CN109295277B - 一种转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法与装置，属于冶金技术领域，解决了现有技术中底吹供气元件的透气效果判断的准确性和精确性较差的问题。本发明的方法包括如下步骤：获取畅通度数据、冷却比数据和覆盖渣层高度数据，根据畅通度数据、冷却比数据和覆盖渣层高度数据计算透气效果评价参数，透气效果评价参数大于第一阈值，说明转炉底吹供气元件通畅；第二阈值≤透气效果评价参数≤第一阈值，说明转炉底吹供气元件轻微受阻；透气效果评价参数＜第二阈值，说明转炉底吹供气元件严重受阻。本发明的方法与装置可用于转炉底吹供气元件透气效果的在线监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种冶金技术，尤其涉及一种转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法与装置。
背景技术
目前，转炉炼钢多采用顶底复吹转炉，顶底复吹转炉炼钢常用的方法是从转炉熔池上部通过氧枪向熔池的铁水吹入氧气，从转炉底部通过底枪向熔池吹入氮气或氩气进行熔池搅拌。
转炉冶炼过程中，在底吹气体的作用下，高温铁水或高氧化性炉渣会侵蚀炉底耐火材料，从而造成炉底高度和底吹供气元件高度降低，溅渣护炉可以有效缓解炉衬耐火材料厚度的降低，甚至填补炉衬耐火材料厚度降低产生的低凹坑。但是，底吹供气元件作为预设在转炉炉底耐火材料内的底吹供气通路，其长度会随着炉底耐火材料的侵蚀而降低，却不能随着溅渣层厚度的增加而增长。转炉生产过程中，底吹透气元件会呈现裸露或被溅渣层覆盖的情况，从而极大影响底吹供气元件实际供气效果。
常温气体通过热态的转炉炉底会因冷却作用产生“黑眼”，如图1所示。通过对‘黑眼’面积的大小、覆盖炉渣高度以及底吹供气元件通畅度的综合分析可以判断底吹供气元件的透气效果。但是，目前对于‘黑眼’的观察仅能够依靠人眼，对底吹供气元件的透气效果判断的准确性和精确性较差，不利于形成科学的判断依据。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法与装置，解决了现有技术中底吹供气元件的透气效果判断的准确性和精确性较差的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法，包括如下步骤：获取畅通度数据、冷却比数据和覆盖渣层高度数据，根据畅通度数据、冷却比数据和覆盖渣层高度数据计算透气效果评价参数，透气效果评价参数大于第一阈值，说明转炉底吹供气元件通畅；第二阈值≤透气效果评价参数≤第一阈值，说明转炉底吹供气元件轻微受阻；透气效果评价参数＜第二阈值，说明转炉底吹供气元件严重受阻。
在一种可能的设计中，包括如下步骤：
步骤1：获取畅通度数据、冷却比数据和覆盖渣层高度数据；
步骤2：采用以下公式计算得到透气效果评价参数，
式中，K为透气效果评价参数，RF为畅通度，KRS为冷却比评价参数，KDH为覆盖渣层高度评价参数；
RS≤9，KRS为1；9＜RS≤50，KRS为2；RS＞50，KRS为3；
DH＝0mm，KDH为1；0mm＜DH≤100mm，KDH为2；DH＞100mm，KDH为3。
在一种可能的设计中，第一阈值为0.5～0.7，第二阈值为0.2～0.4。
在一种可能的设计中，第一阈值为0.6。
在一种可能的设计中，第二阈值为0.3。
在一种可能的设计中，冷却比为黑眼区域面积与底吹供气元件出口面积之比；
RS≤9，透气方式为集束透气；9＜RS≤50，透气方式为弥散蘑菇头透气；RS＞50，透气方式为弥散渣层透气。
在一种可能的设计中，通畅度为管路实际流量与管路理论流量的比值；80≤RF≤100％，透气能力为正常；0＜RF＜80％，透气能力为堵塞；RF＝0％，透气能力为堵死。
