1.本發(fā)明涉及電極測(cè)深系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

2.工業(yè)礦熱爐內(nèi)通常溫度很高，比如礦熱爐是一種耗電量巨大的工業(yè)電爐，其直徑十多米、深度六七米的巨大坩堝，是一個(gè)通過(guò)電極電流做功熔煉礦熱爐料進(jìn)行生產(chǎn)的設(shè)備。其工作特點(diǎn)是采用碳質(zhì)或鎂質(zhì)耐火材料作礦熱爐襯，使用電極糊焙燒電極制成自焙電極，將交流電流或直流電流分別由三根或六根電極導(dǎo)入礦熱爐內(nèi)，電極插入礦熱爐料進(jìn)行埋弧操作，電流經(jīng)電極和電極間的礦熱爐料在電極下端產(chǎn)生電弧，在電弧及電流共同作用下形成高溫融化礦熱爐料進(jìn)而產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成各種化合物。這些化合物主要包括電石、工業(yè)硅、鐵合金，這些原料是化工、鋼鐵及電子的最基礎(chǔ)的原料。

3.自焙電極的外層是由1～2mm厚度的鋼板制成的直徑1～1.2m圓筒，圓筒內(nèi)填充固態(tài)塊狀的電極糊(無(wú)煙煤、焦炭以及瀝青和焦油的混合物)，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，高溫使電極糊逐步軟化，在更高溫度作用下熔融的電極糊就會(huì)軟化、揮發(fā)、燒結(jié)，最后電極糊焙燒成圓柱狀的石墨化的導(dǎo)電電極。焙燒好的電極下端部插入礦熱爐料，焙燒好的電極在高溫及化學(xué)反應(yīng)下不斷消耗，因此需要不斷從電極筒上部添加電極糊焙燒成新的電極，由于生產(chǎn)過(guò)程是連續(xù)進(jìn)行的，因此需要經(jīng)常從電極筒上端部添加塊狀電極糊，焙燒成新電極以補(bǔ)充消耗的電極。自焙電極的下端部插入高溫礦熱爐料中，工作過(guò)程中承擔(dān)傳輸電能的作用。由于自焙電極不斷消耗又不斷添加，下端部又插入高溫礦熱爐料中，因此難以測(cè)量自焙電極的長(zhǎng)度，也就無(wú)法知道插入礦熱爐內(nèi)的深度。

4.電極插入礦熱爐內(nèi)深度對(duì)于冶煉工藝極為重要。冶煉工藝要求三相電極的功率中心和幾何中心重合且插入深度合理才能獲得好的冶煉效率及低的能耗，電極深度位置不合理還導(dǎo)致焙燒出現(xiàn)生料層，影響產(chǎn)品品質(zhì)，還易引起噴料導(dǎo)致設(shè)備損壞及人員傷亡等事故，因此獲取電極的插入深度對(duì)于礦熱爐冶煉極為重要。

5.目前工業(yè)中應(yīng)用的礦熱爐內(nèi)電極測(cè)深方法有以下幾種：

6.(1)累積法：根據(jù)每天添加的電極糊以及消耗的速度推測(cè)電極長(zhǎng)度。電極現(xiàn)有長(zhǎng)度h0，根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)推測(cè)每天電極消耗數(shù)量h1，再根據(jù)每天電極糊添加量估算電極生成量h2，進(jìn)而計(jì)算出當(dāng)前電極長(zhǎng)度為h＝h0-h1+h2。這種方法簡(jiǎn)單，但由于每日消耗量受冶煉操作工藝影響挺大，隨著時(shí)間積累，導(dǎo)致誤差較大，失去指導(dǎo)電極深度的作用。

7.(2)稱(chēng)重法：根據(jù)電極的重量推測(cè)電極的長(zhǎng)度，參見(jiàn)發(fā)明專(zhuān)利cn201621187815.6(專(zhuān)利名稱(chēng)為蓄熱式密閉電石爐電極自動(dòng)測(cè)長(zhǎng)的裝置)。這種方法忽略了電極在不同段的密度不同及融化的礦熱爐料的粘度不同，導(dǎo)致用浮力推測(cè)電極插入深度不具有可行性。

8.(3)探針?lè)ǎ河靡桓F釬插入礦熱爐內(nèi)觸碰電極，多次插探探測(cè)電極端面，進(jìn)而應(yīng)用勾股定理計(jì)算電極插入深度,即h2＝d2+l2。這種方法簡(jiǎn)單有效，但受限于操作人員的經(jīng)驗(yàn)及測(cè)量時(shí)需要停電停礦熱爐，使用起來(lái)十分不方便，尤其對(duì)于鐵合金礦熱爐及工業(yè)硅礦

熱爐，堅(jiān)硬礦熱爐料嚴(yán)重影響鐵釬的插入，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法探測(cè)電極的插入深度。

9.(4)磁感應(yīng)法：在礦熱爐體周邊布置多個(gè)磁場(chǎng)感應(yīng)器，根據(jù)磁感應(yīng)器信號(hào)獲取磁場(chǎng)狀況，進(jìn)而推測(cè)三相電極中的電流推測(cè)電極插入深度，參見(jiàn)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)cn201710071904.7。這種方法忽略了礦熱爐內(nèi)電流的復(fù)雜流向及相序間影響，尤其是異常礦熱爐況時(shí)礦熱爐內(nèi)電流方向大小不可預(yù)知，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向大小也是不可預(yù)知的，嚴(yán)重影響測(cè)量準(zhǔn)確性。

10.(5)操作電阻估算深度法：通過(guò)測(cè)量電極的電壓電流，計(jì)算出操作電阻阻值，進(jìn)而仿真模擬推測(cè)出電極入礦熱爐深度，參見(jiàn)發(fā)明專(zhuān)利cn201610490475.2。這種方法看似能夠仿真模擬出電極入礦熱爐深度，實(shí)際上由于礦熱爐內(nèi)復(fù)雜礦熱爐況，仿真模型也只是對(duì)于正常工況下固定礦熱爐料配比的狀態(tài)下做出的，由于礦熱爐料是不斷調(diào)整變化的，很多時(shí)間礦熱爐都處于異常工況，所以仿真模擬根本不起作用，適用性極差。

11.上述方法，均未能滿(mǎn)足電極在礦熱爐內(nèi)深度測(cè)量的易用性、準(zhǔn)確度和有效性的需要，從而導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)中礦熱爐內(nèi)能耗、產(chǎn)品品質(zhì)不受控，設(shè)備損壞和生產(chǎn)事故頻發(fā)，帶來(lái)不可估量的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益損失。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

12.為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供一種礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)和方法，可以有效且精確地、不需要停產(chǎn)停礦熱爐或人為干預(yù)地獲取礦熱爐內(nèi)電極深度，從而為控制電極提供數(shù)據(jù)依據(jù)，達(dá)到優(yōu)化工藝操作、節(jié)約電能、提高產(chǎn)品品質(zhì)及減少安全風(fēng)險(xiǎn)的目的，能夠產(chǎn)生極大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷。

13.為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)，所述電極測(cè)深系統(tǒng)包括保護(hù)管、傳感桿、換能器和運(yùn)算控制裝置；其中，傳感桿安放在保護(hù)管內(nèi)，保護(hù)管與傳感桿一起預(yù)埋貫通于礦熱爐用電極內(nèi)，且保護(hù)管和傳感桿能夠隨礦熱爐用電極同步消耗，保護(hù)管內(nèi)通有惰性氣體、氮?dú)?、二氧化碳或其混合氣體；換能器位于傳感桿的上端面和/或側(cè)面，用于發(fā)射和/或接收超聲導(dǎo)波，所述超聲導(dǎo)波在傳感桿端面反射并沿傳感桿傳輸；所述運(yùn)算控制裝置與換能器電連接和信號(hào)連接，用于通過(guò)換能器獲取超聲導(dǎo)波沿傳感桿傳輸?shù)慕邮諘r(shí)間t與速度v，根據(jù)所述超聲導(dǎo)波的接收時(shí)間t與超聲導(dǎo)波的速度ν計(jì)算傳感桿總長(zhǎng)度h，并且將所述傳感桿總長(zhǎng)度h減去所述礦熱爐用電極在礦熱爐外的長(zhǎng)度h來(lái)確定所述礦熱爐用電極在礦熱爐內(nèi)的深度d。

14.通過(guò)上述技術(shù)方案，通過(guò)在礦熱爐用電極內(nèi)部合理安放傳感桿，利用超聲導(dǎo)波具有在傳感桿端面反射的特性，通過(guò)測(cè)量導(dǎo)波端部反射波的傳輸時(shí)間，獲得傳感桿長(zhǎng)度，同時(shí)利用傳感桿能夠跟隨電極消耗而消耗，即傳感桿長(zhǎng)度與電極長(zhǎng)度保持一致，即可同步獲取電極長(zhǎng)度及礦熱爐內(nèi)電極深度，避免了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)電極在礦熱爐內(nèi)深度的測(cè)量方法的缺陷，比如精準(zhǔn)度差、需要停產(chǎn)停礦熱爐、不能連續(xù)測(cè)量、工況及礦熱爐料影響測(cè)量、需要人工干預(yù)等，取得了意想不到的效果，可以有效且精確地、不需要停產(chǎn)停礦熱爐或人為干預(yù)地獲取礦熱爐內(nèi)電極深度，從而為控制電極提供數(shù)據(jù)依據(jù)，達(dá)到優(yōu)化工藝操作、節(jié)約電能、提高產(chǎn)品品質(zhì)及減少安全風(fēng)險(xiǎn)的目的。

