一种中频熔炼炉光纤测温预警系统及方法与流程

本发明涉及中频熔炼炉安全生产，具体涉及一种中频熔炼炉光纤测温预警系统及方法。

背景技术：

1、中频熔炼炉作为现代铸造企业熔炼金属及合金的主要设备，具有高效、低耗、环境友好等特点，是铸造企业尤其是中小型铸造企业的不二之选。但由于中频熔炼炉具有强力搅拌作用，虽然对提高温度和成分均匀性有极大好处，但同时也对炉衬造成严重侵蚀，使炉衬迅速减薄，再加上炉体出液时的倾翻所造成的炉衬机械损伤、反复激冷激热造成炉衬热应力损伤以及打炉衬时局部存在的缺陷，可能造成熔炼炉在使用过程中炉衬局部减薄、出现裂纹、穿孔等现象，严重时造成炉衬烧穿或漏炉事故，严重威胁中频熔炼炉的安全生产，给企业造成巨大的经济损失。

2、为了防止事故发生，传统方法是在炉底加一电极测试漏电流大小以预测炉衬厚度，还有根据测量中频炉感应线圈阻抗预测炉衬厚度的，这两种方法对防止漏炉事故起到了一定的预防作用，但由于它们的测试结果受到的干扰比较大，并且只能反映炉衬的平均厚度，对出现炉衬局部减薄、出现裂纹、穿孔等局部损伤不敏感。因此，如何实现对中频熔炼炉炉衬厚度无盲区、全覆盖的监测，精准、快速定位炉衬局部损伤，确保中频熔炼炉安全生产是当前亟待解决的关键问题之一。

3、国内外有一些公司已将分布式光纤测温技术应用于中频熔炼炉炉衬温度测试中，通过测试炉衬温度反映炉衬的减薄情况，从而检测出炉衬缺陷出现情况，为防止中频熔炼炉事故起到了一定作用。但是，现有技术采用分布式光纤测温技术时，光缆以s形分层绕制，在炉衬高度方向上，沿高度方向分为3-5层，处在每层内的缺陷a和处在两层之间的缺陷b(如附图9)，当缺陷a和b完全一样时，反映到光纤所测得的温度上是不同的，会出现错误判断；另外，在现有技术中，往往根据检测的最高温度值或最大温度升高速率值进行报警，存在一定问题，因为测出的温度反映的是炉衬的平均厚度和局部减薄的综合结果，而它们的危险性是不同的，因此，由必要将它们分开处理；再者，在现有技术中，采用雷达图或曲线图显示温度值，这种显示温度的方式即不直观，又减少了高度方向的有用信息，从而降低了判断缺陷性质的准确性。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提供一种中频熔炼炉光纤测温预警系统及方法，通过改进光缆在炉衬中的布置方式、以及对温度值处理、显示和预警功能，实现中频熔炼炉炉衬厚度无盲区、全覆盖的监测，能够精准、快速定位炉衬局部损伤，确保中频熔炼炉安全生产。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种中频熔炼炉光纤测温预警系统，在中频熔炼炉的炉衬内布置测温光缆，所述测温光缆沿炉衬高度绕制成螺旋状，并在螺旋状测温光缆上形成矩形网格或菱形网格的测温点，各个测温点的温度值ti,j由测温主机采集，并将采集的温度值ti,j分解为代表炉衬厚度的平均温度值和代表炉衬局部减薄的附加温度值两部分作为预警参数，其中且i、j分别表示测温点所在行的编号和列的编号。

4、进一步地，测得的温度值用在显示器上以温度云图方式显示，

5、进一步地，所述预警系统设有预警器，对平均温度值和附加温度值两部分预警参数分别设定阈值，当预测到未来t0时刻的平均温度值或附加温度值中的一个值或多个值达到阈值时，预警器发出报警声，开始倒计时t1＝t0-t，并实时计算达到阈值的时间t2，t为从报警开始计时的时间，如果t1>t2，表明温度升高速度大于预期，风险迅速增大，反之若t1<t2，表明温度升高速度小于预期，风险在减小，如果t2>t0，则可取消报警。

6、进一步地，所述中频熔炼炉的炉体内部设有感应器，在感应器上设有第一永久炉衬，在第一永久炉衬的内侧设有所述螺旋状测温光缆，在螺旋状测温光缆的内侧设有第二永久炉衬，在第二永久炉衬的内侧设有可替换的炉衬。

7、进一步地，所述第一永久炉衬在感应器的内表面的厚度h满足0<h≤(t光-100)×h衬/(t液-100)-d光/2(mm)，其中t光为光缆能长期使用的最高使用温度℃，h衬为炉衬的最小使用厚度mm，t液为金属熔化后的最高温度，d光为光缆直径；光缆安装圆柱面的半径r光＝d内/2-h-d光/2，其中d内为感应器内径。

