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测量高炉的冷却壁温度的方法和高炉

阅读：1054发布：2020-07-18

IPRDB可以提供测量高炉的冷却壁温度的方法和高炉专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及冶炼技术领域，提供了一种测量高炉的冷却壁温度的方法和高炉。该方法包括以下步骤：预先在位于高炉同一层的所有冷却壁上沿其长度方向开设卡槽，以使所有卡槽共同构成环槽；将光纤嵌入环槽中；在高炉的外壳开设引出口；将光纤的两端从引出口穿出后与信号处理器电连接。该高炉包括外壳、冷却壁和耐火层，位于高炉同一层的所有冷却壁上沿其长度方向开设有卡槽，所有卡槽共同构成环槽；环槽中嵌设有光纤，外壳开设有引出口，光纤的两端从引出口穿出后与信号处理器电连接。本发明基于光纤测温原理能够对高炉的冷却壁的温度进行全面、准确的检测，降低冷却壁被烧坏的风险。，下面是测量高炉的冷却壁温度的方法和高炉专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种测量高炉的冷却壁温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：预先在位于高炉同一层的所有冷却壁上沿其长度方向开设卡槽，以使所有卡槽共同构成环槽；

将光纤嵌入所述环槽中；

在所述高炉的外壳开设引出口；

将所述光纤的两端从所述引出口穿出后与信号处理器电连接，所述信号处理器用于向所述光纤发射激光脉冲以及将所述光纤散射回来的拉曼后向散射光转换为温度信号。

2.根据权利要求1所述的测量高炉的冷却壁温度的方法，其特征在于，所述光纤临近所述高炉的耐火层设置。

3.根据权利要求2所述的测量高炉的冷却壁温度的方法，其特征在于，还包括以下步骤：将所述高炉的冷却壁临近所述耐火层的一侧划分为多个区域块；

根据测量温度和以下公式迭代计算不同导热系数下所述区域块内各个点的温度：其中，所述测量温度为与所述光纤在所述区域块内的散射区对应的温度信号；λ表示所述高炉的冷却壁、耐火层或挂渣的导热系数；T表示所述区域块内任意一点的温度；z表示所述区域块内任意一点所处的高度；r表示所述区域块内任意一点距离所述高炉中心轴的径向距离；θ表示所述区域块内任意一点相对所述高炉中心轴的方位角；

根据所有所述区域块内各个点的温度确定所述高炉的温度场。

4.根据权利要求1所述的测量高炉的冷却壁温度的方法，其特征在于，还包括以下步骤：在所述高炉的外壳开设备用引出口，将所述光纤从其与所述备用引出口对应的位置剪断、以形成两个备用引出端，将两个所述备用引出端从所述备用引出口中穿出后与所述信号处理器电连接。

5.根据权利要求4所述的测量高炉的冷却壁温度的方法，其特征在于，所述备用引出口的数量为多个，多个所述备用引出口沿所述高炉的外壳的周向间隔设置。

6.根据权利要求5所述的测量高炉的冷却壁温度的方法，其特征在于，所述备用引出口的数量为3个。

7.根据权利要求1所述的测量高炉的冷却壁温度的方法，其特征在于，所述冷却壁上沿所述高炉的高度方向嵌设有多根所述光纤。

8.根据权利要求7所述的测量高炉的冷却壁温度的方法，其特征在于，与相邻两根所述光纤对应的所述引出口在同一水平面的投影具有夹角。

9.根据权利要求1所述的测量高炉的冷却壁温度的方法，其特征在于，所述光纤中相邻两个散射区的间距不小于100mm。

10.一种高炉，包括由外至内依次设置的外壳、冷却壁和耐火层，其特征在于，位于所述高炉同一层的所有冷却壁上沿其长度方向开设有卡槽，所有卡槽共同构成环槽；所述环槽中嵌设有光纤，所述外壳开设有引出口，所述光纤的两端从所述引出口穿出后与信号处理器电连接。