15.作為對(duì)本發(fā)明所述的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的進(jìn)一步說(shuō)明，優(yōu)選地，所述礦熱爐用電極包括自焙電極、石墨電極和碳素電極。

16.作為對(duì)本發(fā)明所述的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的進(jìn)一步說(shuō)明，優(yōu)選地，所述換能器為電磁超聲換能器和/或磁致伸縮換能器和/或壓電換能器。

17.作為對(duì)本發(fā)明所述的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的進(jìn)一步說(shuō)明，優(yōu)選地，所述保護(hù)管的熔點(diǎn)在2000℃以上，保護(hù)管的材質(zhì)為金屬材料、石墨和/或陶瓷材料中的一種或多種；所述金屬材料選自鎢、鉬、錸、銥、鑭的單體和/或混合物中的一種或多種；所述陶瓷材料為氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、碳化硅、硅化鉬、碳化鉬、碳化鈦的單體或其混合物、氧化鋯或氧化鋁氣凝膠和/或氣凝膠纖維中的一種或多種。

18.通過(guò)上述技術(shù)方案，經(jīng)過(guò)發(fā)明人多次試驗(yàn)研究，所選擇的保護(hù)管的材質(zhì)具有與礦熱爐用電極同步消耗的優(yōu)勢(shì)，從而保證了其內(nèi)安放的傳感桿的長(zhǎng)度，和礦熱爐用電極在礦熱爐內(nèi)的深度之間的緊密關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而保證了本發(fā)明電極深度測(cè)量的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步地，金屬材質(zhì)可以用來(lái)防止保護(hù)管被球狀電極糊砸壞，同時(shí)還具備防止糊狀電極糊侵蝕保護(hù)管的作用，石墨材質(zhì)可以用來(lái)支撐保護(hù)管的下端部，高溫下保持順暢，防止金屬管熔融物堵塞保護(hù)管。陶瓷材質(zhì)可以用來(lái)防止高溫下傳感桿與石墨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致過(guò)早熔斷的目的。保護(hù)管為規(guī)則和/或不規(guī)則管狀，包括但不限于方管、圓管、橢圓管、多邊形管、不規(guī)則形狀管中的一種或多種。

19.作為對(duì)本發(fā)明所述的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的進(jìn)一步說(shuō)明，優(yōu)選地，傳感桿的熔點(diǎn)在2000℃以上，傳感桿的材質(zhì)為金屬材料、石墨和/或陶瓷材料中的一種或多種；所述金屬材料選自鎢、鉬、錸、銥、鑭的單體和/或混合物中的一種或多種；所述陶瓷材料選自氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、碳化硅、硅化鉬的單體和/或混合物中的一種或多種。

20.通過(guò)上述技術(shù)方案，經(jīng)過(guò)發(fā)明人多次試驗(yàn)研究，所選擇的傳感桿的材質(zhì)，能夠保證所述傳感桿具有良好的超聲導(dǎo)波傳輸和反射性能，一方面避免了該傳感桿在礦熱爐用電極內(nèi)部融化，從而吸收超聲導(dǎo)波，難以形成反射波的問(wèn)題；另一方面采用了高溫易氧化的材質(zhì)，使得該傳感桿超出電極端頭部分能夠在高溫下被爐氣氧化，實(shí)現(xiàn)與礦熱爐用電極一起消耗，達(dá)到指示電極的位置目的，從而保證了本發(fā)明在礦熱爐內(nèi)電極深度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

21.作為對(duì)本發(fā)明所述的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的進(jìn)一步說(shuō)明，優(yōu)選地，傳感桿的熔點(diǎn)在2200℃以上，傳感桿的材質(zhì)為石墨、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、鎢、鉬的單體和/或混合物中的一種或多種。

22.通過(guò)上述技術(shù)方案，在通孔內(nèi)放入一個(gè)熔點(diǎn)大于2000℃，優(yōu)選為2200℃的傳感桿，當(dāng)傳感桿從電極的中孔內(nèi)穿過(guò)后，到達(dá)電極下端面與空腔交界面的位置，突出部分將迅速熔化氧化。當(dāng)電極逐漸消耗時(shí)，傳感桿即可實(shí)現(xiàn)隨著礦熱爐內(nèi)電極同步消耗，此時(shí)傳感桿的長(zhǎng)度即代表電極的長(zhǎng)度，通過(guò)測(cè)量傳感桿長(zhǎng)度和電極爐外的深度即可計(jì)算電極插入爐內(nèi)的深度。

23.作為對(duì)本發(fā)明所述的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的進(jìn)一步說(shuō)明，優(yōu)選地，所述傳感桿上每隔δl距離設(shè)置一個(gè)凹槽或突出物，用于反射所述超聲導(dǎo)波；最接近所述傳感桿下端面的凹槽或突出物為第n個(gè)凹槽或突出物，其距離所述傳感桿下端面的距離為s，s《δl；所述超聲導(dǎo)波沿所述傳感桿傳輸，每個(gè)所述凹槽均生成反射波；所述傳感桿總長(zhǎng)度h為：

24.(1)所述傳感桿頂端到最下端凹槽或突出物的距離為：n

×

δl；

25.(2)所述傳感桿第n個(gè)凹槽或突出物距離所述傳感桿下斷面距離

26.所述傳感桿總長(zhǎng)度

27.其中，為超聲導(dǎo)波下端平均速度；ts為傳感桿下端面反射波的接收時(shí)間；tn為第n個(gè)凹槽或突出物反射波的接收時(shí)間；

28.(3)所述礦熱爐用電極在礦熱爐內(nèi)的深度d＝h-h；

29.礦熱爐用電極的下端部距離爐底的距離為：d＝l-d；

30.其中，h為所述傳感桿總長(zhǎng)度；h為所述電極在礦熱爐外的長(zhǎng)度，經(jīng)測(cè)量得到；l為礦熱爐總深度；s、h、δl、h、d、d、l單位均為米(m)；ts、tn單位均為秒(s)；單位為米/秒(m/s)。

31.作為對(duì)本發(fā)明所述的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的進(jìn)一步說(shuō)明，優(yōu)選地，所述運(yùn)算控制裝置包括運(yùn)算控制模塊，運(yùn)算控制模塊與大功率超聲激勵(lì)模塊電連接和信號(hào)連接，大功率超聲激勵(lì)模塊與傳感器匹配電路電連接和信號(hào)連接，傳感器匹配電路分別與換能器和帶通濾波電路電連接和信號(hào)連接，帶通濾波電路與增益調(diào)整電路電連接和信號(hào)連接，增益調(diào)整電路與數(shù)字采集電路電連接和信號(hào)連接，數(shù)字采集電路與運(yùn)算控制模塊電連接和信號(hào)連接，運(yùn)算控制模塊通過(guò)通信模塊與人機(jī)交互模塊信號(hào)連接；其中，運(yùn)算控制模塊向大功率超聲激勵(lì)模塊發(fā)送觸發(fā)指令，大功率超聲激勵(lì)模塊產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，所述觸發(fā)信號(hào)通過(guò)傳感器匹配電路作用于換能器，以使換能器產(chǎn)生超聲導(dǎo)波信號(hào)，所述超聲導(dǎo)波信號(hào)在傳感桿表面?zhèn)鞑ズ头瓷?，換能器接收反射波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)傳感器匹配電路傳輸給帶通濾波電路，再經(jīng)增益調(diào)整電路傳輸給數(shù)字采集電路進(jìn)行濾波和放大，最后數(shù)字采集電路將超聲導(dǎo)波反射數(shù)據(jù)上傳至運(yùn)算控制模塊，運(yùn)算控制模塊對(duì)所述超聲導(dǎo)波反射數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算時(shí)間和/或距離參數(shù)，經(jīng)通信模塊將數(shù)據(jù)處理結(jié)果傳輸給所述人機(jī)交互模塊；所述人機(jī)交互模塊還可以通過(guò)反饋機(jī)制，反向調(diào)節(jié)運(yùn)算控制模塊中的預(yù)設(shè)參數(shù)，以提高所述數(shù)據(jù)處理精度。

32.作為對(duì)本發(fā)明所述的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的進(jìn)一步說(shuō)明，優(yōu)選地，所述人機(jī)交互模塊包括遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊和/或就地人機(jī)交互模塊；遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊位于所述電極測(cè)深系統(tǒng)遠(yuǎn)端，就地人機(jī)交互模塊位于所述電極測(cè)深系統(tǒng)近端。

33.作為對(duì)本發(fā)明所述的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的進(jìn)一步說(shuō)明，優(yōu)選地，所述電極測(cè)深系統(tǒng)還包括保護(hù)氣體發(fā)生器、氣體壓力調(diào)節(jié)裝置和/或單向閥，保護(hù)氣體發(fā)生器與氣體壓力調(diào)節(jié)裝置連接，氣體壓力調(diào)節(jié)裝置與單向閥連接，單向閥伸入保護(hù)管內(nèi)；其中，保護(hù)氣體發(fā)生器產(chǎn)生保護(hù)氣體，經(jīng)氣體壓力調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行壓力變換，通過(guò)單向閥送至傳感桿外周，以保護(hù)所述傳感桿不被高溫氧化。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明還提供了一種利用所述礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的礦熱爐內(nèi)電極測(cè)深方法，所述礦熱爐內(nèi)電極測(cè)深方法包括如下步驟：

