CN100494410C - 炼钢转炉碳温氧检测探头的投放方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种炼钢转炉碳温氧检测探头的投放方法及其装置。该方法是将碳温氧检测探头通过炼钢转炉的密封烟罩上的加料管道倾斜投入到炼钢转炉内的钢水中。其装置包括设在加料管道旁的机架、设在机架上的探头仓、设置在探头仓下的纸筒翻转槽、设在纸筒翻转槽一侧的纸筒导向板和纸筒上推槽、以及设在纸筒上推槽侧面可在加料管道中伸缩的探头导向管，纸筒上推槽的一端设有与探头纸筒插接配合的纸筒把持器，纸筒上推槽向上旋转到终点位置时的倾斜角度与探头导向管的安装倾斜角度相等，且两者处于同一轴线上。其投资成本低廉、操作简单实用、易于冶炼过程自动化，能够取代传统的倒炉检测或副枪检测方法和设备。

Description

炼钢转炉碳温氧检测探头的投放方法及其装置

技术领域

本发明涉及转炉炼钢中对钢水进行测温、定碳、定氧的检测技术，具体地指一种炼钢转炉碳温氧检测探头的投放方法及其装置。

背景技术

在转炉炼钢的生产工艺过程中，需要准确检测转炉熔池钢水的温度、碳含量、氧含量等技术指标，特别是终点钢水的技术指标，以确保最终钢产品的质量。传统的检测方法是在转炉处于垂直状态的情况下，将其旋转平倒下来，人工操作对钢水取样，通过检测探头测量取样钢水的温度、碳含量和氧含量，据此确定钢水的终点技术指标，从而获得准确的出钢依据。但此方法存在以下的弊端：其一，把转炉倒平下来，容易溅渣、喷火，工作环境恶劣，既增大了工人的劳动强度，又影响到工人的人生安全；其二，在全连铸生产的紧张节奏情况下，由于每倒炉一次需要耽误时间3～5分钟，因而延长了转炉的冶炼周期，不利于生产节奏的组织，进而影响钢的产量；其三，倒炉检测方法对原料的消耗、终点钢水指标的控制有很大的负面影响，既降低了钢的质量，又形成了转炉自动炼钢的瓶颈，不突破它，自动化在炼钢中的后续工作难以完善。

鉴于上述人工倒炉检测方法所存在的种种不足，科研人员设计了与氧枪平行布置的副枪，通过插入炼钢转炉密封烟罩顶部的副枪将检测探头垂直投入到钢水中来进行温度、碳含量、氧含量的测量，从而指导控制终点出钢。副枪检测在炼钢行业属先进的终点检测技术，它有效克服了人工倒炉检测的弊端，可以大幅提高转炉炼钢的自动化进程。然而，目前国内只有少数几家大型钢厂如武钢、宝钢等采用副枪检测技术，这是因为副枪设备的空间很大，安置副枪既需要大型转炉炉口上方的空间，又需要转炉旁边的空间，一般而言，只有150～200吨以上的炼钢转炉才能够安装副枪，而国内炼钢转炉在150吨以下的偏多，很多炼钢厂受转炉规格的限制不具备安置副枪设备的空间和地方，因而只有继续采用落后的人工倒炉检测方法。另外，副枪设备的投资、维护和使用成本极高，一套副枪设备大约需要2000万左右的投入，400万左右的维护和使用成本，这对于中、小型转炉来说也是得不偿失的。如何将检测探头简单、快速、准确地投放到钢水中，从而有效地实现终点钢水碳、温、氧等指标的测量已成为中、小型转炉炼钢自动化进程中的一道难题。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种投资成本低廉、操作简单实用、易于冶炼过程自动化的炼钢转炉碳温氧检测探头的投放方法、以及为实现该方法而专门设计的炼钢转炉碳温氧检测探头自动投放装置。采用本发明能够取代简陋的倒炉检测或昂贵的副枪检测方法和设备，并确保转炉终点钢水的质量稳定可靠。

为实现上述目的，本发明的科研人员经过深入研究、反复实验，发现除了炼钢转炉密封烟罩上方的开口与转炉内钢水垂直相通可以投放检测探头外，在炼钢转炉密封烟罩的侧面还存在一个与转炉内钢水倾斜弯曲连通的加料管道。由于该加料管道周围的空间狭窄、管系密布，加上长期高温高热、粉尘飞扬、昏暗无光的恶劣环境，工作人员除了在加料操作时使用它外几乎无人问津，更不会想到它与钢水技术指标检测的联系，但该加料管道确实可以作为检测探头的投放通道。

