CN102680532A

CN102680532A - 一种铁水预处理模拟试验装置

Info

Publication number: CN102680532A
Application number: CN2012101240395A
Authority: CN
Inventors: 罗志国; 孙俊杰; 邹宗树; 张树才; 茹家胜
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2012-04-25
Publication date: 2012-09-19

Abstract

一种铁水预处理模拟试验装置，包括铁水包、喷粉罐、控制电柜和储气罐；铁水包侧壁安装电导率信号采集端口连接电导率仪，铁水包上方有喷枪，交流电动机拖动丝杠联结装置与喷枪连接；喷粉罐上安装第一压力表和第一安全阀，喷粉罐顶部设有给料装置，喷粉罐底部分别连接三个质量流量控制器；空气压缩机经第二压力变送器和第二旋拧阀连接储气罐；控制电柜中包括通信装置、PLC控制器、上位组态计算机和显示器。本装置通过实验的研究，能准确模拟出实际生产中铁水包在不同喷吹粉剂量和吹气量的情况下的粉剂均混时间、停留时间和穿透比，可以实时监测铁水包内参数变化以及实时的喷吹粉剂量和吹气量，实现整个铁水预处理过程的运作虚拟化。

Description

一种铁水预处理模拟试验装置

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，特别涉及一种铁水预处理模拟试验装置。

背景技术

铁水预处理主要目的是降低成品钢中P、S含量，使进入转炉的铁水初始P、S含量比较低，为最终获得低P低S钢坯创造条件，目前，公知的一般的铁水预处理模拟试验装置仅能测量一些相关的实验数据，不能实现自动流量调节控制；不能实现系统安全机制工艺连锁、切断等控制；不能实现过程及实验数据的保存和查询；不能实现参数画面的显示，给科研和教学带来了诸多不便。为了更好的控制铁水成分变化，需要精确的知道所喷粉剂在包内的停留时间、均混时间和穿透比的实时数据，需要更精确的控制流量调节，需要事后查询过程数据，进而为优化铁水预处理工艺提供数据参考。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种铁水预处理模拟试验装置。

一种铁水预处理模拟试验装置，包括铁水包、喷粉罐、控制电柜、储气罐。

铁水包的本体，根据实验需要，由实际生产中的铁水包形状按比例设计；铁水包外围设有方罩，方罩外形为长方体，用于消除观察时折射的影响，方罩采用材料为有机玻璃；铁水包底部有支架支撑，支架采用方管钢支架；铁水包侧壁安装有电导率信号采集端口，电导率仪与电导率信号采集端口连接，电导率仪通过该采集端口采集铁水包内液体的电导率信号，铁水包上方设有喷枪，喷枪为细长无缝钢管，交流电动机拖动丝杠联结装置与喷枪连接，控制喷枪升降。

喷粉罐上安装第一压力表和第一安全阀，第一压力表实时监测喷粉罐内压力，第一安全阀用于实验结束后和出现事故时排压，喷粉罐顶部设有给料装置，给料装置包括称料缓冲器、锥形入料口和球形给料阀；称料缓冲器与重力传感器相连，实时测量剩余粉剂质量；球形给料阀安装在喷粉罐上，用于控制粉剂的加入时机，锥形入料口置于球形给料阀上；粉剂流化设备包括第一质量流量控制器、第二质量流量控制器和第三质量流量控制器，粉剂流化所需气体由三个质量流量控制器联合控制，三个粉剂流化气体管道的两端分别与从储气罐出来的总管道和喷粉罐底部连接。

从储气罐出来的气体总管道中依次安装有第二压力表、第一旋拧阀和第一压力变送器；第二压力表实时测量管道中的气体流量和气体压力；第一旋拧阀是用于控制喷吹气体的开关；第一压力变送器将采集的气体压力参数转变成标准的电信号，储气罐侧面安装第二安全阀，第二安全阀用于在处理突发事故时释放储气罐里的气体；储气罐与空气压缩机相连的气体输送管道上依次设置第二旋拧阀和第二压力变送器，空气压缩机将压缩后的空气输送到储气罐；

