[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

摘要

一种高炉炉缸三维非稳态监测和异常诊断及维护系统，属于高炉在线监测、诊断、预警和维护技术领域。包括数据采集模块、数据过滤模块、炉缸炉底侵蚀结厚计算模块、异常诊断模块、显示预警模块、指导炉缸维护模块。能够实时采集和滤波炉缸冷却壁水温和炉体电偶温度，将两种数据结合起来采用传热学“正反问题”结合“异常诊断”标准，综合判断耐材导热系数变化、环裂、气隙等生产中可能出现的异常对温度场分布及侵蚀的影响，联合梯度正则化和混沌优化法求解，实现对炉缸炉底三维非稳态温度场、侵蚀内型、渣铁壳变化、炉缸热状态的在线监测，对异常情况和侵蚀加剧原因的实时诊断，并根据侵蚀加剧原因智能指导有针对性炉缸维护手段，已成功应用于工业。

主权项

1.高炉炉缸三维非稳态监测和异常诊断及维护系统，其特征在于，包括数据采集模块、数据过滤模块、炉缸炉底侵蚀结厚计算模块、异常诊断模块、显示预警模块、指导炉缸维护模块，其中数据采集模型负责实时采集炉缸冷却壁水温和炉体热电偶温度，数据过滤模型对采集的实时数据进行自动滤波，滤波后的数据传入异常诊断模块进行异常知识判断，采集过滤的数据和得出的诊断结果一起导入侵蚀结厚计算模块进行温度场和侵蚀结厚的计算，显示预警模型将计算结果反馈给高炉操作人员，指导炉缸维护模型依据计算和预警结果给出合理护炉手段建议；基础数据采集模块基于数字传感器的采集模块设计：将分辨率0.03℃的高精度数字温度传感器封装在不锈钢探头中，传感器通过在一个由对温度高度敏感的振荡器决定的计数周期内对振荡器时钟脉冲计数值的计算来测量温度，探头要迎着来流的方向插入水管中心以最小化探头对管内水流的阻损，避免形成旋流或死区，测温探头壁厚1mm，测温探头内部封装时使用高导热硅胶将传感器浇灌固定在探头中，测温探头中除传感器以往的空腔均使用低导热材料填充，使用低导热材料，使测温探头对冷却水温变化具有很强的跟随性和实时性而又不易受到外部热源的干扰，整个测温探头引出包含4根导线的防水航空接头；将航空接头直接接入微处理器IO端口，读取传感器温度数据，微处理器的一条串行总线上串行多个传感器，实际应用中对总线使用信号加强电路，对总线中数字信号采用0V/+12V电平信号，微处理器电路使用0V/+5V信号，保证数字信号在较长传输距离内有很强的抗干扰性能。传感器经微处理器巡检收集后进行封装加CRC校验通过485总线传输到上位机，在上位机通过串口每分钟对全部微处理器发送温度信号收集指令，完成对高炉炉缸冷却壁水温数据的实时采集；基础数据滤波模块包含的滤波条件如下：(1)热量由炉内高温铁水传至炉外冷却系统，温度也是逐渐降低，当炉体砖衬内同一标高的前后或同一深度的上下热电偶温度不符合传热学原理，要对此类数据进行校核；(2)当炉体砖衬内电偶温度低于20℃或者高于其量程多数坏点显示32767时，要对此类温度进行过滤；(3)实时记录砖衬电偶温度和冷却水温差，当发现某个电偶的温度或冷却水温差很短时间内大幅度升高或降低，对此类温度进行标记，采用时间序列的方法来判断其有效性；(4)某些炉体电偶温度显示正常，但始终保持不变，对此类温度也要进行标记，和相邻其它电偶的温度进行比较，并记录其不变时间来判断其有效性；异常诊断模块是针对具体高炉，利用现代专家系统技术对其侵蚀机理进行处理，在对基础数据进行采集和滤波后，结合冷却壁热流、热流变化、砖衬电偶实时温度、最高温度、电偶温度变化、砖衬尺寸、砖衬导热系数，建立常诊断标准；炉缸炉底侵蚀结厚计算模块建立了三维非稳态柱坐标包含凝固潜热的炉缸炉底温度场计算模型，根据壳体能量平衡原理建立控制微分方程：其中：ρ-控制单元体的密度；C_p-单元体的热容；T-单元体的温度；t-时间，k-单元体导热系数；s-单元体内的热源项；显示预警模块是将上述模块的判断结果直观明了地显示给高炉操作人员，使高炉人员能够最大限度地通过系统的显示预警掌握炉缸内部的状态；指导炉缸维护模块的内容如下：(1)当炉缸炉底不存在异常，通过砖衬热面温度是否高于1150℃侵蚀线以及800℃碳砖脆化线的位置来判断是否侵蚀未达平衡，如果侵蚀未达平衡，从炉外冷却和炉内铁水流动两方面来对炉缸进行维护；(2)当炉缸侧壁存在气隙，则采取在线压浆技术，但要注意压力控制和提高压入材料的导热性；(3)当炉缸侧壁存在串气或环裂，除了采取压浆技术外，还要注意对风口漏水的巡检，以及对入炉锌碱金属的控制，提高炉渣排碱能力；(4)当局部侵蚀异常加剧，尤其是出现严重“象脚状”侵蚀时，要根据侵蚀情况采取适当时间的堵风口措施；(5)当炉缸炉底填捣料热阻在高炉运行中出现异常变化，成为传热限制性环节，要根据侵蚀情况适当采取增布冷却水管；(6)当炉缸热损失过大，要控制炉缸炉底冷却强度和出铁操作。