專利名稱：高爐爐襯燒損連續(xù)檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量方法，特別是一種對高爐爐襯燒損狀況連續(xù)檢測的自動檢測方法。
高爐爐襯燒損狀態(tài)的連續(xù)準(zhǔn)確檢測，對指導(dǎo)高爐操作，提高煉鐵效率保證生產(chǎn)安全和延長高爐壽命，都有重要意義。
為了解決高爐爐襯燒損狀態(tài)的連續(xù)檢測問題，國內(nèi)外常采用的方法有熱電偶方法，超聲方法，TDR(TIME DOMAIN REFLECTION)方法。熱電偶方法簡便，但測量精度較低，檢測范圍有限且故障率較高，超聲方法和TDR方法雖然測量精度較高，但設(shè)備較復(fù)雜，維護量較大且不能用于爐缸、爐底有鐵水的部位。參閱美國專利4,269,397.May 26，1981，METHOD FOR MEAS-URI NG THE THICKNESS OF A REFRACTORY IN A METALLURGICAL APPARATUS(冶煉爐耐火爐襯厚度檢測方法)描述了TDR方法；美國專利4,510,793，Apr.16，1985，METHOD OF MONITORING THE WEAR OF A REFRACTORY LINING OFA METALLURGICAL FURNACE WALL(冶煉爐耐火爐襯燒損檢測方法)描述了超聲方法；中國專利94228802.5，高爐爐襯厚度檢測儀，描述了超聲方法的檢測儀。為了克服上述問題，本發(fā)明設(shè)計了一種連續(xù)檢測高爐爐襯燒損狀態(tài)的傳輸線方法。它采用一組長度不同的耐高溫導(dǎo)電傳輸線，以其“通”、“斷”作為狀態(tài)信號，組成簡便、可靠的傳輸線傳感器埋設(shè)在高爐體內(nèi)，即在水平方向每一層埋設(shè)4-16點，在垂直方向埋設(shè)2-8層。所有傳輸線傳感器的輸出信號經(jīng)屏蔽電纜連接于外設(shè)計算機系統(tǒng)，外設(shè)計算機系統(tǒng)實時繪制出反映整個爐體爐襯狀態(tài)的縱、橫剖面圖，又可予測爐體壽命。
本發(fā)明的目的是提供一種簡便、可靠，設(shè)備維護量少，有足夠測量精度并能適用于高爐任何部位的高爐爐襯燒損連續(xù)檢測方法。
本發(fā)明是采用這樣的方法實現(xiàn)的采用一組長度不同的耐高溫導(dǎo)電傳輸線，以其“通”、“斷”作為狀態(tài)信號，組成簡便、可靠的8-64套傳輸線傳感器埋設(shè)在高爐體內(nèi)，即在水平方向每一層埋設(shè)4-16點，在垂直方向埋設(shè)2-8層，所有傳輸線傳感器的輸出信號經(jīng)屏蔽電纜連接于外設(shè)計算機系統(tǒng)，外設(shè)計算機系統(tǒng)實時繪制出反映整個爐體爐襯運行的縱、橫剖面圖，既可監(jiān)視爐體運行狀態(tài)，又可予測爐體壽命。隨著爐襯燒損，傳輸線從最長到最短，將依次被燒斷。因此，只要測得被燒斷的傳輸線的序號，即知爐襯燒損到達的位置。這時檢測精度為相鄰兩根傳輸線的埋設(shè)長度之差Δlm。一般高爐爐身以上部位的爐襯厚度為500-800mm，按800mm計，如采用8根傳輸線且均勻分布，則兩根相鄰傳輸線的埋設(shè)長度之差為Δlm＝100mm，這個測量精度是較低的。如采用64根傳輸線且均勻分布，則兩相鄰傳輸線的埋設(shè)長度之差為Δlm＝12.5mm，這個測量精度對爐襯燒損檢測是足夠高的。但這時設(shè)備變的復(fù)雜、傳感器體積變大，安裝麻煩，可靠性下降。為此本發(fā)明采用外設(shè)計算機系統(tǒng)和編制模糊控制應(yīng)用軟件，對相當(dāng)于Δlm范圍內(nèi)的爐襯燒損，進行連續(xù)模糊予測，僅用8根傳輸線且均勻分布的情況下，對800mm厚的爐襯燒損實施連續(xù)檢測，其檢測精度可達到±20mm或更高。在分析高爐爐襯燒損規(guī)律和總結(jié)經(jīng)驗事實的基礎(chǔ)上，可建立如下予測燒損的數(shù)學(xué)模型。
