[實用新型]煉鋼轉爐爐體溫度傳感監測裝置

有效

• 申請號: 201320174600.0
• 申請日: 2013-04-09
• 公開（公告）號: CN203259267U
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 李亦峰;馬紅;張召朋;譚磊;喻昉;師驊
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵（集團）公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;C21C5/46
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 胡鎮西;陳懿

技術領域

本實用新型涉及轉爐煉鋼領域，具體地指一種煉鋼轉爐爐體溫度傳感監測裝置。

背景技術

轉爐爐體包括爐殼和爐殼內的耐火材料爐襯，當轉爐爐襯的耐火材料達到其使用壽命時，由于長時間的機械沖擊和磨損，耐火材料會由于高溫而溶解，并由此帶來高溫溶液滲透并導致危險，此時爐殼的溫度會逐漸升高，一旦工作層和永久層發生故障，高溫鋼水和鐵水將燒穿爐殼，造成鋼水鐵水溢出的事故，更嚴重的是，如果燒穿托圈，托圈中的高壓水噴出，高溫鋼水遇到托圈的冷卻水，會發生氣爆的嚴重事故，直接威脅人身和設備安全，因此對轉爐溫度進行在線的監測變得十分必要。

目前，用于轉爐爐殼溫度的監測方法有兩種：一種是用紅外測溫儀和紅外熱像儀進行離線式測量，另一種是用熱電偶進行點式測量。紅外測溫儀和紅外熱像儀只能進行離線式測量，而且由于托圈遮擋，托圈相對位置的爐殼溫度無法監測。焊接開路熱電偶在爐殼表面，只能進行點式監測，如果要全面監測整個爐殼，技術難度大，工程復雜。如何對轉爐爐殼溫度進行實時全面的測量，成為業界要面對的一道難題。

發明內容

本實用新型的目的就是要提供一種實施方便、工藝簡單、可對轉爐爐殼進行實時全面的測量的煉鋼轉爐爐體溫度傳感監測裝置。

為實現上述目的，本實用新型所設計的一種煉鋼轉爐爐體溫度傳感監測裝置，包括通過空心耳軸與軸承座連接的轉爐爐體，所述轉爐爐體上固定有與轉爐爐體爐壁留有空隙的環狀的托圈，所述轉爐爐體與托圈空隙間固定有鋼管，所述鋼管環繞轉爐爐體爐壁蛇形設置，所述鋼管中穿有同一根光纖，所述光纖一頭固定于鋼管中、另一頭穿過空心耳軸與雙向耦合器的輸入輸出端相連，所述雙向耦合器的信號輸入端與激光光源的信號輸出端相連，所述雙向耦合器的第一輸出端和第二輸出端分別與光波分復用器和第一光雪崩管的信號輸入端相連，所述第一光雪崩管與第一放大器的信號輸入端相連，所述光波分復用器通過第二光雪崩管與第二放大器的信號輸入端相連，所述第一放大器與第二放大器的信號輸出端分別與信號采集卡的信號輸入端相連，所述信號采集卡的信號輸出端與計算機的信號輸入端相連。

作為優選方案，所述軸承座一側固定有由定滑輪和動滑輪組成的滑輪組，所述光纖另一頭分別穿過空心耳軸與滑輪組，并與雙向耦合器的輸入輸出端相連。

本實用新型的工作原理是這樣的：光纖本身不帶電，具有抗電磁、耐輻射、耐高電壓、不產生電火花并且絕緣性能良好等特點，使得光纖傳感系統逐漸成為傳感器系統的主流。利用光時域反射（OTDR）原理和光纖的背向拉曼散射溫度效應，來實現對空間分布的溫度的測量。

當激光脈沖在光纖中傳輸時，由于光纖中存在折射率的微觀不均勻性，會產生瑞利（Rayleigh）散射，假設入射光經背向散射返回到光纖入射端所需的時間為t，激光脈沖在光纖中所走過的路程為?2L=vt，其中，v為光在光纖中傳播的速度，v=c/n，c為真空中的光速，n為光纖的折射率，在t時刻測量到的是離光纖入射端距離為L處局域的背向瑞利（Rayleigh）散射光，用這種光時域反射（OTDR）技術，可以確定光纖故障點或斷點的位置，因此也可稱為光纖激光雷達。拉曼散射是由于光纖分子的熱振動，產生一個比光源波長長的光，稱斯托克斯（Stokes）光，和一個比光源波長短的光，稱為反斯托克斯（Anti-Stokes）光。利用光時域反射（OTDR）技術探測拉曼散射，可以確定沿光纖長度上的溫度分布。

具體到本案，激光光源發出激光脈沖，激光脈沖進入雙向耦合器并通過雙向耦合器進入光纖，并沿著光纖又回到雙向耦合器，雙向耦合器將該束光分成兩束光傳播，其一路經光波分復用器光學濾除瑞利光，分離出帶有溫度信息的反斯托克斯拉曼背向散射光，再進入第二光雪崩管將光信號轉換成電信號，該信號又由第二放大器放大后輸入信號采集卡，這是拉曼通道；另一路作為瑞利背向散射光進入第一光雪崩管，進行光電轉換后的輸出信號輸入第一放大器，第一放大器和第二放大器的信號輸出端與信號采集卡的信號輸入端相連，這是瑞利通道。信號采集卡的信號輸出端與計算機的信號輸入端相連，由計算機軟件對采集到的數據進行運算處理，即可得到光纖上任一點的溫度和轉爐/高爐空間溫度場的分布。

當轉爐爐體內由工作層和永久層組成的耐火材料發生故障，鋼水鐵水會滲透到爐殼，使爐殼的溫度升高，產生的溫度變化將改變光纖的拉曼背向散射光的強度。通過對光纖拉曼背向散射光功率的測量，完成光纖上個點的靜態和動態溫度的測量和定位功能，通過對數據進行分析，迅速判斷并準確定位爐殼破損事件的發生。