34.步驟s1)：在傳感桿上每隔δl距離設(shè)置一個(gè)凹槽或突出物，最接近傳感桿下端面的凹槽或突出物為第n個(gè)凹槽或突出物，其距離傳感桿下端面的距離為s，s《δl；

35.步驟s2)：通過(guò)所述運(yùn)算控制裝置獲取傳感桿的總長(zhǎng)度h；其中，傳感桿頂端到最下端所述凹槽或突出物的距離為：n

×

δl；傳感桿第n個(gè)所述凹槽或突出物距離傳感桿下端面距離則傳感桿的總長(zhǎng)度則傳感桿的總長(zhǎng)度為超聲導(dǎo)波下端

平均速度；ts為傳感桿下端面反射超聲導(dǎo)波的接收時(shí)間；tn為第n個(gè)所述凹槽或突出物反射超聲導(dǎo)波的接收時(shí)間；

36.步驟s3)：經(jīng)測(cè)量得到礦熱爐用電極在礦熱爐外的長(zhǎng)度h，則礦熱爐用電極在礦熱爐內(nèi)的深度d＝h-h；礦熱爐用電極的下端部距離爐底的距離為：d＝l-d，l為礦熱爐總深度；其中，s、h、δl、h、d、d、l單位均為米(m)；ts、tn單位均為秒(s)；單位為米/秒(m/s)。

37.通過(guò)上述技術(shù)方案，在礦熱爐的運(yùn)行環(huán)境中，隨著電極在爐內(nèi)深度的增加，電極的溫度逐步提高。與此同時(shí)，超聲導(dǎo)波在傳感桿上的傳輸速度隨著溫度的提高，也發(fā)生了明顯的變化。由于超聲導(dǎo)波的傳輸速度不恒定，為了提高傳感桿長(zhǎng)度的測(cè)量精度，將傳感桿分段，分別獲取凹槽或突出物數(shù)量和超聲導(dǎo)波下端的平均速度，隨著δl的減小，測(cè)量精度得到提升。凹槽或突出物的縱剖面選自三角形、圓形或扇形、方形、多邊形和/或不規(guī)則形狀中的一種或多種；其中，δl/傳感桿總長(zhǎng)度h可以大于1/30，或者δl/傳感桿總長(zhǎng)度h大于1/20。δl的值取決于超聲脈沖的長(zhǎng)度，當(dāng)δl/傳感桿總長(zhǎng)度過(guò)小，不同凹槽反射的超聲導(dǎo)波信號(hào)容易重疊，導(dǎo)致難以對(duì)凹槽的反射信號(hào)進(jìn)行區(qū)分?？刂痞膌的大小利于實(shí)現(xiàn)超聲導(dǎo)波反射數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，繼而獲得經(jīng)氧化消耗后的傳感桿上凹槽或突出物數(shù)量。

38.本發(fā)明的有益效果如下：本發(fā)明的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)，通過(guò)在礦熱爐用電極內(nèi)部合理安放傳感桿，利用超聲導(dǎo)波具有在傳感桿端面、凹槽或突出物反射的特性，通過(guò)測(cè)量導(dǎo)波端部反射波的傳輸時(shí)間，獲得傳感桿長(zhǎng)度，同時(shí)利用傳感桿能夠跟隨電極消耗而消耗，即傳感桿長(zhǎng)度與電極長(zhǎng)度保持一致，即可同步獲取電極長(zhǎng)度及礦熱爐內(nèi)電極深度，避免了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)電極在礦熱爐內(nèi)深度的測(cè)量方法的缺陷，比如精準(zhǔn)度差、需要停產(chǎn)停礦熱爐、不能連續(xù)測(cè)量、工況及礦熱爐料影響測(cè)量、需要人工干預(yù)等，取得了意想不到的效果，可以有效且精確地、不需要停產(chǎn)停礦熱爐或人為干預(yù)地獲取礦熱爐內(nèi)電極深度，從而為控制電極提供數(shù)據(jù)依據(jù)，達(dá)到優(yōu)化工藝操作、節(jié)約電能、提高產(chǎn)品品質(zhì)及減少安全風(fēng)險(xiǎn)的目的，能夠產(chǎn)生極大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

39.圖1為本發(fā)明的礦熱爐用電極的溫度曲線(xiàn)示意圖。

40.圖2為本發(fā)明的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)在礦熱爐內(nèi)的側(cè)視圖。

41.圖3為本發(fā)明的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)在礦熱爐內(nèi)的俯視圖。

42.圖4為本發(fā)明的保護(hù)管和傳感桿的形狀示意圖。

43.圖5為本發(fā)明的換能器的放置位置圖。

44.圖6為本發(fā)明的凹槽設(shè)置和計(jì)算方案圖。

45.圖7為本發(fā)明的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

46.為了能夠進(jìn)一步了解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、特征及其他目的，現(xiàn)結(jié)合所附較佳實(shí)施例附以附圖詳細(xì)說(shuō)明如下，本附圖所說(shuō)明的實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，并非限定本發(fā)明。

47.礦熱爐內(nèi)通常高溫，比如礦熱爐是一個(gè)巨大的工業(yè)電礦熱爐，依靠三個(gè)自焙電極向礦熱爐內(nèi)輸送能量，從而熔煉礦熱爐料的裝置。如圖2和圖3所示，圖3也是圖2的a-a向剖

視圖，三個(gè)電極成品字形均勻布置在礦熱爐內(nèi)，其中礦熱爐用電極201、礦熱爐體202、礦熱爐料203。電極埋入礦熱爐料中釋放電弧熔煉礦熱爐料工作。

48.如圖2-5所示，本發(fā)明提供了一種礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)，包括礦熱爐用電極201、保護(hù)管101、傳感桿102、換能器103和運(yùn)算控制裝置；其中，傳感桿102安放在保護(hù)管101內(nèi)，保護(hù)管101與傳感桿102一起預(yù)埋貫通于礦熱爐用電極201內(nèi)，且保護(hù)管101和傳感桿102能夠隨礦熱爐用電極201同步消耗，保護(hù)管101內(nèi)通有惰性氣體、氮?dú)狻⒍趸蓟蚱浠旌蠚怏w；惰性氣體包括但不限于氦氣、氖氣、氬氣、氪氣、氙氣、氡氣中的一種或多種；換能器103位于傳感桿102的上端面和/或側(cè)面，如圖5所示，圖5為圖2中的i處放大圖，圖5中i-1圖顯示了換能器103位于傳感桿102的上端面，圖5中i-2圖顯示了換能器103位于傳感桿102的側(cè)面，換能器103用于發(fā)射和/或接收超聲導(dǎo)波，所述超聲導(dǎo)波在傳感桿102端面反射并沿傳感桿102傳輸；所述運(yùn)算控制裝置與換能器103電連接和信號(hào)連接，用于通過(guò)換能器103獲取超聲導(dǎo)波沿傳感桿102傳輸?shù)慕邮諘r(shí)間與速度，計(jì)算傳感桿102的長(zhǎng)度，并基于傳感桿102的長(zhǎng)度，計(jì)算礦熱爐用電極201在礦熱爐內(nèi)的深度。具體地，根據(jù)超聲導(dǎo)波的接收時(shí)間t與超聲導(dǎo)波的速度ν計(jì)算傳感桿總長(zhǎng)度h，并且將傳感桿總長(zhǎng)度h減去礦熱爐用電極在礦熱爐外的長(zhǎng)度h來(lái)確定礦熱爐用電極在礦熱爐內(nèi)的深度d。優(yōu)選地，礦熱爐用電極201包括自焙電極、石墨電極和碳素電極。

49.在礦熱爐用電極內(nèi)部形成狹小空間放置傳感桿，由于電磁波、聲波、超聲波均呈扇形發(fā)射，無(wú)法通過(guò)此狹小空間獲取回波。同時(shí)，由于電極下端部高溫且有空腔，紅外線(xiàn)及激光都不能夠有效獲取反射的光波，也就不能獲取此空間的長(zhǎng)度。所以要尋求一種能夠在狹小空間傳輸?shù)牟?，通過(guò)回波時(shí)間獲取空間長(zhǎng)度。而導(dǎo)波具備沿物體表面?zhèn)鬏數(shù)哪芰?，其傳輸路徑及空間取決于傳導(dǎo)體的形狀，這樣就實(shí)現(xiàn)了通過(guò)狹小空間獲取回波信號(hào)的目的。導(dǎo)波分電磁導(dǎo)波和超聲導(dǎo)波，其中電磁導(dǎo)波需要借助周邊介質(zhì)的介電常數(shù)不同物質(zhì)反射電磁波，由于碳材質(zhì)的介電常數(shù)遠(yuǎn)大于電極下端部空腔的介電常數(shù)，所以在碳和空腔的交界處無(wú)法獲取回波。

