炉内的深度。
本发明提供的一种矿热炉用电极的电极测深系统，该系统可用于冶炼矿石、碳质还原剂的电弧电矿热炉和/或电阻电矿热炉内电极测深；优选自铁合金矿热炉、电石矿热炉、黄磷矿热炉、硅钙矿热炉、碳化硅矿热炉和/或工业硅矿热炉内电极测深。在上述矿热炉的使用过程中，电极插入矿热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。
本发明还提供了一种矿热炉内电极测深方法，所述方法通过上述矿热炉用电极的电极测深系统实现，包括如下步骤：
步骤S1)：在传感杆102上每隔ΔL距离设置一个凹槽或突出物，最接近传感杆102下端面的凹槽或突出物为第n个凹槽或突出物，其距离传感杆102下端面的距离为S，S<ΔL；如图6所示。
步骤S2)：通过所述运算控制装置获取传感杆102的总长度H。
其中，传感杆102顶端到最下端所述凹槽或突出物的距离为：n×ΔL；传感杆102第n个所述凹槽或突出物距离传感杆102下端面距离
Figure PCTCN2021135460-appb-000012
则传感杆102的总长度
Figure PCTCN2021135460-appb-000013
为超声导波下端平均速度；ts为传感杆102下端面反射超声导波的接收时间；tn为第n个所述凹槽或突出物反射超声导波的接收时间。
步骤S3)：经测量得到矿热炉用电极201在矿热炉外的长度h，则矿热炉用电极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距离为：d＝L-D，L为矿热炉总深度。
上述S、H、ΔL、h、D、d、L单位均为米(m)；ts、tn单位均为秒(s)；
Figure PCTCN2021135460-appb-000014
单位 为米/秒(m/s)。
实施例1
本发明的矿热炉用电极的电极测深系统的一种实施方式：
所述电极测深系统包括保护管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、保护气体发生器114、气体压力调节装置115、单向阀116组成。
其中，保护管101预埋贯通于矿热炉用电极201内，矿热炉用电极201采用自焙电极，保护管101的材质为石墨、边长30mm正方形状管；传感杆102的材质为钨，横截面为长径2.5毫米，长短径比2：1的椭圆形的柱状，安放于保护管101中；将换能器103安装在传感杆102的侧端面，如图5中I-2图所示。
保护气体发生器114制取保护气体，比如氦气等在使用的高温环境不与传感杆102发生化学反应的气体(以下简称保护气)。保护气经气体调节装置115进行压力变换后，保持通气压力为1.10大气压，通过单向阀后116送至保护管101对传感杆102进行高温保护。
远方人机交互模块112与就地人机交互模块113将采集数据指令通过通信模块111传输给运算控制模块111，运算控制模块110中的软件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将反射的回波转换成电信号传输给传感器匹配电路104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，存储模块106将数据上传至运算控制模块110。
运算控制模块110对超声导波反射数据进行处理计算出时间及距离等数据，比如超声导波的接收时间t等，结合超声导波速度ν，根据公式传感杆总长度H＝t×ν/2,得到传感杆总长度；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，得到电极在矿热炉内的深度。
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矿热炉内的深度等数据，经通信模块111传输给远方人机交互模块112，或者经通信模块111传输给就地人机交互模块113。
人机交互模块(远方人机交互模块112和就地人机交互模块113)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。
实施例2
本发明的矿热炉用电极的电极测深系统的另一种实施方式：
所述电极测深系统包括保护管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、保护气体发生器114、气体压力调节装置115、单向阀116组成。其中，保护管101预埋贯通于矿热炉用电极201内，矿热炉用电极201采用自焙电极，为直径30mm的圆管。该保护管101为两层结构，外层为石墨材料，内层为氧化锆气凝胶。传感杆102的材质为钼镧合金，横截面为直径1.5毫米圆形的柱状，安放于保护管101中；在传感杆102上每隔100cm设置一个凹槽用于反射超声导波，凹槽纵剖面为半圆形，将换能器103安装在传感杆102的上端面，如图5中I-1图所示。
保护气体发生器114制取保护气体，比如氦气等在使用的高温环境不与传感杆发生化学反应的气体(以下简称保护气)。保护气经气体调节装置115进行压力变换后，保持通气压力为1.05大气压，通过单向阀后116送至保护管101对传感杆102进行高温保护。
