專利名稱：高爐爐腔溫度在線檢測裝置及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高爐爐腔溫度的在線檢測裝置及檢測方法，屬于儀器、儀表檢測領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
目前，高爐在該部位的測溫方法一般是采用熱電偶，來推導(dǎo)和判斷爐內(nèi)的溫度場變化。 由于是采用了熱電偶，決定了測溫方法存在造價(jià)高、間接、不連續(xù)，而且在測溫點(diǎn)隨著爐襯 的浸蝕被燒蝕后，將無法得到測溫?cái)?shù)據(jù)的缺陷。
三
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種造價(jià)低廉，對(duì)爐襯厚度及爐腔表面溫度能夠進(jìn)行連續(xù)、在線
檢測的高爐爐腔溫度在線檢測裝置及檢測方法。
技術(shù)方案本發(fā)明爐墻結(jié)構(gòu)包括在爐身處至少一根金屬測桿，金屬測桿的冷端置于爐
身外通過法蘭盤與爐殼固定，金屬測桿的熱端位于爐腔表面，在金屬測桿冷端端部設(shè)有測距
傳感器并通過導(dǎo)線與測距信號(hào)連接，在金屬測桿的軸線方向上設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)至少設(shè)置兩
個(gè)的測溫傳感器，測溫傳感器上的導(dǎo)線與爐身外的測溫信號(hào)連接。
在金屬測桿的軸線方向上的凹槽內(nèi)設(shè)有備用測溫傳感器，測溫傳感器上的導(dǎo)線與爐身外 的備用測溫信號(hào)連接。
測距傳感器外裝有保護(hù)盒，測距信號(hào)，測溫信號(hào)及備用信號(hào)均通過它于下位機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)接。 爐襯與金屬測桿的縫隙處充滿填料。
將埋入爐身中的金屬測桿作為傳播介質(zhì)，把金屬測桿中的熱傳導(dǎo)看作是無內(nèi)熱源的、穩(wěn) 態(tài)的一維導(dǎo)熱過程，設(shè)定冷卻壁與爐襯界面處為坐標(biāo)零點(diǎn)，利用超聲波測距，通過安裝在金 屬測桿(ll)冷端的測距傳感器，得到金屬測桿的長度信號(hào)，由下位機(jī)將長度信號(hào)經(jīng)過處理送達(dá) 上位機(jī)，計(jì)算出爐襯處金屬測桿的長度x;由于爐襯處的金屬測桿上的測溫傳感器與坐標(biāo)零 點(diǎn)之間的距離為已知x" x4，試將測溫傳感器處的溫度信號(hào)通過下位機(jī)傳至上位機(jī)，得測溫 傳感器兩點(diǎn)處的溫度T,和T4，通過下式即可計(jì)算出測桿熱端即爐腔表面的溫度T:
其中A。為金屬測桿在0'C時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，d為金屬測桿的溫度系數(shù)，c和c,是待定系 數(shù)，它們的數(shù)值由x,、 X4處金屬測桿上的溫度T,和T,來決定，金屬測桿中預(yù)設(shè)置的測溫傳 感器以及它們的信號(hào)線為備用，以便測溫傳感器隨著爐襯的侵蝕被燒損的情況下，提供新 的測溫點(diǎn)。
本發(fā)明在一根金屬測桿上能夠測出爐襯的厚度x和其在爐腔表面的溫度T，實(shí)現(xiàn)了對(duì)爐 襯厚度x和爐腔溫度T的連續(xù)、在線的測量，避免了熱電偶法因測溫點(diǎn)被燒蝕而影響對(duì)爐腔 溫度的測量。由于在測距傳感器上裝有保護(hù)盒，有效地保護(hù)了測距傳感器不受外界環(huán)境的影 響。爐襯與金屬測桿的縫隙處充滿填料，預(yù)防爐膛內(nèi)煤氣的外泄。若檢測點(diǎn)的個(gè)數(shù)和布局合 理，該技術(shù)可描繪高爐爐襯厚度x和爐腔溫度T的面分布圖。還可以和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)共享。
其檢測過程簡便易行、準(zhǔn)確度高，為高爐的冶煉過程提供了新的、直觀的技術(shù)支持和監(jiān) 測手段。
四

圖1為高爐爐腔溫度在線檢測裝置的剖視圖。
五具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1
安裝工藝本發(fā)明的爐身部分包括法蘭8、爐殼9、冷卻壁IO、爐襯16，爐身內(nèi)設(shè)有 至少一根金屬測桿ll,金屬測桿11的冷端置于爐墻外通過法蘭盤8與爐身9固定，金屬測 桿11的冷端端部設(shè)有測距傳感器6，并通過導(dǎo)線與測距信號(hào)1連接，金屬測桿11的熱端位 于爐腔表面17，且與爐腔表面17同步侵蝕；位于爐襯16處的金屬測桿11的軸線方向上設(shè) 有凹槽，凹槽內(nèi)至少設(shè)有兩個(gè)測溫點(diǎn)，測溫點(diǎn)處裝有測溫傳感器12、 15，它們距以冷卻壁與 爐襯介面為坐標(biāo)零點(diǎn)0處的距離為已知Xl、 x4，測溫傳感器12和測溫傳感器15上的導(dǎo)線沿 凹槽引出爐墻與測溫信號(hào)2、 3連接，位于坐標(biāo)零點(diǎn)為X2、 x.,處的測溫傳感器13、 14，以及它 們的信號(hào)線4、 5為備用，以便測溫傳感器15隨著爐襯的侵蝕被燒損時(shí)，提供新的測溫點(diǎn)； 測距傳感器外裝有保護(hù)盒7，測距信號(hào)l，測溫信號(hào)2、 3及備用信號(hào)4、 5均通過它于下位機(jī) 實(shí)現(xiàn)聯(lián)接，爐襯16與金屬測桿11的縫隙處充滿填料。借助于已成熟的超聲波測距技術(shù)和非 平衡電橋測溫技術(shù)，根據(jù)傳熱學(xué)原理，將金屬測桿ll中的熱傳導(dǎo)視為一維導(dǎo)熱問題，由理論 計(jì)算得出爐腔溫度的測量值T 。
