一种高炉铁水流股可视化在线测温系统的制作方法

本实用新型涉及高炉炼铁技术领域，具体涉及高炉铁水连续测温技术领域，尤其涉及一种高炉铁水流股可视化在线测温系统。

背景技术：

高炉铁水温度是高炉炼铁生产及后续炼钢工艺需要关注的重要指标之一。在高炉炼铁生产过程中，含铁物料在高炉内进行还原反应生产铁水，炉缸热量是否充沛，影响高炉生产效率。炉缸内的物料温度难以直接测量，当前技术人员通过检测高炉铁水温度，来判定高炉炉缸热量状态，以便于调节高炉冶炼参数，保障铁水在后续工艺生产过程中具有合适的温度和成分。现在高炉生产普遍采用手持式热电偶进行测温，测点通常位于主沟撇渣器后的小坑或铁水沟内，每次出铁过程一般测量2～3次。手持式热电偶测温，难以避免因插入点位置、插入深度、测温时机等因素差异带来的测量结果偏差。虽然多项技术利用机械装置对热电偶测量铁水温度进行了定点、定深、定时的限制，减小了测量偏差，但这些装置在高炉实际生产中并没有得到长期工业应用。

现代化的高炉操作需要掌握更多的工艺参数，铁水测温的发展趋势是走向自动化、智能化，从单点测温向连续测温转变。在现有高炉铁水连续测温技术中，有的在高炉炉缸中放置碳纤维测温装置，在一代炉龄内连续测量炉缸铁水温度，但这种连续测温装置只能在高炉修建或大修时安装，对正在生产中的高炉则无法应用；有的在铁沟旁架设支架，将测温管插入铁水沟中进行连续测温，但这种装置需要在铁沟的沟盖上开孔，为不影响现场作业，每次出铁都要重新安装设备，劳动强度大，使用不便，且沟盖温度很高，极易损坏设备；有的将测温装置安装在撇渣器顶部，由于撇渣器受铁水高温辐射导致自身温度很高，在其顶部安装的设备极易烤坏，且该方法仍使用热电偶进行插入式测温，仍属于间歇式测温。

综上可知，在现有高炉铁水测温技术中，还没有能够长期工业应用的普适性连续测温技术，也没有将连续测温与视频监测相结合的可视化测温系统。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种高炉铁水流股可视化在线测温系统，用以解决现有的高炉铁水测温技术没有可视化的连续测温系统的问题。

本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种高炉铁水流股可视化在线测温系统，包括探头、云台、信号转换单元、控制单元、显示单元和防护罩；

所述防护罩采用不锈钢材质，所述防护罩设置有冷却气体接口；

探头能够实时采集铁口处铁水流股的视频信号和温度信号，并将采集到的视频信号和温度信号发送给信号转换单元；

信号转换单元进行视频信号的转换和放大，并将温度信号和转换放大后的视频信号传送给控制单元；

控制单元处理传送的温度信号和转换放大后的视频信号并控制显示单元显示铁口处铁水流股的视频和温度以及判断是否向云台发送指令；

云台根据控制单元的指令对探头的角度进行调节。

进一步，所述探头使用气体进行吹扫，所述气体为氮气或脱油脱水的压缩空气，所述气体的压力不小于0.1mpa。

进一步，所述测温系统采用非接触测温仪测量铁水温度。

进一步，所述防护罩设置有夹层，所述夹层内设置保温材料。

进一步，所述探头、云台分别与信号转换单元连接。

进一步，所述探头安装在高炉铁口周围能够直接看到铁水流股的位置。

进一步，所述探头安装位置与铁口的垂直距离为1～5m，距铁口水平距离为4～20m。

进一步，所述探头与信号转换单元的距离为1～10m。

进一步，所述探头与云台可拆卸连接，探头和云台设置在防护罩内。

进一步，所述信号转换单元能够为探头和云台提供电源。

与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：

(1)通过探头实时采集铁水流股的视频信号和温度信号，通过控制单元在显示单元上显示，将测温与视频进行一体化结合，实现铁水流股的可视化远程监测与连续测温，减少了现场劳动强度；

(2)通过控制单元控制云台，并根据被测铁水流股动态视频实时显示的观测点位置，调节探头角度，以便对准铁水流股，保证测量数据的准确性；

(3)通过探头对铁水流股非接触式测量，解决了接触式测量设备难以克服的操作便利性与高温耐用性问题，红外测温仪校准后不必再由人工使用热电偶测温，减轻炉前工人的劳动强度，同时实现设备在工业生产中的长期应用；