远方人机交互模块112与就地人机交互模块113将采集数据指令通过通信模块111传输给运算控制模块111，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，然后将数据上传至运算控制模块110；运算控制模块110对超声导波反射数据进行处理计算出时间及距离等数据，比如：
由反射波数量和超声导波的平均速度，得到最接近传感器下端面的凹槽为第n个凹槽。获取传感杆下端面反射波的接受时间ts，和第n个凹槽反射波的接收时间tn；
利用公式：
Figure PCTCN2021135460-appb-000015
得到传感杆总长度H4、H5、H6。
根据激光测距仪测得的定制数据h，使用公式电极深度D＝H-h，得到电极在矿热炉 内的深度。
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矿热炉内的深度等数据，经通信模块111传输给远方人机交互模块112，或者经通信模块111传输给就地人机交互模块113。
人机交互模块(远方人机交互模块112和就地人机交互模块113)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。
实施例3
在矿热炉内温度大约是1800℃-2200℃，容量为33000kvA规模的电石矿热炉内，针对自焙电极，采用不同的试验方法，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：
对自焙电极1，采用累积法，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7天，第14天和第21天，估算自焙电极在矿热炉内的深度，得到电极深度的大约为1.3m、0.9m、0.6m。
本发明提供的矿热炉用电极的电极测深系统和方法的一种实施方式：
在自焙电极1内预埋贯通的保护管，保护管材质外层为石墨，内层为氧化铝涂层。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，本实施方式中保护管为规则的圆管，内径为30mm。传感杆材质为钼，横截面的直径为2毫米圆形的实心柱，安放于保护管内；换能器为磁致伸缩换能器，安装在传感杆的上端面。
保护管内通有保护气体氮气，通气压力为1.05个大气压,该保护气体可以保护传感杆在高温下，在保护管内不被氧化，同时，随着该保护气体在传感杆下端面的溢出，使得传感杆下端面没有受到保护，从而因氧化而消耗，使得该传感杆与自焙电极保持同一长度。
分别在第7天、第14天、第21天采用换能器发射超声导波，使超声导波沿传感杆传输，超声导波传输速度为5625m/s，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；获得超声导波的接收时间7.11ms、6.90ms、6.76ms，由超声导波的接收时间t与超声导波速度ν乘积的1/2，得到传感杆总长度H为20m、19.4m、19m；由红外测距仪，测量得到电极在矿热炉外的长度h为18.75m、18.28m、18.00m，由传感杆总 长度H减去所述电极在矿热炉外的长度h，得到电极在矿热炉内的深度1.25m、1.12m、1.00m。
分别在第7天、第14天、第21天，使用超声导波测量电极深度后，停工停矿热炉，将电极抬升至下端面露出矿热炉料，使用激光测量实际的电极长度，分别为19.95m、19.46m、19.06m。结合分别测量得到的电极在矿热炉外的长度h，得到电极在矿热炉内的实际深度为1.20m、1.18m、1.06m。
由下表1可知，使用本发明的上述超声导波测量电极深度的方法，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，并且也可以替代停工停矿热炉，具有极高的社会经济价值。
表1
Figure PCTCN2021135460-appb-000016
实施例4
在矿热炉内温度大约是1800℃-2200℃，容量为33000kvA规模的电石矿热炉内，针对自焙电极，采用不同的试验方法，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2：
对自焙电极2，采用探针法，用一根铁钎插入矿热炉内触碰电极，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8天，第16天和第24天，计算、测量自焙电极在矿热炉内的深度，得到电极深度的数据1.2m、1.0m、0.9m。
本发明提供的矿热炉用电极的电极测深系统和方法的另一种实施方式：
在自焙电极2内预埋贯通的保护管，保护管为规则的方形管，边长为50mm。该保护管为石墨材料。传感杆材质为钨铼合金，横截面的长为5毫米，宽为0.5毫米的长方形实心柱，安放于保护管内，长度19m；换能器为压电换能器，安装在传感杆的侧端面。