所述控制电柜中，包括通信装置、PLC控制器、上位组态计算机和显示器，计算机通过通信装置连接PLC，实现控制与数据同步采集，显示器与计算机配套使用。计算机进行数据设置把各相关量实时显示，PLC内部通过预先编程实现整个设备的动作连锁与连续执行，喷枪升降由交流电动机拖动丝杠联结装置按照上位计算机上设置的参数执行程序运行；控制电柜中还安装有报警器，当气体压力过大或者在处理易爆气体漏气时发出警报。电导率仪与上位组态计算机连接，计算机中装有电导率仪配套驱动软件，交流电动机拖动丝杠联结装置和重力传感器、三个质量流量控制器均与控制电柜中的PLC相连。电导率仪通过实时采集液体电导率，并同步显示在组态画面中。试验数据可以根据需要全部或部分的在计算机中记录和保存，也可进行表格、曲线、数据库等格式的导出。

采用本发明试验装置进行铁水预处理模拟试验，具体步骤如下：

步骤1：初始化工艺参数，包括铁水包的尺寸、熔池液面高度、喷枪距熔池底部的距离、粉剂粒度、固气比、粉剂每次加入量和初始气体流量数据，选择试验所需的熔剂、示踪剂。

步骤2：选择要测量的选项：均混时间、停留时间或者穿透比；根据选择测量的选项加入适量的熔剂，如果选择测量穿透比，则需要选择合适的捕获剂并加入适量于熔剂顶部。

步骤3：调节喷粉罐、储气罐和喷枪：利用与机电控制装置相连的重力感应器控制喷粉罐中的粉剂加入量，利用与控制装置相连的三个质量流量控制器控制气体流量，调节三个管道中的质量流量控制器，实现气体分配，利用交流电动机拖动丝杠联结装置控制喷枪的升降。

步骤4：开始喷吹粉剂，用电导率仪测量熔池中示踪剂的含量，实时用计算机记录示踪剂含量的变化，观察示踪剂含量是否稳定，示踪剂含量稳定后保存记录数据，即得到均混时间，稳定后的溶解量与总的示踪剂量的比值即为穿透比。

步骤5：如果需要继续测量其它组实验，转到步骤2。否则结束实验。

有益效果：

本发明装置通过实验的研究，能够准确的模拟出实际生产中铁水包在不同喷吹粉剂量和吹气量的情况下的粉剂均混时间、停留时间和穿透比，可以实时监测铁水包内参数变化以及实时的喷吹粉剂量和吹气量，实现了整个铁水预处理过程的运作虚拟化。现场的一些数据可以作为实验的基础数据，研究结果用以指导现场生产，为现场生产提供比较准确的实时数据。指导实际生产操作，并为教学提供操作流程平台，加深对理论知识的理解。

具体优点在于：

1、计算机控制气体的流量和粉剂的喷吹量，反馈出实际生产时的流量，实时的内部运行参数亦反应在计算机中；

2、可以直接输入工厂数据、原材料性质和工厂操作条件，计算机会对数据进行实验数据转换并对实验条件下达需要改进的指令；

3、实现人机互动，可以容易清晰的看到实时采集的数据，进而对实验进行实时改进；

4、实现机电一体化，可以从计算机的输入设备处控制实验的全部部分；

5、采用操作、监视集中，控制分散的原则，PLC以工艺设备为单元分散设置，一方面可获得良好的实时响应，另一方面也提高了系统的可靠性，即一台PLC故障都不会波及其它单元；

6、具有通用性及互换性；

7、机构相对简单、成本低廉、操作方便直观、使用可靠、故障率低；

8、既可用于科研也可用于教学，在科研方面，可以用其研究结果为实际生产提供参考和指导；在教学方面，可以提供操作流程平台，加深对理论知识的理解。

附图说明

图1是本发明实施例模拟试验装置总体结构示意图，其中，1-铁水包，2-喷粉罐，3-控制电柜，4-储气罐，5-方管钢支架，6-方罩，7-电导率仪，8-喷枪，9-交流电动机拖动丝杠联结装置，10-第一压力表，11-第一安全阀，12-称料缓冲器，13-锥形入料口，14-球形给料阀，15-重力传感器，16-第一质量流量控制器，17-第二质量流量控制器，18-第三质量流量控制器，19-第二压力表，20-第一旋拧阀，21-第一压力变送器，22-第二安全阀，23-第二旋拧阀，24-空气压缩机，25-第二压力变送器，26-报警器；