(4)通过氮气或压缩空气对探头的吹扫，达到除尘和降温的目的，进一步保证了测量结果的准确性，同时实现设备的长期免维护运行；

(5)在测温系统投入工业应用前，对红外测温仪进行温度校对，保证了测量结果的准确性；

(6)通过探头采集高炉铁口处的铁水温度，避免了在撇渣器后测量因新出铁水与储铁式主沟留存的上次渣铁混合带来的温降误差，保证了测量结果的准确性。

本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的内容中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过文字以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本实用新型测温系统应用在双铁口高炉的系统结构示意图；

图2为本实用新型测温系统应用在双铁口高炉的系统的视频和温度显示效果。

附图标记：

1-探头；2-云台；3-信号转换单元；4-控制单元；5-显示单元；6-防护罩。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本实用新型一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例一

本实施例提供了一种高炉铁水流股可视化在线测温系统，如图1所示，包括探头1、云台2、信号转换单元3、控制单元4、显示单元5和防护罩6；探头1和云台2设置在防护罩6内，具体地，探头1与云台2可拆卸连接，云台2与防护罩6可拆卸连接；探头1和云台2分别与信号转换单元3连接，具体地，探头1和云台2分别通过专用电缆与信号转换单元3连接，专用电缆为耐高温、快插电缆；信号转换单元3、控制单元4、显示单元5依次连接。

探头1用于实时采集铁口处铁水流股的视频信号和温度信号，并将采集到的视频信号和温度信号及时发送给信号转换单元3；信号转换单元3进行视频信号的转换和放大，并将温度信号和转换放大后的视频信号传送给控制单元4；控制单元4处理传送来的温度信号和转换放大后的视频信号，并控制显示单元5显示铁口处铁水流股的视频和温度以及判断是否向云台2发送指令，具体地，显示单元5显示铁水流股的实时视频、测点的位置、铁水的实时温度和温度曲线；云台2根据控制单元4的指令对探头1的角度进行调节。

需要说明的是，探头1直接监测铁口处的流股，实时采集流股的视频信号和温度信号，并将采集到的视频信号和温度信号实时发送给信号转换单元3。信号转换单元3接收到视频信号后，将探头采集的非平衡式的视频基带信号，转换为适合双绞线传输的平衡模式的视频信号；由于视频信号在双绞线上传输时，高频部分衰减相对严重，信号转换单元3将对视频信号中的高频部分进行放大，以补偿其在传输过程中的衰减；经过转换和放大的视频信号通过双绞线传输至控制单元4。信号转换单元3接收到温度信号后，在终端上进行中转，以rs-422或rs-485数据格式通过双绞线传输至控制单元4。云台控制信号传输至信号转换单元3，在终端上进行中转，以rs-485数据格式通过双绞线传输至控制单元4。控制单元4处理传送来的视频信号、温度信号、云台信号，并控制显示单元5的显示以及判断是否向云台2发送指令，具体地，显示单元5显示铁水流股的实时视频、测点的位置、铁水的实时温度和温度曲线，并根据测点位置判断是否调节云台2，进而对探头1的角度进行调节。

考虑到高炉铁口喷出的铁水温度是炉缸热状态最直接的体现，直接测量此处温度，最能代表炉缸实际热量水平，避免了因新出铁水与储铁式主沟留存的上次渣铁混合带来的温降误差，保证了测量结果的准确性。

需要说明的是，当探头1采集的温度数据大于1100℃并持续1分钟以上时，出铁开始，记录出铁开始时间；出铁过程中，实时测量温度、存储每分钟温度数值、绘制温度曲线并更新出铁持续时间；当探头1采集的温度低于1300℃并持续3分钟以上，出铁结束，记录出铁结束时间并统计出铁总时长，保存整个出铁过程温度曲线。

测量点的位置可通过自动方式控制云台2进行远程可视化调节，使其对准铁水流股。当启用自动调节时，控制单元4将实时计算当前瞄准区域的rgb值和目标铁水流股所在区域rgb值的差值，根据差值控制单元4给云台2发出指令，移动探头1，使测量点向铁水流股靠近，当实时计算的rgb值与铁水流股区域rgb值达到设定的契合度时，判定测量点已对准铁水流股，自动调节结束。