測量原理把'埋入爐墻中的金屬測桿11作為傳播介質(zhì)，由于金屬測桿11的導(dǎo)熱系數(shù)遠(yuǎn) 大于爐墻襯磚的導(dǎo)熱系數(shù)，兩者的差距大于兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，當(dāng)高爐處于正常的生產(chǎn)運(yùn)行中時(shí)，將埋入爐身中的金屬測桿11的熱傳導(dǎo)視為是穩(wěn)態(tài)的、無內(nèi)熱源的一維導(dǎo)熱問題。設(shè)定 冷卻壁10與爐襯16的界面為坐標(biāo)零點(diǎn)0，利用超聲波測距，由下位機(jī)通過安裝在金屬測桿 11的冷端的測距傳感器6，得到金屬測桿的長度信號(hào)1，將長度信號(hào)經(jīng)過處理送達(dá)上位機(jī)， 計(jì)算出金屬測桿的長度x;位于爐襯16處的金屬測桿11上的測溫傳感器12、 15與坐標(biāo)零點(diǎn) 的距離Xl、 ^為己知，將測溫傳感器處的測溫信號(hào)通過下位機(jī)傳至上位機(jī)，得到測溫點(diǎn)x,、 X4處的溫度T^ T4，通過下列表達(dá)式計(jì)算出測桿11熱端17即爐腔表面的溫度T:
<formula>complex formula see original document page 5</formula>
其中/L、 / 、 c、 qv、分別表示微元體的導(dǎo)熱系數(shù)、密度、比熱容、單位時(shí)間內(nèi)單位體
積中熱源的生成熱；
因?yàn)?=()——穩(wěn)態(tài)； &=0——無內(nèi)熱源
所以一維情況下的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的微分方程由下式給出
<formula>complex formula see original document page 5</formula>-(2)
顯然，；i! = cw^ = c 分離變量有 <formula>complex formula see original document page 5</formula>3)
金屬測桿11的導(dǎo)熱系數(shù)與溫度的關(guān)系經(jīng)過Matlab的線性擬合后，充分滿足了下述關(guān)系:
艮P，<formula>complex formula see original document page 5</formula>其中入?！饘贉y桿在0'C時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)；a——金屬測桿的溫度系數(shù) 對(duì)(3)式兩邊積分
<formula>complex formula see original document page 5</formula>
則有
<formula>complex formula see original document page 6</formula> -(4)
其中，C和d是待定系數(shù)，將坐標(biāo)零點(diǎn)設(shè)定在冷卻壁10與爐襯16的分界面處，兩個(gè)測 溫傳感器的位置距坐標(biāo)零點(diǎn)的距離為Xl、 x4，并測得該點(diǎn)相應(yīng)的溫度T!、 T4，代入上式可確
定C和C,的值，然后由超聲波測距得出的金屬測桿ll在爐襯處的長度x，即可計(jì)算出爐腔表 面17的溫度值T。
在線檢測通過控制室的下位機(jī)(數(shù)據(jù)采集器)，采集測距傳感器6得到的爐襯厚度x信 號(hào)和測溫傳感器12、 15得到的溫度信號(hào)T,、 T4，將厚度和溫度的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，經(jīng)過上 位機(jī)的計(jì)算，得到金屬測桿11熱端既爐腔表面17的溫度T。
下位機(jī)設(shè)置了測溫、測距參數(shù)的調(diào)節(jié)功能，可將所有的數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)多測點(diǎn) 的爐腔溫度的在線檢測，并描繪爐襯厚度和爐腔溫度的面分布圖。同時(shí)它還具備數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 與打印、與歷史數(shù)據(jù)的比較以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)共享。
誤差分析
由(4)式可知溫度場的分布函數(shù)為
<formula>complex formula see original document page 6</formula>
對(duì)其兩邊同時(shí)取自然對(duì)數(shù)有'
<formula>complex formula see original document page 6</formula>
然后兩邊求導(dǎo)數(shù)
<formula>complex formula see original document page 6</formula> (5)
