一种炉内成像系统

摘要

本申请公开了一种炉内成像系统，包括套筒和开设在所述套筒上的出气孔，其中，所述套筒包括直筒段和与所述直筒段连接，并沿所述直筒段轴向渐缩延伸的渐缩段，所述出气孔开设在所述渐缩段远离所述直筒段的端部，且所述渐缩段的内壁上设置有多个连接所述出气孔和所述直筒段的导流槽，且所述导流槽的宽度在向所述出气孔靠近的方向上逐渐减小。本发明提供的炉内成像系统，通过采用具有导流槽的渐缩段代替传统中垂直套筒轴线的端壁，使得出气孔处产生气流扰动波，以增大粉尘在套筒内的附着难度，减少甚至避免了粉尘堵塞出气孔或覆盖镜头的现象出现，从而更加有效的减小粉尘对炉内成像系统工作的影响。

权利要求

1.一种炉内成像系统，包括套筒和开设在所述套筒上的出气孔，其特征在于，所述套筒包括直筒段和与所述直筒段连接，并沿所述直筒段轴向渐缩延伸的渐缩段，所述出气孔开设在所述渐缩段远离所述直筒段的端部，且所述渐缩段的内壁上设置有多个连接所述出气孔和所述直筒段的导流槽，且所述导流槽的宽度在向所述出气孔靠近的方向上逐渐减小。

2.根据权利要求1所述的炉内成像系统，其特征在于，全部所述导流槽均为直线槽。

3.根据权利要求1所述的炉内成像系统，其特征在于，全部所述导流槽均为螺旋槽。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的炉内成像系统，其特征在于，全部所述导流槽在所述渐缩段的周向上均匀分布。

说明书

一种炉内成像系统

技术领域

[0001] 本发明涉及高炉冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种炉内成像系统。

背景技术

[0002] 不同的钢铁生产厂家，其采用的冶炼工艺不同，尤其是布料方式和料面形状，是关系到炉况能否顺利进行，各项指标是否理想的关键因素。对特定的炉料条件，为了使装入的炉料能形成操作人员所期望的料面堆积形状，往往是根据预定的装入程序，由安置在炉顶的旋转溜槽或料钟来实现。然而，在将炉料装入炉内的过程中，如果矿石、焦碳等炉料的料面形状与操作人员所期望的形状差别越大，那么高炉生产出现失常的可能性也越大，高炉生产的各项指标也就难于稳定。

[0003] 为了最大程度的减少上述不利情况的发生，在冶炼高炉内安装有炉内成像系统，借助炉内成像系统，高炉操作人员可以一目了然地观察到炉内矿石、焦碳、煤气流的分布，以及料面形状等情况，而且还可以预先知道高炉可能出现的失常，并及早地采取纠正措施，使高炉生产一直处于正常状态。

[0004] 在现有技术中，炉内成像系统包括高温探头组件和炉体安装组件两部分。其中，如图1所示，高温探头组件包括耐高温的套筒01，和设置在套筒01内的摄像头02。在套筒01的端面上开设有一个直径5mm的出气孔03，摄像头02的镜头通过此出气孔向炉内探视，以实时监测炉内的运行情况，而为了避免炉内的气体和粉尘对炉内成像系统的正常工作造成影响，套筒01内充有高压低温防护气体(氮气)，并且该高压低温防护气体会从出气孔03中以柱状形式喷出，从而压制炉内的气体及粉尘，避免其进入到套筒01内对出气孔03形成堵塞或遮盖镜头。炉体安装组件则包括不锈钢法兰、连接件等部件，用以将高温探头组件安装在炉内。

[0005] 上述结构中，套筒01为一个圆柱体，如图1所示，出气孔03所在端壁(该端壁指的是位于套筒端面上的壁)与套筒01的轴线垂直，出气孔03为规则圆孔，套筒01内的氮气一部分会直接从出气孔03流出，还有一部分顺着套筒侧壁达到筒底后，气流被端壁反弹，在套筒01底部形成一股气流团(如图1中箭头所示)，由于炉内充满有毒气体，并且高温、高压还含有大量粉尘，一些粉尘会被炉内气压带入套筒01内，粉尘在这股气流团的影响下，慢慢沉积在套筒01底部，时间久了，粉尘越积越多，直至将出气孔03堵塞或遮盖镜头，从而导致成像区域残缺，监视图像不清晰，直接影响成像质量，从而不能及时对炉内情况做出正确判断。

