专利名称：一种钢包内钢水温度在线监测系统及方法
技术领域：
本发明属于转炉出钢后钢包内钢水温度在线监测技术领域，特别涉及一种钢包内钢水温度在线监测系统及方法。
背景技术：
目前，转炉出钢后钢包内钢水温度测量方法主要有两种热电偶测温方法和红外测温仪测温方法。热电偶测温方法指人工将热电偶的测温探头插入钢包内进行测温。这种方法存在以下缺点首先，因人工插入探头深浅的不同而使测温结果波动；其次，由于钢水对测温探头的腐蚀作用，其只能采用消耗式点测的方法，测定间隔时间的温度，而不能获得连续变化 的温度，且需要更换大量的热电偶，成本较高；此外，因为钢水的温度非常高，人工插入热电偶时，操作人员容易因为钢水的飞溅而受伤。红外测温仪是目前测定钢水温度最方便的仪器，但由于其测定钢水温度时只能获得钢水表面的温度，受钢水表面所含杂质、被测温环境中的烟尘水汽的影响，因此其测量获得的温度并不为真实的钢水温度，测温误差较大。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种钢包内钢水温度在线监测系统及方法。一种钢包内钢水温度在线监测系统，其特征在于该系统在圆柱型钢包同一水平截面的两侧中部通过法兰对称安装2个声波导管，2个声波导管上分别设置I个传声器，2个声波导管分别与I个电动扬声器连接；信号调理器分别与2个传声器和接线盒相连，功率放大器分别与2个电动扬声器和接线盒相连，接线盒与双通道数据采集卡相连，双通道数据采集卡与主机相连。一种钢包内钢水温度在线监测系统的监测方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下主机发出指令，电动扬声器接收到指令后通过功率放大器的放大作用发出声信号，经声波导管传入钢包，穿过钢包后的声信号被传声器接收并转变成电压信号，电压信号通过电缆输送到信号调理器，再经接线盒进入数据采集卡并转换成数字信号进入主机，通过基于相位谱估计的时间延迟估计算法得出声波飞渡时间，最后经计算软件结合声波飞渡时间等参数计算出钢包内钢水的温度；通过声学测温方法获得液体介质温度为Γ=(!)2 ;式中L为钢包两侧布置测
rZ
点之间的距离，单位为m ； τ为声波飞渡时间，单位为s ;对于给定的液体介质，Z为一常数；根据上式，通过测定钢包(5)两侧布置测点之间的距离L和声波飞渡时间τ，来获得钢水的温度T ；
其中Γ = %^, Φχ1χ2( ·)为两通道接收信号的相位谱,f为声源频率。本发明的有益效果为本发明具有良好的耐高温性和耐腐蚀性；不受测温环境中的烟尘水汽的影响；其为远程操作控制，避免了操作人员因钢水飞溅而受伤的情况；其获得的是钢包内钢水的连续温度变化，能够真实反映钢包内钢水的温度。
图I为钢包内钢水温度在线监测点布置图；图2为一种钢包内钢水温度在线监测系统的装置结构示意图；图中标号I-第一在线监测点；2_第二在线监测点；3-电动扬声器；4_声波导管； 5-钢包；6_传声盒；7_信号调理器；8_接线盒；9_功率放大器；10_双通道数据采集卡；
Il-主机。
具体实施例方式本发明提供了一种钢包内钢水温度在线监测系统及方法，下面结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。一种钢包内钢水温度在线监测系统，其特征在于该系统在圆柱型钢包5同一水平截面的两侧中部分别设置第一在线监测点I和第二在线监测点2，然后在第一在线监测点I和第二在线监测点2上通过法兰对称安装2个声波导管4，2个声波导管4上分别设置I个传声器6,2个声波导管4分别与I个电动扬声器3连接；信号调理器7分别与2个传声器6和接线盒8相连，功率放大器9分别与2个电动扬声器3和接线盒8相连，接线盒8与双通道数据采集卡10相连，双通道数据采集卡10与主机11相连。一种钢包内钢水温度在线监测系统的监测方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下主机11发出指令，电动扬声器3接收到指令后通过功率放大器9的放大作用发出声信号，经声波导管4传入钢包5，穿过钢包后的声信号被传声器6接收并转变成电压信号，电压信号通过电缆输送到信号调理器7，再经接线盒8进入数据采集卡10并转换成数字信号进入主机，通过基于相位谱估计的时间延迟估计算法得出声波飞渡时间，最后经计算软件结合声波飞渡时间等参数计算出钢包内钢水的温度；在钢包上的1-1监测层上进行声波监测，声波信号由该监测层上布置的电动扬声器(3)发出，被布置在另一侧的传声器(6)接收，通过测量通过钢包两侧布置测点之间的距
离以及声波飞渡时间，来确定声波在传播路径上的平均速度，声速方程为d '
