一种高炉炉役后期铜壁体厚度测量装置及使用方法

技术领域

本申请涉及高炉冶炼的技术领域，具体而言，涉及一种高炉炉役后期铜壁体厚度测量装置及使用方法。

背景技术

高炉炉腹到炉身下在铜壁体使用达到7～10年后，热面起挂渣作用的燕尾槽结构磨为光板，壁体表面挂渣能力显著下降，渣皮容易反复脱落，导致铜壁体加速磨损，最终，冷却管路磨穿漏水，被迫休风处理破损壁体，使高炉冶炼状况和经济指标显著恶化，严重时高炉铜壁体大面熔损、炉壳烧红，带来安全隐患。

因此，有必要对进入炉役中后期的铜壁加装能同步磨损的厚度检测装置，用于跟踪壁体的磨损情况和分析其磨损速度，对濒临破损铜壁体进行监控，并提出控制其磨损的方法和对策，延长其使用寿命。

“一种测量高炉的冷却壁温度的方法和高炉”(CN110578026A)，该方法包括以下步骤：预先在位于高炉同一层的所有冷却壁上沿其长度方向开设卡槽，以使所有卡槽共同构成环槽；将光纤嵌入环槽中；在高炉的外壳开设引出口；将光纤的两端从引出口穿出后与信号处理器电连接。该高炉包括外壳、冷却壁和耐火层，位于高炉同一层的所有冷却壁上沿其长度方向开设有卡槽，所有卡槽共同构成环槽；环槽中嵌设有光纤，外壳开设有引出口，光纤的两端从引出口穿出后与信号处理器电连接。本发明基于光纤测温原理能够对高炉的冷却壁的温度进行全面、准确的检测，降低冷却壁被烧坏的风险，并不能对冷却壁厚度进行测量、也不能对其工况和剩余寿命形成动态预测。

“高炉冷却器破损检测装置”(CN2608513Y)，该专利中公开了一种破损检测装置，其组成中包括减压装置、压力显示装置、高效气体捕集器、在线气体检测信号发生器、中央报警显示器、信号动力电缆和手持式气体检测信号发生器。当冷却器破损后，将由信号发生器向操作者发出报警信号。减压装置及压力显示装置与手持式气体检测信号发生器配合，可以以较少的投资实现冷却器每个水头的检测，判断冷却器热面型、冷面型及孔洞型破损的确切位置和破损程度，为操作者采取相应的措施提供依据。该装置主要是用来监控冷却器损坏情况，未涉及一种适用无损测厚的高炉冷却壁结构及分析方法。

“一种测定高炉冷却器侵蚀状态的模拟侵蚀装置”(CN201228266Y)，该装置由恒温水箱、进水管、加热装置、侵蚀实验管、蒸汽管和冷凝管组成，水通过进水管进入侵蚀实验管，在加热装置部分加热形成水和蒸汽并对侵蚀实验管进行侵蚀，蒸汽再通过蒸汽管进入冷凝管，在冷凝管上端设置的相对侵蚀比较挂片也同时进行比较侵蚀，蒸汽通过冷凝管变成水继续流入恒温水箱循环使用，形成一循环装置，能够对冷却水管壁面温度对冷却水的侵蚀性能的影响进行实验研究，更准确的描述冷却水的侵蚀规律。该装置未涉及对新高炉冷却壁进行改进，将测厚件与壁体制作为一体式，并配套相应的布置方法，形成对炉役前中期壁体挂渣能力的分析技术，并以此改进高炉操作延长其使用寿命的技术或方法。

“一种延长高炉铜冷却壁使用寿命的方法”(CN106319118B)，用于有效保护高炉铜冷却壁。该方法包括：高炉铜冷却壁热面温度计算系统，可以得到高炉铜冷却壁的热面温度；高炉铜冷却壁热面渣皮厚度判断系统，可以判断是否需要迅速建立一定厚度的渣皮来保护铜冷却壁；高炉铜冷却壁制冷系统，强制冷却需要保护的高炉铜冷却壁，使铜冷却壁热面迅速建立起有效的渣皮；通风和净化装置及控制系统，负责完成整个系统的通风散热以及冷却介质的液化循环过程。相比于现有技术，本发明缓解了以往高炉铜冷却壁破损较快和不易更换的矛盾，进而提高高炉一代炉役。本发明可以减少高炉铜冷却壁渣皮的异常脱落带来的高炉炉缸温度波动，保障了高炉长期稳定顺行，未涉及一种适用无损测厚的高炉冷却壁结构及分析方法。

