CN101016576B - 氧气顶吹转炉基于氧枪振动的炉渣状态检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种氧气顶吹转炉基于氧枪振动的炉渣状态检测方法及装置，属冶金技术领域，用于解决准确判断炉渣熔化状态的问题。其技术方案是：在悬挂氧枪的钢丝绳或绳轮上安装一个测力传感器，对氧枪重力进行实时检测，通过称重仪表将钢丝绳受力情况转换为重量信号，该信号被计算机系统采集，由计算机系统对重量信号进行处理，分析氧枪振动状态，得出炉渣状态判椐，并将判断结果输出到显示器。本发明所用检测装置，由测力传感器、称重仪表、PLC以及显示器组成。本发明工作可靠，测量精度高，大大提高了转炉生产效率，降低了转炉炼钢成本。

Description

氧气顶吹转炉基于氧枪振动的炉渣状态检测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种氧气顶吹转炉炉渣状态检测方法及装置，属冶金技术领域。

背景技术

氧气顶吹转炉由于具有生产效率高、成本低的特点，目前已成为一种主要的炼钢设备。转炉在冶炼过程中由氧枪向熔池中钢水吹氧，转炉熔池表面被渣层覆盖，渣层随熔化程度不同而变化。渣层由于泡沫化作用而发生厚度改变，炉渣的状况基本上可以用以下4种状态来描述：a未熔或返干；b熔化；c泡沫化淹没氧枪；d泡沫化严重发生喷溅。氧枪在吹氧过程中受到氧气流的反作用力、熔渣浮力、及不断翻滚的熔渣泡沫冲击力，从而产生振动。炉渣熔化状态不同，氧枪受到的作用力也不同，通常这几种力共同作用下的振动是低频振动，其振幅与炉渣熔化状态相关，熔渣泡沫化程度大时，对氧枪的浮力和冲击力也大。

在氧枪顶吹炼钢过程中，炉渣状态及氧枪控制是炼钢操作的核心。以前，判断炉渣状态的方法一般是由工人观察炉口火焰，凭经验来作出判断。由于这种方法不能准确定量地反映炉渣熔化状态，且转炉经常发生喷溅等异常情况，给生产造成很大损失。目前，部分转炉采用在炉口安装声音检测设备的方法，由声音检测设备检测氧气流噪音强度，并以此来判断炉渣状态。但由于这种方法属于间接检测方法，且存在转炉烟罩下降及炉口积渣时噪音被阻断不能准确检测等问题，因而其使用受到很大限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作可靠、测量精度高的氧气顶吹转炉基于氧枪振动的炉渣状态检测方法及装置。

本发明所称问题是以下述技术方案实现的：

一种氧气顶吹转炉基于氧枪振动的炉渣状态检测方法，它是在悬挂氧枪的钢丝绳或绳轮上安装一个测力传感器，对氧枪重力进行实时检测，通过称重仪表将钢丝绳受力情况转换为重量信号，该信号被计算机系统采集，由计算机系统对重量信号进行处理，分析氧枪振动状态，得出炉渣状态判椐，并将判断结果输出到显示器，其具体操作步骤如下：

a. 确定氧枪振动参数N＝k(A-b)的系数k、b，具体步骤如下：

(1)在一个完整的炼钢过程中(炼钢过程中对应着不同氧压P、不同氧枪枪位H和不同炉渣状况)，采集氧枪重量信号 $G=A\sin \left(\frac{2\mathrm{\π}}{T}t\right)+\mathrm{mg},$ 式中：