50.超聲導(dǎo)波具有沿傳感桿表面?zhèn)鬏數(shù)哪芰?，現(xiàn)有技術(shù)中，通常用于檢測(cè)管道的銹蝕、裂紋等缺陷。本發(fā)明利用超聲導(dǎo)波具有在傳感桿端面、凹槽或突出物反射的特性，通過(guò)測(cè)量導(dǎo)波端部反射波的傳輸時(shí)間，獲得傳感桿長(zhǎng)度，同時(shí)利用傳感桿能夠跟隨電極消耗而消耗，即傳感桿長(zhǎng)度與電極長(zhǎng)度保持一致，即可同步獲取電極長(zhǎng)度及礦熱爐內(nèi)電極深度。

51.由于超聲導(dǎo)波在沿傳感桿傳輸過(guò)程中如果和其他物體緊密接觸會(huì)形成回波干擾傳感桿端部，導(dǎo)致誤判傳感桿長(zhǎng)度，所以傳感桿可以使用保護(hù)管進(jìn)行保護(hù)。保護(hù)管還具有防止電極糊及其他物體將傳感桿包裹，防止超聲波被吸收，而接收不到回波信號(hào)的作用；同時(shí)還能利用保護(hù)管傳輸保護(hù)氣體，防止傳感桿在高溫下被其他物質(zhì)提前氧化而消耗。本發(fā)明所選擇的保護(hù)氣體，具有在高溫環(huán)境中，不與傳感桿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的能力，同時(shí)保護(hù)了保護(hù)管內(nèi)的傳感桿與空氣以及礦熱爐氣體隔絕，不被氧化。本發(fā)明中，傳感桿的下端部處于礦熱爐料的空腔內(nèi)，空腔橫截面遠(yuǎn)大于保護(hù)管的橫截面，保護(hù)氣體失去了對(duì)傳感桿的高溫保護(hù)作用，在高溫下這些物質(zhì)迅速的將傳感桿氧化，從而使傳感桿的下端面與保護(hù)管的下端面持平，而保護(hù)管的金屬、石墨、陶瓷等材料與空腔內(nèi)高溫氣體反應(yīng)，使保護(hù)管與電極下端面也持平，從而保證了本發(fā)明的電極深度測(cè)量的實(shí)現(xiàn)。由于爐子氣體的作用會(huì)導(dǎo)致傳感桿提前氧化，在通孔內(nèi)通惰性氣體或者氮?dú)?，既可以防止高溫氧化?duì)測(cè)量精度的影響，也可以進(jìn)

一步降低通孔內(nèi)溫度，加大通孔與空腔的溫度差，提高測(cè)量的精度。同時(shí)，保護(hù)管內(nèi)通有保護(hù)氣體，還可以指示保護(hù)管是否處于通暢的狀態(tài)，因?yàn)槿绻祟^被融化，則會(huì)導(dǎo)致保護(hù)管內(nèi)保護(hù)氣體壓力升高；并且還兼具吹開(kāi)短暫封堵的端頭的作用。

52.另外，傳感桿102上每隔δl距離設(shè)置一個(gè)凹槽或突出物，用于反射超聲導(dǎo)波，如圖6所示；最接近傳感桿102下端面的凹槽或突出物為第n個(gè)凹槽或突出物，其距離傳感桿102下端面的距離為s，s《δl；超聲導(dǎo)波沿傳感桿102傳輸，每個(gè)凹槽或突出物均生成反射波。

53.傳感桿總長(zhǎng)度h為：

54.(1)傳感桿頂端到最下端凹槽或突出物的距離為：n

×

δl；

55.(2)傳感桿第n個(gè)凹槽或突出物距離傳感桿下斷面距離距離傳感桿下斷面距離

56.傳感桿總長(zhǎng)度

57.其中，為超聲導(dǎo)波下端平均速度；

58.ts為傳感桿下端面反射波的接收時(shí)間；tn為第n個(gè)凹槽或突出物反射波的接收時(shí)間；

59.(3)電極在礦熱爐內(nèi)的深度d＝h-h；

60.礦熱爐用電極201的下端部距離爐底的距離為：d＝l-d；

61.其中，h為傳感桿總長(zhǎng)度；h為電極在礦熱爐外的長(zhǎng)度，經(jīng)測(cè)量得到l為礦熱爐總深度；s、h、δl、h、d、d、l單位均為米(m)；ts、tn單位均為秒(s)；單位為米/秒(m/s)。

62.在礦熱爐的運(yùn)行環(huán)境中，隨著電極在爐內(nèi)深度的增加，電極的溫度逐步提高。與此同時(shí)，超聲導(dǎo)波在傳感桿上的傳輸速度隨著溫度的提高，也發(fā)生了明顯的變化。由于超聲導(dǎo)波的傳輸速度不恒定，為了提高傳感桿長(zhǎng)度的測(cè)量精度，將傳感桿分段，分別獲取凹槽或突出物數(shù)量和超聲導(dǎo)波下端的平均速度，隨著δl的減小，測(cè)量精度得到提升。凹槽或突出物的縱剖面選自三角形、圓形或扇形、方形、多邊形和/或不規(guī)則形狀中的一種或多種；其中，δl/傳感桿總長(zhǎng)度h可以大于1/30，或者δl/傳感桿總長(zhǎng)度h大于1/20。δl的值取決于超聲脈沖的長(zhǎng)度，當(dāng)δl/傳感桿總長(zhǎng)度過(guò)小，不同凹槽反射的超聲導(dǎo)波信號(hào)容易重疊，導(dǎo)致難以對(duì)凹槽的反射信號(hào)進(jìn)行區(qū)分?？刂痞膌的大小利于實(shí)現(xiàn)超聲導(dǎo)波反射數(shù)量的統(tǒng)計(jì)，繼而獲得經(jīng)氧化消耗后的傳感桿上凹槽或突出物數(shù)量。

63.礦熱爐內(nèi)溫度很高，比如礦熱爐的電極端部溫度高達(dá)1600℃-2200℃，還埋在礦熱爐料里，任何傳感器在這樣環(huán)境下都無(wú)法生存，況且電極的材質(zhì)是石墨化的碳材料，長(zhǎng)度約15-20米，任何電磁波、聲波、光波、太赫茲波都無(wú)法穿透。電極的外邊有礦熱爐料、礦熱爐磚、礦熱爐體鋼板的保護(hù)，即使采用x射線(xiàn)、α射線(xiàn)、β射線(xiàn)、γ射線(xiàn)和中子射線(xiàn)也需要進(jìn)行電子加速方可穿透，這樣的成本在500-1000萬(wàn)左右，經(jīng)濟(jì)上無(wú)法接受，同時(shí)帶來(lái)射線(xiàn)污染。本發(fā)明提供的利用超聲導(dǎo)波測(cè)量電極深度的系統(tǒng)則能穿透厚重的電極直達(dá)電極端部，同時(shí)能將探測(cè)用的波信號(hào)送至電極端部，還能取得回波信號(hào)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電極長(zhǎng)度的測(cè)量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電極入礦熱爐深度的測(cè)量。

64.優(yōu)選地，如圖7所示，所述運(yùn)算控制裝置包括運(yùn)算控制模塊110，運(yùn)算控制模塊110與大功率超聲激勵(lì)模塊105電連接和信號(hào)連接，大功率超聲激勵(lì)模塊105與傳感器匹配電路104電連接和信號(hào)連接，傳感器匹配電路104分別與換能器103和帶通濾波電路107電連接和信號(hào)連接，帶通濾波電路107與增益調(diào)整電路108電連接和信號(hào)連接，增益調(diào)整電路108與數(shù)

字采集電路109電連接和信號(hào)連接，數(shù)字采集電路109與運(yùn)算控制模塊110電連接和信號(hào)連接，運(yùn)算控制模塊110通過(guò)通信模塊111與人機(jī)交互模塊信號(hào)連接；其中，運(yùn)算控制模塊110向大功率超聲激勵(lì)模塊105發(fā)送觸發(fā)指令，大功率超聲激勵(lì)模塊105產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，所述觸發(fā)信號(hào)通過(guò)傳感器匹配電路104作用于換能器103，以使換能器103產(chǎn)生超聲導(dǎo)波信號(hào)，所述超聲導(dǎo)波信號(hào)在傳感桿102表面?zhèn)鞑ズ头瓷洌瑩Q能器103接收反射波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)傳感器匹配電路104傳輸給帶通濾波電路107，再經(jīng)增益調(diào)整電路108傳輸給數(shù)字采集電路109進(jìn)行濾波和放大，最后數(shù)字采集電路109將超聲導(dǎo)波反射數(shù)據(jù)上傳至運(yùn)算控制模塊110，運(yùn)算控制模塊110對(duì)所述超聲導(dǎo)波反射數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算時(shí)間和/或距離參數(shù)，經(jīng)通信模塊111將數(shù)據(jù)處理結(jié)果傳輸給所述人機(jī)交互模塊；所述人機(jī)交互模塊還可以通過(guò)反饋機(jī)制，反向調(diào)節(jié)運(yùn)算控制模塊110中的預(yù)設(shè)參數(shù)，包括末端聲速，以提高所述數(shù)據(jù)處理精度。該人機(jī)交互模塊可以調(diào)節(jié)運(yùn)算控制模塊中的運(yùn)算定值，比如δl長(zhǎng)度、傳感桿下端部平均聲速、測(cè)量周期這些數(shù)據(jù)，影響運(yùn)算結(jié)果。

