CN102899442A - 转炉出钢过程检测与控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转炉出钢过程检测与控制装置，包括下渣检测单元和挡渣单元，下渣检测单元包括防护套、成像单元、报警装置、显示器和工控机。防护套安装在转炉附近，前端设有红外防护窗口；成像单元设置在所述防护套内，用于对转炉出钢口处的钢流进行红外视频采集和出钢过程监控；显示器用于显示交流信息；工控机用于对红外热成像仪输出的红外视频图像信号进行计算处理，完成工艺参数的测定并根据设定的工艺参数指示所述报警装置发出报警信号并向挡渣单元发出控制信号，挡渣单元包括挡渣器及用于对挡渣器的动作进行控制的气动控制单元，气动控制单元控制挡渣器的动作，将钢渣吹回转炉内。该系统能够实时监测，检测准确、效果明显且操作简便。

Description

转炉出钢过程检测与控制装置

技术领域

本发明涉及冶金炼钢技术领域，特别是涉及一种转炉出钢过程检测与控制装置。

背景技术

在钢铁冶金行业，转炉炼钢具有节奏快、生产周期短、热效率高等特点，其产量占到我国炼钢总产量的85％以上。近年来，钢铁企业对提升产品档次、改善钢水质量、降低冶炼成本的要求越来越高。所以，转炉钢渣流入钢水包的问题越来越引起业界人士的关注。一方面，从经济角度看，钢渣层太厚不利于连铸机的操作，影响经济效益；另一方面，在转炉出钢过程中，由于大量钢渣从转炉混入钢包，钢水易被非金属物质所污染，因此会影响钢水的质量。为此，研究开发一种转炉钢水下渣检测系统，以尽量减少转炉出钢后期带出的钢渣量具有十分重要的意义。

目前，国内外冶金工作者在出钢下渣检测技术方面进行了大量研究和探索，开发出了一些下渣检测技术和方法，主要有电磁感应法和热图像法。电磁感应法是利用电磁感应原理，在出钢口埋入线圈传感器来检测炉渣。但该方法存在以下严重问题：第一，由于受出钢口形状的影响，经常发生误报现象，常导致操作工不得不用肉眼来观察钢流下渣情况；第二，采用新出钢口时，其功能一般在出了若干炉钢之后才会正常；第三，由于线圈传感器暴露在高温环境下，加上机械负荷较大，因此设备维护工作量大且困难。另外，其检测精度差、漏渣率高、能耗高、操作繁琐，不能自动控制钢包的钢渣厚度，也没有配套的挡渣手段。热图像检测方法目前也只是停留在初级阶段，即利用热图像辅助工人辨别钢水下渣情况，这种方法的缺点是：1、在转炉出钢时或加辅料时形成的烟雾会严重影响图像质量，进而影响下渣检测的准确率；2、功能单一，只能检测转炉出钢过程中的下渣量情况，对其他重要的工艺参数如下渣总量、出钢总量、温度趋向分析以及信号反馈等不能实现及时检测。而能够实现与启动挡渣装置联动的系统产品，目前更未见到。

总之，现有的出钢下渣检测系统都不能满足现代化生产工艺的要求，即使能辅助工人操作，也不能实现钢水下渣检测和自动挡渣联动，不仅影响产品质量，还降低了生产效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种检测准确、操作方便、渣量检测与挡渣联动的转炉出钢过程检测与控制装置。

为此，本发明的技术方案如下：

一种转炉出钢过程检测与控制装置，包括下渣检测单元和挡渣单元，所述下渣检测单元包括：防护套、成像单元、报警装置、显示器和工控机，所述防护套安装在转炉附近的适当位置处，防护套前端设有红外防护窗口；所述成像单元设置在所述防护套内，并由红外热成像仪和镜头组成，用于对转炉出钢口处的钢流进行红外视频采集和出钢过程监控；所述显示器为工控机的对话窗口，用于显示交流信息；所述工控机用于对红外热成像仪输出的红外视频图像信号进行计算处理，完成工艺参数的测定并根据设定的工艺参数指示所述报警装置发出报警信号并向挡渣单元发出控制信号，

所述挡渣单元包括挡渣器及用于对挡渣器的动作进行控制的气动控制单元，所述气动控制单元根据所述工控机发出的控制信号控制挡渣器的动作，通过挡渣器将钢渣吹回转炉内。

所述挡渣器安装在转炉炉体上，由挡渣器壳体及设置在挡渣器壳体内的气缸、传动机构和挡渣喷嘴组成，在接到所述工控机发出的控制信号后，所述气缸通过传动机构带动挡渣吹嘴快速旋转至工作位置，将钢渣吹回转炉内。