在一种可能的设计中，覆盖渣层高度为炉底高度值与底吹供气元件高度值的差值；DH＝0mm，透气条件为裸露；0mm＜DH≤100mm，透气条件为薄渣层；DH＞100mm，透气条件为厚渣层。
本发明还提供了一种转炉底吹供气元件透气效果的在线监测装置，包括用于监测底吹供气元件的供气管路压力的压力传感器、用于监测底吹供气元件的管路实际流量的流量传感器、用于监测底吹供气元件黑眼区域面积的红外热像仪、用于监测炉底高度值和底吹供气元件高度值的测厚仪以及运行控制器。
在一种可能的设计中，运行控制器获取供气管路压力、供气管路实际流量、底吹供气元件黑眼区域面积、炉底高度值和底吹供气元件高度值，计算得到通畅度、冷却比和覆盖渣层高度，并根据通畅度、冷却比和覆盖渣层高度计算得到透气效果评价参数，从而实现转炉底吹供气元件透气效果的在线监测与判定。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
a)本发明提供的与现有技术相比，本发明提供的转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法，通过综合测试和分析透气能力(畅通度数据)、透气方式(冷却比数据)和透气条件(覆盖渣层高度数据)，得到透气效果评价参数，通过透气效果评价参数，将转炉底吹供气元件的底吹效果进行量化，从而能够直观地反应出转炉底吹供气元件的透气效果，提高对底吹供气元件的透气效果判断的准确性和精确性，实现转炉底吹供气元件透气效果的在线监测与判定，为转炉复吹提供更科学、合理的技术支持。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为现有技术中转炉炉底‘黑眼’的照片；
图2为本发明提供的转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法的原理图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
本发明提供了一种转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法，如图2所示，包括如下步骤：获取畅通度数据、冷却比数据和覆盖渣层高度数据，根据畅通度数据、冷却比数据和覆盖渣层高度数据计算透气效果评价参数，透气效果评价参数大于第一阈值，说明转炉底吹供气元件通畅；第二阈值≤透气效果评价参数≤第一阈值，说明转炉底吹供气元件轻微受阻；透气效果评价参数＜第二阈值，说明转炉底吹供气元件严重受阻。
与现有技术相比，本发明提供的转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法，通过综合测试和分析透气能力(畅通度数据)、透气方式(冷却比数据)和透气条件(覆盖渣层高度数据)，得到透气效果评价参数，通过透气效果评价参数，将转炉底吹供气元件的底吹效果进行量化，从而能够直观地反应出转炉底吹供气元件的透气效果，提高对底吹供气元件的透气效果判断的准确性和精确性，实现转炉底吹供气元件透气效果的在线监测与判定，为转炉复吹提供更科学、合理的技术支持。
具体来说，上述转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法包括如下步骤：
步骤1：获取畅通度数据、冷却比数据和覆盖渣层高度数据；
步骤2：采用以下公式计算得到透气效果评价参数，
式中，K为透气效果评价参数，RF为畅通度，KRS为冷却比评价参数，KDH为覆盖渣层高度评价参数；
透气方式以冷却比(RS)表示，RS≤9，透气方式为集束透气，KRS为1；9＜RS≤50，透气方式为弥散蘑菇头透气，KRS为2；RS＞50，透气方式为弥散渣层透气，KRS为3；
透气条件以覆盖渣层高度(DH)表示，DH＝0mm，透气条件为裸露，KDH为1；0mm＜DH≤100mm，透气条件为薄渣层，KDH为2；DH＞100mm，透气条件为厚渣层，KDH为3。
