高炉冷却壁位移变形测量装置以及预判方法与流程

本发明属于高炉炼铁技术领域，尤其涉及一种高炉冷却壁位移变形测量装置以及预判方法。

背景技术：

冷却壁是用于对高炉高热负荷部位进行水冷，并在高炉的高磨损和侵蚀部位形成合适保护渣层的关键设备，其长效和稳定工作的能力是保证高炉稳定顺行和优化各项指标的关键。

目前，国内高炉受原料、操作和工作强度的变化的影响，高炉在运行过程中容易发生悬料、结厚和大块渣皮脱落的等异常炉况，这些情况均会给冷却壁带来超负荷应力，使其发生位移会或变形，这些部位再经过3-5年炉料和气流的集中侵蚀和冲刷，很容易提前损坏，给高炉的稳定性和维护带来了很大的危害，增加了折旧率，不符合高效低耗生产需求。

因此，对冷却壁位移和变形部位进行有效测量和预判，可为炼铁加强对高炉薄弱部位的维护，实现设备低损坏、稳定性和长效性工作具有重要意义。

新型内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高炉冷却壁位移变形测量装置以及预判方法，以对冷却壁位移和变形部位进行有效测量和预判。

一方面，本发明提高了一种高炉冷却壁位移变形测量装置，所述装置安装在高炉内，其特征在于，所述装置包括位移跟踪器，所述位移跟踪器包括：

位移杆，所述位移杆的一端固定连接在冷却壁工作面上，所述位移杆垂直于所述冷却壁工作面设置，所述位移杆的另一端活动穿过炉壳；

位移标尺，所述位移标尺上具有刻度，所述位移标尺和所述位移杆同中心线设置，所述位移标尺的一端固定连接在所述位移杆的另一端上，所述位移标尺的另一端向所述炉壳内部延伸；

位移指针所述位移指针固定设置在所述炉壳内部，所述位移指针设置在所述位移标尺的周面外侧，所述位移指针和所述位移标尺垂直设置。

进一步地，所述装置还包括：

固定件，所述固定件固定设置在所述冷却壁工作面上，所述位移杆的一端和所述固定件螺纹连接。

优选地，所述固定件焊接设置在所述冷却壁工作面上。

进一步地，所述装置还包括：

防护套，所述防护套套设在所述位移杆的外围，所述防护套的一端固定连接在所述冷却壁工作面上，所述防护套的另一端间隙穿过所述炉壳，所述防护套和所述位移杆之间具有间隙。

优选地，所述防护套的一端粘接在所述冷却壁工作面上。

进一步地，所述位移杆的另一端伸出所述防护套的另一端；

所述装置还包括固定盖，所述固定盖包括套筒和盖板，所述套筒的一端固定设置在所述炉壳的内壁上，所述套筒设置在所述防护套的周面外围，所述盖板盖设在所述套筒的另一端上，所述盖板和和所述防护套的另一端之间具有距离，所述位移杆的另一端密封穿过所述盖板。

更进一步地，所述盖板面向所述位移标尺的一侧设置有凹槽，所述凹槽内设置有压紧螺栓，所述压紧螺纹和所述凹槽的底部之间设置有密封圈，所述位移杆的另一端依次穿过所述密封圈和所述压紧螺栓。

优选地，所述防护套的另一端和所述固定盖之间填充有石棉。

进一步地，所述位移杆和所述防护套均具有弹性。

另一方面，本发明还提供了一种高炉冷却壁位移变形预判方法，其特征在于，所述方法包括：

将多个上述装置安装在高炉内部的各个检测点上；

通过所述装置获取所述冷却壁工作面的各个检测点的位移变形数据；

通过所述冷却壁工作面的各个检测点的位移变形数据确定高炉冷却壁的位移变形类型和剩余工作时间。

本发明的有益效果是：

本发明所提供的一种高炉冷却壁位移变形测量装置以及预判方法，由于其中的装置安装在高炉内，且装置包括位移跟踪器，位移跟踪器包括位移杆，位移杆的一端固定连接在冷却壁工作面上，位移杆垂直于冷却壁工作面设置，位移杆的另一端活动穿过炉壳，当冷却壁工作面移动或变形时，位移跟踪器的位移杆会随之移动，由于位移标尺和位移杆同中心线设置，位移标尺的一端固定连接在位移杆的另一端上，位移标尺的另一端向炉壳内部延伸，位移杆的移动也会带动位移标尺的移动，由于位移指针固定设置在炉壳内部，位移指针设置在位移标尺的周面外侧，位移指针和位移标尺垂直设置，因此，位移标尺的移动位移，可通过位移指针测量出，进而可以测量出冷却壁工作面的移动位移。