综上所述，目前没有涉及一种高炉炉役后期铜壁体厚度在线测量装置和使用方法，用于高精度监测高炉铜壁体厚度，并依通过不断分析最新测厚和温度的历史数据的方法预测铜壁体在不同温度条件下的剩余工作寿命，指导高炉调整壁体工况，延长其使用寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种高炉炉役后期铜壁体厚度测量装置及使用方法，实现对壁体的在线连续高精度测厚，再通过不断更新厚度测数据和对应部位的温度数据连续评测铜壁体损坏趋势和剩余寿，指导高炉调整操作，控制体损坏。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种高炉炉役后期铜壁体厚度测量装置，其特征在于，包括同步磨损机构、耦合剂自调节机构和测量探头机构，所述同步磨损机构水平穿设于高炉冷却壁上，尾端与铜壁体内表面平齐，首端与所述耦合剂自调节机构的一端相连接，耦合剂自调节机构内设有所述测量探头机构，测量探头机构通过数据线与外部计算机相联，记录测量数据。

在一些可选的实施方案中，所述同步磨损机构包括与所述铜壁体同材质制成的同步磨损柱，所述同步磨损柱上设有密封挡圈，同步磨损柱尾端插入高炉冷却壁，所述密封挡圈与高炉炉壳相抵接，同步磨损柱的首端外露于高炉，与所述耦合剂自调节机构相连接。

在一些可选的实施方案中，所述耦合剂自调节机构包括耦合剂调节缸和波纹管膨胀器，所述耦合剂调节缸内充满耦合剂，前端面中心设有连接法兰，后端面中心设有向后延伸的线管，所述同步磨损柱尾端与所述连接法兰相连接，同步磨损柱尾端面与耦合剂调节缸前端面内壁平齐设置，所述测量探头机构伸入耦合剂调节缸内，所述数据线穿设于所述线管内；所述波纹管膨胀器安设于耦合剂调节缸的顶部，通过设置通孔相连通。

在一些可选的实施方案中，所述测量探头机构包括超声波探头和探头位移驱动，所述超声波探头置于所述耦合剂调节缸内，通过数据线与外部计算机相联，所述探头位移驱动位于耦合剂调节缸外部，与所述线管紧密贴合设置，驱动超声波探头前后移动。

在一些可选的实施方案中，所述同步磨损柱尾端设有卡接凸块，所述卡接凸块两侧设有连接凸耳，所述卡接凸块与所述连接法兰相卡接，所述连接凸耳与连接法兰通过螺栓相连接紧固。

在一些可选的实施方案中，所述探头位移驱动包括驱动电机、旋转螺杆和调节螺母，所述旋转螺杆一端与所述超声波探头相连接，另一端穿过所述线管与所述驱动电机相连接，所述调节螺母固定于线管尾部，与旋转螺杆相配置。

一种高炉炉役后期铜壁体厚度测量装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤a，在冷却壁上钻安装孔，安装孔位于两条水道之间，靠近冷却壁热电偶，测量钻孔部位壁体材料的长度，切割同步磨损柱，使插入部分的长度与安装孔深度相同，将同步磨损结构装入安装孔内，并通过灌入耐火液态浆料密封；将耦合剂调节缸前端与同步磨损柱尾部通过螺栓连接，再把探头位移驱动与超声波探头连接；

步骤b，使用时，启动探头位移驱动推动超声波探头前进，同时，会挤压缸内的耦合剂从通孔进入波纹管膨胀器内并使之膨胀，当超声波探头移动贴合到同步磨损柱尾部时，会停止前进，耦合剂实现自动润滑，对同步磨损柱进行超声波高清厚度信号测量；完成测量后超声波探头退后到原始位置，同时波纹管膨胀器内的耦合剂会回流到耦合剂调节缸内；

