激光测厚系统对转炉炉衬维护的实践

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1、攀钢技术·35·激光测厚系统对转炉炉衬维护的实践卿家胜，杨森祥，黎建全（攀钢钒提钒炼钢厂）摘要：应用激光测距和自控测量相结合的激光测厚LCS系统来检测炉衬表面起伏，掌握炉衬侵蚀情况，能大幅度提高炉龄和降低耐火材料消耗，减少砌炉次数，提高转炉作业率。结果表明使用LCS系统测量以来，攀钢采用半钢冶炼的转炉炉龄得到了较大的提高。关键词：转炉；炉衬；激光测厚仪；侵蚀；炉龄；LCS系统0引言转炉炉衬在炼钢过程中，直接与钢水、炉渣和炉气接触，不断受到物理、机械和化学的侵蚀作用。炉衬的维护修补不仅可以延长炉衬寿命，均衡炉衬损毁，提高转炉的作业率，降低生产成本，而且有利于均衡组织生产，促进生产的良性循环。

2、国内外钢厂普遍采用了溅渣护炉技术，要掌握最佳的溅渣时机，需要掌握炉衬的形状和厚度。因此，炉衬厚度的检测工作对炼钢生产有着极其重要的作用。早期转炉炉衬测厚采用的方法主要有：热电偶法、热流计法、红外线温度摄像法、热电偶触发脉冲响应法[1]。随着激光技术的发展，国内外普遍采用激光测距的方法来检测炉衬表面起伏，掌握炉衬侵蚀情况，以便及时维护和修复[2]。1激光测厚原理攀钢钒炼钢厂共有5座120t炼钢转炉，转炉炼钢采用半钢冶炼工艺，经提钒后的半钢C、Si、Mn含量较低，在转炉冶炼过程中存在热量不足、造渣困难的问题。生产高端品种钢的种类繁多，一般此类品种钢的[P]、[S]含量要求较低，这就对转炉冶炼工

3、艺提出了更高的要求，由此造成转炉的炉龄偏低。此前转炉炉衬的维护依靠半干喷补法、人工经验操作。现采用由ProcessMetrix，LLC生产的激光测厚仪（简称LCS系统，见图1）激光测厚、溅渣护炉的工艺进行转炉的炉衬维护。此设备能迅速测量转炉、钢包的炉衬厚度。激光测厚法是非接触式测量技术。它由频率调制器对激光器进行调制，使之发出频率一定的调制光波，调制光波发射到炉衬内表面某点，经反射后被测量装置接收。系统中的处理单元对接收到的信号进行处理，并计算出信号往返于被测量点和测距仪中心之间所用时间，从而得出所测距离。将这些距离数据送入计算机主机中，与预先设定的距离对照，即可得出炉衬的侵蚀状况。应用激

4、光测距的基本原理，将激光测距方法和自控测量相结合，研究设计出转炉炉衬激光测厚系统，对炉衬内表面进行逐点扫描，测量炉衬表面起伏，从而掌握炉衬侵蚀情况[3-4]。LCS系统应用激光束测量出测头与炉衬表面上某一点之间的距离，以伺服电机作为动力的测头根据预定的轨迹，自动扫描被测物的整个表面，所测出的距离和测头所处的位置存于计算机内存中，收集完测量数据之后，激光测厚系统的计算机作出表面形状模型。LCS系统包括三部分：移动小车、多功能高效率的软件工具、固定式测厚仪。测厚仪的激光测距头利用激光测距器发射脉冲激光和接收激光的时间差来计算与激光头目标之间的距离。激光测距头发射远红外的激光束来扫描反射条。随着

5、激光测距头的旋转，激光扫过的平面形成一个光平面与反射条相交，反射回来的光线被激光头接受，通过激光头飞行的时间与角度就可以进行精确的方位测量。激光头以8r/s速度旋转，角分辨率为6mrad。定位激光头由激光发生器发射连续脉冲激光，同时接收反射回来的脉冲激光。一个旋转的镜面组合在垂直方向上扫描，同时整个激光和镜面组合沿水平面对现场进行扫描。脉冲激光·36·2011年第34卷第2期飞行时间来计算激光头到转炉内部表面所有点的距离，在不同的小车位置和不同的转炉倾角进行的4～6次测量可以在6min内完成整个转炉轮廓的测量[5-7]。激光测距头的技术参数见表1。FixedHeatShieldingExt

6、endableHeatShieldingScanningLaserRangeFinderTouchscreenChargePortOn/offSwitchUSBandEthernetPortsTrackingSystemHandle2243.6mm1015.959mm994.668mm图1LCS系统视图表1激光测距头的技术参数数据输出分辨率/mm重现性/mm精度/mm测量速度射束散度/mrad射束直径/mm1<±5±58000点/s340观察区域角度步幅宽度角度精度激光波长/nm测量距离/m最大炉衬表面可测温度/℃垂直±40°,水平±180°垂直和水平0.01°垂直0.005°,水平0.0

7、18°9002～2517008LCS系统通过测量小车位置和大量的分布在炉衬表面内的点之间的距离来计算炉衬厚度。如果小车相对于炉子的位置通过测量得到后，这些距离值能通过运算转换成转炉内部轮廓图。LCS定位系统工作原理见图2。-4-6-8-10-12-14激光光束精度=测距精度242220181614120永久层工作层图2LCS定位系统工作原理示意炉衬表面任意一点的脉冲激光形成的矢量与这点炉壁垂直方向形成夹角θ，通过几何模型