在对高炉冷却壁位移变形具体预判时，可将多个装置安装在高炉内部的各个检测点上，这样就可以通过装置获取冷却壁工作面的各个检测点的位移变形数据，再通过冷却壁工作面的各个检测点的位移变形数据确定高炉冷却壁的位移变形类型和剩余工作时间，从而能持续监控和保护冷却壁位移或变形损情况，为高炉稳定运行和设备维护提供依据，具有很好的实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。

图1为本发明的一种高炉冷却壁位移变形测量装置的结构示意图；

图2为图1中的位移跟踪器的安装示意图；

图3为本发明实施例的一种高炉冷却壁位移变形预判方法的流程示意图；

图4为本发明实施例的装置在冷却壁上的第一种布置示意图；

图5为本发明实施例的装置在冷却壁上的第二种布置示意图；

图6为本发明实施例的装置在冷却壁上的第三种布置示意图；

图7为整体位移的状态示意图；

图8为上部位移的状态示意图；

图9为下部位移的状态示意图；

图10为中部变形的状态示意图；

图11为上部折弯的状态示意图；

图12为上部鼓突的状态示意图；

图13为下部弯折的状态示意图；

图14为下部鼓突的状态示意图。

具体实施方式

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。

本发明实施例提供了一种高炉冷却壁位移变形测量装置以及预判方法，以对冷却壁位移和变形部位进行有效测量和预判。

首先，本发明提高了一种高炉冷却壁位移变形测量装置，该装置安装在高炉内。

图1为本发明的一种高炉冷却壁位移变形测量装置的结构示意图，图2为图1中的位移跟踪器5的安装示意图，结合图1以及图2，本发明实施例的装置包括位移跟踪器5，该位移跟踪器5包括位移杆6、位移标尺14以及位移指针15。

结合图1以及图2，本发明实施例的位移杆6的一端固定连接在冷却壁工作面1上，位移杆6垂直于冷却壁工作面1设置，位移杆6的另一端活动穿过炉壳3。

具体地，结合图2，本发明实施例中，冷却壁工作面1上设置有固定件7，该固定件7属于装置的一部分，位移杆6的一端和固定件7螺纹连接。

本发明实施例中，固定件7可以采用焊接的方式设置在冷却壁工作面1上，这样可在不损伤冷却壁的情况下实现装置在冷却壁工作面1上的安装。

当然，固定件7也可以采用粘接或者预制等其他方式设置在冷却壁工作面1上，本发明实施例对此不做限制，而位移杆6的一端和固定件7也可以采用焊接等方式连接，本发明实施例对此不做限制。

结合图1以及图2，本发明实施例的位移标尺14上具有刻度，位移标尺14和位移杆6同中心线设置，位移标尺14的一端固定连接在位移杆6的另一端上，位移标尺14的另一端向炉壳3内部延伸。

具体地，本发明实施例中，位移标尺14的一端可以采用焊接、螺纹、粘接等方式固定连接在位移杆6的另一端上。而位移标尺14上的刻度可以只在炉壳3内部设置。

进一步地，结合图1以及图2，本发明实施例的装置还包括防护套8，防护套8套设在位移杆6的外围，防护套8的一端固定连接在冷却壁工作面1上，防护套8的另一端间隙穿过炉壳3，防护套8和位移杆6之间具有间隙。

优选地，本发明实施例的防护套8为耐腐蚀的金属材料制成，以适应高炉内部环境，其一端通过粘接剂9安装在冷却壁工作面1上，当然，其也可以采用焊接、预埋等方式安装在冷却壁工作面1上，本发明实施例对此不做限制。

炉壳3设置有供防护套8穿过的通孔，该通孔和防护套8之间留有缝隙，这是由于冷却壁工作面1的变形是非线性的，有可能会使位移杆6和防护套8倾斜，从而使位移杆6和防护套8在外界的作用下倾斜而发生折弯现象，通孔和防护套8之间留有的缝隙可在一定程度上适应这种折弯现象。