65.所述人機(jī)交互模塊包括遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊112和/或就地人機(jī)交互模塊113；遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊112位于所述電極測(cè)深系統(tǒng)遠(yuǎn)端，就地人機(jī)交互模塊113位于所述電極測(cè)深系統(tǒng)近端。

66.優(yōu)選地，如圖7所示，所述電極測(cè)深系統(tǒng)還包括保護(hù)氣體發(fā)生器114、氣體壓力調(diào)節(jié)裝置115和/或單向閥116，保護(hù)氣體發(fā)生器114與氣體壓力調(diào)節(jié)裝置115連接，氣體壓力調(diào)節(jié)裝置115與單向閥116連接，單向閥116伸入保護(hù)管101內(nèi)；其中，保護(hù)氣體發(fā)生器114產(chǎn)生保護(hù)氣體，經(jīng)氣體壓力調(diào)節(jié)裝置115進(jìn)行壓力變換，通過(guò)單向閥116送至傳感桿102外周，以保護(hù)所述傳感桿102不被高溫氧化。

67.優(yōu)選地，換能器103為電磁超聲換能器和/或磁致伸縮換能器和/或壓電換能器。

68.優(yōu)選地，保護(hù)管101的熔點(diǎn)在2000℃以上，保護(hù)管101的材質(zhì)為金屬材料、石墨和/或陶瓷材料中的一種或多種；所述金屬材料選自鎢、鉬、錸、銥、鑭的單體和/或混合物中的一種或多種；所述陶瓷材料為氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、碳化硅、硅化鉬、碳化鉬、碳化鈦的單體或其混合物、氧化鋯或氧化鋁氣凝膠和/或氣凝膠纖維中的一種或多種。

69.經(jīng)過(guò)發(fā)明人多次試驗(yàn)研究，所選擇的保護(hù)管的材質(zhì)具有與礦熱爐用電極同步消耗的優(yōu)勢(shì)，從而保證了其內(nèi)安放的傳感桿的長(zhǎng)度，和礦熱爐用電極在礦熱爐內(nèi)的深度之間的緊密關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而保證了本發(fā)明電極深度測(cè)量的準(zhǔn)確性。進(jìn)一步地，金屬材質(zhì)可以用來(lái)防止保護(hù)管被球狀電極糊砸壞，同時(shí)還具備防止糊狀電極糊侵蝕保護(hù)管的作用，石墨材質(zhì)可以用來(lái)支撐保護(hù)管的下端部，高溫下保持順暢，防止金屬管熔融物堵塞保護(hù)管。陶瓷材質(zhì)可以用來(lái)防止高溫下傳感桿與石墨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致過(guò)早熔斷的目的。保護(hù)管為規(guī)則和/或不規(guī)則管狀，包括但不限于方管、圓管、橢圓管、多邊形管、不規(guī)則形狀管中的一種或多種，如圖4所示，圖4為圖3中的ⅱ處放大圖，圖4中

ⅱ?

1圖顯示了保護(hù)管101為圓管的示例，圖4中

ⅱ?

2圖顯示了保護(hù)管101為方管的示例。

70.優(yōu)選地，傳感桿102的熔點(diǎn)在2000℃以上，傳感桿102的材質(zhì)為金屬材料、石墨和/或陶瓷材料中的一種或多種；所述金屬材料選自鎢、鉬、錸、銥、鑭的單體和/或混合物中的一種或多種；所述陶瓷材料選自氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、碳化硅、硅化鉬的單體和/或混合物中的一種或多種。優(yōu)選地，傳感桿102的熔點(diǎn)在2200℃以上，傳感桿102的材質(zhì)為石墨、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、鎢、鉬的單體和/或混合物中的一種或多種。

71.經(jīng)過(guò)發(fā)明人多次試驗(yàn)研究，所選擇的傳感桿的材質(zhì)，能夠保證所述傳感桿具有良好的超聲導(dǎo)波傳輸和反射性能，一方面避免了該傳感桿在礦熱爐用電極內(nèi)部融化，從而吸收超聲導(dǎo)波，難以形成反射波的問(wèn)題；另一方面采用了高溫易氧化的材質(zhì)，使得該傳感桿超出電極端頭部分能夠在高溫下被爐氣氧化，實(shí)現(xiàn)與礦熱爐用電極一起消耗，達(dá)到指示電極的位置目的，從而保證了本發(fā)明在礦熱爐內(nèi)電極深度測(cè)量的準(zhǔn)確性。

72.礦熱爐電極在工作時(shí)，在電弧與爐內(nèi)氣體的作用下會(huì)在電極的端

73.部形成一個(gè)空腔，空腔大小與所冶煉的品種及爐況有關(guān)，空腔內(nèi)由于電弧放電產(chǎn)生極高溫度及大量的氣體，電極端頭內(nèi)部溫度約2000℃-3000℃，遠(yuǎn)低于空腔溫度，電極下端面處于起弧位置，空腔中溫度飆升，估計(jì)在4000℃-10000℃，電極溫度曲線(xiàn)示意圖如圖1所示，圖1中橫軸代表電極h從頂端到低端到達(dá)空腔的溫度曲線(xiàn)。由圖1可知，獲取電極端部位置即為獲取電極與空腔氣體交界面的位置。

74.本發(fā)明，從電極內(nèi)部預(yù)埋一個(gè)貫通的通孔，經(jīng)發(fā)明人研究，在通孔內(nèi)放入一個(gè)熔點(diǎn)大于2000℃，優(yōu)選為2200℃的傳感桿(如圖2所示)，當(dāng)傳感桿從電極的中孔內(nèi)穿過(guò)后，到達(dá)電極下端面與空腔交界面的位置，突出部分將迅速熔化氧化。當(dāng)電極逐漸消耗時(shí)，傳感桿即可實(shí)現(xiàn)隨著礦熱爐內(nèi)電極同步消耗，此時(shí)傳感桿的長(zhǎng)度即代表電極的長(zhǎng)度，通過(guò)測(cè)量傳感桿長(zhǎng)度和電極爐外的深度即可計(jì)算電極插入爐內(nèi)的深度。

75.本發(fā)明提供的一種礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于冶煉礦石、碳質(zhì)還原劑的電弧電礦熱爐和/或電阻電礦熱爐內(nèi)電極測(cè)深；優(yōu)選自鐵合金礦熱爐、電石礦熱爐、黃磷礦熱爐、硅鈣礦熱爐、碳化硅礦熱爐和/或工業(yè)硅礦熱爐內(nèi)電極測(cè)深。在上述礦熱爐的使用過(guò)程中，電極插入礦熱爐內(nèi)深度對(duì)于冶煉工藝極為重要。冶煉工藝要求三相電極的功率中心和幾何中心重合且插入深度合理才能獲得好的冶煉效率及低的能耗，電極深度位置不合理還導(dǎo)致焙燒出現(xiàn)生料層，影響產(chǎn)品品質(zhì)，還易引起噴料導(dǎo)致設(shè)備損壞及人員傷亡等事故，因此精確地獲取電極的插入深度對(duì)于礦熱爐冶煉工業(yè)安全、高效的生產(chǎn)極為必要。

76.本發(fā)明還提供了一種礦熱爐內(nèi)電極測(cè)深方法，所述方法通過(guò)上述礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括如下步驟：

77.步驟s1)：在傳感桿102上每隔δl距離設(shè)置一個(gè)凹槽或突出物，最接近傳感桿102下端面的凹槽或突出物為第n個(gè)凹槽或突出物，其距離傳感桿102下端面的距離為s，s《δl；如圖6所示。

78.步驟s2)：通過(guò)所述運(yùn)算控制裝置獲取傳感桿102的總長(zhǎng)度h。

79.其中，傳感桿102頂端到最下端所述凹槽或突出物的距離為：n

×

δl；傳感桿102第n個(gè)所述凹槽或突出物距離傳感桿102下端面距離則傳感桿102的總長(zhǎng)度則傳感桿102的總長(zhǎng)度為超聲導(dǎo)波下端平均速度；ts為傳感桿102下端面反射超聲導(dǎo)波的接收時(shí)間；tn為第n個(gè)所述凹槽或突出物反射超聲導(dǎo)波的接收時(shí)間。

80.步驟s3)：經(jīng)測(cè)量得到礦熱爐用電極201在礦熱爐外的長(zhǎng)度h，則礦熱爐用電極201在礦熱爐內(nèi)的深度d＝h-h，礦熱爐用電極201的下端部距離爐底的距離為：d＝l-d，l為礦熱爐總深度。

81.上述s、h、δl、h、d、d、l單位均為米(m)；ts、tn單位均為秒(s)；單位為米/秒(m/s)。

82.實(shí)施例1

83.本發(fā)明的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的一種實(shí)施方式：

84.所述電極測(cè)深系統(tǒng)包括保護(hù)管101、傳感桿102、換能器103、傳感器匹配電路104、大功率超聲激勵(lì)模塊105、存儲(chǔ)模塊106、帶通濾波電路107、增益調(diào)整電路108、數(shù)字采集電路109、運(yùn)算控制模塊110、通信模塊111、遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊112、就地人機(jī)交互模塊113、保護(hù)氣體發(fā)生器114、氣體壓力調(diào)節(jié)裝置115、單向閥116組成。

