[发明专利]高炉炉缸三维非稳态监测和异常诊断及维护系统

说明书

技术领域

本发明属于高炉炉缸炉底在线监测、诊断、预警和维护技术领域，特别是提供了一种高炉炉缸三维非稳态监测和异常诊断及维护系统，如何实时采集和滤波高炉炉缸冷却水温和炉体砖衬中热电偶温度，如何依据这两种基础数据对炉缸炉底三维非稳态温度场、侵蚀内型、渣铁壳变化进行在线监测和预警，对环裂、气隙、串气等异常和炉缸炉底侵蚀加剧原因进行诊断，以及根据不同侵蚀加剧原因采取有针对性的手段对炉缸进行有效维护的方法和工业应用系统。

背景技术

随着高炉冶炼强度的提高和原料条件的波动，炉缸炉底越来越成为高炉长寿高效生产的限制性环节。目前国内外多座高炉，都出现了严重的“象脚状”侵蚀甚至炉缸烧穿的重大事故。因此，准确地监测炉缸炉底工作状态并据此做出合理的生产操作调节和护炉措施，是实现高炉长寿高效生产的关键，但是高炉是一个高温高压密闭的冶金反应器，在生产时无法利用工业CT及其它一些无损检测设备对其炉缸炉底的侵蚀内型进行准确检测，只能依据炉体可检测数据来判断和监测其工作状态。

目前国内外已有的高炉炉缸炉底监测方法，大多是通过单独采集炉体热电偶温度或炉缸冷却水温差热流，建立“两点法”一维传热模型，或者是二维稳态/非稳态模型来进行侵蚀计算，如文献1(S.K.ISIJ International，2005，45(8)：1122)、文献2(K.T.ISIJInternational，2001，41(10)：1139)、文献3(吴俐俊.上海交通大学学报.2004，38(10)：1733.)等报道，这些已有的方法虽然利用神经网络、“虚拟边界”等手段考虑了高炉运行过程中侵蚀边界不定和渣铁壳变化对炉缸炉底温度场和侵蚀的影响，但是在高炉现场应用中仍存在较大的缺陷，具体如下：

(1)已有炉缸监测方法或系统在基础数据选择上存在问题：都是单独采集炉缸冷却壁水温差或者是砖衬内热电偶温度来对炉缸工作状态进行判断，但是单独依靠炉缸冷却壁水温差热流来判断炉缸侵蚀时，冷却壁热流只能反映整块冷却壁前砖衬的平均侵蚀程度，而炉缸烧穿往往是点烧穿而非面烧穿；单独依靠砖衬内热电偶温度来判断炉缸侵蚀时，由于电偶数目有限，没有电偶的地方将失去侵蚀判断依据，而且在炉役末期(高炉炉缸需要重点监测阶段)砖衬内电偶往往已损坏较多，这样因基础数据不足将导致侵蚀监测的准确性大大降低。

(2)已有炉缸监测方法或系统在基础数据采集上存在问题：大多将采集的数据直接用于炉缸工作状态诊断，缺乏对错误数据的滤波，如基础数据错误将直接导致判断结果错误并可能破坏连续监测的准确性。此外，在冷却水温采集方面大多采用传统的多模块电路模拟信号传输，数据累积误差大且传输过程易受干扰。

(3)已有炉缸监测方法或系统在推断炉缸侵蚀时的计算模型选择存在问题：大多采用一维或二维、直角坐标(矩形)、不包含铁水凝固潜热的稳态计算模型，这和高炉炉缸炉底在三维方向上设计及侵蚀不对称、几何形状近似为圆柱状、渣铁壳形成释放凝固潜热的实际情况不符，导致炉缸侵蚀推测结果和实际差别较大。

(4)已有炉缸监测方法或系统在判断炉缸是否存在异常时存在空白：通过炉缸炉底侵蚀机理研究和国内数十座高炉的侵蚀监测及破损调研(本专利申请者长期致力于高炉长寿技术和侵蚀监测研究，承担并完成了炉缸侵蚀监测相关的国家“八五”、“九五”、“十一五”、自然科学基金课题和首钢、太钢、唐钢、攀钢等众多厂协项目)，我们发现高炉投产后随着炉缸炉底耐火材料的逐渐升温、出铁操作、锌碱金属侵蚀、热应力变化以及填捣料中水分及挥发份的去除，炉缸炉底工作状态明显变化和侵蚀加剧的原因往往是由于异常情况的发生，如炉缸碳砖环裂、碳砖和冷却系统间出现气隙、串气、耐材导热系数异常变化、炉底渗铁等，而目前已有的侵蚀监测方法或系统都没有对这些异常情况进行判断和预警。

(5)已有炉缸监测方法或系统在显示预警功能上存在问题：大多只显示单条炉缸炉底侵蚀线，缺乏对炉缸炉底各个部位不同温度的显示；在计算炉缸炉底侵蚀时系统处于无响应状态不支持人机对话；在对炉缸状态进行历史查询时只能提供数据查询缺乏对炉缸侵蚀内型的直观查询显示；不具备炉缸侵蚀超限、炉缸结厚、炉缸不活等实时预警提示功能。

(6)已有炉缸监测方法或系统在指导炉缸维护上存在空白：大多只能对炉缸侵蚀严重程度或者是砖衬剩余厚度做出判断，都未能对侵蚀加剧的原因做出诊断，也就无法指导有针对性地炉缸维护和生产操作调节。