[0006] 而为了进一步提高清灰效果，有的炉内成像系统上安装了电动刷子，使电动刷子以扇形运动轨迹经过出气孔，套筒内喷出的气体遇到运动的电动刷子时反射回出气孔处，吹扫粉尘，这种设计在粉尘少的时候有作用，但是时间长了，还是无法彻底清除出气孔处积累的粉尘。而且由于长期在高温、高压的环境中使用，大量有毒气体对设备的机械构件具有很强的腐蚀性，电动刷子的使用寿命很短，经常发生电动刷子固定轴腐蚀脱落，而且炉内大量的金属粉末很容易落入电动刷子的连杆与固定轴的缝隙中，粉末融化后发生粘合现象，使电动刷子无法工作。一旦电动刷子损坏就需要更换整个套筒，维修时间长，维护费用高，而且影响高炉正常生产。此外，炉内成像系统的维护作业区域内煤气浓度大，频繁地维修炉内成像系统存在安全隐患，会对维护人员的身体健康造成不利。

[0007] 因此，如何更有效的减小粉尘对炉内成像系统工作的影响，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

[0008] 有鉴于此，本发明提供了一种炉内成像系统，其能够减少甚至避免粉尘堵塞出气孔或覆盖镜头，从而更加有效的减小粉尘对炉内成像系统工作的影响。

[0009] 为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0010] 一种炉内成像系统，包括套筒和开设在所述套筒上的出气孔，其中，所述套筒包括直筒段和与所述直筒段连接，并沿所述直筒段轴向渐缩延伸的渐缩段，所述出气孔开设在所述渐缩段远离所述直筒段的端部，且所述渐缩段的内壁上设置有多个连接所述出气孔和所述直筒段的导流槽，且所述导流槽的宽度在向所述出气孔靠近的方向上逐渐减小。

[0011] 优选的，上述炉内成像系统中，全部所述导流槽均为直线槽。

[0012] 优选的，上述炉内成像系统中，全部所述导流槽均为螺旋槽。

[0013] 优选的，上述炉内成像系统中，全部所述导流槽在所述渐缩段的周向上均匀分布。

[0014] 本发明提供的炉内成像系统中，其套筒包括直筒段和在延伸方向上内径逐渐减小的渐缩段，并且渐缩段的内壁上设置有连接直筒段和出气口的导流槽，直筒段和渐缩段同轴连接，炉内成像系统的摄像头位于直筒段中，出气孔开设在渐缩段的远离直筒段的端部，氮气从直筒段中流入渐缩段，并从出气孔中排出。其中，靠近渐缩段轴心的中心气流会直接从出气孔中排出，而靠近渐缩段内壁的外层气流，则会进入导流槽中，通过导流槽的导流从直筒段中流向出气口。而由于导流槽在从直筒段接近出气口的走向上，宽度越来越小，使得流经导流槽的氮气逐步被压缩。根据气体动力学中气体的连续性定理和气体的伯努利定理可以得出，从直筒段向出气孔流动的氮气被导向槽压缩后，会导致渐缩段和直筒段的连接部位与出气孔所在部位的气流压力和密度发生变化，所以在渐缩段内靠近出气孔的部位，从导流槽中流出的外层气流流速大，压强小，而没有经过导流槽的中心气流，则流速小，压强大，因此在氮气发生被压缩或膨胀的交替变化后，渐缩段内就会产生压力一升一降，密度一疏一密的扰动波，这些扰动波作用在整个渐缩段内，使得渐缩段内整体的氮气压力分布不均匀，令进入套筒内的粉尘很难附着在渐缩段的内壁和出气孔处，也增大了粉尘穿过渐缩段而附着在镜头上的难度，使绝大部分的粉尘随着气流被带出，从而达到充分清灰的目的。本发明提供的炉内成像系统，通过采用具有导流槽的渐缩段代替传统中垂直套筒轴线的端壁，使得出气孔处产生气流扰动波，以增大粉尘在套筒内的附着难度，减少甚至避免了粉尘堵塞出气孔或覆盖镜头的现象出现，从而更加有效的减小粉尘对炉内成像系统工作的影响。