说明书全文

测量高炉的冷却壁温度的方法和高炉

技术领域

[0001] 本发明涉及冶炼技术领域，尤其涉及一种测量高炉的冷却壁温度的方法和高炉。

背景技术

[0002] 钢铁不论是在楼层建造还是在铁路建设中，都是不可缺少的一种重要资源。对于钢铁的制造而言有着基本有两个流程，其中一项重要的流程就是生产生铁，高炉冶炼是目
前主要的炼铁方法。尽管世界各国研究开发了很多炼铁方法，但由于高炉冶炼工艺简单、产
量大、劳动生产率高，因此高炉冶炼仍是现代炼铁的主要方法。

[0003] 高炉冶炼是指应用焦炭、含铁矿石和熔剂在高炉内连续生产铁水的方法。目前，大多数高炉都会安装20层左右的冷却壁，每层具有30块～50块冷却壁。由于高炉的冷却壁是
高炉内侧砖衬的重要水冷件，能够有效地缓解铁水对砖衬的侵蚀、渗透和冲刷，因此冷却壁
的正常运行是时高炉安全高效运行的保障，而衡量冷却壁是否正常运行的关键指标为冷却
壁的温度。如图1所示，由于目前高炉的每层冷却壁通常仅间隔设置8个热电偶2，因此大多
数冷却壁1的温度均无法被及时检测，极易出现冷却壁烧坏的事故发生。

发明内容

[0004] 本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种操作简单、可靠性高的测量高炉的冷却壁温度的方法，以对高炉的冷却壁的温度
进行全面、准确的检测。

[0005] 根据本发明第一方面实施例的测量高炉的冷却壁温度的方法，该方法包括以下步骤：

[0006] 预先在位于高炉同一层的所有冷却壁上沿其长度方向开设卡槽，以使所有卡槽共同构成环槽；

[0007] 将光纤嵌入所述环槽中；

[0008] 在所述高炉的外壳开设引出口；

[0009] 将所述光纤的两端从所述引出口穿出后与信号处理器电连接，所述信号处理器用于向所述光纤发射激光脉冲以及将所述光纤散射回来的拉曼后向散射光转换为温度信号。

[0010] 根据本发明实施例的测量高炉的冷却壁温度的方法能够对高炉的冷却壁的温度进行全面、准确的检测，降低冷却壁被烧坏的风险，为高炉安全高效的生产提供保障。

[0011] 另外，根据本发明实施例的测量高炉的冷却壁温度的方法，还可以具有如下附加技术特征：

[0012] 根据本发明的一个实施例，所述光纤临近所述高炉的耐火层设置。

[0013] 根据本发明的一个实施例，还包括以下步骤：

[0014] 将所述高炉的冷却壁临近所述耐火层的一侧划分为多个区域块；

[0015] 根据测量温度和以下公式迭代计算不同导热系数下所述区域块内各个点的温度：

[0016]

[0017] 其中，所述测量温度为与所述光纤在所述区域块内的散射区对应的温度信号；λ表示所述高炉的冷却壁、耐火层或挂渣的导热系数；T表示所述区域块内任意一点的温度；z表
示所述区域块内任意一点所处的高度；r表示所述区域块内任意一点距离所述高炉中心轴
的径向距离；θ表示所述区域块内任意一点相对所述高炉中心轴的方位角；

[0018] 根据所有所述区域块内各个点的温度确定所述高炉的温度场。

[0019] 根据本发明的一个实施例，还包括以下步骤：在所述高炉的外壳开设备用引出口，将所述光纤从其与所述备用引出口对应的位置剪断、以形成两个备用引出端，将两个所述
备用引出端从所述备用引出口中穿出后与所述信号处理器电连接。

[0020] 根据本发明的一个实施例，所述备用引出口的数量为多个，多个所述备用引出口沿所述高炉的外壳的周向间隔设置。

[0021] 根据本发明的一个实施例，所述备用引出口的数量为3个。

[0022] 根据本发明的一个实施例，所述冷却壁上沿所述高炉的高度方向嵌设有多根所述光纤。

[0023] 根据本发明的一个实施例，与相邻两根所述光纤对应的所述引出口在同一水平面的投影具有夹角。

[0024] 根据本发明的一个实施例，所述光纤中相邻两个散射区的间距不小于100mm。

[0025] 根据本发明第二方面实施例的高炉，包括由外至内依次设置的外壳、冷却壁和耐火层，位于所述高炉同一层的所有冷却壁上沿其长度方向开设有卡槽，所有卡槽共同构成
环槽；所述环槽中嵌设有光纤，所述外壳开设有引出口，所述光纤的两端从所述引出口穿出
后与信号处理器电连接。