结合图1以及图2，本发明实施例的位移杆6的另一端伸出防护套8的另一端，而该装置还包括固定盖11，固定盖11包括套筒和盖板，套筒的一端固定设置在炉壳3的内壁上，套筒设置在防护套8的周面外围，盖板盖设在套筒的另一端上，盖板和和防护套8的另一端之间具有距离，位移杆6的另一端密封穿过盖板。

这样就可以使防护套8和固定盖11形成一个密封空间，该密封空间可以防止高炉内的杂质落入到位移杆6上，以防止工作环境的腐蚀性物质对其造成破坏以及测量误差，还可以防止炉内气体泄漏，影响高炉气密性。

另外，固定盖11也可以对防护套8进行支撑安装，提高防护套8安装的稳定性。

进一步地，结合图2，本发明实施例的盖板面向位移标尺14的一侧设置有凹槽，凹槽内设置有压紧螺栓，压紧螺纹和凹槽的底部之间设置有密封圈12，位移杆6的另一端依次穿过密封圈12和压紧螺栓13。

优选地，结合图2，防护套8的另一端和固定盖11之间填充有石棉10，可防止炉内泄露水汽或粉尘侵蚀和防护套8与位移杆6之间空隙，造成位移杆6卡死。

进一步地，本发明实施例的位移杆6和防护套8均具有弹性，其可以采用记忆合金等材料制作而成，这是由于冷却壁工作面1的变形是非线性的，有可能会使位移杆6和防护套8倾斜，从而使位移杆6和防护套8在外界的作用下倾斜而发生折弯现象，采用具有弹性功能的位移杆6和防护套8可适应这种折弯现象，以防止位移杆6和防护套8移动时卡死。

结合图1以及图2，本发明实施例的位移指针15固定设置在炉壳3内部，位移指针15设置在位移标尺14的周面外侧，位移指针15和位移标尺14垂直设置。

本发明实施例中，位移标尺14的中部可以为零刻度，其两侧分别相对设置有刻度值，该刻度值有正负之分，而位移标尺14可通过支架等结构固定在炉壳3内，初始状态下，位移标尺14正对着零刻度，当冷却壁工作面1移动或变形带动位移跟踪器5的位移杆6和位移标尺14移动时，位移指针15可快速获取位移标尺14的移动量，进而获取冷却壁工作面1的移动位移量，具有很好的实用性。

本发明实施例中的装置安装在高炉内，且装置包括位移跟踪器5，位移跟踪器5包括位移杆6，位移杆6的一端固定连接在冷却壁工作面1上，位移杆6垂直于冷却壁工作面1设置，位移杆6的另一端活动穿过炉壳3，当冷却壁工作面1移动或变形时，位移跟踪器5的位移杆6会随之移动，由于位移标尺14和位移杆6同中心线设置，位移标尺14的一端固定连接在位移杆6的另一端上，位移标尺14的另一端向炉壳3内部延伸，位移杆6的移动也会带动位移标尺14的移动，由于位移指针15固定设置在炉壳3内部，位移指针15设置在位移标尺14的周面外侧，位移指针15和位移标尺14垂直设置，因此，位移标尺14的移动位移，可通过位移指针15测量出，进而可以测量出冷却壁工作面1的移动位移。

另一方面，本发明实施例还提供了一种高炉冷却壁位移变形预判方法。

图3为本发明实施例的一种高炉冷却壁位移变形预判方法的流程示意图，结合图3，该方法包括：

s1：将多个装置安装在高炉内部的各个检测点上；

s2：通过装置获取冷却壁工作面1的各个检测点的位移变形数据；

s3：通过冷却壁工作面1的各个检测点的位移变形数据确定高炉冷却壁的位移变形类型以及剩余工作时间。

本发明实施例的s1具体包括：

上述装置可根据需求在冷却壁水管2进水口和出水口之间的多等分布置，也可根据自身需求来布置，装置的布置数量越多对冷却壁的位移和变型情况判断越准确。

图4为本发明实施例的装置在冷却壁上的第一种布置示意图，结合图4，该布置方式的检测点数量较少，其沿竖向布置有三个，三个装置中位于上方的装置位于多个冷却壁水管的进水口的中间位置，三个装置中位于下方的装置位于多个冷却壁水管的出水口的中间位置；

图5为本发明实施例的装置在冷却壁上的第二种布置示意图，结合图5，该布置方式同图4所示的布置方式的区别在于：共有两组装置，两组装置分别位于冷却壁水管的两侧，与图4所示的布置方式相比，该布置方式能对冷却壁同一高度部的位变形情况进行更精确检测。