在传感杆上每隔120cm设置一个凹槽用于反射超声导波，凹槽纵剖面为等边三角形，将换能器安装在传感杆的上端面。同时由于自焙电极、保护管、传感杆在矿热炉内的消耗，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长度的保护管和传感杆，与已埋入的保护管和传感杆通过螺纹或焊接连接。
保护管内通有保护气体氩气，通气压力为1.05大气压。该保护气体可以保护传感杆在高温下，在保护管内不被氧化，同时，随着该保护气体在传感杆下端面的溢出，使得传感杆下端面没有受到保护，从而因氧化而消耗，使得该传感杆与自焙电极保持同一长度。
在第8天，第16天和第24天，使换能器发射超声导波，沿传感杆传输，滤除二次及以上反射波后，计算收到的一次反射波数量分别为19个、18个、19个，减去下端面反射波数量为1，由此最接近传感杆下端面的凹槽为第18个、第17个和第18个凹槽。可知，最接近传感杆下端面的凹槽距离传感杆上端面的距离为21.6m、20.4m、21.6m。
模拟计算后测定超声导波的平均速度3786m/s，获取传感杆下端面反射波的接受时间11.83ms、11.25ms、11.57ms，和第8天、第16天、第24天的第18个、第17个和第18个凹槽反射波的接收时间11.41ms、10.78ms、11.41ms。
利用公式：
Figure PCTCN2021135460-appb-000017
得到传感杆总长度分别为22.40m、21.29m、21.90m；
使用激光测距仪，获得电极在矿热炉外的长度h分别为21.12m、20.11m、20.75m；
由D＝H-h；得到电极在矿热炉内的深度1.28m、1.18m、1.15m。
分别在第8天、第16天、第24天，使用超声导波测量电极深度后，停工停矿热炉，将电极抬升至下端面露出矿热炉料，使用激光测量实际的电极长度，分别为22.42m、21.32m、21.87m。结合分别测量得到的电极在矿热炉外的长度h，得到电极在矿热炉内的实际深度为1.30m、1.21m、1.12m。
由下表2可知，使用本发明的上述超声导波测量电极深度的方法，精准度达到97％以上，远高于现有技术中使用的探针法，足以提高产品品质，并且也可以替代停工停矿热炉，具有极高的社会经济价值。
表2
Figure PCTCN2021135460-appb-000018
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 (11)

  1. 一种矿热炉用电极的电极测深系统，其特征在于，所述电极测深系统包括保护管(101)、传感杆(102)、换能器(103)和运算控制装置；其中，
    传感杆(102)安放在保护管(101)内，保护管(101)与传感杆(102)一起预埋贯通于矿热炉用电极(201)内，且保护管(101)和传感杆(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；
    换能器(103)位于传感杆(102)的上端面和/或侧面，用于发射和/或接收超声导波，所述超声导波在传感杆(102)端面反射并沿传感杆(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)获取超声导波沿传感杆(102)传输的接收时间t与速度v，根据所述超声导波的接收时间t与超声导波的速度ν计算传感杆总长度H，并且将所述传感杆总长度H减去所述矿热炉用电极在矿热炉外的长度h来确定所述矿热炉用电极在矿热炉内的深度D。
  2. 如权利要求1所述的电极测深系统，其特征在于，矿热炉用电极(201)包括自焙电极、石墨电极和碳素电极。
  3. 如权利要求1所述的电极测深系统，其特征在于，换能器(103)为电磁超声换能器和/或磁致伸缩换能器和/或压电换能器。
  4. 如权利要求1所述的电极测深系统，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。
  5. 如权利要求1所述的电极测深系统，其特征在于，传感杆(102)的熔点在2000℃以上，传感杆(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。
  6. 如权利要求5所述的电极测深系统，其特征在于，传感杆(102)的熔点在2200℃以上，传感杆(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。
  7. 如权利要求1所述的电极测深系统，其特征在于，所述传感杆(102)上每隔ΔL距离设置一个凹槽或突出物，用于反射所述超声导波；最接近所述传感杆(102)下端面的凹槽或突出物为第n个凹槽或突出物，其距离所述传感杆(102)下端面的距离为S，S<ΔL；所述超声导波沿所述传感杆(102)传输，每个所述凹槽均生成反射波；
    所述传感杆总长度H为：
    (1)所述传感杆顶端到最下端凹槽或突出物的距离为：n×ΔL；