探头1安装在高炉铁口周围能直接看到铁水流股的适当地方，具体地，探头1安装在高炉出铁口附近的泥炮房外墙上，探头1与云台2可拆卸连接，云台2可拆卸地安装在防护罩6内，防护罩6安装在铁口周围能直接看到铁水流股的地方，为了不妨碍现场工人监看铁口且获得准确的视频信号和温度信号，探头1距离铁口的垂直距离为1～5m，距离铁口的水平距离为4～20m。

考虑到高炉出铁口附近的环境温度，为了保证系统长期稳定地运行，探头1与信号转换单元3通过耐高温、快插电缆连接，信号转换单元3为探头1和云台2提供电源。考虑到数据信号在传输时是以能量形式传输的，在传输过程中，传输材质、环境因素等都会损失一定的能量，距离越长损失的越多，当损失的足够多时就可能导致数据不完整或完全消失，为了保证测温结果的准确性，探头1与信号转换单元3的距离设置为1～10m。

为了实现探头1的长期运行免维护，探头1使用气体进行吹扫，气体为氮气或脱油脱水的压缩空气。具体地，从高炉出铁口附近的压缩空气或氮气管路引出一路对探头1进行连续吹扫，起到防尘和降温作用。为达到吹扫的目的，气体的压力不小于0.1mpa。需要说明的是，在高炉铁口使用周期内，吹扫气体保持打开状态，当高炉铁口处于休止或/和维修期时，关闭气体吹扫，在下次高炉铁口启用时再打开气体吹扫，如此保持长期、适量气体吹扫，能够实现探头的长期免维护运行。

为了防止防护罩6生锈，减少维护作业劳动及降低成本，防护罩6采用不锈钢材质，防护罩6设置有夹层，夹层内设置有保温材料，具体地，保温材料为气凝胶毡、玻璃棉、岩棉或维纳隔热板，加强防护罩6的隔热效果，进一步冷却探头1；防护罩6留有冷却气体接口，当气体吹扫不足以满足探头1的降温要求时，采用气体吹扫同时对探头1和防护罩6进行吹扫冷却。

本实施例中，采用红外测温仪或其他非接触测温仪测量铁水温度，解决了接触式测量设备难以克服的操作便利性与高温耐用性问题，实现了铁水温度的连续测量，并能长期稳定地应用于工业生产中。

使用本实用新型实施例的测温系统进行高炉铁水流股温度测量，步骤包括：

步骤一：铁水视频和温度数据采集；

探头1实时采集铁水流股的视频信号和温度信号，将采集的信号传送给信号转换单元3；信号转换单元3进行视频信号的转换和放大，并将温度信号和转换放大后的视频信号传送给控制单元4；

控制单元4处理信号转换单元3传送来的温度信号和转换放大后的视频信号，显示单元5显示铁水流股的实时视频、测点的位置、铁水的实时温度和温度曲线；

步骤二：探头角度调整；

当启用自动调节时，控制单元4将实时计算当前瞄准区域的rgb值和目标铁水流股所在区域rgb值的差值，根据差值控制单元4给云台2发出指令，移动探头1，使测量点向铁水流股靠近，当实时计算的rgb值与铁水流股区域rgb值达到设定的契合度时，判定测量点已对准铁水流股，自动调节结束。

步骤三：根据铁水视频和温度数据，调整高炉冶炼参数；

当开口后铁流排出不畅时，则及时进行堵口和二次开口；当铁水流股发生大喷溅时，则进行堵口操作；当铁水流股温度低于1480℃且温度曲线持续降低时，说明炉温处于下行趋势，采取提高风温等措施及时提升炉温；当出铁水流股温度高于1520℃且曲线持续升高时，说明炉温处于上行趋势，采取增大鼓风湿分等措施，防止炉缸过热。

需要说明的是，在测温系统使用前，还需要对红外测温仪的温度校对，保证测温系统结果的准确性；使用高精度热电偶和探头1采集同一位置铁水温度，进行温度比对，根据温度比对结果设置红外测量仪的测温参数；当探头1实时测量的温度数值与高精度热电偶的测量值的均方根偏差≤±5℃，红外测温仪的校对工作完成，可以投入工业应用。

实施例二

如图1-图2所示，本实施提供了将实施例一的测温系统应用到两铁口高炉的具体实施方式。

在国内某1800m³两铁口高炉应用本测温系统，设备布置如图1所示，探头1安装在高炉出铁口附近的泥炮房外墙上，具体地，探头1与云台2可拆卸连接，云台2可拆卸地安装在防护罩6内，防护罩6通过膨胀螺栓安装在泥炮房外墙上，为了不妨碍现场工人监看铁口且获得准确的视频信号和温度信号，探头1距离铁口垂直距离为2.0m，距离铁口水平距离为8.5m。信号转换单元3安装在探头1附近，距离为5m，通过耐高温、快接电缆实现探头1、云台2、信号转换单元3之间的供电和信号传输。