是從第m號傳輸線到m+1號傳輸線之間的爐襯燒損速率，
是前一階段已測得的，從第m-1號傳輸線到第m號傳輸線之間的爐襯燒損速率。Cm是經(jīng)驗函數(shù)且與爐型和傳感器在爐體上的埋設(shè)位置有關(guān)，Km是水平位置函數(shù)，一般Km≤1，且m越大，則Km越小，這是因為m越大，越靠近爐體的冷卻壁，爐襯燒損速率減慢的緣故?！觤是同一層不同部位的類同函數(shù)，一般∮m＝1，這是因為同一層爐襯處于相同的環(huán)境，各部位爐襯應(yīng)該有大致相同的燒損速率。但當(dāng)同一層某一個部位的燒損速率大于模糊運算所予測的燒損速率時，應(yīng)立即調(diào)整其它部位的∮m，令其∮m≥1；當(dāng)同一層所有部位的燒損速率都低于模糊運算所予測的燒損速率時，應(yīng)立即調(diào)整所有部位的∮m，令其∮m≤1。而Km和∮m的調(diào)整深度，采用模糊數(shù)學(xué)方法。這是1個連續(xù)不斷的自調(diào)整過程。第一階段的燒損速率
是純實測值，無任何調(diào)整。此后第二階段開始模糊控制即起作用，隨著m值增大，即隨著時間的推移和調(diào)整次數(shù)的增多，Km和∮m所修正的燒損速率越來越接近實際狀態(tài)，燒損予測結(jié)果越來越精確，以致可以相當(dāng)準(zhǔn)確地予測今后一年甚至數(shù)年的爐襯燒損趨勢，從而可以予測爐體壽命。這是其它方法所不具備的本方法的優(yōu)點。以上是傳輸線斷路方法，即傳輸線的初始狀態(tài)為“通”，隨著爐襯燒損而發(fā)生變化后的狀態(tài)為“斷”。但對爐缸、爐底有鐵水的部位，因鐵水是良導(dǎo)體，所以采用傳輸線短路法，即傳輸線的初始狀態(tài)為“斷”，隨著爐襯燒損而發(fā)生變化后的狀態(tài)為“通”，狀態(tài)為“通”的傳輸線，其序號即代表爐襯燒損到達的位置。
傳輸線之間的電絕緣是這樣解決的。采用特制的耐高溫、耐磨損的高純氧化鋁套管，套管上予留可以插入傳輸線的小孔。設(shè)計幾種不同長度的高純氧化鋁套管，將傳輸線插入相應(yīng)的予留小孔并用高溫?zé)o機膠粘劑粘牢和密封。
單片微機最小系統(tǒng)up，設(shè)計有n個信號輸入口P0，Pl，…Pn，可連接n根導(dǎo)電傳輸線L0，L1，L2，…Ln，還有n個控制輸出口A0，A1，…An，可以控制與n根導(dǎo)電傳輸線對應(yīng)相連的n個繼電器RL0，RL1，…RLn，在單片微機最小系統(tǒng)uP的指令控制下，繼電器按順序接通。當(dāng)RLm接通時，uP測試對應(yīng)輸入口Pm，確認(rèn)與之相連的傳輸線Lm是“通”還是“斷”，即Lm是否與電源Vc接通。因爐襯燒損是緩慢過程，所以對傳輸線的循環(huán)測試不必很頻繁，循環(huán)測試周期可規(guī)定為1秒或者更長。但繼電器的接通時間應(yīng)限制很短，以便節(jié)省電源。由于繼電器長期處于頻繁動作狀態(tài)，所以必須選用壽命長，工作頻率高，無電觸點的固態(tài)繼電器。單片微機最小系統(tǒng)uP，還有一個光電隔離和可驅(qū)動長線的通訊輸出口SIG，將表征爐襯燒損到達位置的傳輸線序號，轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)通訊編碼信號，經(jīng)3芯屏蔽電纜連接到與爐體相隔較遠的機房內(nèi)的外設(shè)計算機系統(tǒng)，相隔距離不大于500m，3芯屏蔽電纜的1根是信號通訊線SIG，另兩根是+5V電源線Vc和地線GND。