根据上述透气效果评价参数计算得到的透气效果评价参数，其中，第一阈值可以为0.5～0.7，第二阈值可以为0.2～0.4，示例性地，第一阈值为0.6，第二阈值为0.3，也就是说，当K＞0.6，说明底吹通畅无阻；当0.3＜K＜0.6，说明底吹轻微受阻；当K＜0.3，说明底吹不通畅。
需要说明的是，冷却比RS是指风口面积即‘黑眼’区域面积与底吹供气元件出口面积之比；冷却比之所以能够体现透气方式，是因为，在转炉冶炼过程中，溅渣护炉与补炉等操作，底吹气体会穿过一定高度的渣层，底吹供气元件上方会形成低温的黑影(即“黑眼”)，黑影的大小能够反映透气方式，如果黑影很小，可以说明上方的渣层很薄，透气方式为裸露或近似裸露，如果黑影很大，说明上方的渣层很厚，如果没有黑影，可以说明没有气体吹出，则反映出底吹供气元件堵死，因此，通过建立黑影与底吹供气元件出口之间的尺寸关系反映透气方式，即为冷却比。
同样地，对于透气能力以通畅度(RF)表示，RF为管路实际流量与管路理论流量的比值，根据通畅度可以将透气效果分为正常(80≤RF≤100％)、堵塞(0＜RF＜80％)、堵死(RF＝0％)。畅通度之所以能够体现透析能力，是因为，以下公式为流量与压力、当量面积之间的关系公式，对于不可压缩流体，相同压力下的流量之比可以等同于当量面积之比。
根据可压缩气体临界状态流量计算公式：
其中，F*为当量喉口面积(cm2)，P0为流经喉口前的气体滞止压力(kg/cm2)；T0为气体滞止温度(K)，Ψ为流量系数，一般取0.96，QN2为体积流量，GN2为可压缩气体临界状态流量；
将上述公式换算成体积流量，则：
式中，GN2为可压缩气体临界状态流量，QN2为体积流量，ρN2为气体密度。
理论计算流量的计算方法遵循以下原则：
对于不可压缩流体，管道通经一定条件下，可以认定压力与流量成正比关系，即y＝ax+b，因此，只要获知该管道的a与b，在只知道压力x的条件下即可获知流量y；对于a与b的获取方式，在底吹供气元件投入生产之前，空吹条件下，定点测量不同压力下的流量，取多点，拟合成直线，获取a与b；通畅度的计算方法为：获取a与b后，在转炉生产过程中，通过a与b，可计算生产压力下的理论流量。因此，实际流量与理论流量的比值可以作为当量面积的比值，即通畅度。
对于覆盖渣层高度DH为炉底高度值与底吹供气元件高度值的差值，其中，底吹供气元件高度值为测量炉底高度的历史最低值，根据覆盖渣层高度可以将底出气方式分为裸露(DH＝0)，薄渣层(0＜DH＜100mm)，厚渣层(100≤DH)。
本实施例提供了一种转炉底吹供气元件透气效果的在线监测装置，包括用于监测底吹供气元件的供气管路压力的压力传感器、用于监测底吹供气元件的管路实际流量的流量传感器、用于监测底吹供气元件黑眼区域面积的红外热像仪、用于监测炉底高度值和底吹供气元件高度值的测厚仪以及运行控制器；上述运行控制器获取供气管路压力、供气管路实际流量、底吹供气元件黑眼区域面积、炉底高度值和底吹供气元件高度值，计算得到通畅度、冷却比和覆盖渣层高度，并根据通畅度、冷却比和覆盖渣层高度计算得到透气效果评价参数，从而实现转炉底吹供气元件透气效果的在线监测与判定。
与现有技术相比，本实施例提供的转炉底吹供气元件透气效果的在线监测装置的有益效果与实施例一提供的转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法的有益效果基本相同，在此不一一赘述。
实施例一
本实施例在六个底吹支路的120t顶底复吹转炉上实施，炉龄251炉。
冶炼过程中当设定流量为40Nm3/h时，通过阀组控制，六个底吹支路的反馈情况分别为：流量40Nm3/h、调节阀开度30％、压力0.1651MPa，流量40Nm3/h、调节阀开度26％、压力0.157MPa，流量40Nm3/h、调节阀开度34％、压力0.155MPa，流量40Nm3/h、调节阀开度31％、压力0.153MPa，流量40Nm3/h、调节阀开度29％、压力0.161MPa，流量40Nm3/h、调节阀开度27％、压力0.157MPa；根据理论校验，通畅度RF分别为：0.96，0.96，0.97，0.98，0.98，1.01，通畅度RF的平均值为0.98；