根据上述思路，本发明所设计的炼钢转炉碳温氧检测探头的投放方法，是将碳温氧检测探头通过炼钢转炉的密封烟罩上的加料管道倾斜投入到炼钢转炉内的钢水中。所述碳温氧检测探头可以通过各种投射设备以与加料管道相匹配的倾斜角度投入，但最好是经过一个倾斜设置在加料管道内的直线状探头导向管，通过其良好的导向作用将碳温氧检测探头准确投入到预定的钢水位置，以尽量减少测量误差。

进一步地，所述碳温氧检测探头以水平面为基准的初始投射夹角可以根据加料管道的倾斜程度来设置，该初始投射夹角一般设计在40～80°的范围内，优选的初始投射夹角设计在50～70°之间，最佳的初始投射夹角设计为60°，该最佳初始投射夹角可以保证碳温氧检测探头落入转炉熔池钢水的中心位置附近，从而确保检测的成功率。

为实现上述方法而专门设计的炼钢转炉碳温氧检测探头自动投放装置，包括设置在炼钢转炉的密封烟罩上的加料管道旁边的机架，所述机架的上面设置有探头仓，所述探头仓内自下而上水平布置有若干个探头纸筒，所述探头纸筒内设置有可依靠自重滑出的碳温氧检测探头，所述碳温氧检测探头通过信号线与安装在探头纸筒内的信号线插座相连；

所述探头仓的下方出口处设置有与探头纸筒平行布置的纸筒翻转槽，所述纸筒翻转槽的两端与机架铰接，所述纸筒翻转槽的槽身与一翻转汽缸的活塞杆端铰接，所述翻转汽缸的尾端与机架铰接；

所述纸筒翻转槽的一侧设置有与其平行布置的纸筒导向板，所述纸筒导向板的另一侧设置有纸筒上推槽，所述纸筒上推槽的一端与机架铰接，所述纸筒上推槽的槽身与一上推汽缸的活塞杆端铰接，所述上推汽缸的尾端与机架铰接，所述纸筒上推槽的另一端设置有可与探头纸筒插接配合的纸筒把持器，所述纸筒把持器内设置有与信号线插座插接配合的信号线插头，所述纸筒把持器的尾部与把持器汽缸的活塞杆端相连；

所述纸筒上推槽与机架铰接的一端外侧设置有倾斜安装在机架上、并可伸进或缩出加料管道的探头导向管，所述探头导向管的顶端通过钢丝绳与导向管汽缸的活塞杆端相连，所述纸筒上推槽向上旋转到终点位置时的倾斜角度与探头导向管的安装倾斜角度相等，且纸筒上推槽的下端与探头导向管的管口相对，两者处于同一轴线上。

所述探头导向管的水平安装倾斜角度与碳温氧检测探头的初始投射夹角相对应，一般设计在40～80°的范围内，优选的水平安装倾斜角度在50～70°之间，最佳的水平安装倾斜角度为60°。

本发明的优点在于：所设计的碳温氧检测探头投放方法在思路上独辟蹊径，利用鲜为技术人员重视的转炉密封烟罩上的加料管道作为探头投放通道；所设计的碳温氧检测探头自动投放装置利用倾斜设置在加料管道中的探头导向管对探头进行精确导向，并利用有机组合在一起的翻转槽、上推槽和各种驱动汽缸实现探头的自动投放。这样，不仅完全改变了传统的倒炉检测和副枪检测方式，而且有效避免了这两种检测方式所存在的种种不足。其一次性投资费用少，只有副枪投资成本的二十分之一；其维修维护费低，只有副枪维修维护费的十分之一；其结构紧凑、各种部件特别是驱动汽缸耐高温高热、耐粉尘等恶劣环境，设备运行稳定可靠，使用寿命长；其操作简单快捷，便于数据采集，自动化程度高，能准确指导生产，现场适应性好。其不受设备空间的限制，完全可以替代副枪对转炉终点钢水进行检测。试验表明：使用本发明对转炉内钢水的碳、温、氧进行检测，可以达到以下直观的效果：