图2是本发明实施例模拟试验装置实验流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

本发明的铁水预处理模拟试验装置，包括铁水包1、喷粉罐2、控制电柜3、储气罐4。

铁水包1的本体，按与实际铁水包比例为1∶4制作，铁水包1底部有支架支撑，支架采用方管钢支架5，铁水包外围设有方罩6，方罩6外形为长方体，用于消除观察时折射的影响，方罩6采用材料为有机玻璃；铁水包1侧壁安装有电导率信号采集端口，电导率仪7与电导率信号采集端口连接，电导率仪7通过该端口采集铁水包内液体的电导率信息，铁水包1上方设有喷枪8，喷枪8为细长无缝钢管；交流电动机拖动丝杠联结装置9通过三相齿轮减速电动机拖动丝杠连接于喷枪8。电导率仪选用的型号是DDSJ-308A，三相齿轮减速电动机选用的型号是YTCJLD。

喷粉罐2上安装第一压力表10和第一安全阀11，第一压力表10实时监测喷粉罐2内压力，第一安全阀11用于实验结束后和出现事故时排压，喷粉罐2顶部设有给料装置，给料装置包括称料缓冲器12、锥形入料口13和球形给料阀14；称料缓冲器12与重力传感器15相连，实时测量剩余粉剂质量；球形给料阀14安装在喷粉罐2上，用于控制粉剂的加入时机，锥形入料口13置于球形给料阀14上；粉剂流化设备包括第一质量流量控制器16、第二质量流量控制器17和第三质量流量控制器18，喷粉罐2底部分别连接第一质量流量控制器16、第二质量流量控制器17和第三质量流量控制器18，重力传感器选用型号是STC-30kg，质量流量控制器选用型号是S49-33/MT。

从储气罐4出来的总管道依次安装有第二压力表19、第一旋拧阀20和第一压力变送器21；第二压力表19实时测量管道中的气体压力；第一旋拧阀20是用于控制喷吹气体的开关；第一压力变送器21将采集的气体压力参数转变成标准的电信号，储气罐4侧面安装第二安全阀22和第二旋拧阀23，第二安全阀22用于在处理突发事故时释放储气罐4里的气体；储气罐4与空气压缩机24相连的气体输送管道上依次设置第二旋拧阀23个第二压力变送器25，空气压缩机24将压缩后的空气输送到储气罐4；第一和第二压力变送器选用型号是BR572，第一和第二压力表选用型号是YWK-50。

控制电柜选用现有技术中的常规控制电柜，其中包括通信装置(采用西门子CP1413通信处理器)、两套PLC控制器(型号分别是PLC-1：HOLLIAS-lec G3LM3109，PLC-2：LM3313)、上位组态计算机和显示器，计算机通过通信装置连接PLC，实现控制与数据同步采集，显示器与计算机配套使用，均采用常规配置。上位组态计算机进行数据设置把各相关量实时显示，PLC内部通过预先编程实现整个设备的动作连锁与连续执行，喷枪升降由交流电动机拖动丝杠联结装置按照上位组态计算机上设置的参数执行程序运行；控制电柜中还安装有报警器26，报警器26选用YLW-110型压力报警器，当气体压力过大或者在处理易爆气体漏气时发出警报。电导率仪与上位组态计算机连接，上位组态计算机中装有电导率仪配套驱动软件，交流电动机拖动丝杠联结装置、三个质量流量控制器和重力传感器均与控制电柜中的PLC相连。电导率仪通过实时采集液体电导率，并同步显示在组态画面中。试验数据可以根据需要全部或部分的在上位组态计算机中记录和保存，也可进行表格、曲线、数据库等格式的导出。

采用本发明装置进行模拟试验，步骤如下：

步骤1：根据表1数据初始化铁水包的尺寸，根据表2数据初始化气体流量，熔池液面高度、喷枪距熔池底部的距离、粉剂粒度、固气比按照表3、4、5里的参数初始化，粉剂每次加入量设置为40g，根据相似理论由原型气体流量算出模型的气体流量如表2，本实验选用特制空心三氧化二铝颗粒作为粉剂，密度为0.7t/m³，粒径为0.00～0.315mm，实验中将粉剂用饱和食盐水浸泡处理后烘干筛分。往铁水包内装入指定高度的钢水模拟液体(水)，使用交流电机拖动丝杆将喷枪下降至铁水包液面以下的预定深度，打开空气压缩机24、储气罐4和喷粉罐2之间的第一旋拧阀20、空气压缩机24和储气罐4之间的第二旋拧阀23，调节第一质量流量控制器16、第二质量流量控制器17和第三质量流量控制器18。