85.其中，保護(hù)管101預(yù)埋貫通于礦熱爐用電極201內(nèi)，礦熱爐用電極201采用自焙電極，保護(hù)管101的材質(zhì)為石墨、邊長(zhǎng)30mm正方形狀管；傳感桿102的材質(zhì)為鎢，橫截面為長(zhǎng)徑2.5毫米，長(zhǎng)短徑比2：1的橢圓形的柱狀，安放于保護(hù)管101中；將換能器103安裝在傳感桿102的側(cè)端面，如圖5中i-2圖所示。

86.保護(hù)氣體發(fā)生器114制取保護(hù)氣體，比如氦氣等在使用的高溫環(huán)境不與傳感桿102發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體(以下簡(jiǎn)稱(chēng)保護(hù)氣)。保護(hù)氣經(jīng)氣體調(diào)節(jié)裝置115進(jìn)行壓力變換后，保持通氣壓力為1.10大氣壓，通過(guò)單向閥后116送至保護(hù)管101對(duì)傳感桿102進(jìn)行高溫保護(hù)。

87.遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊112與就地人機(jī)交互模塊113將采集數(shù)據(jù)指令通過(guò)通信模塊111傳輸給運(yùn)算控制模塊111，運(yùn)算控制模塊110中的軟件向大功率超聲激勵(lì)模塊105發(fā)送信號(hào)使其產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)傳感器匹配電路104作用于換能器103，換能器103將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲信號(hào)，超聲信號(hào)通過(guò)傳感桿102傳播至下端面產(chǎn)生反射回波，換能器103將反射的回波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給傳感器匹配電路104傳輸給帶通濾波電路107，再經(jīng)增益調(diào)整電路108后傳輸給數(shù)字采集電路109進(jìn)行濾波和放大，存儲(chǔ)模塊106將數(shù)據(jù)上傳至運(yùn)算控制模塊110。

88.運(yùn)算控制模塊110對(duì)超聲導(dǎo)波反射數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算出時(shí)間及距離等數(shù)據(jù)，比如超聲導(dǎo)波的接收時(shí)間t等，結(jié)合超聲導(dǎo)波速度ν，根據(jù)公式傳感桿總長(zhǎng)度h＝t

×

ν/2,得到傳感桿總長(zhǎng)度；根據(jù)拉繩測(cè)距儀測(cè)得的定制數(shù)據(jù)h，使用公式電極深度d＝h-h，得到電極在礦熱爐內(nèi)的深度。

89.運(yùn)算控制模塊直接將計(jì)算出時(shí)間及距離，包括傳感桿長(zhǎng)度和電極在礦熱爐內(nèi)的深度等數(shù)據(jù)，經(jīng)通信模塊111傳輸給遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊112，或者經(jīng)通信模塊111傳輸給就地人機(jī)交互模塊113。

90.人機(jī)交互模塊(遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊112和就地人機(jī)交互模塊113)可以將設(shè)置定值傳輸給運(yùn)算控制模塊，改變運(yùn)算控制模塊中的定制，便于運(yùn)算控制模塊中的軟件對(duì)計(jì)算出時(shí)間及距離等數(shù)據(jù)。

91.實(shí)施例2

92.本發(fā)明的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式：

93.所述電極測(cè)深系統(tǒng)包括保護(hù)管101、傳感桿102、換能器103、傳感器匹配電路104、大功率超聲激勵(lì)模塊105、存儲(chǔ)模塊106、帶通濾波電路107、增益調(diào)整電路108、數(shù)字采集電路109、運(yùn)算控制模塊110、通信模塊111、遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊112、就地人機(jī)交互模塊113、保護(hù)氣體發(fā)生器114、氣體壓力調(diào)節(jié)裝置115、單向閥116組成。其中，保護(hù)管101預(yù)埋貫通于礦熱爐用電極201內(nèi)，礦熱爐用電極201采用自焙電極，為直徑30mm的圓管。該保護(hù)管101為兩層結(jié)構(gòu)，外層為石墨材料，內(nèi)層為氧化鋯氣凝膠。傳感桿102的材質(zhì)為鉬鑭合金，橫截面為直徑1.5毫米圓形的柱狀，安放于保護(hù)管101中；在傳感桿102上每隔100cm設(shè)置一個(gè)凹槽用于反射超聲導(dǎo)波，凹槽縱剖面為半圓形，將換能器103安裝在傳感桿102的上端面，如圖5中i-1

圖所示。

94.保護(hù)氣體發(fā)生器114制取保護(hù)氣體，比如氦氣等在使用的高溫環(huán)境不與傳感桿發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的氣體(以下簡(jiǎn)稱(chēng)保護(hù)氣)。保護(hù)氣經(jīng)氣體調(diào)節(jié)裝置115進(jìn)行壓力變換后，保持通氣壓力為1.05大氣壓，通過(guò)單向閥后116送至保護(hù)管101對(duì)傳感桿102進(jìn)行高溫保護(hù)。

95.遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊112與就地人機(jī)交互模塊113將采集數(shù)據(jù)指令通過(guò)通信模塊111傳輸給運(yùn)算控制模塊111，運(yùn)算控制模塊110中的軟件通過(guò)大功率超聲激勵(lì)模塊105發(fā)送信號(hào)使其產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，通過(guò)傳感器匹配電路104作用于換能器103，換能器103將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲信號(hào)，超聲信號(hào)通過(guò)傳感桿102傳播至下端面產(chǎn)生反射回波，換能器103將反射的回波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸給帶通濾波電路107，再經(jīng)增益調(diào)整電路108后傳輸給數(shù)字采集電路109進(jìn)行濾波和放大，然后將數(shù)據(jù)上傳至運(yùn)算控制模塊110；運(yùn)算控制模塊110對(duì)超聲導(dǎo)波反射數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計(jì)算出時(shí)間及距離等數(shù)據(jù)，比如：

96.由反射波數(shù)量和超聲導(dǎo)波的平均速度，得到最接近傳感器下端面的凹槽為第n個(gè)凹槽。獲取傳感桿下端面反射波的接受時(shí)間ts，和第n個(gè)凹槽反射波的接收時(shí)間tn；

97.利用公式：得到傳感桿總長(zhǎng)度h4、h5、h6。

98.根據(jù)激光測(cè)距儀測(cè)得的定制數(shù)據(jù)h，使用公式電極深度d＝h-h，得到電極在礦熱爐內(nèi)的深度。

99.運(yùn)算控制模塊直接將計(jì)算出時(shí)間及距離，包括傳感桿長(zhǎng)度和電極在礦熱爐內(nèi)的深度等數(shù)據(jù)，經(jīng)通信模塊111傳輸給遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊112，或者經(jīng)通信模塊111傳輸給就地人機(jī)交互模塊113。

100.人機(jī)交互模塊(遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊112和就地人機(jī)交互模塊113)可以將設(shè)置定值傳輸給運(yùn)算控制模塊，改變運(yùn)算控制模塊中的定制，便于運(yùn)算控制模塊中的軟件對(duì)計(jì)算出時(shí)間及距離等數(shù)據(jù)。

101.實(shí)施例3

102.在礦熱爐內(nèi)溫度大約是1800℃-2200℃，容量為33000kva規(guī)模的電石礦熱爐內(nèi)，針對(duì)自焙電極，采用不同的試驗(yàn)方法，比較電極深度的測(cè)量結(jié)果。

103.現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)量電極長(zhǎng)度采用的對(duì)比實(shí)施方式1：

104.對(duì)自焙電極1，采用累積法，根據(jù)每天添加的電極糊以及消耗的速度推測(cè)電極長(zhǎng)度。分別在第7天，第14天和第21天，估算自焙電極在礦熱爐內(nèi)的深度，得到電極深度的大約為1.3m、0.9m、0.6m。

105.本發(fā)明提供的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)和方法的一種實(shí)施方式：

106.在自焙電極1內(nèi)預(yù)埋貫通的保護(hù)管，保護(hù)管材質(zhì)外層為石墨，內(nèi)層為氧化鋁涂層。保護(hù)管為規(guī)則和/或不規(guī)則管狀，包括但不限于方管、圓管、橢圓管、多邊形管、不規(guī)則形狀管中的一種或多種，本實(shí)施方式中保護(hù)管為規(guī)則的圓管，內(nèi)徑為30mm。傳感桿材質(zhì)為鉬，橫截面的直徑為2毫米圓形的實(shí)心柱，安放于保護(hù)管內(nèi)；換能器為磁致伸縮換能器，安裝在傳感桿的上端面。

107.保護(hù)管內(nèi)通有保護(hù)氣體氮?dú)?，通氣壓力?.05個(gè)大氣壓,該保護(hù)氣體可以保護(hù)傳感桿在高溫下，在保護(hù)管內(nèi)不被氧化，同時(shí)，隨著該保護(hù)氣體在傳感桿下端面的溢出，使得傳感桿下端面沒(méi)有受到保護(hù)，從而因氧化而消耗，使得該傳感桿與自焙電極保持同一長(zhǎng)度。