附图说明

[0015] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0016] 图1为现有技术提供的炉内成像系统的套筒的结构示意图(图中的箭头表示的是氮气的流动方向)。

[0017] 图2为本发明实施例提供的炉内成像系统中套筒的结构示意图(图中的箭头表示的是氮气的流动方向)；

[0018] 图3为一种实施例中渐缩段的俯视图；

[0019] 图4为氮气的流动示意图；

[0020] 图5为另一实施例中渐缩段的俯视图。

[0021] 以上图1-图5中：

[0022] 出气孔1、直筒段2、渐缩段3、导流槽4。

具体实施方式

[0023] 本发明提供了一种炉内成像系统，其能够减少甚至避免粉尘堵塞出气孔或覆盖镜头，从而更加有效的减小粉尘对炉内成像系统工作的影响。

[0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0025] 如图2-图5所示，本发明实施例提供的炉内成像系统，包括套筒和开设在套筒上的出气孔1，其中，套筒包括直筒段2和与直筒段2连接，并沿直筒段2轴向渐缩延伸的渐缩段3，出气孔1开设在渐缩段3远离直筒段2的端部，且渐缩段3的内壁上设置有多个连接出气孔1和直筒段2的导流槽4，且导流槽4的宽度在向出气孔1靠近的方向上逐渐减小。

[0026] 设计原理：

[0027] 气体的特性是不能保持一定形状，具有流动性，可以压缩。气体也被称为流体。流体所占据的空间称为流场。流线是流场中某一瞬时的一条空间曲线，在该线上各点的流体质点所具有的速度方向与曲线在该点的切线方向重合。在流场中任意画一条封闭曲线，在该曲线上每一点做流线，由这许多流线所围成的管状曲面称为流管。气体动力学中有两个非常重要的定理：气体的连续性定理和伯努利定理。

[0028] 1、气体的连续性定理。通过一些自然现象说明该原理，夏天乘凉时，两座房屋之间的过道中总是很凉快，因为那里常有“穿堂风”。在山区，山谷中的风往往比平原开阔的地方来得大。这些现象都是气体的“连续性定理”在自然界中的表现。质量守恒定律是自然界基本的定律之一，它说明物质既不会消失，也不会凭空增加。如果把这个定律应用在气体的流动上，就可以得出这样的结论：气体流动的速度与流管的截面积成反比，这就是连续性定理。简单地说，截面积小的地方流速快，而截面积大的地方则流速慢。流体流动速度的快慢，可用流管中流线的疏密程度来表示。流线密的地方，表示流管细，流体流速快，反之就慢。

[0029] 2、气体的伯努利定理。在日常生活中，我们会观察到，一些流体的速度发生变化时，压力也跟着变化。例如，在两张纸片中间吹气，两张纸不是分开，而是相互靠近；两条船在水中并行，也会互相靠拢。能量守恒定律是自然界另一个基本定律。它告诉我们，能量不会自行消灭，也不会凭空产生，而只能从一种形式转化为另一种形式。伯努利定理便是能量守恒定律在空气动力学中的具体应用。

[0030] 所谓静压，即是气体流动时，作用于管壁的压强。动压为气体流动时由流速产生的附加压强，或者说是单位体积流体所携带的动能，它并不作用于管壁上。总压是速度等于0时的静压。由此可知，在低速定常流动时，流场中的任一点，气体的静压与动压之和为一常量，且等于其总压，这就是伯努利定理。也可以粗略地说，低速、定常流动时，流速小的地方，压强大；而流速大的地方压强小。

[0031] 连续性定理和伯努利定理是气体动力学中两个最基本的定理，它们说明了流管截面积、气流速度和压力这三者之间的关系。综合这两个定理，我们可以得出如下结论：低速定常流动的气体，流过的截面积大的地方，速度小，压强大；而截面积小的地方，流速大，压强小。