分析上式可知等式左邊表示的是溫度的相對(duì)誤差，等式右邊表示的是位置的相對(duì)誤差，
從上式可以看出溫度的相對(duì)誤差與位置的相對(duì)誤差近視滿足如下關(guān)系
<formula>complex formula see original document page 6</formula>
式中^是固化了(5)式中所有系數(shù)的一個(gè)綜合性的常數(shù)，從中可以定性的看出溫度的相對(duì) 誤差隨位置x的增大而減小。
本發(fā)明爐身內(nèi)設(shè)置的金屬測桿11的根數(shù)，可根據(jù)用戶需求設(shè)定。
權(quán)利要求
1、高爐爐腔溫度在線檢測裝置，其爐身結(jié)構(gòu)包括法蘭(8)、爐殼(9)、冷卻壁(10)、爐襯(16)，其特征在于在爐身處至少設(shè)置一根金屬測桿(11)，金屬測桿(11)的冷端置于爐身外通過法蘭盤(8)與爐殼(9)固定，金屬測桿(11)的熱端位于爐腔表面(17)，在金屬測桿(11)冷端端部設(shè)有測距傳感器(6)并通過導(dǎo)線與測距信號(hào)(1)連接，在金屬測桿(11)的軸線方向上設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)至少設(shè)置兩個(gè)的測溫傳感器(12、15)，測溫傳感器(12、15)上的導(dǎo)線與爐身外的測溫信號(hào)(2、3)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述高爐爐腔溫度在線檢測裝置，其特征在于在金屬測桿(ll)的 軸線方向上的凹槽內(nèi)設(shè)有備用測溫傳感器(13、 14)，測溫傳感器(13、 14)上的導(dǎo)線與爐身外的備用測溫信號(hào)(4、 5)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述高爐爐腔溫度在線檢測裝置，其特征在于測距傳感器(6)外 裝有保護(hù)盒(7)，測距信號(hào)(1)，測溫信號(hào)(2、 3)及備用信號(hào)(4、 5)均通過它于下位機(jī) 實(shí)現(xiàn)聯(lián)接。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述高爐爐腔溫度在線檢測裝置，其特征在于爐襯(16)與金屬測 桿11的縫隙處充滿填料。
5、 高爐爐腔溫度在線檢測方法，其特征在于將埋入爐身中的金屬測桿(ll)作為傳播 介質(zhì)，把金屬測桿(ll)中的熱傳導(dǎo)看作是無內(nèi)熱源的、穩(wěn)態(tài)的一維導(dǎo)熱過程，設(shè)定冷卻壁(IO) 與爐襯(16)界面處為坐標(biāo)零點(diǎn)，利用超聲波測距，通過安裝在金屬測桿(ll)冷端的測距傳感 器(6)，得到金屬測桿(ll)的長度信號(hào)，由下位機(jī)將長度信號(hào)經(jīng)過處理送達(dá)h位機(jī)，計(jì)算出 爐襯(16)處金屬測桿(11)的長度x;由于爐襯(16)處的金屬測桿(11)上的測溫傳感器(12、 15) 與坐標(biāo)零點(diǎn)的之間距離為已知x,、 x4，試將測溫傳感器(12、 15)處的溫度信號(hào)通過下位機(jī)傳 至上位機(jī)，得測溫傳感器(12、 15)處的溫度L和L，通過下式即可計(jì)算出測桿熱端即爐腔表 面(17)的溫度T:其中入o為金屬測桿(11)在0"C時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)，ci為金屬測桿(11)的溫度系數(shù)，C 和C,是待定系數(shù)，它們的數(shù)值由&、 X4處金屬測桿(11)上的溫度T,和T,來決定，金屬測 桿(11)中預(yù)設(shè)置的測溫傳感器(13、 14)以及它們的信號(hào)線(4、 5)為備用，以便測溫 傳感器(15)隨著爐襯的侵蝕被燒損的情況下，提供新的測溫點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高爐爐腔溫度的在線檢測裝置及檢測方法，屬于儀器、儀表檢測領(lǐng)域。特點(diǎn)是在爐身處設(shè)置金屬測桿，金屬測桿冷端與爐殼固定，熱端位于爐腔表面，金屬測桿冷端端部設(shè)有測距傳感器，在金屬測桿的軸線方向上的凹槽內(nèi)設(shè)置兩個(gè)測溫傳感器，測溫傳感器上的導(dǎo)線與爐身外的測溫信號(hào)連接。本發(fā)明在金屬測桿上能夠測出爐襯的厚度和爐腔表面的溫度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)爐襯厚度和爐腔溫度的連續(xù)、在線的測量，避免了熱電偶法因測溫點(diǎn)被燒蝕而影響對(duì)爐腔溫度的測量。還可以和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)共享。其檢測過程簡便易行、準(zhǔn)確度高，為高爐的冶煉過程提供了新的、直觀的技術(shù)支持和監(jiān)測手段。
文檔編號(hào)C21B7/24GK101343676SQ20081021498
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者黨恒耀, 董大明, 偉 許 申請(qǐng)人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)