108.分別在第7天、第14天、第21天采用換能器發(fā)射超聲導(dǎo)波，使超聲導(dǎo)波沿傳感桿傳

輸，超聲導(dǎo)波傳輸速度為5625m/s，到達(dá)傳感桿底部后反射，換能器接收反射波，轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)；獲得超聲導(dǎo)波的接收時(shí)間7.11ms、6.90ms、6.76ms，由超聲導(dǎo)波的接收時(shí)間t與超聲導(dǎo)波速度ν乘積的1/2，得到傳感桿總長(zhǎng)度h為20m、19.4m、19m；由紅外測(cè)距儀，測(cè)量得到電極在礦熱爐外的長(zhǎng)度h為18.75m、18.28m、18.00m，由傳感桿總長(zhǎng)度h減去所述電極在礦熱爐外的長(zhǎng)度h，得到電極在礦熱爐內(nèi)的深度1.25m、1.12m、1.00m。

109.分別在第7天、第14天、第21天，使用超聲導(dǎo)波測(cè)量電極深度后，停工停礦熱爐，將電極抬升至下端面露出礦熱爐料，使用激光測(cè)量實(shí)際的電極長(zhǎng)度，分別為19.95m、19.46m、19.06m。結(jié)合分別測(cè)量得到的電極在礦熱爐外的長(zhǎng)度h，得到電極在礦熱爐內(nèi)的實(shí)際深度為1.20m、1.18m、1.06m。

110.由下表1可知，使用本發(fā)明的上述超聲導(dǎo)波測(cè)量電極深度的方法，精準(zhǔn)度達(dá)到95％左右，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)中使用的累積法，足以提高產(chǎn)品品質(zhì)，并且也可以替代停工停礦熱爐，具有極高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

111.表1

[0112][0113]

實(shí)施例4

[0114]

在礦熱爐內(nèi)溫度大約是1800℃-2200℃，容量為33000kva規(guī)模的電石礦熱爐內(nèi)，針對(duì)自焙電極，采用不同的試驗(yàn)方法，比較電極深度的測(cè)量結(jié)果。

[0115]

現(xiàn)有技術(shù)中測(cè)量電極長(zhǎng)度采用的對(duì)比實(shí)施方式2：

[0116]

對(duì)自焙電極2，采用探針?lè)?，用一根鐵釬插入礦熱爐內(nèi)觸碰電極，多次插探探測(cè)電極端面，進(jìn)而應(yīng)用勾股定理計(jì)算電極插入深度。分別在第8天，第16天和第24天，計(jì)算、測(cè)量自焙電極在礦熱爐內(nèi)的深度，得到電極深度的數(shù)據(jù)1.2m、1.0m、0.9m。

[0117]

本發(fā)明提供的礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)和方法的另一種實(shí)施方式：

[0118]

在自焙電極2內(nèi)預(yù)埋貫通的保護(hù)管，保護(hù)管為規(guī)則的方形管，邊長(zhǎng)為50mm。該保護(hù)管為石墨材料。傳感桿材質(zhì)為鎢錸合金，橫截面的長(zhǎng)為5毫米，寬為0.5毫米的長(zhǎng)方形實(shí)心柱，安放于保護(hù)管內(nèi)，長(zhǎng)度19m；換能器為壓電換能器，安裝在傳感桿的側(cè)端面。

[0119]

在傳感桿上每隔120cm設(shè)置一個(gè)凹槽用于反射超聲導(dǎo)波，凹槽縱剖面為等邊三角形，將換能器安裝在傳感桿的上端面。同時(shí)由于自焙電極、保護(hù)管、傳感桿在礦熱爐內(nèi)的消耗，在每天補(bǔ)充電極糊制作自焙電極的同時(shí)，適時(shí)補(bǔ)充每根1.2m長(zhǎng)度的保護(hù)管和傳感桿，與已埋入的保護(hù)管和傳感桿通過(guò)螺紋或焊接連接。

[0120]

保護(hù)管內(nèi)通有保護(hù)氣體氬氣，通氣壓力為1.05大氣壓。該保護(hù)氣體可以保護(hù)傳感桿在高溫下，在保護(hù)管內(nèi)不被氧化，同時(shí)，隨著該保護(hù)氣體在傳感桿下端面的溢出，使得傳感桿下端面沒(méi)有受到保護(hù)，從而因氧化而消耗，使得該傳感桿與自焙電極保持同一長(zhǎng)度。

[0121]

在第8天，第16天和第24天，使換能器發(fā)射超聲導(dǎo)波，沿傳感桿傳輸，濾除二次及以上反射波后，計(jì)算收到的一次反射波數(shù)量分別為19個(gè)、18個(gè)、19個(gè)，減去下端面反射波數(shù)量

為1，由此最接近傳感桿下端面的凹槽為第18個(gè)、第17個(gè)和第18個(gè)凹槽?？芍?，最接近傳感桿下端面的凹槽距離傳感桿上端面的距離為21.6m、20.4m、21.6m。

[0122]

模擬計(jì)算后測(cè)定超聲導(dǎo)波的平均速度3786m/s，獲取傳感桿下端面反射波的接受時(shí)間11.83ms、11.25ms、11.57ms，和第8天、第16天、第24天的第18個(gè)、第17個(gè)和第18個(gè)凹槽反射波的接收時(shí)間11.41ms、10.78ms、11.41ms。

[0123]

利用公式：得到傳感桿總長(zhǎng)度分別為22.40m、21.29m、21.90m；

[0124]

使用激光測(cè)距儀，獲得電極在礦熱爐外的長(zhǎng)度h分別為21.12m、20.11m、20.75m；

[0125]

由d＝h-h；得到電極在礦熱爐內(nèi)的深度1.28m、1.18m、1.15m。

[0126]

分別在第8天、第16天、第24天，使用超聲導(dǎo)波測(cè)量電極深度后，停工停礦熱爐，將電極抬升至下端面露出礦熱爐料，使用激光測(cè)量實(shí)際的電極長(zhǎng)度，分別為22.42m、21.32m、21.87m。結(jié)合分別測(cè)量得到的電極在礦熱爐外的長(zhǎng)度h，得到電極在礦熱爐內(nèi)的實(shí)際深度為1.30m、1.21m、1.12m。

[0127]

由下表2可知，使用本發(fā)明的上述超聲導(dǎo)波測(cè)量電極深度的方法，精準(zhǔn)度達(dá)到97％以上，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)中使用的探針?lè)ǎ阋蕴岣弋a(chǎn)品品質(zhì)，并且也可以替代停工停礦熱爐，具有極高的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

[0128]

表2

[0129][0130]

需要聲明的是，上述發(fā)明內(nèi)容及具體實(shí)施方式意在證明本發(fā)明所提供技術(shù)方案的實(shí)際應(yīng)用，不應(yīng)解釋為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明的精神和原理內(nèi)，當(dāng)可作各種修改、等同替換或改進(jìn)。本發(fā)明的保護(hù)范圍以所附權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。技術(shù)特征：

1.一種礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)，其特征在于，所述電極測(cè)深系統(tǒng)包括保護(hù)管(101)、傳感桿(102)、換能器(103)和運(yùn)算控制裝置；其中，傳感桿(102)安放在保護(hù)管(101)內(nèi)，保護(hù)管(101)與傳感桿(102)一起預(yù)埋貫通于礦熱爐用電極(201)內(nèi)，且保護(hù)管(101)和傳感桿(102)能夠隨礦熱爐用電極(201)同步消耗，保護(hù)管(101)內(nèi)通有惰性氣體、氮?dú)?、二氧化碳或其混合氣體；換能器(103)位于傳感桿(102)的上端面和/或側(cè)面，用于發(fā)射和/或接收超聲導(dǎo)波，所述超聲導(dǎo)波在傳感桿(102)端面反射并沿傳感桿(102)傳輸；所述運(yùn)算控制裝置與換能器(103)電連接和信號(hào)連接，用于通過(guò)換能器(103)獲取超聲導(dǎo)波沿傳感桿(102)傳輸?shù)慕邮諘r(shí)間t與速度v，根據(jù)所述超聲導(dǎo)波的接收時(shí)間t與超聲導(dǎo)波的速度ν計(jì)算傳感桿總長(zhǎng)度h，并且將所述傳感桿總長(zhǎng)度h減去所述礦熱爐用電極在礦熱爐外的長(zhǎng)度h來(lái)確定所述礦熱爐用電極在礦熱爐內(nèi)的深度d。2.如權(quán)利要求1所述的電極測(cè)深系統(tǒng)，其特征在于，礦熱爐用電極(201)包括自焙電極、石墨電極和碳素電極。3.如權(quán)利要求1所述的電極測(cè)深系統(tǒng)，其特征在于，換能器(103)為電磁超聲換能器和/或磁致伸縮換能器和/或壓電換能器。4.如權(quán)利要求1所述的電極測(cè)深系統(tǒng)，其特征在于，保護(hù)管(101)的熔點(diǎn)在2000℃以上，保護(hù)管(101)的材質(zhì)為金屬材料、石墨和/或陶瓷材料中的一種或多種；所述金屬材料選自鎢、鉬、錸、銥、鑭的單體和/或混合物中的一種或多種；所述陶瓷材料為氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、碳化硅、硅化鉬、碳化鉬、碳化鈦的單體或其混合物、氧化鋯或氧化鋁氣凝膠和/或氣凝膠纖維中的一種或多種。5.如權(quán)利要求1所述的電極測(cè)深系統(tǒng)，其特征在于，傳感桿(102)的熔點(diǎn)在2000℃以上，傳感桿(102)的材質(zhì)為金屬材料、石墨和/或陶瓷材料中的一種或多種；所述金屬材料選自鎢、鉬、錸、銥、鑭的單體和/或混合物中的一種或多種；所述陶瓷材料選自氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、碳化硅、硅化鉬的單體和/或混合物中的一種或多種。6.如權(quán)利要求5所述的電極測(cè)深系統(tǒng)，其特征在于，傳感桿(102)的熔點(diǎn)在2200℃以上，傳感桿(102)的材質(zhì)為石墨、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、鎢、鉬的單體和/或混合物中的一種或多種。7.如權(quán)利要求1所述的電極測(cè)深系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感桿(102)上每隔δl距離設(shè)置一個(gè)凹槽或突出物，用于反射所述超聲導(dǎo)波；最接近所述傳感桿(102)下端面的凹槽或突出物為第n個(gè)凹槽或突出物，其距離所述傳感桿(102)下端面的距離為s，s<δl；所述超聲導(dǎo)波沿所述傳感桿(102)傳輸，每個(gè)所述凹槽均生成反射波；所述傳感桿總長(zhǎng)度h為：(1)所述傳感桿頂端到最下端凹槽或突出物的距離為：n