τ式中C为液体介质中声波的传播速度，单位为m/s ； L为钢包两侧布置测点之间的距离，单位为m ； τ为声波飞渡时间,单位为s ；当声波在液体介质中传播时，根据平面波的运动方程、连续性方程以及液体介质的物态方程可以推导并认为声波在液体介质中的传播速度为该液体介质的函数，声波传播速度与液体介质温度的关系如下为c = /(at,/ s ,k) = zVT ；式中P为液体介质的密度，单位为kg/m3，T为液体介质的平均温度，单位为K ；β s为液体介质的绝热体积压缩系数；k为液体介质的其它物性参数；对于给定的液体介质，Z为一常数。结合上述两式，以声音在液体介质中的传播速度为中间量，可以得到通过声学测
温方法获得液体介质温度的原理方程Γ = (!)2 ；
τΖ式中L为钢包两侧布置测点之间的距离，单位为m ； τ为声波飞渡时间，单位为s ;对于给定的液体介质，Z为一常数； 根据上式，通过测定钢包5两侧布置测点之间的距离L和声波飞渡时间τ，来获得钢水的温度T ;根据文献沈国清.基于声波理论的炉膛温度场在线监测技术研究[D].北京华北电力大学，2007: 34-35.中记载的方法计算出声波飞渡时间τ ；两通道接收到的信号的互功率谱为Gx1t1(/) = jRxlx2(r)e-j2^fdT ；当Ii1 (t)和 n2 (t)相互独立时Gx1x2 (f) =Gss (f) e勹2 π τ .f ;因此，Gxlx2(f)的相位谱为Φχ1χ2( ·)=2τ · f,即 τ =.
2龙·/上述各式中xl、x2为两通道接收到的信号；s为源信号；Gxlx2(f)为两通道接收信号的互功率谱密度函数；Gss(f)为源信号的自功率谱密度函数；ηια)、η2α)为两通道噪声；Φχ1χ2( ·)为两通道接收信号的相位谱；f为声源频率。从上述推理可知Φχ1χ2( ·)是一条通过原点的直线，通过测定直线的斜率来获得声波飞渡时间τ。
权利要求
1.一种钢包内钢水温度在线监测系统，其特征在于该系统在圆柱型钢包(5)同一水平截面的两侧中部通过法兰对称安装2个声波导管(4)，2个声波导管(4)上分别设置I个传声器(6), 2个声波导管(4)分别与I个电动扬声器(3)连接；信号调理器(7)分别与2个传声器(6)和接线盒(8)相连，功率放大器(9)分别与2个电动扬声器(3)和接线盒(8)相连，接线盒(8)与双通道数据采集卡(10)相连，双通道数据采集卡(10)与主机(11)相连。
2.一种如权利要求I所述的一种钢包内钢水温度在线监测系统的监测方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下 主机(11)发出指令，电动扬声器(3)接收到指令后通过功率放大器(9)的放大作用发出声信号，经声波导管(4)传入钢包(5),穿过钢包后的声信号被传声器(6)接收并转变成电压信号，电压信号通过电缆输送到信号调理器(7)，再经接线盒(8)进入数据采集卡(10)并转换成数字信号进入主机，通过基于相位谱估计的时间延迟估计算法得出声波飞渡时间，最后经计算软件结合声波飞渡时间等参数计算出钢包内钢水的温度； 通过声学测温方法获得液体介质温度为Γ = (!)2 ;式中L为钢包两侧布置测点之 τΖ间的距离，单位为m ； τ为声波飞渡时间，单位为s ;对于给定的液体介质，Z为一常数；根据上式，通过测定钢包(5)两侧布置测点之间的距离L和声波飞渡时间τ，来获得钢水的温度T ； 其中Γ = ^ψ, φχ χ2( )为两通道接收信号的相位谱,f为声源频率。
全文摘要
本发明属于转炉出钢后钢包内钢水温度在线监测技术领域，特别涉及一种钢包内钢水温度在线监测系统及方法。本发明在钢包上安装声波导管、电动扬声器和传声器，电动扬声器发出声信号，经声波导管传入钢包，穿过钢包后的声信号被传声器接收并转变成电压信号，电压信号通过电缆输送到信号调理器，再经接线盒进入数据采集卡并转换成数字信号进入主机，再通过时间迟延估计算法得出声波飞渡时间，最后计算出钢包内钢水的温度。本发明具有良好的耐高温性和耐腐蚀性；不受测温环境中的烟尘水汽的影响；其为远程操作控制，避免了操作人员因钢水飞溅而受伤的情况；其获得的是钢包内钢水的连续温度变化，能够真实反映钢包内钢水的温度。
文档编号G01K11/22GK102818653SQ20121029151
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月15日 优先权日2012年8月15日
发明者沈国清, 安连锁, 马美倩, 张世平 申请人:华北电力大学
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