[0026] 本发明实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

[0027] 本发明基于光纤测温原理，通过将光纤嵌入位于高炉同一层的所有冷却壁上就可利用光纤中各个散射区散射的拉曼后向散射光获得对应散射区所处位置的温度，从而便能
实现每块冷却壁的温度测量。可见，相比现有技术中采用多个热电偶来测量温度，本发明利
用一根光纤不仅可以对每块冷却壁的温度都进行测量，而且相邻两个测温区即散射区之间
的间距在厘米级别远小于采用热电偶时的米级间距，从而显著提高了测量的准确性和全面
性，为高炉安全高效的生产提供了可靠保障。此外，采用本发明测量时只需在高炉的外壳开
设用于穿出光纤的引出口即可，显著降低了高炉的外壳上开孔的数量，进而大幅降低了高
炉发生漏气、穿铁等事故的风险。

[0028] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

[0029] 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进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发
明的一些实施例，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
据这些附图获得其他的附图。

[0030] 图1现有技术中热电偶在高炉的冷却壁上的安装示意图；

[0031] 图2是本发明实施例中光纤在高炉的冷却壁上的安装示意图；

[0032] 图3是本发明实施例中光纤的测温原理图；

[0033] 图4是本发明实施例中光纤在冷却壁上的布置图；

[0034] 图5是本发明实施例中冷却壁的局部轴侧示意图；

[0035] 图6是本发明实施例中冷却壁的局部轴侧示意图；

[0036] 图7是本发明实施例中高炉的冷却壁的区域块的示意图；

[0037] 图8是本发明实施例中光纤在冷却壁上的另一种布置图。

[0038] 附图标记：

[0039] 1：冷却壁；1.1：卡槽；2：热电偶；3：光纤；3.1：激光脉冲；4：信号处理器；5：引出口；6：备用引出口；7：外壳。

具体实施方式

[0040] 为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实
施例。基于发明中的实施例，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，都属于发明保护的范围。

[0041] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此
不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0042] 在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领
域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

[0043] 在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第
一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或
仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”
可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特
征。

[0044] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性
表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可
以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领
域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征
进行结合和组合。

[0045] 结合图2至图6所示，本实施例提供了一种测量高炉的冷却壁温度的方法，该方法包括以下步骤：

[0046] S1、预先在位于高炉同一层的所有冷却壁1上沿其长度方向开设卡槽1.1，以使所有卡槽1.1共同构成环槽；

[0047] S2、将光纤3嵌入环槽中；其中，光纤3中相邻两个散射区的间距不小于100mm。例如，相邻两个散射区的间距为100mm，也就是说，光纤3在位于高炉同一层的所有冷却壁1中
每隔100mm就有一个测温点。

[0048] S3、在高炉的外壳7开设引出口5；

[0049] S4、将光纤3的两端从引出口5穿出后与信号处理器4电连接，信号处理器4用于向光纤3发射激光脉冲3.1以及将光纤3散射回来的拉曼后向散射光转换为温度信号。根据光
纤测温原理可知，当一个激光脉冲3.1从光纤3的一端射入光纤3时，该激光脉冲3.1会沿着
光纤3向前传播。在此过程中，激光脉冲3.1与光纤3内部分子发生非弹性碰撞而发生散射，
其产生的拉曼后向散射光中的后向反斯托克斯光对温度敏感，即散射区的温度越高后向反
斯托克斯光的强度越大。由此信号处理器4基于光时域反射技术对拉曼后向散射光进行处
理后，便可得到光纤3沿线任一散射区对应的温度信号。因此，本实施例通过将光纤3嵌入位
于高炉同一层的所有冷却壁1中就可利用其各个散射区散射的拉曼后向散射光计算出对应
位置处的温度。