表1铁水包原型与物理模型的主要参数

表2原型和模型的气体流量

表3喷嘴离底高度为75mm时停留时间实验结果

表4液面高度为608时铁水包模型粉剂穿透比实验结果

(喷嘴离底高度为75mm，粉剂粒度为0.28-0.315mm)

表5不同喷嘴离底高度条件下铁水包模型熔池均混时间实验结果

步骤2：选择要测量的选项：均混时间、停留时间或者穿透比。如果选择穿透比，还需要捕获剂，用真空泵油作为捕获剂，使未穿透气泡的粉剂上浮到渣面后停留在油中，这样就保证了只有穿透气泡的粉剂才能引起溶池导电能力的变化。往称料缓冲器中加入适量与示踪剂混合均匀的粉剂，通过重力传感器控制每次加入粉剂的质量，准备就绪后，打开喷粉罐顶部的球形给料阀，开始喷粉。

步骤3：调节喷粉罐、储气罐和喷枪：利用与控制电柜相连的重力感应器控制喷粉罐中的粉剂加入量，利用与控制电柜相连的三个质量流量控制器控制气体流量，调节第一质量流量控制器、第二质量流量控制器、第三质量流量控制器三个管道中的气体分配，利用交流电动机拖动丝杠联结装置控制喷枪的升降。

步骤4：开始喷吹粉剂，用电导率仪测量熔池中示踪剂的含量，吹气喷粉一定时间后，随着吹气的进行，装置内水溶液的电导率将发生变化，根据电导率仪采集的数据判定装置内的液体与粉剂混合状态，由计算机将其记录下来形成数据文件。经过一段时间后，液体的电导数据波动趋于稳定，这个时间差即是均混时间，利用电导仪记录电导率随时间的变化，确定导电能力变化与粉剂的穿透量之间的关系，根据电导率仪稳定时的数据计算出穿透溶剂的粉剂量与总喷吹的粉剂量就可得到穿透比。在对停留时间进行测定时，结合实验条件，选用粒径为0.28～0.315mm的粉剂用于主要实验。通过收集不同时刻上浮至液面的粉剂，计算各时间段所收集的粉剂占喷入粉剂总量的百分数，找出其与时间的关系，以确定粉剂停留时间分布。表3、4、5分别为一组所选粉剂的均混时间、穿透比、停留时间实验数据。

实验流程如图2所示。

Claims

1.一种铁水预处理模拟试验装置，其特征在于：包括铁水包、喷粉罐、控制电柜、储气罐；

所述铁水包外围设有方罩；铁水包底部有支架支撑；铁水包侧壁安装有电导率信号采集端口，电导率仪与电导率信号采集端口连接，铁水包上方设有喷枪，交流电动机拖动丝杠联结装置与喷枪连接；

所述喷粉罐上安装第一压力表和第一安全阀，喷粉罐顶部设有给料装置，给料装置包括称料缓冲器、锥形入料口和球形给料阀；称料缓冲器与重力传感器相连；球形给料阀安装在喷粉罐上，锥形入料口置于球形给料阀上；粉剂流化设备包括第一质量流量控制器、第二质量流量控制器和第三质量流量控制器，三个粉剂流化气体管道的两端分别与从储气罐出来的总管道和喷粉罐底部连接；

从储气罐出来的总管道中依次安装有第二压力表、第一旋拧阀和第一压力变送器；储气罐侧面安装第二安全阀，储气罐与空气压缩机相连的气体输送管道上依次设置第二旋拧阀和第二压力变送器；

所述控制电柜中，包括通信装置、PLC控制器、上位组态计算机和显示器，上位组态计算机通过通信装置连接PLC，电导率仪与上位组态计算机连接交流电动机拖动丝杠联结装置、质量流量控制器和重力传感器均与控制电柜中的PLC相连。