一种基于分布式光纤测温的高炉炉衬厚度计算装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于分布式光纤测温的高炉炉衬厚度计算装置及方法，属于高炉技术领域。该装置包括耐火内衬、填缝料、冷却设备、高炉炉壳、分布式光纤、光纤传感测温系统和高炉炉缸温度数据库；本发明专利技术基于光纤测温原理，通过在工业炉窑内衬中分别沿炉窑内衬的周向、高度方向铺设光纤，就可以利用光纤中各个散射区获得的瑞利、拉曼、布里渊散射光获得对应散射区对应位置的温度，相邻测温点距离最低可达毫米级；同时利用传热学原理，计算高炉炉缸内衬的热流强度和残余厚度，从而可代替传统热电偶温度监测方式，实现对高炉炉缸内衬温度及残余厚度的24小时定位内衬异常侵蚀点，从而降低了高炉的安全生产风险，为高炉的高效安全生产提供了保障。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布式光纤测温的高炉炉衬厚度计算装置及方法
本专利技术属于高炉
，涉及一种基于分布式光纤测温的高炉炉衬厚度计算装置及方法。
技术介绍
高炉作为目前现代炼铁的主要方法，高炉产铁量占世界炼铁总产量的90％以上，是目前最高效、低耗、环境友好的主导炼铁设备。但近年来国内外高炉频繁出现其内衬烧穿的事故，以及遭受炉缸内衬炭砖发生异常侵蚀的困扰，有的高炉甚至投产1年到2年就被烧穿，高炉的生产寿命大大缩减，严重威胁高炉的安全生产，给企业造成巨大的经济损失。因此实时监控高炉内衬的厚度，防止高炉被烧穿，对于高炉生产和操作有着极为重要的意义。高炉是一个环境极其恶劣的黑匣子，目前针对高炉炉缸主要依靠布置在高炉内衬中的热电偶对内衬温度进行监控，并根据热电偶温度及传热模型来推算高炉炉缸的内衬厚度。但受炉壳开孔个数的安全限制，圆周方向热电偶一般都间隔1m～3m，因此温度监测个数有限，不足以对炉缸周向实施全覆盖的检测，得到的炉缸内衬残余厚度监测存在较大监测盲区，无法实现对高炉内衬厚度进行全方位、全覆盖的监测，给高炉生产带来极大的安全隐患。因此，如何实现对高炉内衬厚度24小时无盲区、全覆盖的监测，精准、快速定位炉缸内衬异常侵蚀点，确保高炉安全长寿生产是当前急迫解决的关键问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于分布式光纤测温的高炉炉衬厚度计算装置及方法，实现对高炉内衬，特别是高炉炉缸内衬厚度24小时无盲区、全方位的监测，精准、快速定位炉缸内衬异常侵蚀点，降低了高炉生产的安全风险，为高炉的高效安全生产提供保障。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于分布式光纤测温的高炉炉衬厚度计算装置，包括耐火内衬、填缝料、冷却设备、高炉炉壳、分布式光纤、光纤传感测温系统和高炉炉缸温度数据库；所述耐火内衬呈圆环状，向外依次覆有填缝料、冷却设备和高炉炉壳；所述耐火内衬上开设有槽，沿高炉炉缸圆周和高度方向铺设有分布式光纤；所述分布式光纤的始端与末端与光纤传感测温系统进行连接；所述光纤传感测温系统与高炉炉缸温度数据库连接。可选的，所述分布式光纤沿耐火内衬周向至少铺设2环。可选的，所述分布式光纤沿耐火内衬高度方向铺设多层。可选的，所述槽的位置位于耐火内衬上表面。一种基于分布式光纤测温的高炉炉衬厚度计算方法，包括以下步骤：1)在高炉炉缸内衬上面开槽，沿高炉炉缸圆周、高度方向铺设分布式光纤；2)将分布式光纤始端与末端与光纤传感测温系统进行连接；3)光纤传感测温系统采集沿光纤路径的炉缸内衬温度Tij、Tij’，并将温度Tij、Tij’存储到高炉炉缸温度数据库中；4)初始化炉缸内衬最高温度Tmax；5)从高炉炉缸温度数据库中提取每层光纤测温点的温度数据Tij、Tij’；6)将提取的光纤温度数据Tij与初始化炉缸内衬最高温度Tmax进行比较；7)当Tij＞Tmax时，将Tij数据赋值给Tmax；8)导入高炉炉缸耐材参数、高炉炉缸设计参数及光纤布置参数，利用傅里叶传热公式计算光纤测温点间的热流强度qij；9)根据得到的热流强度qij及1150℃等温线计算得到炉缸内衬的厚度Sij；10)根据计算得到的炉缸内衬厚度Sij绘制炉缸内衬侵蚀线，包括绘制圆周方向内衬侵蚀线和高度方向内衬侵蚀线；11)当Tij≤Tmax时，炉缸内衬未侵蚀，不进行计算，直接到步骤10)绘制炉缸内衬侵蚀线；12)最后在线实时显示炉缸内衬侵蚀线，指导高炉生产和操作；13)重复步骤5)～步骤12)，不断反复计算炉缸内衬侵蚀厚度，实现动态监测炉缸内衬厚度的变化。可选的，所述分布式光纤沿高炉内衬周向至少铺设2环；所述分布式光纤沿高炉内衬高度方向铺设多层。可选的，所述分布式光纤沿周向、高度方向铺设的空间分辨率小于0.5m。可选的，所述开槽的位置位于所述高炉内衬上表面。可选的，所述步骤8)中，热流强度qij，计算公式为：式中，qij表示内、外环光纤测温点间的热流强度，w/m2；Tij表示每层铺设在高炉内衬内环的光纤温度点，℃；Tij’表示每层铺设在高炉内衬外环的光纤温度点，℃；L0表示每层内、外环光纤的布置间距，m；λ表示高炉内衬的导热系数，w/m.℃；i表示沿圆周方向光纤的测温点数，i＝1、2、3.......n；j表示沿高度方向的光纤层数，j＝1、2、3.......n。可选的，所述步骤中，炉缸内衬的厚度Sij，计算公式为：式中，Sij表示高炉的内衬剩余厚度，m；qij表示内、外环光纤测温点间的热流强度，w/m2；1150℃表示高炉渣铁凝固线温度，通常以此温度来表示内衬侵蚀的等温线；L1表示内环光纤距高炉内衬冷面的距离，m。本专利技术的有益效果在于：本方案基于光纤测温原理，通过在工业炉窑内衬中分别沿炉窑内衬的周向、高度方向铺设光纤，就可以利用光纤中各个散射区获得的瑞利、拉曼、布里渊散射光获得对应散射区对应位置的温度，相邻测温点距离最低可达毫米级；同时利用传热学原理，可实时快速准确的计算高炉炉缸内衬的热流强度和残余厚度，从而可代替传统热电偶温度监测方式，实现对高炉炉缸内衬温度及残余厚度的24小时无盲区、全方位的监测，精准、快速定位内衬异常侵蚀点，从而降低了高炉的安全生产风险，为高炉的高效安全生产提供了保障。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：图1为本专利技术的一种基于分布式光纤测温的高炉炉衬厚度计算方法的结构示意图；图2为光纤布置在高炉炉缸内衬圆周方向的结构示意图；图3为光纤布置在高炉炉缸内衬高度方向的结构示意图；图4为图2中A-A断面结构示意图；图5为高炉炉缸内衬的圆周方向侵蚀轮廓线示意图；图6为高炉炉缸内衬的高度方向侵蚀轮廓线示意图。附图标记：1-耐火内衬；2-填缝料；3-冷却设备；4-高炉炉壳；5-分布式光纤；6-高温铁水；7-高炉炉缸内衬圆周侵蚀轮廓线；8-高炉炉缸内衬高度方向侵蚀轮廓线；9-光纤传感测温系统；10-高炉炉缸温度数据库。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布式光纤测温的高炉炉衬厚度计算装置，其特征在于：该装置包括耐火内衬、填缝料、冷却设备、高炉炉壳、分布式光纤、光纤传感测温系统和高炉炉缸温度数据库；/n所述耐火内衬呈圆环状，向外依次覆有填缝料、冷却设备和高炉炉壳；/n所述耐火内衬上开设有槽，沿高炉炉缸圆周和高度方向铺设有分布式光纤；/n所述分布式光纤的始端与末端与光纤传感测温系统进行连接；/n所述光纤传感测温系统与高炉炉缸温度数据库连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤测温的高炉炉衬厚度计算装置，其特征在于：该装置包括耐火内衬、填缝料、冷却设备、高炉炉壳、分布式光纤、光纤传感测温系统和高炉炉缸温度数据库；
所述耐火内衬呈圆环状，向外依次覆有填缝料、冷却设备和高炉炉壳；
所述耐火内衬上开设有槽，沿高炉炉缸圆周和高度方向铺设有分布式光纤；
所述分布式光纤的始端与末端与光纤传感测温系统进行连接；
所述光纤传感测温系统与高炉炉缸温度数据库连接。