为了防止防护罩6生锈，减少维护作业劳动及降低成本，防护罩6采用不锈钢材质，防护罩6设置有夹层，夹层内设置有保温材料，具体地，保温材料为玻璃棉，加强防护罩6的隔热效果，进一步冷却探头1；防护罩6留有气体冷却接口，当气体吹扫不足以满足探头1的降温要求时，从氮气或脱油脱水的压缩空气管路引出一路，同时对探头1和防护罩6进行吹扫冷却，探头1接入的吹扫气体压力为0.4mpa。

本实施例中，测温系统的原理为：探头1用于实时采集铁口处铁水流股的视频信号和温度信号，并将采集到的视频信号和温度信号及时发送给信号转换单元3；云台2根据控制单元4的指令对探头1的角度进行调节；信号转换单元3将探头1采集的视频信号转换放大，连同温度信号通过信号电缆传输至主控室的控制单元4，控制单元4控制显示单元5显示铁水流股的实时视频、测点的位置、铁水的实时温度和温度曲线，同时以4-20ma标准信号输出当前温度值。如图2所示，西铁口1#出铁时间为2019年10月19日10:04:25，持续时间为1小时0分钟20秒，当前温度1541℃，平均温度1536℃；东铁口2#出铁时间为2019年10月18日9:47:54，持续时间为0小时4分钟51秒，出铁结束时间为2019年10月18日9:52:56，当前温度0℃，平均温度0℃。

本实施例中，对高炉铁水流股温度的测量，首先，对铁水流股视频和温度数据采集；

探头1实时采集铁水流股的视频信号和温度信号，将采集的信号传送给信号转换单元3；信号转换单元3进行视频信号的转换和放大，并将温度信号和转换放大后的视频信号传送给控制单元4；

控制单元4处理信号转换单元3传送来的温度信号和转换放大后的视频信号，显示单元5显示铁水流股的实时视频、测点的位置、铁水的实时温度和温度曲线。

其次，对探头角度调整；

当启用自动调节时，控制单元4将实时计算当前瞄准区域的rgb值和目标铁水流股所在区域rgb值的差值，根据差值控制单元4给云台2发出指令，移动探头1，使测量点向铁水流股靠近，当实时计算的rgb值与铁水流股区域rgb值达到设定的契合度时，判定测量点已对准铁水流股，自动调节结束。

第三，对红外测温仪的温度校对，保证测温系统结果的准确性；

使用高精度热电偶和探头1采集同一位置铁水温度，进行温度比对，根据温度比对结果设置红外测量仪的测温参数；当探头1实时测量的温度数值与高精度热电偶的测量值的均方根偏差≤±5℃，红外测温仪的校对工作完成。

最后，根据铁水视频和温度数据，调整高炉冶炼参数，保持高炉稳产顺行；

通过视频观察铁口出铁状况，当开口后铁流排出不畅时，则及时进行堵口和二次开口；当铁水流股发生大喷溅时，则进行堵口操作；

通过高炉铁水温度曲线变化趋势，掌握炉缸热量状态，根据热量状态变化采取对应措施，保证高炉稳定运行：当铁水流股温度低于1480℃且温度曲线持续降低时，说明炉温处于下行趋势，采取提高风温等措施及时提升炉温；当铁水流股温度高于1520℃且曲线持续升高时，说明炉温处于上行趋势，采取增大鼓风湿分等措施，防止炉缸过热。

综上可知，本实用新型通过探头实时采集铁水的视频信号和温度信号，通过控制单元在显示单元上显示，将测温与视频进行一体化结合，实现铁水流股监测的可视化与测温的连续性，并根据被测铁流动态视频实时显示的观测点位置，自动调节探头角度，以便对准铁水流股，保证测量数据的准确性；通过探头对铁水流股非接触式测量，解决了接触式测量设备难以克服的操作便利性与高温耐用性问题，不必再由人工使用热电偶测温，减轻炉前工人的劳动强度；通过氮气或压缩空气对探头的吹扫，达到除尘和降温的目的，进一步保证了测量结果的准确性；在测温系统投入工业应用前，对红外测温仪进行温度校对，保证了测量结果的准确性。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。