×

δl；(2)所述傳感桿第n個(gè)凹槽或突出物距離所述傳感桿下斷面距離所述傳感桿總長(zhǎng)度其中，為超聲導(dǎo)波下端平均速度；ts為傳感桿下端面反射波的接收時(shí)間；tn為第n個(gè)凹槽或突出物反射波的接收時(shí)間；(3)所述礦熱爐用電極在礦熱爐內(nèi)的深度d＝h-h；

礦熱爐用電極(201)的下端部距離爐底的距離為：d＝l-d；其中，h為所述傳感桿總長(zhǎng)度；h為所述礦熱爐用電極在礦熱爐外的長(zhǎng)度，經(jīng)測(cè)量得到；l為礦熱爐總深度；s、h、δl、h、d、d、l單位均為米(m)；ts、tn單位均為秒(s)；單位為米/秒(m/s)。8.如權(quán)利要求1所述的電極測(cè)深系統(tǒng)，其特征在于，所述運(yùn)算控制裝置包括運(yùn)算控制模塊(110)，運(yùn)算控制模塊(110)與大功率超聲激勵(lì)模塊(105)電連接和信號(hào)連接，大功率超聲激勵(lì)模塊(105)與傳感器匹配電路(104)電連接和信號(hào)連接，傳感器匹配電路(104)分別與換能器(103)和帶通濾波電路(107)電連接和信號(hào)連接，帶通濾波電路(107)與增益調(diào)整電路(108)電連接和信號(hào)連接，增益調(diào)整電路(108)與數(shù)字采集電路(109)電連接和信號(hào)連接，數(shù)字采集電路(109)與運(yùn)算控制模塊(110)電連接和信號(hào)連接，運(yùn)算控制模塊(110)通過(guò)通信模塊(111)與人機(jī)交互模塊信號(hào)連接；其中，運(yùn)算控制模塊(110)向大功率超聲激勵(lì)模塊(105)發(fā)送觸發(fā)指令，大功率超聲激勵(lì)模塊(105)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，所述觸發(fā)信號(hào)通過(guò)傳感器匹配電路(104)作用于換能器(103)，以使換能器(103)產(chǎn)生超聲導(dǎo)波信號(hào)，所述超聲導(dǎo)波信號(hào)在傳感桿(102)表面?zhèn)鞑ズ头瓷洌瑩Q能器(103)接收反射波轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；經(jīng)傳感器匹配電路(104)傳輸給帶通濾波電路(107)，再經(jīng)增益調(diào)整電路(108)傳輸給數(shù)字采集電路(109)進(jìn)行濾波和放大，最后數(shù)字采集電路(109)將超聲導(dǎo)波反射數(shù)據(jù)上傳至運(yùn)算控制模塊(110)；運(yùn)算控制模塊(110)對(duì)所述超聲導(dǎo)波反射數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算時(shí)間和/或距離參數(shù)，經(jīng)通信模塊(111)將數(shù)據(jù)處理結(jié)果傳輸給所述人機(jī)交互模塊；所述人機(jī)交互模塊還可以通過(guò)反饋機(jī)制，反向調(diào)節(jié)運(yùn)算控制模塊(110)中的預(yù)設(shè)參數(shù)，以提高所述數(shù)據(jù)處理精度。9.如權(quán)利要求8所述的電極測(cè)深系統(tǒng)，其特征在于，所述人機(jī)交互模塊包括遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊(112)和/或就地人機(jī)交互模塊(113)；遠(yuǎn)方人機(jī)交互模塊(112)位于所述電極測(cè)深系統(tǒng)遠(yuǎn)端，就地人機(jī)交互模塊(113)位于所述電極測(cè)深系統(tǒng)近端。10.如權(quán)利要求1-9任一所述的電極測(cè)深系統(tǒng)，其特征在于，所述電極測(cè)深系統(tǒng)還包括保護(hù)氣體發(fā)生器(114)、氣體壓力調(diào)節(jié)裝置(115)和/或單向閥(116)；保護(hù)氣體發(fā)生器(114)與氣體壓力調(diào)節(jié)裝置(115)連接，氣體壓力調(diào)節(jié)裝置(115)與單向閥(116)連接，單向閥(116)伸入保護(hù)管(101)內(nèi)；其中，保護(hù)氣體發(fā)生器(114)產(chǎn)生保護(hù)氣體，經(jīng)氣體壓力調(diào)節(jié)裝置(115)進(jìn)行壓力變換，通過(guò)單向閥(116)送至傳感桿(102)外周，以保護(hù)所述傳感桿(102)不被高溫氧化。11.一種利用如權(quán)利要求1-10任一所述的電極測(cè)深系統(tǒng)的礦熱爐內(nèi)電極測(cè)深方法，其特征在于，所述礦熱爐內(nèi)電極測(cè)深方法包括如下步驟：步驟s1)：在傳感桿(102)上每隔δl距離設(shè)置一個(gè)凹槽或突出物，最接近傳感桿(102)下端面的凹槽或突出物為第n個(gè)凹槽或突出物，其距離傳感桿(102)下端面的距離為s，s<δl；步驟s2)：通過(guò)所述運(yùn)算控制裝置獲取傳感桿(102)的總長(zhǎng)度h；其中，傳感桿(102)頂端到最下端所述凹槽或突出物的距離為：n

×

δl；傳感桿(102)第n個(gè)所述凹槽或突出物距離傳感桿(102)下端面距離則傳感桿(102)的總長(zhǎng)度長(zhǎng)度長(zhǎng)度為超聲導(dǎo)波下端平均速度；ts為傳感桿(102)下端面反

射超聲導(dǎo)波的接收時(shí)間；tn為第n個(gè)所述凹槽或突出物反射超聲導(dǎo)波的接收時(shí)間；步驟s3)：經(jīng)測(cè)量得到礦熱爐用電極(201)在礦熱爐外的長(zhǎng)度h，則礦熱爐用電極(201)在礦熱爐內(nèi)的深度d＝h-h；礦熱爐用電極(201)的下端部距離爐底的距離為：d＝l-d，l為礦熱爐總深度；其中，s、h、δl、h、d、d、l單位均為米(m)；ts、tn單位均為秒(s)；單位為米/秒(m/s)。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供了一種礦熱爐用電極的電極測(cè)深系統(tǒng)和方法，包括保護(hù)管、傳感桿、換能器和運(yùn)算控制裝置；傳感桿安放在保護(hù)管內(nèi)，保護(hù)管與傳感桿一起預(yù)埋貫通于礦熱爐用電極內(nèi)，能夠隨礦熱爐用電極同步消耗，保護(hù)管內(nèi)通有惰性氣體、氮?dú)?、二氧化碳或其混合氣體；換能器位于傳感桿的上端面和/或側(cè)面，用于發(fā)射和/或接收超聲導(dǎo)波；所述運(yùn)算控制裝置與換能器電連接和信號(hào)連接，用于通過(guò)換能器獲取超聲導(dǎo)波沿傳感桿傳輸?shù)臅r(shí)間與速度，計(jì)算傳感桿的長(zhǎng)度以及礦熱爐用電極在礦熱爐內(nèi)的深度。本發(fā)明的電極測(cè)深系統(tǒng)可以有效精確地、不需要停產(chǎn)停爐或人為干預(yù)地獲取爐內(nèi)電極深度，達(dá)到優(yōu)化工藝操作、節(jié)約電能、提高產(chǎn)品品質(zhì)及減少安全風(fēng)險(xiǎn)的目的。提高產(chǎn)品品質(zhì)及減少安全風(fēng)險(xiǎn)的目的。提高產(chǎn)品品質(zhì)及減少安全風(fēng)險(xiǎn)的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭元彬

受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京超測(cè)智能系統(tǒng)有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2020.12.29

技術(shù)公布日：2022/6/30