G是氧枪重量

A是G的振幅

T是G的振动周期

m是氧枪质量

g是重力加速度

t是时间

由此得到氧枪重量G的振幅A的最大值Amax和最小值Amin；

(2)计算修正系数k、b，使得当A取Amin、Amax时，氧枪振动参数N＝k(A-b)的值分别为-3和2，即解方程组 $\left\{\begin{array}{c}-3=k(A\min -b)\\ 2=k(A\min -b)\end{array}\right.$

b.实时检测氧枪重量信号G，根据其振幅A，计算氧枪振动参数N＝k(A-b)的值；

c.将N对时间t积分，积分区间为2～30倍氧枪振动周期；

d.在积分结果和炉渣状况之间建立对应关系，并作为以后检测中根据积分结果判断炉渣状况的判断基准，若积分结果＜20，炉渣状况为未熔或返干；若积分结果为20～40，炉渣状况为熔化；若积分结果为40～60，炉渣状况为泡沫化淹没氧枪；若积分结果＞60，炉渣状况为泡沫化严重，发生喷溅。

上述氧气顶吹转炉基于氧枪振动的炉渣状态检测方法，为了消除氧枪枪位和氧气流量对氧枪振幅的影响，应对上述输出结果进行修正。对氧枪振动参数N利用吹炼氧压P与氧枪枪位H进行修正，修正所用函数式为M＝N/P+H，计算Xmin、Xmax、X时，以M代替N对t积分，积分区间为2～30倍氧枪振动周期。

上述氧气顶吹转炉基于氧枪振动的炉渣状态检测方法，所述吹炼氧压P的取值范围为0.8～1.1MPa，所述氧枪枪位H的取值范围为0.8～1.8米。

上述氧气顶吹转炉基于氧枪振动的炉渣状态检测方法，所述积分以柱状图形式或曲线形式输出，显示在显示器上。

一种氧气顶吹转炉基于氧枪振动的炉渣状态检测装置，它由测力传感器2、称重仪表3、PLC以及显示器XS组成，所述测力传感器2安装于氧枪升降传动机构1与氧枪4之间，其信号输出端接称重仪表3的信号输入端，所述称重仪表3的信号输出端接PLC的一个信号输入端，所述显示器XS接PLC的信号输出接口。

上述氧气顶吹转炉基于氧枪振动的炉渣状态检测装置，增设一个氧枪高度传感器9和一个氧气流量传感器10，它们的信号输出端分别接PLC的一个信号输入端。

本发明通过氧气顶吹转炉氧枪在吹炼过程中垂直方向的振动信号，来反映炉渣熔化状态。由于在转炉炼钢过程中，氧枪一直处于炉内甚至熔渣之中，对炉渣状态具有直接的反映，同时受其它因素干扰少，因而检测精度得到保障，实现了定量准确监测转炉炉渣熔化状态。本发明工作可靠，测量精度高，大大提高了转炉生产效率，降低了转炉炼钢成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步详述。

图1是本发明炉渣检测系统原理图；

图2是程序框图；

图3是实施例中测力传感器采集的原始数据；

图4是振幅变化曲线；

图5是震动参数N、M以及氧枪高度H、氧压P变化曲线；

图6是转炉炉渣熔化状态曲线。

图中各标号为：1、氧枪升降传动机构，2、测力传感器，3、称重仪表，4、氧枪，5、转炉，6、氧气流，7、炉渣，8钢水，9、氧枪高度传感器，10、氧气流量传感器，XS、显示器。

具体实施方式

图1中，由测力传感器2、称重仪表3、PLC系统构成了氧枪重量测量装置，它通过检测氧枪重量的变化来监测转炉炉渣熔化状态，实际上就是通过检测氧枪振动来反映转炉炉渣熔化状态。

本发明是利用安装于悬挂氧枪的钢丝绳或绳轮上的测力传感器2采集氧枪重量信号，通过测力传感器2将重量信号转换为4～20mA标准信号，该信号被计算机系统或PLC系统采集。为保证准确地反映氧枪振动情况，测力传感器2的响应时间要求小于50ms。

检测系统通过计算机系统内部或PLC系统内部的数字转换、滤波、振幅检测等环节得到氧枪振动值(重量变化量)，为了反映氧枪振动的变化情况，振动值经积分以柱状图形式和曲线形式输出。柱状图基本上可以理解为渣面的高度，而曲线图可以显示渣面的高度变化的规律，这是比较直观的表达方法。