图6为本发明实施例的装置在冷却壁上的第三种布置示意图，结合图6，该布置方式中，多个装置分两组，两组装置相对设置在冷却壁水管组的两侧，每组装置均包括五个装置，每组装置的五个装置沿竖向依次间隔设置。相比于图5所示的布置方式，该布置方式将高度方向的监测点由3个增加到5个，这样对冷却壁各部变形跟踪更加精准。

本发明实施例只所以设计三种测量装置的布置方法，是因为在异常炉况下冷却壁的这些部位易受到表面粘接炉料的拉拽力从而发生位移或变形，而跟踪点越多对冷却壁移动情况和形变的检测更加精准。在实际作业时，可对这三种布置方法进行选择，来满足跟踪冷却壁不同部位工况的需求。

本发明实施例的s2具体包括：

在高炉内安装装置后，高炉在实际运行中，定期采集各个装置的位移指针15在位移标尺14的位置，即可获取冷却壁工作面1的各个检测点的位移变形数据，并记录在案。

本发明实施例的s3具体包括：

此步骤中，位移形变类型可分为：

位移类型：整体位移(y1，如图7所示)、上部位移(y2，如图8所示)、下部位移(y3，如图9所示)；

变形类型：中部变形(w1，如图10所示)、上部弯折(w2，如图11所示)、上部鼓突(w3，如图12所示)、下部弯折(w4，如图13所示)，下部鼓突(w5如图14所示)。

本发明实施例之所以将冷却壁位移归为3类；形变归为5类，是因为每一种的对冷却壁的磨损、侵蚀进度改变程度有差异，按程度由轻到重分类：y3<w5<w1<w4<y1<w3<y2<w2，具体原因如下：

y3是冷却壁下部突出倾斜，形成了破坏角度最小，因此较其他6中位移类型磨损和侵蚀速度最慢，该位移冷却壁底部容易窜煤气。

w5是冷却壁下部鼓突，形成的破坏角也比较小，与y3相比也磨损侵蚀速度要快一些。

w1是冷却壁中部受力变形突出，形成的破坏角度排第3，因此磨损侵蚀速度比w5要快一些。

w4是下部较突出，形成的破坏角度比前三种要大一些，磨损侵蚀点也集中，因此，损坏速度比w1要快上一些。

y1、w3、y2、w2形成的破坏角锐利，破坏位置主要集中在水管头部，这4个类型的磨损速度要比y3、w5、w1、w4快很多，他们磨损侵蚀速度差异主要取决于磨损面积的大小，其中y1磨损面积最大，其次是w3，然后是y2，w2最为集中，因此破损速度最快，具体顺序为y1<w3<y2<w2。

由于图4-图6中的三种布置方式都是用于对冷却壁位移和形变进行分类、监测和判断的，3种布置方法类似，因此，以下仅以图6中较复杂的布置方式为例进行说明，图4以及图5所示的布置方式可参考图6的布置方式进行使用。

图6所示的布置方式是将冷却壁水管2的进水口到出水口的中心线之间距离4等分，然后在冷却壁左右两侧的等分处各布置5个位移跟踪器5，共10个。

本发明实施例之所以将冷却壁水管2的进水口到出水口的中心线之间距离4等分，是因为冷却壁的水管进水口、出水口和之间的管路最易损坏，需加强监控。

使用时，将10个位移跟踪器5的位移指针15在位移标尺14上归零，当冷却壁经过异常炉况作用发生位移或变形后，记录10个位移跟踪器5的位移指针15在位移标尺14上的读数：δ1、δ2、δ3……δ10；