1個單片微機最小系統(tǒng)uP、n根導(dǎo)電傳輸線及其高純氧化鋁套管、n個固態(tài)繼電器和1根3芯屏蔽電纜，組成1套傳輸線傳感器。8-64套傳輸線傳感器埋設(shè)在高爐爐體上，每一套傳輸線傳感器的輸出信號經(jīng)過3芯電纜均接到多路信號接口機。多路信號接口機，是一個多路選擇器，有64個輸入口和1個輸出口，定時按順序輸出64套傳輸線傳感器的輸出信號，接入外設(shè)計算機系統(tǒng)的RS232輸入口。外設(shè)計算機系統(tǒng)接收8-64套傳輸線傳感器的輸出信號，借助模糊控制應(yīng)用軟件，實時繪制出反映整體爐體爐襯燒損狀態(tài)的縱、橫剖面圖并隨時予報爐體壽命。爐襯燒損情況的數(shù)據(jù)，按日、按月、按年存入軟盤，建立一座高爐整個壽命期內(nèi)的技術(shù)檔案，做為不斷改進和完善模糊控制應(yīng)用軟件的寶貴的經(jīng)驗材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有簡便可靠，設(shè)備維修量少，功能多且不受應(yīng)用部位限制的優(yōu)點。該方法可應(yīng)用于高爐的爐身、爐缸、爐底所有部位的爐襯燒損檢測和爐體壽命予測，也可用于玻璃窖、水泥窖等高溫爐耐火爐襯的燒損檢測和爐體壽命予測。
對本發(fā)明的具體實施方法及實施例由以下附圖給出。


圖1是本發(fā)明的整體布置示意圖；圖2是本發(fā)明的傳輸線斷路法電原理圖；圖3是本發(fā)明的傳輸線短路法電原理圖；圖4是本發(fā)明的傳輸線傳感器及其安裝示意圖；圖5是本發(fā)明的傳輸線斷路法高純氧化鋁絕緣套管示意圖；圖6是本發(fā)明的傳輸線短路法高純氧化鋁絕緣套管示意圖；圖7是本發(fā)明圖5的A向視圖；圖8是本發(fā)明圖6的B向視圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例作以進一步的說明見圖1所示1-0，1-1，…，1-62，1-63是埋設(shè)在爐體上的64套獨立的傳輸線傳感器，2-0，2-1，…，2-62，2-63是64根3芯屏蔽電纜，每根長度小于500m，都連接于控制機房內(nèi)的多路信號接口機3，多路信號接口機3為多路選擇器，可以從64路輸入信號中選擇輸出其中某1路輸入信號，且按0、1、…，62，63的順序循環(huán)選擇輸出，循環(huán)周期定為30-60分鐘為宜。多路信號接口機3的輸出，即是每一套傳輸線傳感器輸出的代表爐襯燒損到達位置的傳輸線序號，接入非設(shè)計的外設(shè)計算機系統(tǒng)4進行模糊控制運算。
見圖2所示傳輸線L0-Ln是往返雙線結(jié)構(gòu)，構(gòu)成傳輸線斷路法傳感器。每根傳輸線的一端為共電源，即都接在電源Vc上。電感L和電容C1、C2起著對電源Vc的穩(wěn)壓作用。傳輸線的另一端分別經(jīng)繼電器RL0-RLn接到單片機最小系統(tǒng)uP的輸入口P0-Pn，各繼電器的控制端接到uP的控制輸出口A0-An。uP按順序循環(huán)操作控制輸出口A0-An，循環(huán)周期為1秒或更長，當(dāng)操作Am時，繼電器RLm吸合，如果傳輸線Lm沒有被燒斷，則P0與電源Vc相通，uP測出狀態(tài)“通”，并記住其序號m。反之，若Lm已被燒斷，則P0與Vc不通，uP測出狀態(tài)“斷”，并同樣記住序號m。當(dāng)爐襯燒損到達傳輸線Lm-1和傳輸線Lm之間位置，即到達Δlm-1范圍內(nèi)時，序號小于m的傳輸線L0-Lm-1全部被燒損磨斷。因此狀態(tài)發(fā)生變化的傳輸線中的最大序號，即代表爐襯燒損到達的位置，這一序號由單片機最小系統(tǒng)uP編制成標(biāo)準(zhǔn)通訊編碼，經(jīng)光電隔離和緩沖驅(qū)動后，由3芯電纜的SIG線輸出。虛線框1a部份插入高純氧化鋁絕緣套管中，虛線框1b部份用鐵匣5密封。導(dǎo)電傳輸線L0-Ln，須采用耐高溫的金屬鎢絲或鉬絲，或采用鎢、鉬、鉻的合金絲。鉬的熔點為2600℃，大大超過高爐爐內(nèi)最高溫度1700℃，導(dǎo)電性能優(yōu)于鐵絲，硬度是鎢絲的1/2，適宜用于本方法。