步骤c，根据测得的铜壁体厚度数据和冷却壁温度数据，计算高炉铜壁体在不同温度条件下磨损速度规律；

步骤d，依据铜壁体厚度数据动态估算铜壁体的剩余寿命区间范围和综合剩余寿命，以此来指导调整铜壁体附近炉料结构，减少磨损。

在一些可选的实施方案中，步骤c中所述铜壁体的磨损速度计算包括如下内容：

按照高炉铜壁体实际温度经验工作范围，将温度区间分为n个，每个区间温度记为T

统计铜壁体在某一温度区间T

统计的总时间段内铜壁体的综合磨损速度

在一些可选的实施方案中，步骤d中所述剩余寿命区间范围的计算包括如下内容：

统计高炉某一部位铜壁体一段时间h内，在温度区间T

其中，△L

MaxD＝{D

铜壁体剩余最短寿命为：MinD＝{D

冷却壁剩余工作寿命范围为：MinD～MaxD。

在一些可选的实施方案中，所述铜壁体的综合剩余寿命的计算包括如下内容：

计算高炉某一部位铜壁体一段时间h的综合磨损速度

铜壁体的综合剩余寿命x满足方程：

求解得到的x为壁体的综合剩余寿命。

本申请的有益效果是：本申请提供的一种高炉炉役后期铜壁体厚度测量装置及使用方法，通过在炉役后期高炉磨损的铜壁体上加装一同步磨损结，以及配套的自动控制装置，实现了利用超声波实现对壁体的在线连续测厚，并结合测厚数据和高炉壁体温度数据动态分析高炉壁在不同温度区间的损坏速率和剩余寿命；磨损结构是壁体同材质的高纯铜，可实现利用超声波对与壁体的同步磨损件的精准测量，同时，发明的耦合剂自填充缸和探头位移器，使装置具备了自动连续测厚功能；测厚装置与壁体热电偶数据同步采集方法，并对厚度和温度数据进行对比分析，建立壁体了在不同温度区间下的磨损速度、剩余寿命评价方法；建立炉役后期铜壁体剩余寿命区间范围和综合剩余寿命动态分析方法，动态预测壁体磨损速率和极限寿命，指导高炉调整壁体附近炉料结构和工作参数，达到延长炉役后期铜壁体使用寿命目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例的剖视图；

图2为本申请实施例的安装示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，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申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以下结合实施例对本申请的特征和性能作进一步的详细描述。

如图1、图2所示，本发明提出了一种高炉炉役后期铜壁体厚度测量装置，包括同步磨损机构、耦合剂自调节机构和测量探头机构，同步磨损机构水平穿设于高炉冷却壁1上，尾端与铜壁体2内表面平齐，首端与耦合剂自调节机构的一端相连接，耦合剂自调节机构内设有测量探头机构，测量探头机构通过数据线3与外部计算机4相联，记录测量数据。

在一些可选的实施方案中，同步磨损机构包括与铜壁体同材质制成的同步磨损柱5，同步磨损柱上设有密封挡圈6，同步磨损柱尾端插入高炉冷却壁，密封挡圈与高炉炉壳相抵接，同步磨损柱的首端外露于高炉，与耦合剂自调节机构相连接。同步磨损柱尾端设有卡接凸块，卡接凸块两侧设有连接凸耳，卡接凸块与连接法兰相卡接，所述连接凸耳与连接法兰通过螺栓相连接紧固。

在一些可选的实施方案中，耦合剂自调节机构包括耦合剂调节缸7和波纹管膨胀器8，耦合剂调节缸内充满耦合剂，前端面中心设有连接法兰9，后端面中心设有向后延伸的线管10，同步磨损柱尾端与连接法兰相连接，同步磨损柱尾端面与耦合剂调节缸前端面内壁平齐设置，测量探头机构伸入耦合剂调节缸内，数据线穿设于线管内；波纹管膨胀器安设于耦合剂调节缸的顶部，通过设置通孔11相连通，在测量探头机构伸缩移动挤压缸内的耦合剂时为其提供流出和回填的空间。

在一些可选的实施方案中，测量探头机构包括超声波探头12和探头位移驱动13，超声波探头置于耦合剂调节缸内，通过数据线与外部计算机相联，探头位移驱动位于耦合剂调节缸外部，与线管紧密贴合设置，驱动超声波探头前后移动。

在一些可选的实施方案中，探头位移驱动包括驱动电机、旋转螺杆和调节螺母，旋转螺杆一端与超声波探头相连接，另一端穿过所述线管与驱动电机相连接，调节螺母固定于线管尾部，与旋转螺杆相配置。

