[实用新型]炼钢转炉炉体温度传感监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及转炉炼钢领域，具体地指一种炼钢转炉炉体温度传感监测装置。

背景技术

转炉炉体包括炉壳和炉壳内的耐火材料炉衬，当转炉炉衬的耐火材料达到其使用寿命时，由于长时间的机械冲击和磨损，耐火材料会由于高温而溶解，并由此带来高温溶液渗透并导致危险，此时炉壳的温度会逐渐升高，一旦工作层和永久层发生故障，高温钢水和铁水将烧穿炉壳，造成钢水铁水溢出的事故，更严重的是，如果烧穿托圈，托圈中的高压水喷出，高温钢水遇到托圈的冷却水，会发生气爆的严重事故，直接威胁人身和设备安全，因此对转炉温度进行在线的监测变得十分必要。

目前，用于转炉炉壳温度的监测方法有两种：一种是用红外测温仪和红外热像仪进行离线式测量，另一种是用热电偶进行点式测量。红外测温仪和红外热像仪只能进行离线式测量，而且由于托圈遮挡，托圈相对位置的炉壳温度无法监测。焊接开路热电偶在炉壳表面，只能进行点式监测，如果要全面监测整个炉壳，技术难度大，工程复杂。如何对转炉炉壳温度进行实时全面的测量，成为业界要面对的一道难题。

发明内容

本实用新型的目的就是要提供一种实施方便、工艺简单、可对转炉炉壳进行实时全面的测量的炼钢转炉炉体温度传感监测装置。

为实现上述目的，本实用新型所设计的一种炼钢转炉炉体温度传感监测装置，包括通过空心耳轴与轴承座连接的转炉炉体，所述转炉炉体上固定有与转炉炉体炉壁留有空隙的环状的托圈，所述转炉炉体与托圈空隙间固定有钢管，所述钢管环绕转炉炉体炉壁蛇形设置，所述钢管中穿有同一根光纤，所述光纤一头固定于钢管中、另一头穿过空心耳轴与双向耦合器的输入输出端相连，所述双向耦合器的信号输入端与激光光源的信号输出端相连，所述双向耦合器的第一输出端和第二输出端分别与光波分复用器和第一光雪崩管的信号输入端相连，所述第一光雪崩管与第一放大器的信号输入端相连，所述光波分复用器通过第二光雪崩管与第二放大器的信号输入端相连，所述第一放大器与第二放大器的信号输出端分别与信号采集卡的信号输入端相连，所述信号采集卡的信号输出端与计算机的信号输入端相连。

作为优选方案，所述轴承座一侧固定有由定滑轮和动滑轮组成的滑轮组，所述光纤另一头分别穿过空心耳轴与滑轮组，并与双向耦合器的输入输出端相连。

本实用新型的工作原理是这样的：光纤本身不带电，具有抗电磁、耐辐射、耐高电压、不产生电火花并且绝缘性能良好等特点，使得光纤传感系统逐渐成为传感器系统的主流。利用光时域反射（OTDR）原理和光纤的背向拉曼散射温度效应，来实现对空间分布的温度的测量。

当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，会产生瑞利（Rayleigh）散射，假设入射光经背向散射返回到光纤入射端所需的时间为t，激光脉冲在光纤中所走过的路程为 2L=vt，其中，v为光在光纤中传播的速度，v=c/n，c为真空中的光速，n为光纤的折射率，在t时刻测量到的是离光纤入射端距离为L处局域的背向瑞利（Rayleigh）散射光，用这种光时域反射（OTDR）技术，可以确定光纤故障点或断点的位置，因此也可称为光纤激光雷达。拉曼散射是由于光纤分子的热振动，产生一个比光源波长长的光，称斯托克斯（Stokes）光，和一个比光源波长短的光，称为反斯托克斯（Anti-Stokes）光。利用光时域反射（OTDR）技术探测拉曼散射，可以确定沿光纤长度上的温度分布。

具体到本案，激光光源发出激光脉冲，激光脉冲进入双向耦合器并通过双向耦合器进入光纤，并沿着光纤又回到双向耦合器，双向耦合器将该束光分成两束光传播，其一路经光波分复用器光学滤除瑞利光，分离出带有温度信息的反斯托克斯拉曼背向散射光，再进入第二光雪崩管将光信号转换成电信号，该信号又由第二放大器放大后输入信号采集卡，这是拉曼通道；另一路作为瑞利背向散射光进入第一光雪崩管，进行光电转换后的输出信号输入第一放大器，第一放大器和第二放大器的信号输出端与信号采集卡的信号输入端相连，这是瑞利通道。信号采集卡的信号输出端与计算机的信号输入端相连，由计算机软件对采集到的数据进行运算处理，即可得到光纤上任一点的温度和转炉/高炉空间温度场的分布。

当转炉炉体内由工作层和永久层组成的耐火材料发生故障，钢水铁水会渗透到炉壳，使炉壳的温度升高，产生的温度变化将改变光纤的拉曼背向散射光的强度。通过对光纤拉曼背向散射光功率的测量，完成光纤上个点的静态和动态温度的测量和定位功能，通过对数据进行分析，迅速判断并准确定位炉壳破损事件的发生。