一、炉前不倒炉，直接出钢，可有效缩短转炉冶炼周期3～5分钟，提高了转炉炼钢的生产能力，每天可多生产4～6炉钢。

二、降低了炼钢工人的劳动强度，减少了人工成本，避免了倒炉、塌料、溅渣等人身伤害事故，使安全生产得到了更好的保证。

三、提高了转炉冶炼终点钢水碳含量和温度的双命中率，有效控制了转炉后吹、过吹现象，不仅减少了各种物料消耗，而且使钢水中的夹杂物大幅降低，提高了钢水的纯净度，改善了钢水质量，可使转炉的各项技术和经济指标显著提高。

四、有利于生产组织管理，尤其对炼钢能力小于连铸生产能力的中、小型转炉而言，其使用意义更大，可使各生产环节的匹配更加合理化、自动化。

附图说明

图1为一种炼钢转炉碳温氧检测探头自动投放装置在转炉密封烟罩处的布局位置示意图；

图2为图1所示自动投放装置在待命状态下的主视结构示意图；

图3为图1所示自动投放装置在投放状态下的主视结构示意图；

图4为图1所示自动投放装置的右视结构示意图；

图5为图2的A—A剖视结构示意图；

图6为图1所示自动投放装置的探头纸筒与纸筒把持器的配合结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：

图中所示的是一个中、小型炼钢转炉26，其密封烟罩25的上方只设置有氧枪29，没有安置副枪的空间，密封烟罩25的侧壁上开设有加料管道27，加料管道27的进口处设计有可自动复位的弹性撞门28，本发明的炼钢转炉碳温氧检测探头自动投放装置对应地安装在加料管道27的斜上方。

该自动投放装置包括固定各种部件用的机架2，机架2的上面安装有一个下端开口的探头仓1，探头仓1内自下而上水平布置有一排圆筒状探头纸筒23，探头纸筒23的内部一端设置有可依靠自重滑出的碳温氧检测探头22，探头纸筒23的内部另一端安装有信号线插座30，碳温氧检测探头22通过卷曲的信号线24与信号线插座30相连。信号线插座30呈管状结构，通过塑料基板32固定在探头纸筒23中，其与信号线24相连的接触电极分布在管壁上，当然也可以采用其它的插座结构。信号线24应具有足够的长度，这样当碳温氧检测探头22从探头纸筒23内滑脱落入熔池钢水中后，仍能确保它们连接在一起，完成检测数据的传输。

在探头仓1的下端开口处设置有一个与探头纸筒23平行布置的纸筒翻转槽3，用于承接从探头仓1落下的探头纸筒23。纸筒翻转槽3的两端铰接在机架2上，可以绕其双铰接点相对于水平面翻转。实现水平翻转所需的驱动力来自翻转汽缸6，翻转汽缸6的活塞杆端通过一个双耳连接件8与纸筒翻转槽3的中段槽身铰接，翻转汽缸6的尾端通过一个单双耳连接件7与机架2上的一根横梁铰接。

在纸筒翻转槽3的一侧安装有与其平行布置的纸筒导向板4，纸筒导向板4的另一侧设置有纸筒上推槽5，从纸筒翻转槽3中滚出的探头纸筒23可以通过纸筒导向板4落入纸筒上推槽5中。纸筒上推槽5的一端铰接在机架2上，可以绕其单铰接点相对于垂直面向上旋转。实现向上旋转所需的驱动力来自上推汽缸18，上推汽缸18的活塞杆端通过一个单双耳连接座17与纸筒上推槽5的槽身铰接，上推汽缸18的尾端通过另一个单双耳连接座19与机架2上的一根侧支柱铰接。

在纸筒上推槽5的另一端安装有一个圆筒状纸筒把持器20，纸筒把持器20的外径可插入到探头纸筒23中而与其过盈配合，纸筒把持器20内还设置有一根与管状信号线插座30插接配合的信号线插头31，信号线插头31上布置有与信号线插座30相对应的接触电极。纸筒把持器20的伸缩驱动力来自其尾部的把持器汽缸21，把持器汽缸21安装在纸筒上推槽5上，其活塞杆端与纸筒把持器20的尾部相连。当纸筒把持器20在把持器汽缸21的带动下插入到探头纸筒23中将其固定住时，信号线插头31也会同步插入到信号线插座30中，实现与碳温氧检测探头22的电连接。