采用上述高炉炉役后期铜壁体厚度测量装置的使用方法，包括如下步骤：

步骤a，在冷却壁上钻安装孔，安装孔位于两条水道之间，水道间距约120mm左右，安装孔直径为50～70mm，直径太大容易打破水道，直径太小不利于测厚探头测厚稳定控制，安装孔靠近冷却壁热电偶设置，便于将测厚数据与测温数据进行综合分析，明晰壁体磨损与温度变化的关系，对高炉寿命进行预测；测量钻孔部位壁体材料的长度，切割同步磨损柱，使插入部分的长度与安装孔深度相同，将同步磨损结构装入安装孔内，并通过灌入耐火液态浆料密封，防止高炉生产时在接缝处发生煤气泄漏；将耦合剂调节缸前端与同步磨损柱尾部通过螺栓连接，再把探头位移驱动与超声波探头连接。

步骤b，使用时，启动探头位移驱动推动超声波探头前进，同时，会挤压缸内的耦合剂从通孔进入波纹管膨胀器内并使之膨胀，当超声波探头移动贴合到同步磨损柱尾部时，会停止前进，耦合剂实现自动润滑，对同步磨损柱进行超声波高清厚度信号测量；完成测量后超声波探头退后到原始位置，同时波纹管膨胀器内的耦合剂会回流到耦合剂调节缸内。

步骤c，铜壁体的正常工作温度为≤80℃，最高温度不超过120℃，由于铜壁体随温度升高，强度呈现加速下降趋势，而实际生产中铜壁体温度会经常波动，并出现超过工作温度范围的状况，因此，需要统计一段时期内(3～4个月)壁体在不同温度区间内的磨损量和持续时间，以此，来计算壁体在不同温度区间内的磨损率。按照高炉铜壁体实际温度经验工作范围，将温度区间分为n个(一般n＝4～6)，每个区间温度记为T

统计铜壁体在某一温度区间T

统计的总时间段内铜壁体的综合磨损速度

步骤d，依据铜壁体厚度数据动态估算铜壁体的剩余寿命区间范围和综合剩余寿命，以此来指导调整铜壁体附近炉料结构，减少磨损。

剩余寿命区间范围的计算包括如下内容：

统计高炉某一部位铜壁体一段时间h内，在温度区间T

其中，△L

MaxD＝{D

铜壁体剩余最短寿命为：MinD＝{D

冷却壁剩余工作寿命范围为：MinD～MaxD。

铜壁体的综合剩余寿命的计算包括如下内容：

计算高炉某一部位铜壁体一段时间h的综合磨损速度

铜壁体的综合剩余寿命x满足方程：

求解得到的x为壁体的综合剩余寿命。

实施例1

将温度区间分为5个，即：T

高炉铜壁体温度≤80℃时的磨损量速度υ

铜壁体在80℃～100℃时的磨损速度υ

铜壁体在100℃～120℃时的磨损速度υ

铜壁体在120℃～140℃时的磨损速度υ

铜壁体在温度＞140℃时的磨损速度υ

统计的总时间段内铜壁体的综合磨损速度

炉役后期铜冷却壁在不同温度范围内的工作磨损情况数据统计如下表1。

表1

依据测厚数据动态估算壁体的剩余寿命区间范围和综合剩余寿命，以此来指导高炉调整壁体附近炉料结构，减少磨损。

1、高炉铜冷却壁剩余工作寿命范围计算

高炉铜壁体在不同温度区间内的剩余工作寿命计算。通过统计高炉某一部位铜壁体一段时间h(3～4个月)内，在温度T

同理可得T

其中，△L

MaxD＝{D

铜壁体剩余最短寿命为：MinD＝{D

冷却壁剩余工作寿命范围为：MinD～MaxD，高炉依据该结果，采取相应措施，控制壁体在MinD对应温度工作范围的工作时。

2、壁体综合磨损速度和综合剩余寿命

通过计算高炉某一部位铜壁体一段时间h的综合磨损速度

铜壁体的综合剩余寿命x满足方程：

求解得到的x为壁体的综合剩余寿命。

根据铜壁体剩余寿命测算结果调整高炉炉料结构和操作模式，并经过5～10周后，重复计算，得到新的综合磨损损率数据，重新回归方程，然后估算当前操作参数是否有利于延长壁体剩余寿命X，通过此方法获得高炉最有利用于延长壁体工作寿命的操作制度。

本发明基于铜质结构可与高炉铜壁体同步磨损，以及纯铜传递能量波信号清晰的特性，在高炉炉役后期高炉的铜冷却壁上安装一种铜质壁体同步磨损装置，结合相应的自动监测装置、安装和使用方法、数据分析方法，达到在线测量和跟踪铜壁体在不同冶炼条件下磨损速率和预测其剩余寿命的目的，以此，来指导高炉调整操作，改善磨损部位冶炼条件，延长其使用寿命。