    (2)所述传感杆第n个凹槽或突出物距离所述传感杆下断面距离
    Figure PCTCN2021135460-appb-100001
    所述传感杆总长度
    Figure PCTCN2021135460-appb-100002
    其中，
    Figure PCTCN2021135460-appb-100003
    为超声导波下端平均速度；ts为传感杆下端面反射波的接收时间；tn为第n个凹槽或突出物反射波的接收时间；
    (3)所述矿热炉用电极在矿热炉内的深度D＝H-h；
    矿热炉用电极(201)的下端部距离炉底的距离为：d＝L-D；
    其中，H为所述传感杆总长度；h为所述矿热炉用电极在矿热炉外的长度，经测量得到；L为矿热炉总深度；S、H、ΔL、h、D、d、L单位均为米(m)；ts、tn单位均为秒(s)；
    Figure PCTCN2021135460-appb-100004
    单位为米/秒(m/s)。
  8. 如权利要求1所述的电极测深系统，其特征在于，所述运算控制装置包括运算控制模块(110)，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，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，带通滤波电路(107)与增益调整电路(108)电连接和信号连接，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，运算控制模块(110)通过通信模块(111)与人机交互模块信号连接；其中，
    运算控制模块(110)向大功率超声激励模块(105)发送触发指令，大功率超声激励模块(105)产生触发信号，所述触发信号通过传感器匹配电路(104)作用于换能器(103)，以使换能器(103)产生超声导波信号，所述超声导波信号在传感杆(102)表面传播和反射，换能器(103)接收反射波转换成电信号；经传感器匹配电路(104)传输给带通滤波电路(107)，再经增益调整电路(108)传输给数字采集电路(109)进行滤波和放大，最后数字采集电路(109)将超声导波反射数据上传至运算控制模块(110)；运算控制模块(110)对所述超声导波反射数据进行处理，计算时间和/或距离参数，经 通信模块(111)将数据处理结果传输给所述人机交互模块；所述人机交互模块还可以通过反馈机制，反向调节运算控制模块(110)中的预设参数，以提高所述数据处理精度。
  9. 如权利要求8所述的电极测深系统，其特征在于，所述人机交互模块包括远方人机交互模块(112)和/或就地人机交互模块(113)；远方人机交互模块(112)位于所述电极测深系统远端，就地人机交互模块(113)位于所述电极测深系统近端。
  10. 如权利要求1-9任一所述的电极测深系统，其特征在于，所述电极测深系统还包括保护气体发生器(114)、气体压力调节装置(115)和/或单向阀(116)；保护气体发生器(114)与气体压力调节装置(115)连接，气体压力调节装置(115)与单向阀(116)连接，单向阀(116)伸入保护管(101)内；其中，保护气体发生器(114)产生保护气体，经气体压力调节装置(115)进行压力变换，通过单向阀(116)送至传感杆(102)外周，以保护所述传感杆(102)不被高温氧化。
  11. 一种利用如权利要求1-10任一所述的电极测深系统的矿热炉内电极测深方法，其特征在于，所述矿热炉内电极测深方法包括如下步骤：
    步骤S1)：在传感杆(102)上每隔ΔL距离设置一个凹槽或突出物，最接近传感杆(102)下端面的凹槽或突出物为第n个凹槽或突出物，其距离传感杆(102)下端面的距离为S，S<ΔL；
    步骤S2)：通过所述运算控制装置获取传感杆(102)的总长度H；
    其中，传感杆(102)顶端到最下端所述凹槽或突出物的距离为：n×ΔL；传感杆(102)第n个所述凹槽或突出物距离传感杆(102)下端面距离
    Figure PCTCN2021135460-appb-100005
    则传感杆(102)的总长度
    Figure PCTCN2021135460-appb-100006
    为超声导波下端平均速度；ts为传感杆(102)下端面反射超声导波的接收时间；tn为第n个所述凹槽或突出物反射超声导波的接收时间；
    步骤S3)：经测量得到矿热炉用电极(201)在矿热炉外的长度h，则矿热炉用电极(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距离为：d＝L-D，L为矿热炉总深度；其中，S、H、ΔL、h、D、d、L单位均为米(m)；ts、tn单位均为秒(s)；
    Figure PCTCN2021135460-appb-100007
    单位为米/秒(m/s)。
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