[发明专利]一种基于炉壳测温来监测炉缸侵蚀状况的智能监测系统

说明书

技术领域

本发明属于高炉监控领域，特别是提供了一种基于炉壳测温的炉缸侵蚀模拟监测的方法。本发明通过建立三维精细化模型，实现不同炉缸剩余厚度下的温度场计算，以炉壳温度反问题计算出炉壳侵蚀厚度，实现对侵蚀、结厚过程的动态模拟，提出了一种关于高炉炉缸炉底侵蚀状况的在线监测与预警的新方法。

背景技术

当前对高炉炉缸监测的方法分为直接测量法和间接测量法。在上述测量方法中，影响数据准确的因素有两点：数据源的准确性和模型的准确性。

直接测量法包括热电偶测量法、电阻法、电容法等。炉缸炉底长寿监测通常采用预埋热电偶，通过电偶温度间接了解内衬侵蚀状况。这种方法比较直观，但其缺点是热电偶在高炉生产过程中经常出现损坏，也有高炉存在热电偶布置点少、覆盖不全的问题，导致数据不准确或者数据的缺失。

间接测量法包括热流检测法、冲击回波法。热流检测法是通过测量水流量的温度差来推出炉衬厚度。冲击回波法是通过采用冲击回波法进行高炉炉衬测厚时，是在炉壳外进行无损测试，无需埋设热电偶或传感器，且不必停炉，随时可以对各部位开展快速测量。热流检测法需要大量的设备，冲击回波法其最大问题是如果炉墙内部存在较大的裂纹或缝隙时，可能使应力波无法穿过导致误判。

在当前建立的数学模型中，大部分都简化了高炉炉缸炉底的传热模型，与实际状态相差较大，缺乏对高炉实际生产状态的精细化考虑。

发明内容

本发明的目的是从炉壳温度出发，基于建立的三维精细化模型，建立炉壳温度与炉衬侵蚀厚度之间的完整计算模拟系统，提出了一种监测炉衬侵蚀状态的新方法。通过建立三维精细化模型，利用炉壳温度计算出炉衬侵蚀状况。

本发明的技术方案为：建立包括保护层、炉衬、填料、冷却壁体、水冷通道、填充料、炉壳在内的完整的能量体系，从炉壳到炉内按照实际尺寸进行精细化物理建模，采集炉缸炉壳温度数据，对有效数据进行筛选，建立静态的“正问题”温度场计算模型与“反问题”温度场计算模型，计算不同等级残厚下的炉壳温度预警值，根据能量守衡原理建立柱坐标系下的控制微分方程，采用有限元的方法进行离散，得到柱坐标系下的非稳态温度场离散方程通式，建立动态侵蚀结厚条件下的温度场计算模型，并系统建立炉缸侵蚀监测系统。

一种基于炉壳测温来监测炉缸侵蚀状况的智能监测系统，其特征在于：该系统包括精细化建模模块、数据采集模块、炉壳温度预警值计算模块、炉缸侵蚀计算模块和客户端模块；其中精细化建模模块负责充分考虑能量传递过程，建立整个能量体系，炉壳温度预警值计算模块负责计算合理的炉壳温度，并监测炉壳温度状态，炉缸侵蚀计算模块负责基于炉壳温度监测炉缸侵蚀状态，客户端模块负责将计算结果以图像的形式在客户端中显示出来。

1.精细化建模模块

根据高炉的设计结构，建立完整的能量传输体系，从炉内到炉壳包括保护层、炉衬、填料、冷却壁体、水冷通道、填充料、炉壳进行精细化物理建模。

2.炉壳温度预警值计算模块

炉壳温度预警值计算模块以精细化物理模型为基础，结合温度场的计算模型，实现炉壳温度预警值计算，方法如下：

（1）基于建立的精细化物理模型，建立静态的“正问题”温度场计算模型，实现不同炉缸剩余厚度下的温度场计算；

（2）建立“反问题”温度场计算模型，计算不同等级残厚下的炉壳温度预警值，实现炉壳温度在线预警功能。

3.炉缸侵蚀计算模块

炉缸侵蚀计算模块以精细化物理模型和炉壳温度预警值计算模块为基础，对模型进行网格边界划分，结合温度场计算模型，实现通过炉壳温度反推出炉衬侵蚀状况，方法如下：

（1）以传热学为基础，得到柱坐标系下的非稳态温度场离散方程通式；

（2）根据相关边界条件，对整个模型自动的进行网格划分；

（3）以温度场计算为基础，基于炉壳温度建立动态侵蚀结厚条件下的温度场计算模型。

4.客户端模块

本发明根据上述炉壳温度预警值计算模块、炉缸侵蚀计算模块，建立高炉炉缸砌筑三维模型，应用VC开发平台，三维重构高炉炉缸区域，同时建立炉壳与颜色的映射模型，生成炉壳温度的三维分布图。功能界面包括：炉壳温度三维动态显示、温度趋势曲线、侵蚀结厚状况、完整三维温度场、冷却水流场、炉壳面温度场、冷却壁体温度场、历史回放、等功能子界面。