[0050] 其中，信号处理器4可以包括激光器、光路双向耦合器、分光器和接收器，激光器与光路双向耦合器的第一端连接，光路双向耦合器的第二端与光纤3的两端连接，光路双向耦
合器的第三端通过分光器与接收器电连接。从激光器输出的激光脉冲3.1通过光路双向耦
合器耦合后进入光纤3，激光脉冲3.1在光纤3中发生散射后，其产生的拉曼后向散射光返回
到光路双向耦合器中，光路双向耦合器将拉曼后向散射光耦合至分光器，分光器从拉曼后
向散射光中滤出后向反斯托克斯光后输送至接收器，接收器将后向反斯托克斯光转换为温
度信号。

[0051] 由上可知，该方法基于光纤测温原理，通过将光纤3嵌入位于高炉同一层的所有冷却壁1上就可利用其各个散射区散射的拉曼后向散射光获得出对应位置处的温度，从而便
能实现每块冷却壁1的温度测量。可见，相比现有技术中采用多个热电偶来测量温度，本实
施例利用一根光纤3不仅可以对每块冷却壁1的温度都进行测量，而且相邻两个测温区即散
射区之间的间距在厘米级别远小于采用热电偶时的米级间距，从而显著提高了测量的准确
性和全面性，为高炉安全高效的生产提供了可靠保障。此外，采用该方法测量时只需在高炉
的外壳7开设用于穿出光纤3的引出口5即可，显著降低了高炉的外壳7上开孔的数量，进而
大幅降低了高炉发生漏气、穿铁等事故的风险。

[0052] 如图5和图6所示，光纤3临近高炉的耐火层设置，以便测量冷却壁1温度的同时，也能间接确定高炉的温度场，具体地，如图7所示，该方法还包括以下步骤：

[0053] S6、将高炉的冷却壁1临近耐火层的一侧划分为多个区域块；

[0054] S7、根据测量温度和以下公式迭代计算不同导热系数下区域块内各个点的温度：

[0055]

[0056] 其中，测量温度为与光纤3在区域块内的散射区对应的温度信号；λ表示高炉的冷却壁1、耐火层或挂渣的导热系数；T表示区域块内任意一点的温度；z表示区域块内任意一
点所处的高度；r表示区域块内任意一点距离高炉中心轴的径向距离；θ表示区域块内任意
一点相对高炉中心轴的方位角；例如，如图7所示，假设光纤3在该区域块内的散射区为径向
距离为ri的i点，则i点的温度为测量温度，在此基础上再利用公式(1)通过迭代计算就可获
得区域块内各个点的温度，例如径向距离为ri的j-1点和j+1点的温度，以及径向距离为径
向距离为ri+1的i+1点和径向距离为ri-1的i-1点的温度。

[0057] S8、根据所有区域块内各个点的温度就可确定出高炉的温度场。

[0058] 需要说明的是，利用光纤3获得的温度信号除了可以反映各个冷却壁1的温度以外，还可以结合温度场计算模型来绘制高炉周向的温度分布以及判断耐火层是否挂渣。由
于借助温度来绘制高炉周向的温度分布以及判断耐火层是否挂渣属于本领域的公知常识，
此处不再赘述。

[0059] 另外，考虑到各个冷却壁1的温度可能相差较大，使用过程中嵌入温度较高的冷却壁1中的那部分光纤3可能会被烧断或损坏，为了保证光纤3其他位置仍可继续测量其他冷
却壁1，如图4所示，该方法还包括以下步骤：在高炉的外壳7开设备用引出口6，将光纤3从其
与备用引出口6对应的位置剪断、以形成两个备用引出端，将两个备用引出端从备用引出口
6中穿出后与信号处理器4电连接。例如，高炉的外壳7开设有一个备用引出口6，备用引出口
6与引出口5相对设置，光纤3从中部被一分为二，光纤3原来的两端从引出口5穿出后与信号
处理器4电连接；光纤3在剪断处形成的两个备用引出端从备用引出口6穿出后也与信号处
理器4电连接。当光纤3位于备用引出口6和引出口5之间的其中一段被烧断或损坏时，那么
光纤3位于备用引出口6和引出口5之间的剩余一段的两端仍分别与信号处理器4连接，进而
嵌有这段光纤3的冷却壁1的温度仍可继续被测量。进一步地，高炉的外壳7上沿其周向可间
隔开设多个备用引出口6，光纤3上与备用引出口6一一对应的位置均被剪断。将光纤3在每
个剪断处形成的两个备用引出端从对应的备用引出口6中穿出后，将其与信号处理器4连
接，由此就可保证光纤3的某一段或某几段烧坏时剩余部分仍可继续测量。例如，如图8所
示，高炉的外壳7上间隔开设有三个备用引出口6，光纤3上与备用引出口6一一对应的位置
均被剪断，此时光纤3被分成四段，光纤3原来的两端从引出口5穿出后与信号处理器4电连
接，光纤3在每个剪断处形成的两个备用引出端从对应的备用引出口6穿出后也与信号处理
器4电连接。

