高炉铁沟侵蚀检测系统及方法与流程

本发明涉及高炉铁沟，尤其涉及一种高炉铁沟侵蚀检测系统及方法。

背景技术：

高炉出铁沟是高炉工作的主要设备，高炉的熔融铁水通过铁沟流出，对铁沟的侵蚀严重，尤其是主沟，铁水流量大，由于铁水温度较高，且不同材质的铁沟浇注料耐侵蚀能力不同，对高炉铁沟的侵蚀监测带来麻烦，现有的监测方式是温度监测与外观监测相配合的方式进行监测，温度监测是在铁沟侧壁上安装温度传感器，实时监测温度，当检测到温度超过预设值时，发出报警；外观监测是在停炉时观察铁沟内壁状态，进而判断铁沟的侵蚀状态。

由于铁沟温度较高，温度传感器容易损坏，且容易受到干扰，外观监测精度较低，且人工劳动强度大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种能够通过无接触的方式检测高炉铁沟侵蚀状态的高炉铁沟侵蚀检测系统及方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种高炉铁沟侵蚀检测系统，包括图像采集装置、服务器，

所述图像采集装置包括支架，所述支架上端设置有3d扫描仪，所述3d扫描仪与服务器信号连接，所述图像采集装置能够从多个角度对铁沟进行图像采集；

所述服务器为pc。

进一步地，所述图像采集装置至少从前端、中部和尾部对铁沟进行3d扫描。

一种高炉铁沟侵蚀检测方法，包括以下步骤，

步骤一，对新沟进行3d扫描，得到初始3d模型；

步骤二，在出铁完成后对铁沟进行3d扫描，得到当次的3d模型，根据当次的3d模型与初始3d模型进行对比，得到各点的坐标变化值，进而得到铁沟侵蚀值。

进一步地，对新沟进行3d扫描包括3d扫描预制件和3d扫描工作层浇注料。

进一步地，对铁沟的3d扫描至少在铁沟的前端两侧、中间两侧、尾部两侧这六个点进行。

进一步地，在3d扫描前对3d扫描仪进行调平。

本发明的有益效果在于：通过时摄像头进行无接触图像信息采集，然后通过图片对比分析得到铁沟的侵蚀状态，方便实用，检测精度高，人工劳动强度低，从多个角度进行扫描，能够使铁沟被全覆盖，提高检测精度。

附图说明

图1为3d扫描仪与铁沟之间的安装位置关系示意图；

图2为3d扫描仪与支架连接关系图示意图；

图3为温度监测系统控制原理图示意图；

图4为温度传感器安装位置图示意图；

图5为温度传感器剖面图示意图；

图6为导热头左视图示意图；

图7为实施例1中多个出铁周期温度变化曲线；

图8为实施例1中其中一个出铁周期温度变化曲线；

其中：1-钢壳，2-工作衬，3-沟槽，4-温度传感器，401-导热板，402-导热头，403-连接管，404-工作头，405-热电偶，406-推力弹簧，407-导向套，408-定位套，409-压盖，410-凸台，5-电缆，6-桥架，7-铁沟，8-3d扫描仪，9-支架。

具体实施方式

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将结合发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-8所示，一种高炉铁沟侵蚀检测系统，包括图像采集装置、服务器，图像采集装置包括支架9，支架上端安装有3d扫描仪8，3d扫描仪与服务器信号连接，图像采集装置能够从多个角度对铁沟进行图像采集，服务器为pc，具体为，3d扫描仪至少有6个扫描点，该6个扫描点从铁沟7的前端、中部和尾部对铁沟进行3d扫描，进而能够全覆盖的进行3d扫描，得到完整的3d模型。

在新铁沟制作完成后，以及在每一次出铁完成并放完残铁后，进行3d扫描，通过3d扫描得到的图像进行换算的到铁沟工作面的3d模型，通过对比3d模型中各点的坐标变化值，得到铁沟侵蚀值。

在3d扫描的过程中，不仅3d扫描工作层浇注料，还3d扫描耐火材料预制件，能够准确判断各部件的侵蚀状态，检测精度高。

在实际生产中，常常会有温度的波动，波动分为两种，一种为温度突然大幅上升，这种情况极为少见，出现这种情况的原因主要是由于铁沟料质量问题导致大块剥落或者铁水渗入到沟料中，此时应立即停止出铁；另一种情况为温度突然下降，出现这种情况一般为喷补或者休风，而这两种的温度下降情况又不太一样。