[0032] 因此，本发明通过改变套筒端壁的形状和其内壁构造，使经过的气体产生不同的流速和压强作用于内壁上，生成人工扰流，从而压缩或扰动了附近的空气，使空气的压力和密度发生了变化，就会产生压力一升一降，密度一疏一密的扰动波。最终使得渐缩段3内气体压力分布不均匀，粉尘很难附着在上面，从而达到了清灰目的。

[0033] 本实施例提供的炉内成像系统中，其套筒包括直筒段2和在延伸方向上内径逐渐减小的渐缩段3，并且渐缩段3的内壁上设置有连接直筒段2和出气口的导流槽4，直筒段2和渐缩段3同轴连接，炉内成像系统的摄像头位于直筒段2中，出气孔1开设在渐缩段3的远离直筒段2的端部，氮气体从直筒段2中流入渐缩段3，并从出气孔1中排出。其中，靠近渐缩段3轴心的中心气流会直接从出气孔1中排出，而靠近渐缩段3内壁的外层气流，则会进入导流槽4中，通过导流槽4的导流从直筒段2中流向出气口，如图4所示。而由于导流槽4在从直筒段2接近出气口的走向上，宽度越来越小，使得流经导流槽4的氮气逐步被压缩。根据气体动力学中气体的连续性定理和气体的伯努利定理可以得出，从直筒段2向出气孔1流动的氮气被导向槽压缩后，会导致渐缩段3和直筒段2的连接部位与出气孔1所在部位的气流压力和密度发生了变化，所以在渐缩段3内靠近出气孔1的部位，从导流槽4中流出的外层气流流速大，压强小，而没有经过导流槽4的中心气流，则流速小，压强大，因此在氮气发生被压缩或膨胀的交替变化后，渐缩段3内就会产生压力一升一降，密度一疏一密的扰动波，这些扰动波作用在整个渐缩段3内，使得渐缩段3内整体的氮气压力分布不均匀，令进入套筒内的粉尘很难附着在渐缩段3的内壁和出气孔1处，也增大了粉尘穿过渐缩段3而附着在镜头上的难度，使绝大部分的粉尘随着气流被带出，从而达到充分清灰的目的。

[0034] 本实施例提供的炉内成像系统，通过采用具有导流槽4的渐缩段3代替传统中垂直套筒轴线的端壁，使得出气孔1处产生气流扰动波，以增大粉尘在套筒内的附着难度，减少甚至避免了粉尘堵塞出气孔1或覆盖镜头的现象出现，从而更加有效的减小粉尘对炉内成像系统工作的影响。

[0035] 本实施例提供的炉内成像系统，设计简便，易于实现，改造费用低廉，由于没有了昂贵复杂的电动刷子装置，简化了设备本身的结构，同时提高了系统可靠性，降低了设备成本，改造过程中不对高炉结构造成任何不利影响，并能大大延长炉内成像系统的使用寿命。使高炉操作人员及时获取炉内信息，为高炉上料提供依据，从而更好地操控高炉，变被动为主动操作，避免事故的发生；减少了维护人员在危险区域内工作的时间；使高炉实现安全、稳产、高产、低耗的目标，从而取得良好的社会效益和巨大的经济效益。

[0036] 为了进一步优化上述技术方案，本实施例提供的炉内成像系统中，全部导流槽4均为直线槽，如图3所示。直线槽的结构较为简单，加工方便，有利于技术方案在实际生产中的实施和应用。

[0037] 除上述结构以外，导流槽4还可以设置为螺旋槽，如图5所示。氮气经过螺旋形式的导流槽4后，会形成涡旋式气流，使得气流的清灰效果更好，为优选实施方案。当然，在能够满足本实施例提供的炉内成像系统工作要求的前提下，导流槽4还可以为其他的形式，在此不做限定。

[0038] 优选的，全部导流槽4在渐缩段3的周向上均匀分布。以此种方式设置导流槽4，能够使得氮气更加充分、灵活、合理的进入到不同导流槽4中，从而形成更大强度的扰动波，同时也能够使扰动波充分分布在渐缩段3的整个内部空间中。

[0039] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0040] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。