[發明專利]一種基于爐殼測溫來監測爐缸侵蝕狀況的智能監測系統

在審

• 申請號: 201710097635.1
• 申請日: 2017-02-22
• 公開（公告）號: CN106868242A
• 公開（公告）日: 2017-06-20
• 發明（設計）人: 張建良;馬富濤;胡小云;胡小清;蔣海冰;徐東華;李海濤
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;方大特鋼科技股份有限公司
• 主分類號: C21B7/24
• 分類號: C21B7/24
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司11401
• 代理人: 皋吉甫

技術領域

本發明屬于高爐監控領域，特別是提供了一種基于爐殼測溫的爐缸侵蝕模擬監測的方法。本發明通過建立三維精細化模型，實現不同爐缸剩余厚度下的溫度場計算，以爐殼溫度反問題計算出爐殼侵蝕厚度，實現對侵蝕、結厚過程的動態模擬，提出了一種關于高爐爐缸爐底侵蝕狀況的在線監測與預警的新方法。

背景技術

當前對高爐爐缸監測的方法分為直接測量法和間接測量法。在上述測量方法中，影響數據準確的因素有兩點：數據源的準確性和模型的準確性。

直接測量法包括熱電偶測量法、電阻法、電容法等。爐缸爐底長壽監測通常采用預埋熱電偶，通過電偶溫度間接了解內襯侵蝕狀況。這種方法比較直觀，但其缺點是熱電偶在高爐生產過程中經常出現損壞，也有高爐存在熱電偶布置點少、覆蓋不全的問題，導致數據不準確或者數據的缺失。

間接測量法包括熱流檢測法、沖擊回波法。熱流檢測法是通過測量水流量的溫度差來推出爐襯厚度。沖擊回波法是通過采用沖擊回波法進行高爐爐襯測厚時，是在爐殼外進行無損測試，無需埋設熱電偶或傳感器，且不必停爐，隨時可以對各部位開展快速測量。熱流檢測法需要大量的設備，沖擊回波法其最大問題是如果爐墻內部存在較大的裂紋或縫隙時，可能使應力波無法穿過導致誤判。

在當前建立的數學模型中，大部分都簡化了高爐爐缸爐底的傳熱模型，與實際狀態相差較大，缺乏對高爐實際生產狀態的精細化考慮。

發明內容

本發明的目的是從爐殼溫度出發，基于建立的三維精細化模型，建立爐殼溫度與爐襯侵蝕厚度之間的完整計算模擬系統，提出了一種監測爐襯侵蝕狀態的新方法。通過建立三維精細化模型，利用爐殼溫度計算出爐襯侵蝕狀況。

本發明的技術方案為：建立包括保護層、爐襯、填料、冷卻壁體、水冷通道、填充料、爐殼在內的完整的能量體系，從爐殼到爐內按照實際尺寸進行精細化物理建模，采集爐缸爐殼溫度數據，對有效數據進行篩選，建立靜態的“正問題”溫度場計算模型與“反問題”溫度場計算模型，計算不同等級殘厚下的爐殼溫度預警值，根據能量守衡原理建立柱坐標系下的控制微分方程，采用有限元的方法進行離散，得到柱坐標系下的非穩態溫度場離散方程通式，建立動態侵蝕結厚條件下的溫度場計算模型，并系統建立爐缸侵蝕監測系統。

一種基于爐殼測溫來監測爐缸侵蝕狀況的智能監測系統，其特征在于：該系統包括精細化建模模塊、數據采集模塊、爐殼溫度預警值計算模塊、爐缸侵蝕計算模塊和客戶端模塊；其中精細化建模模塊負責充分考慮能量傳遞過程，建立整個能量體系，爐殼溫度預警值計算模塊負責計算合理的爐殼溫度，并監測爐殼溫度狀態，爐缸侵蝕計算模塊負責基于爐殼溫度監測爐缸侵蝕狀態，客戶端模塊負責將計算結果以圖像的形式在客戶端中顯示出來。

1.精細化建模模塊

根據高爐的設計結構，建立完整的能量傳輸體系，從爐內到爐殼包括保護層、爐襯、填料、冷卻壁體、水冷通道、填充料、爐殼進行精細化物理建模。

2.爐殼溫度預警值計算模塊

爐殼溫度預警值計算模塊以精細化物理模型為基礎，結合溫度場的計算模型，實現爐殼溫度預警值計算，方法如下：

（1）基于建立的精細化物理模型，建立靜態的“正問題”溫度場計算模型，實現不同爐缸剩余厚度下的溫度場計算；

（2）建立“反問題”溫度場計算模型，計算不同等級殘厚下的爐殼溫度預警值，實現爐殼溫度在線預警功能。

3.爐缸侵蝕計算模塊

爐缸侵蝕計算模塊以精細化物理模型和爐殼溫度預警值計算模塊為基礎，對模型進行網格邊界劃分，結合溫度場計算模型，實現通過爐殼溫度反推出爐襯侵蝕狀況，方法如下：

（1）以傳熱學為基礎，得到柱坐標系下的非穩態溫度場離散方程通式；

（2）根據相關邊界條件，對整個模型自動的進行網格劃分；

（3）以溫度場計算為基礎，基于爐殼溫度建立動態侵蝕結厚條件下的溫度場計算模型。

4.客戶端模塊

本發明根據上述爐殼溫度預警值計算模塊、爐缸侵蝕計算模塊，建立高爐爐缸砌筑三維模型，應用VC開發平臺，三維重構高爐爐缸區域，同時建立爐殼與顏色的映射模型，生成爐殼溫度的三維分布圖。功能界面包括：爐殼溫度三維動態顯示、溫度趨勢曲線、侵蝕結厚狀況、完整三維溫度場、冷卻水流場、爐殼面溫度場、冷卻壁體溫度場、歷史回放、等功能子界面。