为提高监测稳定性，铁沟还安装有温度监测系统，如图3所示，包括分布于高炉铁沟侧壁的多个温度传感器，相邻两个温度传感器之间的间距为800mm，温度传感器位于高炉铁沟两侧且与沟槽的中间位置对应，能够检测精度高，各温度传感器连接有控制器，控制器连接有报警器，且控制器连接至上位机。

其中，温度传感器包括测温座，测温座包括导热板401，导热板为圆形板，导热板的第一侧一体成型有导热头402，导热板的第二侧固定有连接管403，导热板与导热头由不锈钢材料一体加工成型，导热头为圆柱状，在安装的过程中，在钢壳上开孔，孔延伸至工作衬2内，然后加工导热头插入孔内，导热板与钢壳1贴合，焊接或者粘结固定，能够检测工作衬的温度，检测精度高，连接管为圆管，由不锈钢材料制成，与导热板同轴线焊接固定，连接管内穿装有测温探头，测温探头的检测端与导热板贴合，测温探头包括工作头404，工作头由形状相同的两个不锈钢瓣扣合而成，不锈钢瓣上加工有热电偶安装槽，热电偶405穿装在绝缘陶瓷管内，然后放置在热电偶安装槽内，将两个不锈钢瓣扣合，焊接、打磨，得到工作头，为提高导热效率及导热稳定性，工作头内端为球面型，导热板加工有与工作头相配合的凹槽，连接管远离导热板的一端安装有导向套407，导向套由橡胶材料制成，具有较好的隔热效果，工作头外端安装有隔热接杆，具体为，隔热接杆由尼龙材料制成，为圆柱状，隔热接杆沿长度方向加工过线孔，用于穿过电缆5，为保证连接稳定性，工作头外端加工有圆柱形凸台410，隔热接杆内端加工有与凸台相配合的凹槽，隔热接杆外端与导向套间隙配合并穿过导向套，为进一步的进行定位，导向套外端与测温探头之间安装有定位套408，定位套为硅胶套，定位套内端为锥形，导向套外端加工有与定位套相配合的锥形开口，导向套外端套装有压盖409，压盖向内压紧定位套，通过定位套与导向套之间的配合不仅能够对隔热接杆记性径向定位，还能够通过硅胶与隔热接杆之间的摩擦力对隔热接杆进行轴向定位，测温探头向外穿过压盖，为保证工作头与导热板之间的贴合，工作头外端与导向套之间安装有推力弹簧406，安装完成后推力弹簧被压缩，进而使推力弹簧向内推动工作头。

在钢壳外还安装有桥架6，温度传感器的电缆通过桥架汇集后连接至控制器，温度传感器用于监测相应位置的实时温度，并上传至控制器。

控制器选用工业控制器，具有较多的数据接口，且具有显示器，能够稳定的处理接收到的传感器数据，计算得到温度变化曲线，并通过显示器显示，还根据曲线形状判断高炉铁沟的侵蚀状态，超出预设值报警，控制器通过以太网连接上位机，上位机为服务器pc，对数据及曲线进行存储。

报警器为蜂鸣器。

温度监测方法，包括以下步骤，

步骤一，在高炉铁沟侧壁安装多个温度传感器，温度传感器连接至控制器，控制器连接报警器；

步骤二，控制器实时采集各温度传感器的检测值，分别生成随时间变化的曲线，前期检测温度值用于生成曲线，检测周期为10s，中期铁沟工作稳定，检测周期为10min，后期铁沟侵蚀程度加剧，检测周期为1min；

步骤三，控制器分析曲线，判断铁沟的侵蚀状态。

其中，步骤二中，对于休风期和喷补期进行温度补偿，包括以下步骤，

a，控制器检测到温度迅速下降，判断进入休风期或者喷补期，记录温度拐点值t1，以及时间t1；

b，控制器检测到温度开始上升，至温度重新回到t1，记录时间t2；

c，对t1至t2时间段内的温度检测至进行补偿，使t1至t2时间段内的温度检测示值均为t1。

步骤三中控制器分析曲线、判断铁沟的侵蚀状态通过以下公式，

wear=（t-tw）×wcc，

其中wear为侵蚀值、t为实时温度、tw为稳定温度、wcc斜率。

由于热电偶长期处于高温的工作状态，热电偶易损坏，检测标准为，当检测到温度值超过检测上限时，判断热电偶断路；当检测到温度值一直为零时，判断热电偶短路；当检测到温度至为负值时，判断热电偶反接；当检测到温度偏低且波动较小时，判断热电偶工作部故障。对于热电偶不能正常工作的，进行检修，在计算实时温度t时剔除。