出钢结束后，通过红外热像仪测得，六个底吹支路的冷却比RS分别为：15.2，18.9，22.1，10.3，11.1，22.1，冷却比RS的平均值为15.1；
通过测厚仪测得转炉炉底为850～880mm，历史最低炉底位置为780，炉底渣层厚度50～100mm；
运行控制器分析结果为：炉底薄渣层，弥散蘑菇头透气，底吹供气元件透气效果正常；通过计算可得K为0.96，说明底吹通畅无阻。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取畅通度数据、冷却比数据和覆盖渣层高度数据，根据畅通度数据、冷却比数据和覆盖渣层高度数据计算透气效果评价参数，透气效果评价参数大于第一阈值，说明转炉底吹供气元件通畅；第二阈值≤透气效果评价参数≤第一阈值，说明转炉底吹供气元件轻微受阻；透气效果评价参数＜第二阈值，说明转炉底吹供气元件严重受阻；
具体步骤为：
步骤1：获取畅通度数据、冷却比数据和覆盖渣层高度数据；
步骤2：采用以下公式计算得到透气效果评价参数，
式中，K为透气效果评价参数，RF为畅通度，KRS为冷却比评价参数，KDH为覆盖渣层高度评价参数；
RS≤9，KRS为1；9＜RS≤50，KRS为2；RS＞50，KRS为3；
DH＝0mm，KDH为1；0mm＜DH≤100mm，KDH为2；DH＞100mm，KDH为3；
所述的第一阈值为0.5～0.7，第二阈值为0.2～0.4；
通畅度为管路实际流量与管路理论流量的比值；
80≤RF≤100％，透气能力为正常；0＜RF＜80％，透气能力为堵塞；RF＝0％，透气能力为堵死。
2.根据权利要求1所述的转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法，其特征在于，第一阈值为0.6。
3.根据权利要求2所述的转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法，其特征在于，第二阈值为0.3。
4.根据权利要求3所述的转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法，其特征在于，所述冷却比为黑眼区域面积与底吹供气元件出口面积之比；
RS≤9，透气方式为集束透气；9＜RS≤50，透气方式为弥散蘑菇头透气；RS＞50，透气方式为弥散渣层透气。
5.根据权利要求4所述的转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法，其特征在于，所述覆盖渣层高度为炉底高度值与底吹供气元件高度值的差值；
DH＝0mm，透气条件为裸露；0mm＜DH≤100mm，透气条件为薄渣层；DH＞100mm，透气条件为厚渣层。
6.根据权利要求5所述的转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法，其特征在于，采用的在线监测装置包括用于监测底吹供气元件的供气管路压力的压力传感器、用于监测底吹供气元件的管路实际流量的流量传感器、用于监测底吹供气元件黑眼区域面积的红外热像仪、用于监测炉底高度值和底吹供气元件高度值的测厚仪以及运行控制器。
7.根据权利要求6所述的转炉底吹供气元件透气效果的在线监测方法，其特征在于，所述运行控制器获取供气管路压力、供气管路实际流量、底吹供气元件黑眼区域面积、炉底高度值和底吹供气元件高度值，计算得到通畅度、冷却比和覆盖渣层高度，并根据通畅度、冷却比和覆盖渣层高度计算得到透气效果评价参数，从而实现转炉底吹供气元件透气效果的在线监测与判定。
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