[发明专利]倾动式平炉炉顶厚度测量方法

说明书

本发明涉及一种定轴转动的半园形壳体厚度的非接触式测量方法，特别适用于倾动式平炉炉顶耐火材料厚度的测量，具有手段简单、测量准确等特点。

倾动式吹氧平炉，在冶炼过程中炉顶烧损特别严重，这一部位使用时间的长短已成为平炉寿命的限制性环节，如何根据其损坏程度制定出合理的修炉制度一直是冶金工作者普遍关注的课题，而怎样检测炉顶的烧损情况，准确地测出高温炉顶耐火砖厚度，以便把握恰当的修炉时机更是炼钢厂致力研究解决的问题，本发明做出之前，常规的平炉修炉制度属于静态维修，即不是根据炉顶的实际烧损情况，而是根据平炉的冶炼次数安排修炉。事实上，平炉炉顶的烧损情况与冶炼次数并不一定呈线性关系，因而这种静态修炉制度是不科学的，修早了是一种浪费，修晚了可能造成塌顶而被迫停炉，更令人头疼的是计划修炉与被迫停炉的非计划性修炉相互冲突，给生产带来极大的麻烦。而导致上述原因的实质性问题是缺乏一种十分重要的炉顶耐火砖剩长的检测手段。本发明的倾动式平炉炉顶厚度测量方法较好地解决了上述问题，这种方法能随时测出耐火砖的实际长度，可借以实现倾动式平炉的动态修炉制度。

本发明的倾动式平炉炉顶厚度测量方法，其原理是利用平炉炉顶横断面的园弧形状和解析几何的坐标变换，给出平炉倾动后炉顶各层厚度的曲线方程，并利用经纬仪测出同一坐标系中炉顶任意点的坐标值，将其代入曲线方程，求出该点所在弧线的半径，炉顶外径与该半径之差，即为该点炉顶之厚度。本发明的这种原理结合附图说明如下：

图1为倾动式平炉横断面示意图。实际上，平炉炉顶是一个平卧的园柱壳体，其几何中心是一条水平轴线，平炉倾动中心也是一条水平轴线，后者是在平炉倾动过程中唯一保持不动的一根轴线，这根轴线在断面图上自然成为一个点O₁。在设于炉顶几何中心O点的直角坐标系1中，其炉顶内距几何中心为R那一层的曲线方程为：

x²₁+y²₁＝R²（1）

将直角坐标系1竖直向上平移Ⅱ至倾动中心O₁后成为坐标系Ⅱ;当平炉向炉后，即逆时针方向倾动θ角时，依据物理学中的运动相对性原理，可认为炉顶未动，而是坐标系Ⅱ按顺时针旋转θ角，变换为坐标系Ⅲ（中心点仍为O₁）。由坐标系1到坐标系Ⅲ的变换式为：

将（2）代入（1），整理后得：

坐标系Ⅲ是为考虑平炉倾动而设的，方程（3）实际是倾劝后的炉顶在坐标系Ⅱ中的曲线方程。再进行由坐标系Ⅱ到平台上经纬仪测量位置A点所设坐标系Ⅳ的变换，在坐标系Ⅱ至坐标系Ⅳ水平距离为K，垂直距离为L的情况下，其平移变换式为（省去X、Y中脚号4，脚号2即为方程（3）中的脚号3）：

将（4）代入（3）后整理得：

方程（5）即为平炉倾动θ角后，半径为R的那一层炉顶在平台给定测量位置上设立坐标系中的曲线参数方法。

本发明的倾动式平炉炉顶厚度测量方法，其测量原理如图2所示，在图2中，由三角函数关系得：

二式相减得：

由此，利用经纬仪在高度相距h的两个位置上的测量，就可以方便地确定炉顶内面不可接触目标的坐标。由于测量目标是平炉炉顶内表面的任意点，而测角仪器经纬仪在平台上的位置A是事先选定的，坐标系Ⅳ就是设置在A点的直角坐标系，因此图2中的水平线段X与坐标系Ⅳ中的X轴之间可能有一水平偏转角φ，而对应同-x值的所有y值都是相等的，所以将（7）（8）中的x、y值落进坐标系Ⅳ中后便可得到：

将测算后得出的、x、y值代入参数方程（5）中，即可得出测量目标所在炉顶某一层次的半径R，炉顶外径R外与R之差即为该处炉顶之厚度d

d＝R外-R    （11）

曲线参数方程（5）中的其他参数，K、L、θ、H都是事先给定的。

本发明的倾动式平炉炉顶厚度测量方法所采用的测量装置由经纬仪、三角架和量角仪组成。其实施方法及步骤如下：

1、将三角架置于平台适当位置，安装经纬仪，调平，选好测量坐标系的X轴方向，使其垂直于平炉倾动轴线;

2、在平炉钢结构架端面适当位置安置量角仪，根据倾动前后铅垂线的变化，测出平炉倾动角度θ;

3、选择炉顶测量目标，进行经纬仪的低位测量得到φ下（相对于测量坐标系X轴的水平转角）并得到α（测量目标的仰角）;再进行高位测量得到φ上和β值，由于三角架有定位装置，φ上与φ下可控制相等，经纬仪低位与高位之间高差为h;

4、根据情况依次选择第二或第三个适当位置，重复进行步骤3的测量，目标个数可任选。

本发明的倾动式平炉炉顶厚度测量方法，所用设备简单，操作方便，测量结果准确，实施例中所测结果的绝对误差≯±15mm。