[0060] 进一步地，冷却壁1上沿高炉的高度方向嵌设有多根光纤3，也就是说，每层冷却壁中嵌设有多根光纤3。另外，为了避免光纤3在引出口5处被烧坏，引出口5优选设置在高炉温
度相对较低的位置。当沿高炉高度方向设置多根光纤3时，若所有引出口5在高炉周向上的
位置均相同，也就是说，所有引出口5在同一水平面上的投影重合时，一旦出现意外所有引
出口5中的光纤3可能会同时烧坏，为了避免上述现象发生，所有引出口5沿高炉周向交错设
置，也就是说，与相邻两根光纤3对应的引出口5在同一水平面的投影具有夹角，其中夹角可
优选为90°。

[0061] 另外，本实施例还提供了一种高炉，该高炉包括由外至内依次设置的外壳7、冷却壁1和耐火层，位于高炉同一层的所有冷却壁1上沿其长度方向开设有卡槽1.1，所有卡槽
1.1共同构成环槽；环槽中嵌设有光纤3，外壳7开设有引出口5，光纤3的两端从引出口5穿出
后与信号处理器4电连接。

[0062] 由上可知，该高炉基于光纤测温原理，通过将光纤3嵌入位于高炉同一层的所有冷却壁1上就可利用其各个散射区散射的拉曼后向散射光计算出对应位置处的温度，从而便
能实现每块冷却壁1的温度测量。可见，相比现有技术中采用多个热电偶来测量温度，本实
施例利用一根光纤3不仅可以对每块冷却壁1的温度都进行测量，而且相邻两个测温区即散
射区之间的间距在厘米级别远小于采用热电偶时的米级间距，从而显著提高了测量的准确
性和全面性，为高炉安全高效的生产提供了可靠保障。此外，采用该方法测量时只需在高炉
的外壳7开设用于穿出光纤3的引出口5即可，显著降低了高炉的外壳7上开孔的数量，进而
大幅降低了高炉发生漏气、穿铁等事故的风险。

[0063] 此外，本实施例还提供了一种基于上述所述的测量高炉的冷却壁温度的方法的系统，该系统包括显示模块、光纤温度采集模块和计算模块，光纤温度采集模块和显示模块分
别与计算模块电连接，光纤温度采集模块用于采集光纤3沿线各个散射区所处位置的温度
信号；计算模块用于根据温度信号获取各个区域块内各点的温度，以及根据所有区域块内
各个点的温度确定高炉的温度场；显示模块用于显示各个冷却壁1的温度。其中，光纤温度
采集模块包括光纤3和信号处理器4。其中，信号处理器4可以包括激光器、光路双向耦合器、
分光器和接收器。

[0064] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对
前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这
些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的精神和范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种高炉-专利编号CN108060283A	2020-05-13	212
一种高炉铁口的维护方法-专利编号CN101892337B	2020-05-11	927
炼铁高炉用的低噪音煤气压力调节阀-专利编号CN101235905A	2020-05-13	379
一种高炉炉缸的维护方法-专利编号CN101886153B	2020-05-12	935
一种高炉铁口的维护方法-专利编号CN101892337A	2020-05-12	89
高炉-专利编号CN87105991A	2020-05-11	328
一种高炉炉缸的维护方法-专利编号CN101886153A	2020-05-12	719
高炉-专利编号CN1007161B	2020-05-11	885
双尾折角型机动货驳-专利编号CN2039299U	2020-05-13	202
高炉煤气放散阀-专利编号CN2370011Y	2020-05-11	131

测量高炉的冷却壁温度的方法和高炉

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