本发明在计算修正系数k、b时，使A取Amin、Amax时，氧枪振动参数N＝k(A-b)的值分别为-3和2，这是一个数据的标准化过程，目的是为了使后面的计算有相同的计算过程，积分时间取20-30个氧枪振动周期来获得一个良好的积分响应特性。

为了消除氧枪枪位和氧气流量对氧枪振幅的影响，同时输入该两信号，对输出结果进行修正。本发明的检测原理是：

转炉氧枪4在冶炼过程中向熔池中钢水8吹氧，转炉熔池表面被渣层覆盖，氧枪4在吹氧过程中受到氧气流的反作用力和熔渣的浮力、冲击力作用，炉渣熔化状态不同，氧枪4受到的作用力也不同，在几种力的共同作用下氧枪在炉内通常会产生低频的振动，其振幅与炉渣熔化状态相关。根据以上原理，通过检测氧枪4垂直振动，经一定的信号处理过程，消除氧气流量的影响，可实现对炉渣熔化状态的定量测量。

测力传感器和称重仪表要求能测量氧枪重量，输出4～20mA信号仪表响应时间不大于50mS。在转炉操作室安装用于炉渣状态检测的工控计算机，计算机配备信号采集卡或信号采集模块，实现A/D转换。氧枪重量信号通过仪表电缆传送到操作室工控计算机上。

本发明增设的氧枪高度传感器9和氧气流量传感器10，均可采用常用形式的传感器。

在工控机上编写数据处理软件，处理后在计算机屏幕上显示经积分处理的柱状图和曲线图，在组态软件中这样的结果最方便显示，但其他的结果也可以，只要在显示时把它当成0～100就可以了。这样我们就可以方便的设定数值＜20为未熔或返干、数值20～40为熔化、数值40～60泡沫化淹没氧枪、数值＞60为喷溅报警，此刻，使图形改变为红色，以达到预警的目的。

实际上对N积分结果可能在很大的数值区间变化，比如长时间返干时积分结果可能达到-150、严重喷溅时积分结果可能达到250，将积分结果“限定在0～100区间”的方法就是当积分结果小于0时强制等于0、大于100时强制等于100，这种处理方法可以提高系统的响应能力，防止积分饱和。

图3是测力传感器实测的一个实施例的原始数据，通过上述算法计算得到振幅图4，再经枪位H和氧压P修正得到振幅图5，对图5中的曲线进行积分得到最终结果图6。

Claims (1)

1.一种氧气顶吹转炉基于氧枪振动的炉渣状态检测方法，其特征是，它在悬挂氧枪的钢丝绳或绳轮上安装一个测力传感器，对氧枪重力进行实时检测，通过称重仪表将钢丝绳受力情况转换为重量信号，该信号被计算机系统采集，由计算机系统对重量信号进行处理，分析氧枪振动状态，得出炉渣状态判椐，并将判断结果输出到显示器，其具体操作步骤如下：

a.确定氧枪振动参数N＝k(A-b)的系数k、b，具体步骤如下：

(1)在一个完整的炼钢过程中，采集氧枪重量信号

式中

G是氧枪重量信号，

A是G的振幅，

T是G的振动周期，

m是氧枪质量，

g是重力加速度，

t是时间，

由此得到氧枪重量信号G的振幅A的最大值Amax和最小值Amin；

(2)计算修正系数k、b，使得当A取Amin、Amax时，氧枪振动参数N＝k(A-b)的值分别为-3和2，即解方程组

b.实时检测氧枪重量信号G，根据其振幅A，计算氧枪振动参数N＝k(A-b)的值；

c.将N对时间t积分，积分区间为2～30倍氧枪重量信号的振动周期；

d.在积分结果和炉渣状况之间建立对应关系，并作为以后检测中根据积分结果判断炉渣状况的判断基准，若积分结果＜20，炉渣状况为未熔或返干；若积分结果为20～40，炉渣状况为熔化；若积分结果为40～60，炉渣状况为泡沫化淹没氧枪；若积分结果＞60，炉渣状况为泡沫化严重，发生喷溅。

Images