一种校正应力波法测量高炉炉墙厚度的装置及方法与流程

1.本发明涉及测量高炉炉墙厚度技术领域，尤其涉及一种校正应力波法测量高炉炉墙厚度的装置及方法。


背景技术：

2.现代大型高炉的寿命与设计、选材、建造、生产、维护等各个环节息息相关，随着传统炼铁技术的不断发展与积累，高炉的设计建造与生产维护日趋合理完善，其寿命很大程度取决于炉衬耐火材料状况，尤其是炉缸使用的内衬炭砖，可以说炉缸内衬剩余厚度即代表高炉的剩余寿命：因为炉衬与高炉内部环境直接接触，炉缸炉底部位更是长年累月盛聚着熔融液态渣铁，受到的侵蚀最严重且难以修补，该部位是制约高炉长寿的主要环节，高炉必须维持一定厚度的炉衬才能保证安全生产，一旦炉衬侵蚀严重，则高炉将面临随时烧穿的危险，如果引发安全事故，将会造成重大经济损失甚至人员伤亡，因此对炼铁工作者而言，若能够实时监测高炉生产过程中的炉衬侵蚀状况，准确掌握其厚度变化具有重大意义，就可以及时调整操作策略并采取有效护炉措施，从而促进高炉安全高效生产、延长高炉寿命。而由于高炉是一个连续生产的密闭容器，再加上高温、高压和多烟尘的内部环境，所以对其内衬侵蚀状况的准确检测一直都比较困难，尤其是高炉的炉缸炉底部位，内部直接接触熔融液态渣铁，环境复杂，检测内衬的侵蚀程度就更加困难。
3.目前国内外普遍应用的高炉测厚方法包括：多头热电偶法、电阻法、电容法、超声波法、炉壳测温法、热流检测法、模型推断法。在现有的检测方法中，从技术原理看分别基于热、电、声等反应变化判断炉衬状态，而从类型上看可以划分为直接测量和间接测量法。直接测量法主要包括多头热电偶法、电阻法、电容法和超声波法。但使用寿命无法保证，埋设在砖衬内的传感器一旦发生损坏就无法修复。此外，由于传感器都是由金属制作的，所以通常只能在炉身部位使用，在有高温液态渣铁存在的炉缸区域不能使用。间接测量法主要包括热流检测法、模型推断法和炉皮测温法。由于受检测误差、物性参数和边界条件等因素的影响，间接测量法的测量精度没有直接测量法高。
4.冲击回波法作为一种无损检测技术目前主要的应用范围包括建筑、桥梁以及隧道等领域。该检测方法原理简单、测试方便并且对测试结构不产生损伤，可用于结构内部应力波波速测试和结构内部质量的探测。综上，冲击回波法成为行业内认可的精确度相对较高且无损测量高炉炉衬厚度的方法。但目前使用该方法测试过程进行不同材质理论波速标定及计算应力波在固定尺寸不同耐材中传播时间时均为常温条件下进行，当温度改变时，不同材质内颗粒活跃程度均发生改变，因此应力波在同一材质不同温度条件下存在环境误差。且高炉炉墙测厚应力波需往返多材质介质，各材质间紧密贴合，但由于导热系数不同，高炉炉墙由热面至冷面温度变化为非线性变化，因此利用应力波法测量高炉炉墙厚度时，波速是个复杂的变化过程，仅采用常温理论波速进行计算无法达到准确测量目的。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明提供一种校正应力波法测量高炉炉墙厚度的装置及方法，用于测量及校正高炉炉墙厚度，可提高现有测量方法精度不低于8％。
6.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
7.一种校正应力波法测量高炉炉墙厚度的装置，包括置物台、电阻加热炉、保温罩与夹具；多种待测物并排放置在置物台上，两侧通过夹具夹紧使其紧密贴合；置物台上碳砖一侧设有电阻加热炉，电阻加热炉顶端设有排气孔，置物台及待测物外围罩有保温罩，保温罩底端设有进气孔。
8.所述置物台采用耐热材料制作，耐热温度不低于1600℃，截面宽度不低于500mm，水平长度不低于3000mm。
9.所述耐热材料为陶瓷。
10.所述电阻加热炉加热及恒温温度不低于1600℃，水平长度不低于1000mm；放置待测物一侧设有正方形开口，开口尺寸不低于300
×
300mm。
11.所述保温罩内衬采用耐热材料制作，耐热温度不低于1200℃，热面、冷面一侧截面分别设有正方形开口，开口尺寸分别不低于300
×
300mm、250
×
250mm。
12.所述耐热材料为铸石或石英砂。
13.一种校正应力波法测量高炉炉墙厚度的方法，具体包括如下步骤：
14.1)制样：按照高炉设计图纸中各层材质及尺寸依次制得厚度h1、h2……
h
n mm，截面尺寸200
×
200mm的除碳砖外待测物长方体样品；与渣铁接触面碳砖分别制备厚度h
cn
＝200、400、600
……
2n
×
100mm，n＝1、2、3
……
，多个样品；
15.2)安装：将待测样品依次放于置物台上且利用夹具夹紧使其紧密贴合，高温侧碳砖深入电阻加热炉深度不低于200mm；
16.3)升温：将待测样品加热，使高温侧碳砖表面温度达到指定温度并恒温，整个升温过程利用进气孔、排气孔持续通入不与耐材发生化学反应的惰性气体；
17.4)应力波测量：高温侧分别安装不同厚度h
