转炉炉衬厚度在线检测方法及其装置.pdf

本发明公开了一种转炉炉衬厚度在线检测方法及其装置，检测方法包括以下步骤：采用有限元软件建立转炉数值模型，对转炉炉衬温度和炉衬厚度进行稳态计算，确定炉衬内温度的分布，设定炉体内温度的测量点，并得到炉衬温度-厚度参照表；根据步骤①所确定的测量点，在转炉炉衬永久层和转炉炉体底部埋设热电偶测温装置；根据步骤②所得数据，结合步骤①所得出的炉衬温度-厚度参照表，反向计算出炉衬厚度；根据步骤③所得的炉衬厚度决定是否对转炉内炉衬进行修复处理；本发明所采用的装置包括转炉炉体(1)，在转炉炉体(1)的炉衬永久层(2)中设有热电偶测温装置。本发明工序简单、测量准确度高而且能有效提高转炉炉龄。

1、  一种转炉炉衬厚度在线检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
①采用有限元软件建立转炉数值模型，对转炉炉衬温度和炉衬厚度进行稳态计算，确定炉衬内温度的分布，设定炉体内温度的测量点，并得到炉衬温度-厚度参照表；
②根据步骤①所确定的测量点，在转炉炉衬永久层和转炉炉体底部埋设热电偶测温装置，对炉衬进行在线连续测温；
③根据步骤②所得数据，结合步骤①所得出的炉衬温度-厚度参照表，反向计算出炉衬厚度；
④根据步骤③所得的炉衬厚度决定是否对转炉内炉衬进行修复处理。

2、  根据权利要求1所述的转炉炉衬厚度在线检测方法，其特征在于：步骤②中热电偶测温装置在转炉的圆周炉衬永久层中沿轴向等密度分布，且转炉的托圈部位处的分布密度大于其他处的分布密度，热电偶测温装置在转炉炉底沿径向等密度分布。

3、  根据权利要求1所述的转炉炉衬厚度在线检测方法，其特征在于：步骤④中所述的修复处理包括投补或喷补处理。

4、  一种实施权利要求1所述的转炉炉衬厚度在线检测方法的装置，包括转炉炉体(1)，其特征在于：在转炉炉体(1)的炉衬永久层(2)中设有热电偶测温装置，且热电偶测温装置在转炉的圆周炉衬永久层中沿轴向等密度分布，转炉的托圈部位处的分布密度大于其他处的分布密度，热电偶测温装置在转炉炉底沿径向等密度分布。