在纸筒上推槽5与机架2铰接的一端外侧设置有对准弹性撞门28、可伸进或缩出加料管道27的探头导向管9，探头导向管9倾斜安装在上导轮15和下导轮16之间，上导轮15和下导轮16安装在轴承座14上，轴承座14则固定在机架2上。上导轮15和下导轮16的位置固定，但可以绕轴自转，其结构简单可靠，既可以限定探头导向管9的移动方向，又可以减少与探头导向管9之间的摩擦，使其升降顺利。探头导向管9的升降动力来自钢丝绳10，钢丝绳10的一端与探头导向管9的顶端相连，钢丝绳10的另一端通过定滑轮12转向后与导向管汽缸13的活塞杆端相连，定滑轮12的滑轮支座11和导向管汽缸13可以安装在其它固定支架上。当纸筒上推槽5向上旋转到终点位置时，其最终的倾斜角度与探头导向管9的安装倾斜角度相等，且纸筒上推槽5的下端与探头导向管9的管口相对，两者处于同一轴线上。

不同规格的炼钢转炉26，其密封烟罩25上的加料管道27的倾斜角度也不一样，因而探头导向管9的水平安装倾斜角度要与其相适应，大致在40～80°的范围内。对于150吨以下的炼钢转炉而言，探头导向管9的优选水平安装倾斜角度为50～70°，本实施例中采用的最佳水平安装倾斜角度为60°。

当需要对炼钢转炉26内的钢水进行数据检测时，上述自动投放装置的工作过程是这样的：

首先，启动导向管气缸13，其活塞杆伸出，钢丝绳10处于松弛状态，探头导向管9在重力作用下向下滑移，在上导轮15和下导轮16的倾斜导向作用下撞开弹性撞门28，准确进入下料管道27内，落入所需长度后停止不动；

其次，启动上推气缸18，其活塞杆伸出，将装有探头纸筒23的纸筒上推槽5推至与水平面呈60°夹角的位置，与探头导向管9的导管口对正，碳温氧检测探头22在重力作用下从探头纸筒23内滑出，经探头导向管9落入到炼钢转炉26内的钢水中，开始采集钢水的温度、碳含量等数据，所采集的数据通过信号线24、信号线插座30、信号线插头31同步传输给与其相连的数据处理系统；

再次，数据采集处理完毕，启动把持器汽缸21，其活塞杆缩回，将纸筒把持器20及其内的信号线插头31拉出探头纸筒23，探头纸筒23失去抓力，在重力作用下顺着探头导向管9滑入到炼钢转炉26中；

然后，上推气缸18的活塞杆缩回，纸筒上推槽5相应地回复到水平位置，与此同时，导向管汽缸13回缩，钢丝绳10拉动探头导向管9向上移动，回复到原始位置待命；

再后，启动翻转气缸6，其活塞杆伸出，纸筒翻转槽3转动90°，使其内的探头纸筒23滚出，经过纸筒导向板4落入纸筒上推槽5中；

最后，翻转气缸6缩回，纸筒翻转槽3回转90°，探头仓1内的另一个探头纸筒23落入纸筒翻转槽3内，与此同时，把持器汽缸21启动，其活塞杆伸出，将纸筒把持器20插入到探头纸筒23中，其内的信号线插头31也与信号线插座30插接配合，进入下一轮检测待命状态。

以上各种机械的操作和运动轨迹均可由成熟的电路控制技术自动实现，对所采集的钢水数据进行处理也是现有技术，于此不再赘述。

在炼钢转炉上采用本发明的装置对碳温氧检测探头(简称TCO探头)进行自动投放试验，并将TCO探头所检测的终点钢水数据与传统的炉后检测终点钢水数据相比较，其部分检测结果见下面的记录表：

本发明的检测数据与传统炉后检测数据记录表

在上述试验中，采用本发明的自动投放装置现场检测了36个炉次，其中有2个炉次投放的TCO探头偏离炉口，未与转炉中的钢水接触，无检测数据，实际显示检测有效数据34次，检测成功率为94.4％。通过分析上面的记录表可知：

对于所测量的钢水温度(℃)精度而言，实测34个数据中，因操作原因出现2炉次(熔炼号2-10152、2-10165)钢水静置时间不达标，导致检测数据失效，予以剔除。另有3炉(熔炼号2-10161、2-10199、2-10200)节奏紧张，终点未测温，无比较值。剩下的29个数据中，按照去差舍优原则，将最大偏差-10℃(熔炼号2-10206)和最小偏差0℃(2-10162)不列入统计范畴，计算出被检测钢水的平均温度误差为+3.6℃，-3.9℃，在允许的范围内。