具体以山东钢厂日照公司1号高炉1号沟为例，该1号高炉的设计容量为5100立方米，该高炉设有4个铁口，采用双矩形出铁场，两出铁场对称布置，每个出铁场设有2个铁口，长度约为21m，铁口间夹角81°，每条主沟有44个热电偶，其中一侧为25个，另一侧有19个，每两个温度传感器之间的距离为80cm，工作层的材质为al-sic-c，厚度为807mm。

取1号沟的4个温度传感器（热电偶）为例来绘制曲线，这个温度曲线包含8个完整的出铁周期。当一个出铁周期开始时，由于铁水不断冲刷和积蓄于铁沟内，主沟内的耐材温度不断上升，同时随着出铁量的增加，工作层耐材出现侵蚀而逐渐变薄，这样温度会进一步上升，检测结果见图5。

由图7可以看出，在刚开始的前4个出铁周期，热电偶测得的温度极值可以超过550℃，从第五个周期开始，热电偶测得的极值温度逐渐降低，极值在500℃以下。由于此种原因，需要不断的对公式中的tw进行微调优化，以此使公式计算值更加接近实际侵蚀值，选择第5个周期的问稳定温度至记为tw，图5中会出现一些热电偶温度曲线异常的情况，比如测得的温度远远超过700℃，这是由于在使用过程中，线路出现短暂的断路造成的，对整体的温度趋势没有影响。

wcc是根据侵蚀值与温度上升值的比值得到，温度上升值是该出铁周期内的实时温度t与tw之间的差值，侵蚀值通过3d扫描判断工作层的厚度值得到，通过多个出铁周期的检测，得到侵蚀值数据和温度上升值数据，然后计算得到wcc，在后期使用的过程中，仅需要实时检测温度值，就能够判断侵蚀状态，方便使用，反应速度快，且精确度较高。

为方便测算，将铁沟每一侧的传感器分为一组，计算各温度传感器的wcc，得到平均值，记为该侧的wcc，铁沟两侧均有相应的wcc、稳定温度tw相同，该侧的实时温度值能够体现该侧的侵蚀状态，测算速度快，但测算精度低。

四个温度传感器在一个出铁周期内的温度曲线为例，见图6。

从图8中更加清晰的看出，当出铁开始时，耐材温度迅速上升，之后开始稳定上升，这是由于在出铁之前，主沟的耐材会进行预烘烤，预烘烤期间的温度在100℃左右，当出铁后，由于铁水的温度在1500℃左右，主沟内的耐材温度会迅速上升，之后便会达到稳定的上升过程。

由于不同部位的热电偶测得的温度不同，比如靠近铁口以及主沟尾部的温度会偏低，而在回旋区（落铁点附近）的温度通常为主沟内温度最高的区域。

在图6中，出铁中后期，温度出现了一个明显的降低又回升的过程，这是由于在出铁周期中会有休风或者喷补的现场操作，这种操作会对温度产生短暂性的变化影响，但对整体的温度趋势不会产生大的影响。

由图6还可以看出，在出铁周期中，温度曲线会出现温降的现象，这是由于在正常出铁周期中会有喷补和休风的操作，总体而言，在一个完整的出铁周期中，工作层耐材的温度会随着出铁量的增加而逐渐增加，当在出铁周期结束时，温度达到最高。

经研究发现，当在出铁过程中出现喷补时，主沟温度会在停止出铁后的几天内温度迅速下降，下降范围为50℃-100℃，当喷补结束恢复出铁后，温度会缓慢上升，对于普通的喷补，大部分都符合“l”型，即温度迅速下降后缓慢上升，在该阶段进行温度补偿，这样控制器测得温度仍旧是处于一直缓慢上升的状态。

当休风时，温度同样会出现迅速降低，所有休风时的喷补温度都呈现“v”型，即温度迅速下降后又迅速上升，由于引入高炉风量判断，控制器会自动剔除由于休风造成的温降，从而显示出温度仍旧是缓慢上升的状态。

本申请对休风期和喷补期进行温度补偿，能够使温度曲线相对平稳，并且根据公式真实的反映出侵蚀数据。

由实施例1可得出，常态下，同一个出铁周期内，铁沟的温度值随工艺过程而变化，由于工作层的隔热作用温度上升至一个实时温度值t，并在该实时温度值t处稳定，通过该实时温度值t能够得到铁沟的侵蚀值，方便操作，检测精度高，不同的出铁周期的实时温度值t不同，代表侵蚀值不同，侵蚀值到达预设值时检修。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。