見圖3所示傳輸線L0-Ln是單線單程結(jié)構(gòu)，構(gòu)成傳輸線短路法傳感器，可應(yīng)用于爐缸、爐底有鐵水的部位。高爐鐵水的電阻率是常溫純鐵電阻率的7-10倍，仍然是電的良導(dǎo)體，相隔100mm距離的鐵水電阻不大于1歐。因此，一旦爐襯燒損到達傳輸線Lm-1和Lm之間位置，即達到Δlm-1范圍內(nèi)時，傳輸線L0-Lm-1被爐內(nèi)鐵水短路與Lc相通，即與電源相通。而傳輸線Lm-Ln仍然保持初始“斷”狀態(tài)。
見圖4所示1a和1b是傳輸線傳感器，2是3芯屏蔽電纜，3是多路信號接口機，4是外設(shè)計算機系統(tǒng)，5是密封鐵匣，6是空芯通水冷卻外殼，7是進水管，8是出水管，9是傳感器固定鋼管，10是高爐鐵外殼，11是焊點，12是高爐耐火爐襯，13是為安裝傳輸線傳感器而事先鉆好的安裝孔。
高爐爐體上易解決冷卻水水源，空芯通水冷卻外套6，既可防止環(huán)境溫度對單片機最小系統(tǒng)1b的不良影響，又可保護傳感器。埋設(shè)傳輸線斷路法傳感器時，傳感器的前端距離爐內(nèi)壁留Δls間隔，做為爐襯初始燒損速率
以替代第一階段爐襯燒損速率
，這利于充分利用傳感器的有效長度。
見圖5、7所示14是高純氧化鋁套管，是由多節(jié)特制的相同外徑(∮24)，不同導(dǎo)線孔數(shù)的短套管組合而成，當(dāng)穿插好線徑為∮0.8的鉬絲傳輸線后，高純氧化鋁短套管之間用耐高溫?zé)o機膠粘結(jié)劑粘牢，鉬絲上充分涂好高溫?zé)o機膠粘結(jié)劑，必要時還可摻雜一定比例的高純氧化鋁粉沫，以便密封∮0.8鉬絲和∮1孔徑之間的間隙。高純氧化鋁短套管有三種不同的長度，即50、100、200mm，以便與不同爐襯厚度相匹配，又便于重點保證特殊部位的檢測精度。短套管長度越短，則這一區(qū)間的檢測精度就越容易保證。一般傳輸線斷路法高純氧化鋁短套管可用8節(jié)，每一節(jié)的導(dǎo)線孔數(shù)應(yīng)分別為2、4、6、…14、16，若采用8節(jié)200mm短套管，且采用200長的起始Δls，則最大檢測范圍為200×9＝1800mm。
見圖6、8所示傳輸線短路法高純氧化鋁絕緣套管外形尺寸與傳輸線斷路法高純氧化鋁絕緣套管相同，短套管也分為50、100、200mm3種長度。只是每一節(jié)短套管的導(dǎo)線孔數(shù)分布不同，分別為1、2、3、…16、17。短套管可采用1 7節(jié)，若采用200mm短套管，則最大檢測范圍為200×17＝3400mm。因這種傳感器是用在高爐有鐵水的爐缸、爐底部位，所以應(yīng)特別注意密封∮0.8鉬絲和∮1導(dǎo)線孔之間的間隙，組成時應(yīng)嚴(yán)格按導(dǎo)線孔的序號對號插裝。
權(quán)利要求
1.一種對高爐爐襯燒損連續(xù)檢測方法，其特征在于它采用一組長度不同的耐高溫導(dǎo)電傳輸線，以其“通”、“斷”作為狀態(tài)信號，組成簡便、可靠的8-64套傳輸線傳感器埋設(shè)在高爐體內(nèi)，即在水平方向每一層埋設(shè)4-16點，在重直方向埋設(shè)2-8層，所有傳輸線傳感器的輸出信號經(jīng)屏蔽電纜連接于外設(shè)計算機系統(tǒng)，外設(shè)計算機系統(tǒng)實時繪制出反映整個爐體爐襯運行的縱、橫剖面圖，既可監(jiān)視爐體運行狀態(tài)，又可予測爐體壽命。