转炉炉衬厚度在线检测方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种检测在炼钢工艺中所用的转炉的炉衬厚度的方法及装置，尤其涉及一种对转炉炉衬厚度进行在线检测的方法及其装置。
背景技术
转炉炉体由炉壳和炉衬组成，而炉衬主要由工作层和永久层组成。工作层直接与炉内液态金属、炉渣、炉气接触，不断受到物理的、机械的和化学的作用，炉衬不断被侵蚀；由于侵蚀不均匀，容易造成炉衬局部严重破坏，这样就使得炉壳局部温度过高，会造成炉壳严重变形，甚至漏钢，给生产带来损失。因此，炉衬厚度连续在线快速监测工作对炼钢生产有着极其重要的作用。
为了延长炉衬寿命，提高转炉的生产率，降低炼钢生产成本，国内外大多采用激光测距的方法来测量炉衬表面起伏，掌握炉衬侵蚀情况，以便进行炉衬的溅渣护炉、投补或喷补处理。但这项技术有下面三个关键问题需要解决：(1)光学和数字滤波需在噪声和强干扰背景中提取，激光束易发生折射，影响测量结果；(2)各部分信息的时序、流向及其向中央控制机的协调一致；(3)热气流、钢渣等对测量元件影响较大，极大影响测量值的精度，同等条件下的最大偏差高达50mm。
另外，现有技术中还有通过红外线摄像法、热流计法等手段进行炉衬的在线厚度测量，这些方法同样存在着测量精度不高的缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种工序简单、测量准确性高的转炉炉衬厚度在线测量方法及其装置。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种转炉炉衬厚度在线检测方法，该方法包括以下步骤：
①采用有限元软件建立转炉数值模型，对转炉炉衬温度和炉衬厚度进行稳态计算，确定炉衬内温度的分布，设定炉体内温度的测量点，并得到炉衬温度-厚度参照表；
②根据步骤①所确定的测量点，在转炉炉衬永久层和转炉炉体底部埋设热电偶测温装置，对炉衬进行在线连续测温；
③根据步骤②所得数据，结合步骤①所得出的炉衬温度-厚度参照表，反向计算出炉衬厚度；
④根据步骤③所得的炉衬厚度决定是否对转炉内炉衬进行修复处理。
步骤②中热电偶测温装置在转炉的圆周炉衬中沿轴向等密度分布，在转炉炉底沿径向等密度分布，且转炉的托圈部位处的分布密度大于其他处的分布密度。
步骤④中所述的修复处理包括投补或喷补处理。
一种实施转炉炉衬厚度在线检测方法的装置，包括转炉炉体，在转炉炉体的炉衬永久层中设有热电偶测温装置，且热电偶测温装置在转炉的圆周炉衬永久层中沿轴向等密度分布，转炉的托圈部位处的分布密度大于其他处的分布密度，热电偶测温装置在转炉炉底沿径向等密度分布。
与现有技术相比，本发明技术具有以下优点：
1、本发明工序简单、测量准确度高。在本发明中，通过有限元软件建立数值计算模型，得到了转炉炉衬工作层的高温区，通过设置不同厚度的工作层就能够确定温度场的变化，从而制定出炉衬温度-厚度参照表；再通过在炉衬永久层和转炉炉体底部埋设热电偶测温装置，对炉衬进行在线连续测温，利用已有的炉衬温度-厚度参照表反向计算出炉衬的厚度，然后就决定对转炉的炉衬进行修复，整个工艺过程简单明了；而且，由于炉况复杂多变，导热是一种热扩散过程，内部温度及热流变化对炉衬内温度场的影响是经过衰减的，将测温元件设在炉衬永久层上进行在线直接测量，然后得出工作层厚度，这样准确性高。
2、本发明能有效提高转炉的炉龄。在本发明中，在转炉炉衬永久层和转炉炉体底部均埋设有热电偶测温装置，这些测温装置形成在线多通道测量温度集成系统，有利于及时找出炉衬需投补或喷补点，从而有效提高转炉的炉龄。
3、本发明能有效实现漏钢预警。由于在托圈附近的炉壳散热条件差，特别是在出钢和出渣时，还受到钢包内钢水和渣罐内炉渣的热辐射，该部位的炉衬容易受到局部侵蚀，造成炉壳损坏，甚至造成漏钢，因此本发明在托圈附近进行加密设置热电偶测温装置，这样实现了对该处温度的严格监控，有效防止了漏钢事故的发生，增强了炼钢生产的安全性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明网格划分图。
图2是本发明转炉炉衬厚度在线检测装置的结构示意图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是图2的B-B剖视图。
图5是本发明转炉炉衬厚度在线检测装置的炉衬-炉壳导热系数图。
图6是本发明转炉炉衬厚度在线检测装置的炉衬-永久层导热系数图。
图7是本发明转炉炉衬厚度在线检测装置的炉衬-工作层导热系数图。
图8是本发明转炉炉衬厚度在线检测装置的炉身炉衬测量点温度对照图。
图9是本发明转炉炉衬厚度在线检测装置的炉底各测温点的原始温度分布图。
具体实施方式
一种转炉炉衬厚度在线检测方法，该方法包括以下步骤：
①采用有限元软件建立转炉数值模型，对转炉炉衬温度和炉衬厚度进行稳态计算，确定炉衬内温度的分布，设定炉体内温度的测量点，并得到炉衬温度-厚度参照表；
②根据步骤①所确定的测量点，在转炉炉衬永久层和转炉炉体底部埋设热电偶测温装置，对炉衬进行在线连续测温；
③根据步骤②所得数据，结合步骤①所得出的炉衬温度-厚度参照表，反向计算出炉衬厚度；
④根据步骤③所得的炉衬厚度决定是否对转炉内炉衬进行修复处理。
在本实施例中，步骤②中热电偶测温装置在转炉的圆周炉衬永久层中沿轴向等密度分布，且转炉的托圈部位处的分布密度大于其他处的分布密度，热电偶测温装置4在转炉炉底沿径向等密度分布，步骤④中所述的修复处理包括投补或喷补处理。
一种实施转炉炉衬厚度在线检测方法的装置，包括转炉炉体1，在转炉炉体1的炉衬永久层2中设有热电偶测温装置4，且热电偶测温装置4在转炉的圆周炉衬永久层中沿轴向等密度分布，转炉的托圈部位处的分布密度大于其他处的分布密度，热电偶测温装置4在转炉炉底沿径向等密度分布，热电偶测温装置4沿炉体径向和轴向的布置参照图2、图3和图4，本实施例中选用的热电偶测温装置4具体要求参数如下：单支铂铑10-铂型热电偶，温度范围：0～1300℃；无固定安装模式；型号：WRP-120，WRP-121，分度号：S；保温管Φ16～Φ25；总长度：300～2150mm；置深长度：150～2000mm；响应时间τ_0.5＜90s；补偿导线对应分度号：S，长度：～20,000mm。
在本实施例中，首先采用AutoCAD绘图软件及有限元分析软件采用Ansys 6.0软件，建立如图1所示的转炉二维数学模型，边界条件的设置如下：设定炉衬工作层3的温度为1600℃，炉壳的温度为30℃，然后对转炉炉衬温度与厚度进行稳态计算，找出两者之间函数关系，制作炉衬温度-厚度参照表，(参照图8和图9)，上述函数关系具体的表达式为T₁＝1610.7D₁^-0.439，T₂＝1587.3D₂^-0.5652，在表达式中T₁表示炉身炉衬温度、D₁表示炉身工作层厚度、T₂表示炉底炉衬温度、D₂表示炉底工作层厚度。
设置好热电偶测温装置后，热电偶将开始在线连续测温，在本实施例中选择的测温周期小于2秒，测量结果通过数据采集系统进行整理、绘制成炉衬空间温度分布云图，当炉衬温度≥初设值时，即需要进行该区域炉衬进行投补、喷补处理，例如，将炉身炉衬温度的初设值和炉底炉衬温度的初设值分别设置为938℃和800℃时，当炉身炉衬温度≥938℃和炉底炉衬温度≥800℃时，就需要对该区域炉衬进行投补或喷补处理。