c mm碳砖，同时在低温侧截面上采集应力波往返时间t1、t2、t3……
t
n
μs；
18.5)数据拟合：根据步骤4)所述应力波测量采集h
c1
、h
c2
、h
c3
……
h
cn mm及t1、t2、t3……
t
n
μs数据，拟合得到高炉用碳砖剩余厚度与应力波传播时间曲线及公式h＝f(t)；
19.6)高炉数据采集及厚度计算：采集高炉生产中待测点应力波往返时间数据tμs，带入步骤5)得到拟合方程，计算高炉实时碳砖剩余厚度h。
20.与现有方法相比，本发明的有益效果是：
21.本发明通过对高炉炉墙所有耐材高温状态下整体应力波传播时间进行测量，拟合出高炉用碳砖剩余厚度与应力波传播时间曲线及公式h＝f(t)，进一步用于测量及校正高炉炉墙厚度。利用该法可提高现有无损测量方法精度不低于8％，对高炉生产安全长寿起到了重要作用。
附图说明
22.图1为本发明结构示意图；
23.图2为本发明工艺流程图；
24.图3为本发明高温状态下应力波在高炉炉墙中往返传播时间与碳砖剩余厚度校正后所得拟合曲线图。
25.图中：1
‑
置物台，2
‑
电阻加热炉，3
‑
保温罩，4
‑
进气孔，5
‑
排气孔，6
‑
夹具。
具体实施方式
26.本发明公开了一种校正应力波法测量高炉炉墙厚度的装置及方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
27.【实施例】
28.如图1所示，一种校正应力波法测量高炉炉墙厚度的装置，包括置物台1、电阻加热炉2、保温罩3与夹具6。多种待测物并排放置在置物台1上，两侧通过夹具6夹紧使其紧密贴合；置物台1上碳砖一侧设有电阻加热炉2，电阻加热炉2顶端设有排气孔5，置物台1及待测物外围罩有保温罩3，保温罩3底端设有进气孔4。
29.置物台1采用陶瓷材料制作，耐热温度不低于1600℃，截面宽度不低于500mm，水平长度不低于3000mm。
30.电阻加热炉2加热及恒温温度不低于1600℃，水平长度不低于1000mm；放置待测物一侧设有正方形开口，开口尺寸不低于300
×
300mm。
31.保温罩3内衬采用铸石或石英砂材料制作，耐热温度不低于1200℃，热面、冷面一侧截面分别设有正方形开口，开口尺寸分别不低于300
×
300mm、250
×
250mm。
32.如图2所示，一种校正应力波法测量高炉炉墙厚度的方法，具体包括如下步骤：
33.1)制样：按照高炉设计图纸中各层材质及尺寸依次制得厚度h1、h2、h3、h4，截面尺寸200mm
×
200mm的除碳砖外待测物4块长方体样品；与渣铁接触面碳砖分别制备厚度200mm、400mm、600mm、800mm的4个样品；选材制样，材质与尺寸如表1所示。
34.表1制样及材质性能
[0035][0036]
2)安装：将制备好式样按照h1、h2、h3、h4、h
c
顺序依次放于置物台1上，并用夹具6固
定，高温侧碳砖深入电阻加热炉深度不低于200mm；
[0037]
3)升温：罩好保温罩3，进气孔4通入1l/min氩气，由排气孔5排出，电阻加热炉2开始升温且恒定于1050℃；；
[0038]
4)应力波测量：如表2所示，同时在低温侧截面上采集应力波往返时间t1、t2、t3、t4；
[0039]
表2校正数据
[0040][0041]
5)数据拟合：根据步骤4)所述应力波测量采集h
c1
、h
c2
、h
c3
、h
c4 mm及t1、t2、t3、t4μs数据，如图3所示，拟合得到高温状态下应力波在高炉炉墙中往返传播时间与碳砖剩余厚度校正后所得拟合曲线，可以得到回归方程：
[0042]
h＝f(t)＝
‑
411.94359 1.92955t
‑
0.000598595t2[0043]
r2＝0.99128
[0044]
其中：h为高炉碳砖剩余厚度；t为现场实测应力波在高炉炉墙往返时间；r2为拟合方差。
[0045]
6)高炉数据采集及厚度计算：采集高炉生产中待测点应力波往返时间数据tμs，带入步骤5)得到拟合方程，计算高炉实时碳砖剩余厚度h。
[0046]
利用该校正应力波法测量高炉炉墙厚度的装置得到得上述方程，通过多次测量、计算不同部位碳砖剩余厚度与现有方法及拆炉后直接测量法进行对比，结果如表3所示。
[0047]
表3校正结果
[0048][0049]
从以上结论看，本发明方法能够实现对现有应力波无损检测高炉炉墙厚度技术进行校正及提高精度。且提高精度不低于8.61％，平均提高精度15.62％。
[0050]
本发明通过对高炉炉墙所有耐材高温状态下整体应力波传播时间进行测量，拟合
出高炉用碳砖剩余厚度与应力波传播时间曲线及公式h＝f(t)，进一步用于测量及校正高炉炉墙厚度。利用该法可提高现有无损测量方法精度不低于8％，对高炉生产安全长寿起到了重要作用。
[0051]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。