智能化监测在高炉炉壳更换中的应用

引言：

高炉炉壳作为钢铁行业关键设备，长期经受高温及机械应力作用易致损，更换期间确保结构安全性和施工精准度至关重要。传统检测手段存在实时性差、测量精度低等弊端，在复杂施工环境中难以达到实际需求。依托多学科交叉融合的智能化监测技术可达成炉壳状态的动态跟踪并做到精确评判，从而给高炉炉壳更换质量提供资料支撑，对于优化设备运行性能，保障生产安全有着重大意义，具有明显的工程应用价值和理论研究潜力。

一、智能化监测系统构成

1.1 应力监测系统

应力监测系统的主要构成要素包括应力传感器、数据采集模块和分析处理软件，应力传感器是关键的感知单元，在高炉炉壳的重要应力检测区域进行精准布置，炉壳替换期间要关注的部位有洞口上缘、焊缝交汇处、卡板联结点以及槽钢加固结构等区域，在洞口上缘设立水平应力监测点，可以体现炉壳切割与新壳安装时水平方向应力的动态变化规律；在焊缝交汇处添加竖向应力监测点，可以及时得到焊接过程中的竖向应力演变情况。

振弦式应力传感器因为被广泛运用于工程监测领域而受到重视，它的基本原理依靠的是钢弦自振频率对于拉力变化极为敏感这一特性，当炉壳承受外部负荷时，埋在里面的钢弦就会因为应力增大而发生变形，这会致使钢弦的自振频率出现明显改变，利用准确测定钢弦的振动频率再配合特定数学模型展开运算，就可以达到对炉壳应力状况实施定量评判的目的，数据采集部分按照预先安排好的时间间隔同时取得多路应力传感器发出的高频信号。通过模数转变之后将这些数据传送给后台分析平台，数据分析系统随时处理从后台接收到的数据流，形成应力随时间变动的趋势曲线图，清楚地显示出施工期间各个监测点应力动态发展的情况，此系统还有超限警报功能，一旦检测到应力数值超越了规定的界限就马上发出警报提示，给现场的安全管理给予科学根据和技术支撑。

1.2 激光测量变形系统

激光测量变形系统包含激光位移传感器、数据传输模块以及分析处理平台，其中激光位移传感器是关键组件，在高炉炉壳更换工程里承担主要的变形监测任务，按照现场条件合理安排，洞口上缘旧炉壳区域布置竖向位移监测点，用来随时跟踪施工期间洞口上缘可能发生的向下挠曲变形，洞口上缘和中部旧炉壳交界处增设水平位移监测点，以此来判断这个区域炉壳直径的变化情况。再在新炉壳对应位置装设水平位移检测设备，监测其径向位移动态变化，在高炉顶部炉壳部分规划水平位移观测点，准确测量高炉顶部和框架之间的横向间距，进而全面剖析高炉整体倾斜状况及其相关偏差参数。

激光位移传感器依靠激光测距技术，通过发射激光脉冲然后接收反射信号来达成对目标距离的精准测定。炉壳一旦发生形变，传感器同监测点之间的相对位置就会出现变动，设备能够及时察觉这种动态变化状况，将空间信息转换成电信号予以输出，传输链路承担起确保所获取电信号稳定可靠的任务，要确保这些信号顺利传送到数据处理单元，这个单元会针对输入的数据展开分析运算，再联系传感器安装的位置以及运转参数，从而得出对炉壳各个监测区域变形量的准确数值判定。

二、智能化监测在高炉炉壳更换中的应用

2.1 施工前的监测准备

高炉炉壳更换工程开始之前，要针对旧有的结构展开全面细致的检测工作，从中获取重要的参数信息。在应力监测部分，应该在预定的地方安排振弦式应变片，让它同炉壳表面完全接触并且受力方向准确无误，然后用数据收集装置做初步校准和调整，还要结合以前的运行资料来划定安全应力范围，对于激光变形测量系统来说，就要按照设计图纸来安装激光位移传感器，通过细致调节确保它在空间中的位置和角度符合设计要求，最后依靠标准量具检查静态基准距离并将数值记录下来，炉壳的材质特性，几何尺寸这些核心技术指标也要被精确测量，这样才能给后面力学分析和变形预测模型搭建给予可信的数据支持。

2.2 施工过程中的实时监测

施工期间，应力监测系统以及激光变形检测设备始终处于运作状态，切割、吊装、焊接等工序推进时，炉壳承受的力量状况及其结构形态持续改变，应力监测系统不断搜集数据并用算法解析应力分布特点，将它同预先设定的安全界限比较，一旦超出限定范围，就会立刻激活警报，告知现场操作人员修改工艺参数或者增添临时支撑结构，激光变形监测装置同样获取炉壳形变数据，依靠传感器捕捉距离变动信号。通过数据处理单元运算出确切的形变量之后再以可视化的形式显示出来，如果形变超出许可范围，就会启动声光报警功能，促使施工团队精准校正吊装方位和加固计划，进而确保安装精确度和整体结构稳定。

2.3 施工后的效果评估监测

项目竣工之后，智能化监测系统就要一直对炉壳运作情况展开动态观测，应力监测板块通过比较施工前后以及设计应力数值，评判受力情形和焊缝应力集中程度，在存在异常时启动探伤检测来执行修理，激光变形监测装置长久追踪炉壳变形特点，凭借开始数值同后来数据的对比，剖析它的变化规律，如果变形维持在预定范围以内，就表明施工质量合格，若出现持续性变形，就要停下来分析原因，是焊接问题还是上部有集中荷载等，找准问题并采取相应措施进行处理后才能进入下道工序施工。

三、结论与展望

智能化监测技术被应用于高炉炉壳更换工程当中，取得明显成果，凭借全生命周期动态监测体系，既保障了施工安全和工程质量，又做到了对炉壳状态的全程全方位监测，进而提升了作业效率并减小了潜在风险。展望将来，由于技术持续更新，这个系统将会具有更大的功能拓展潜力和操作灵活性，在高炉维护以及更多工业领域里得到推行，工业检测技术或许会朝着精确化、高效化方向发展。参考文献：

参考文献：

[1] 袁洁. 高炉炉壳多层多道焊数值模拟与试验研究[D]. 华北理工大学,2024.

[2] 孙敬昆 . 浅析高炉炉壳施工质量精准控制 [J]. 冶金与材料 ,2023,43(12):25-27.