对于所测量的钢水终点碳含量(％)而言，实测34个数据中，除去2个数据失效的炉次(熔炼号2-10152、2-10165)和1个节奏紧张、未倒炉取样的炉次(熔炼号2-10161)，另有最大偏差-0.023％(熔炼号2-10197)和最小偏差0.0001％(熔炼号2-10206)的炉次不列入统计范畴，计算出被检测钢水的平均终点含碳量误差为+0.006％，-0.0075％，测定计算值为92.6％，与实际非常接近。

对于本发明的自动投放装置而言，其设备简单、操作方便、运行稳定，数据传输可靠、现场适用性好，完全可以取代传统的倒炉检测和副枪检测方法和设备。

Claims (9)

1.一种炼钢转炉碳温氧检测探头的投放方法，其特征在于：该投放方法是将碳温氧检测探头(22)通过炼钢转炉(26)的密封烟罩(25)上的加料管道(27)，并以与水平面呈40～80°的初始投射夹角倾斜投入到炼钢转炉(26)内的钢水中。

2.根据权利要求1所述的炼钢转炉碳温氧检测探头的投放方法，其特征在于：所述碳温氧检测探头(22)通过倾斜设置在加料管道(27)内的探头导向管(9)投入到炼钢转炉(26)内的钢水中。

3.根据权利要求1或2所述的炼钢转炉碳温氧检测探头的投放方法，其特征在于：所述碳温氧检测探头(22)以与水平面呈50～70°的初始投射夹角投入到炼钢转炉(26)内的钢水中。

4.根据权利要求1或2所述的炼钢转炉碳温氧检测探头的投放方法，其特征在于：所述碳温氧检测探头(22)以与水平面60°的初始投射夹角投入到炼钢转炉(26)内的钢水中。

5.一种采用权利要求1所述方法而专门设计的炼钢转炉碳温氧检测探头自动投放装置，包括设置在炼钢转炉(26)的密封烟罩(25)上的加料管道(27)旁边的机架(2)，其特征在于：

所述机架(2)的上面设置有探头仓(1)，所述探头仓(1)内自下而上水平布置有若干个探头纸筒(23)，所述探头纸筒(23)内设置有可依靠自重滑出的碳温氧检测探头(22)，所述碳温氧检测探头(22)通过信号线(24)与安装在探头纸筒(23)内的信号线插座(30)相连；

所述探头仓(1)的下方出口处设置有与探头纸筒(23)平行布置的纸筒翻转槽(3)，所述纸筒翻转槽(3)的两端与机架(2)铰接，所述纸筒翻转槽(3)的槽身与一翻转汽缸(6)的活塞杆端铰接，所述翻转汽缸(6)的尾端与机架(2)铰接；

所述纸筒翻转槽(3)的一侧设置有与其平行布置的纸筒导向板(4)，所述纸筒导向板(4)的另一侧设置有纸筒上推槽(5)，所述纸筒上推槽(5)的一端与机架(2)铰接，所述纸筒上推槽(5)的槽身与一上推汽缸(18)的活塞杆端铰接，所述上推汽缸(18)的尾端与机架(2)铰接，所述纸筒上推槽(5)的另一端设置有可与探头纸筒(23)插接配合的纸筒把持器(20)，所述纸筒把持器(20)内设置有与信号线插座(30)插接配合的信号线插头(31)，所述纸筒把持器(20)的尾部与把持器汽缸(21)的活塞杆端相连；

所述纸筒上推槽(5)与机架(2)铰接的一端外侧设置有倾斜安装在机架(2)上、并可伸进或缩出加料管道(27)的探头导向管(9)，所述探头导向管(9)的顶端通过钢丝绳(10)与导向管汽缸(13)的活塞杆端相连，所述纸筒上推槽(5)向上旋转到终点位置时的倾斜角度与探头导向管(9)的安装倾斜角度相等，且纸筒上推槽(5)的下端与探头导向管(9)的管口相对，两者处于同一轴线上。

6.根据权利要求6所述的炼钢转炉碳温氧检测探头自动投放装置，其特征在于：所述探头导向管(9)倾斜安装在机架(2)上的上导轮(15)和下导轮(16)之间。

7.根据权利要求6或7所述的炼钢转炉碳温氧检测探头自动投放装置，其特征在于：所述探头导向管(9)的水平安装倾斜角度为40～80°。

8.根据权利要求6或7所述的炼钢转炉碳温氧检测探头自动投放装置，其特征在于：所述探头导向管(9)的水平安装倾斜角度为50～70°。

9.根据权利要求6或7所述的炼钢转炉碳温氧检测探头自动投放装置，其特征在于：所述探头导向管(9)的水平安装倾斜角度为60°。

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