依据跟踪器记录数据以及表1判断冷却壁的位移变形类型，该位移变形类型包括形变部位的最大位移和可能破损点，表1为：

进一步说明：

y1(整体位移)的判断条件能确定5个检测点的位移基本相同且不在零点位置。

y2(上部位移)的判断条件能确定检测点1位移距离最大，且其他位移点2、3、4在1、5点的连线上，表明冷却壁未发生弯曲。

y3(下部位移)的判断条件能确定检测点5位移距离最大，且其他位移点2、3、4在1、5点的连线上，表明冷却壁未发生弯曲。

w1(中部变形)的判断条件能确定3点的位移最大，表明冷却壁中部鼓起。

w2(上部弯折)的判断条件能确定1点的位移最大，第2检测点位移比1、3点之间的连线靠后，表明冷却壁上部弯折。

w3(上部鼓突)的判断条件能确定1或2点的位移最大，第2检测点位移比1、3点之间的连线靠前，表明冷却壁上部弯折。

w4(下部弯折)的判断条件能确定5点的位移最大，第4检测点位移比3、5点之间的连线靠后，表明冷却壁下部弯折。

w5(下部鼓突)的判断条件能确定4或5点的位移最大，第4检测点位移比3、5点之间的连线靠前，表明冷却壁下部弯折。

参考图6所示的布置方式的确定高炉冷却壁的位移变形类型的方法可知，图4以及图5所述的布置方式，可对冷却壁进行y1、y2、y3和w1、w2、w4类型的判断。

进一步地，根据冷却壁位移变形类型，判断冷却壁的剩余工作时间，具体包括：

设冷却壁的背面到冷却壁工作面1的距离为h(mm)，冷却壁磨损速度为s(mm/年)，冷却壁已工作t1年，冷却壁工作面1的最大位移量为xmax(mm)，有以下两种情况判断：

若xmax≥h，则判断为冷却壁在短期内会破损；

若xmax≤h，且xmax+t1×s≥h，则剩余工作时间t2(年)为：t2＝(h-xmax)/s。

通过上述判断，可预测冷却壁较早损坏部位的破损先后顺序和剩余工作时间。

具体应用：

有3块冷却壁ⅰ、ⅱ、ⅲ，均按图6的布置方式布置测量装置，冷却壁工作面距冷却壁背面的距离h＝6.5cm，测量误差＝±1mm，冷却壁正常磨损速度为0.4～0.5cm/年，经过4年后3块冷却壁工作面的测量装置的测量结果如表2所示：

对易破损点剩余工作时间估算：

冷却壁ⅰ：

左边易破损点1部位为y2类型，由表1判断条件，结合判断方法可求得该点剩余工作时间t＝6.6～8.2年。

右边易破损点1部位为w3类型，由表1判断条件，结合判断方法可求得该点剩余工作时间t＝5.4～6.8年。

冷却壁ⅱ：

左边易破损点1部位为w2类型，由表1判断条件，结合判断方法可知该点位移距离7.1cm大于冷却壁工作层厚度h＝6.5cm，因此，该点在短期内极易破损。

右边易破损点1部位为y2型，由表1判断条件，结合判断方法可求得该点剩余工作时间t＝3.8～4.8年。

冷却壁ⅲ：

左边易破损点3部位为w1类型，由表1判断条件，结合判断方法可求得该点剩余工作时间t＝4.0～5.0年。

右边易破损点5部位为w5类型，由表1判断条件，结合判断方法可求得该点剩余工作时间t＝6.0～7.5年。

对比冷却壁ⅱ右边易破损点1(δ1＝4.6cm，y2型)和冷却壁ⅲ左边易破损点3(δ3＝4.6cm，w1型)，由步骤2)中(3)可知，在最大位移相近的情况下y2的磨损侵蚀速度会明显高于w1，因此，冷却壁ⅱ右边易破损点1的剩余工作时间应靠近下限3.8年，冷却壁ⅲ左边易破损点3的剩余工作时间应靠近上限5.0年。

同理，在最大位移相近的情况下，因此，冷却壁ⅰ右边易破损点1(δ1＝3.8cm，w3型)的剩余工作时间应靠近下限5.4年，冷却壁ⅲ右边易破损点5(δ5＝3.9cm，w5型)的剩余工作时间应靠近上限7.5年。

由以上可判断破损先后顺序为：冷却壁ⅱ左1点、冷却壁ⅱ右1点、冷却壁ⅲ左3点、冷却壁ⅰ右1点、冷却壁ⅲ右5点、冷却壁ⅰ左1点。

综上所述本发明实施例通过冷却壁工作面上布置测量装置，能够在不损伤冷却壁的情况下有效的跟踪冷却壁各部位的移动和变形，并根据位移部位受高炉内环境侵蚀和磨损值来明确冷却壁水管最易损坏部位和预判该部位的损坏时间，为高炉操作者加强维护和做好预防措施提供重要支撑，具有很好的实用价值。

以上所举实施例为本发明的较佳实施方式，仅用来方便说明本发明，并非对本发明作任何形式上的限制，任何所述技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本发明所提技术特征的范围内，利用本发明所揭示技术内容所作出局部更动或修饰的等效实施例，并且未脱离本发明的技术特征内容，均仍属于本发明技术特征的范围内。