2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤测温的高炉炉衬厚度计算装置，其特征在于：所述分布式光纤沿耐火内衬周向至少铺设2环。


3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤测温的高炉内衬厚度计算装置，其特征在于：所述分布式光纤沿耐火内衬高度方向铺设多层。


4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤测温的高炉内衬厚度计算装置，其特征在于：所述槽的位置位于耐火内衬上表面。


5.一种基于分布式光纤测温的高炉炉衬厚度计算方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
1)在高炉炉缸内衬上面开槽，沿高炉炉缸圆周、高度方向铺设分布式光纤；
2)将分布式光纤始端与末端与光纤传感测温系统进行连接；
3)光纤传感测温系统采集沿光纤路径的炉缸内衬温度Tij、Tij’，并将温度Tij、Tij’存储到高炉炉缸温度数据库中；
4)初始化炉缸内衬最高温度Tmax；
5)从高炉炉缸温度数据库中提取每层光纤测温点的温度数据Tij、Tij’；
6)将提取的光纤温度数据Tij与初始化炉缸内衬最高温度Tmax进行比较；
7)当Tij＞Tmax时，将Tij数据赋值给Tmax；
8)导入高炉炉缸耐材参数、高炉炉缸设计参数及光纤布置参数，利用傅里叶传热公式计算光纤测温点间的热流强度qij；
9)根据得到的热流强度qij及1150℃等温线计算得到炉缸内衬的厚度Sij；
10)根据计算得到的炉缸内衬厚度Sij绘制炉缸内衬侵蚀线，包括绘制圆周方向内衬侵蚀线和高度...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵运建，牛群，邹忠平，许俊，钟星立，王刚，
申请(专利权)人：中冶赛迪工程技术股份有限公司，中冶赛迪技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50