2.按權(quán)利要求1所述的高爐爐襯燒損連續(xù)檢測方法，其特征在于每一套傳輸線傳感器，包含一組長度不同的耐高溫導(dǎo)電傳輸線，可以有8-16根傳輸線，爐襯越厚，傳輸線應(yīng)越多，一組傳輸線從最長到最短，按順序編以0，1，…，m-1，m，…，n-1，n序號，以代表其在爐襯厚度方向所處的幾何位置，以其“通”或“斷”代表其狀態(tài)，隨著爐襯燒損，傳輸線從最長到最短，將依次被燒損，因此，只要測得被燒損的傳輸線的序號，即知爐襯燒損到達的位置，每根傳輸線所代表的幾何位置，是在設(shè)計和埋設(shè)傳感器時事先標(biāo)定好的。
3.按權(quán)利要求1所述的高爐爐襯燒損連續(xù)檢測方法，其特征在于傳輸線中每相鄰兩根傳輸線的埋設(shè)長度之差Δlm，采用外設(shè)計算機系統(tǒng)和編制模糊控制應(yīng)用軟件，對相當(dāng)于Δlm范圍內(nèi)的爐襯燒損，進行連續(xù)模糊予測。
4.按權(quán)利要求1所述的高爐爐襯燒損連續(xù)檢測方法其特征在于爐身以上部位采用傳輸線斷路方法，即傳輸線的初始狀態(tài)為“通”，隨著爐襯燒損而發(fā)生變化后的狀態(tài)為“斷”。但對爐缸、爐底有鐵水的部位，采用傳輸線短路法，即傳輸線的初始狀態(tài)為“斷”，隨著爐襯燒損而發(fā)生變化后的狀態(tài)為“通”，狀態(tài)發(fā)生變化的傳輸線的序號即代表爐襯燒損到達的位置。
5.按權(quán)利要求2所述的高爐爐襯燒損連續(xù)檢測方法，其特征在于傳輸線傳感器的8-16根導(dǎo)電傳輸線，是采用高熔點的金屬鎢絲或鉬絲，或者是鎢、鉬、鉻的合金導(dǎo)電絲。
6.按權(quán)利要求1、2所述的高爐爐襯燒損連續(xù)檢測方法，其特征在于8-16根導(dǎo)電傳輸線是對號插入特制的耐高溫、耐磨損的高純氧化鋁套管的相應(yīng)導(dǎo)線孔里。
7.按權(quán)利要求1所述的高爐爐襯燒損連續(xù)檢測方法，其特征在于1個單片微機最小系統(tǒng)和8-16個繼電器、8-16根導(dǎo)電傳輸線及一組配合適當(dāng)?shù)母呒冄趸X套管，組成1套傳輸線傳感器，與密封鐵匣5和通水冷卻外套6及固定鋼管9組裝在一起，直接焊接固定在爐殼10上。
8.按權(quán)利要求1所述的高爐爐襯燒損連續(xù)檢測方法，其特征在于外設(shè)計算機系統(tǒng)4和多路信號接口機3，可置于距離爐體較遠的控制機房內(nèi)，相隔距離不大于500m。
全文摘要
一種連續(xù)檢測高爐爐襯燒損的傳輸線方法,采用一組長度不同的耐高溫導(dǎo)電傳輸線,埋入被檢測的高爐爐襯中,每根傳輸線連接1個固態(tài)繼電器,這些繼電器受單片微機最小系統(tǒng)控制并按順序動作,循環(huán)檢測每根傳輸線的“通”、“斷”狀態(tài),傳輸線的“通”、“斷”狀態(tài),轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入外設(shè)計算機系統(tǒng),從而確定爐襯燒損到達的位置,編制模糊控制應(yīng)用軟件,使外設(shè)計算機系統(tǒng)進一步提高測量精度并保證測量的連續(xù)性。該方法具有簡便、可靠、可實施于包括有鐵水的爐缸,爐底在內(nèi)的高爐任何部位的特點,不僅可以監(jiān)控高爐運行,而且還可以預(yù)測高爐壽命。
文檔編號C21B7/24GK1195029SQ9710382
公開日1998年10月7日 申請日期1997年4月2日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月2日
發(fā)明者盧明熙 申請人:盧明熙