8、进一步地，螺旋状测温光缆的测温点形成矩形网格节点的方式为：螺旋状测温光缆由一条光缆沿炉衬高度单方向绕制而成，平均螺距为δh(mm)，匝数为n，总高度为h(mm)，即h＝δh×(n+1)，每匝的光缆长度为s＝n×δl，其中δl为测温主机的取样间隔(mm)，n为大于1的整数且满足s≥2πr光，r光为光缆安装圆柱面的半径，把测温光缆安装圆柱面展开，则在高度为h，宽度为2πr光矩形平面上形成n行和n列的矩形网格测温点，每点的温度用ti,j表示，其中i表示行的编号，0≤i≤n-1，j为列的编号，0≤j≤n-1。

9、进一步地，螺旋状测温光缆由一条光缆单方向绕制而成，其平均螺距为δh(mm)，总高度为h(mm)，匝数为n，即h＝δh×(n+1)，每匝的光缆长度为s＝(n+0.5)×δl，其中δl为测温主机的取样间隔(两个温度数据的最小距离)(mm)，n为大于1的整数且满足s≥2πr光，其中r光为光纤安装圆柱面的半径，有效测温长度为s＝n×s＝n×(n+0.5)×δl，有效测温点数为n×(n+0.5)，当n为奇数时取整数部分，把测温光缆安装圆柱面展开，则在矩形平面上形成了n行和2n+1列的菱形网格测温点，每点的温度用ti,j表示，其中i表示行的编号，0≤i≤n-1，j为列的编号，0≤j≤2n。

10、进一步地，由ti,j计算和的公式如下：

11、

12、如果则

13、是ti,j周围(2k+1)×(2l+1)个点的温度平均值，代表了该区域内平均炉衬厚度；而则代表了ti,j所处位置炉衬厚度小于平均值所造成的温度附加部分。

14、本发明还提供一种根据上述中频熔炼炉光纤测温预警系统的中频熔炼炉光纤测温预警方法，包括以下步骤：

15、(1)选择合适的测温光缆，确定测温光缆直径d光、最高使用温度t光和测温主机，确定测温主机的取样间隔δl；

16、(2)根据中频熔炼炉的用途确定液体最高温度t液和炉衬的最小使用厚度h衬；

17、(3)确定测温光缆安装位置距感应器的距离h；

18、(4)根据感应器的高度h取合适的平均螺距δh和匝数n；

19、(5)选择左旋或右旋的一种进行测温光缆的绕制，根据感应器内径d内和测温光缆安装位置距感应器的距离h计算光纤安装半径r光、每周的光缆长度s和测温点数n；

20、(6)对采集的数据进行处理、显示和报警。

21、进一步地，步骤(6)具体为：将采集的温度值ti,j分解为代表炉衬厚度的平均温度值和代表炉衬局部减薄的附加温度值两部分，作为预警参数，且用在显示器上以温度云图方式显示；当预测到未来t0时刻的或中的一个值或多个值达到阈值时，预警器发出报警声，同时开始时间倒计时t1＝t0-t，t为从报警开始计时的时间，和实时计算达到阈值的时间t2，如果t1>t2，表明温度升高速度大于预期，风险迅速增大，反之(t1<t2)，表明温度升高速度小于预期，风险在减小，如果t2>t0，则取消报警。

22、有益效果：

23、1、本发明通过在中频熔炼炉炉衬内布置螺旋状测温光缆，使测温点形成矩形或菱形网格的结点，不分层和区域，解决了现有技术中因为光缆分层布置所带来的可能导致误判的瑕疵。

24、2、本发明中，各个测温点的温度值由测温主机采集后，将采集的温度值ti,j分解为代表炉衬厚度的平均温度值和代表炉衬局部减薄的附加温度值两部分作为预警参数，解决了用单一温度值进行报警易出现误判的缺点。

25、3、本发明用在显示器上以温度云图方式显示测温结果，能够直观、准确的显示出代表炉衬缺陷的部分的形状、大小和位置，解决了现有技术中用雷达图或曲线图显示温度不宜直观判断缺陷形状、大小和位置的缺点。

26、4、本发明在预测到未来t0时刻的预警值达到阈值时，预警器发出报警声，开始倒计时t1＝t0-t，并实时计算达到阈值的时间t2，如果t1>t2，表明温度升高速度大于预期，风险迅速增大，反之(t1<t2)，表明温度升高速度小于预期，风险在减小，如果t2>t0，则可取消报警。使现场工作人员可以根据炉衬缺陷情况做出研判，防止事故发生，达到了提前预警的目的。