所述气动控制单元包括室内控制器、现场阀箱和现场操作箱，所述室内控制器对所述各单元的电源进行控制、显示系统参数状况、接收所述下渣检测单元的反馈信号并控制所述挡渣器执行挡渣操作；所述现场阀箱用于挡渣动作的程序控制和挡渣器壳体内部的冷却，其向所述挡渣器的壳体提供吹扫冷却用的压缩空气，向挡渣单元中的气动控制单元输送气动控制气体，向挡渣吹嘴输送挡渣用氮气；所述现场操作箱用于手动控制挡渣器完成挡渣操作。

所述红外热成像仪输出的视频数据信号通过一网络光端机传到所述的工控机，以保证成像质量。

所述红外防护窗口允许8～14μm的中远红外线通过，在所述红外防护窗口附近安装有高温衰减片，所述红外热成像仪和镜头的响应波段为8～14μm。

防护套的红外防护窗口处采用双气帘防护结构，该双气帘防护结构使用的压缩空气工作压力为0.4～0.6MPa，入口处温度为0～35℃。

另外，所述防护套通过一安装支架及设置在该安装支架上的半固定云台安装到转炉现场。

本发明利用红外热成像技术和计算机图形处理技术进行钢水下渣检测，当检测到下渣时，立即发出警报；当钢水中的渣含量达到设定的工艺上限时，系统就立即发出声光报警，同时输出控制信号给气动挡渣单元；气动挡渣单元在得到系统的报警信号后，立即启动挡渣程序并自动进行挡渣操作。

该装置实现了钢水下渣检测和自动挡渣联动，具有实时监测、检测准确、效果明显和操作简便的特点，对改善钢水纯净度、提高钢水质量和降低吨钢成本等具有重要意义。在提高钢水的纯净度和钢水质量、提高钢水的收率的同时，还提高了生产效率。另外，还减少了钢包粘渣，延长了钢包及出钢口耐火材料的使用寿命。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的转炉出钢过程检测与控制装置的结构进行详细说明。

如图所示，本发明的转炉出钢过程检测与控制装置主要由出钢下渣检测单元和挡渣单元组成。

下渣检测单元包括防护套1、成像单元、报警装置2、显示器3、工控机4。防护套1通过安装支架9及设置在该安装支架9上的半固定云台10安装到转炉现场。防护套1安装在转炉附近的适当位置处，虽然图中未示，在防护套1前端设有红外防护窗口，成像单元设置在防护套1内，并由红外热成像仪和镜头组成，用于对转炉出钢口处的钢流进行红外视频采集和出钢过程监控；显示器3为工控机4的对话窗口，用于显示交流信息；工控机4用于对红外热成像仪输出的红外视频图像信号进行计算处理，完成工艺参数的测定并根据设定的工艺参数指示所述报警装置发出报警信号并向挡渣单元发出控制信号。

挡渣单元包括挡渣器8和用于对挡渣器的动作进行控制的气动控制单元，该气动控制单元包括现场阀箱6、现场操作箱7以及室内控制器5，根据所述工控机发出的控制信号控制挡渣器的动作，通过挡渣器将钢渣吹回转炉内。

具体地说，挡渣器8安装在转炉炉体上，由挡渣器壳体及设置在挡渣器壳体内的气缸、传动机构和挡渣喷嘴组成，在接到所述工控机发出的控制信号后，所述气缸通过传动机构带动挡渣吹嘴快速旋转至工作位置，将钢渣吹回转炉内。

传动机构包括主动轴、被动轴、摆动臂、喷嘴和柔性连接管件等。挡渣器8是转炉出钢过程检测与控制装置的挡渣执行机构，当大量的炉渣将要从出钢口流出前，利用高压气体驱动挡渣器壳体内的气缸，使摆动臂旋转，在极短的时间内将摆动臂前端的喷嘴插入出钢口内，通过由喷嘴内喷出的高压氮气将炉渣挡回转炉内，完成气动挡渣任务。

由于挡渣器安装在转炉炉体上，其工作环境温度很高，且粉尘量大，因此在结构设计、材质选择、高温轴承选用以及风冷设计等方面都给予了充分考虑，另外还通过高温涂料增加挡渣装置的高温性能，以适应转炉极为恶劣的工作环境。挡渣器轴承为高温轴承，耐热温度达800℃。挡渣器本体、气缸、主动轴、被动轴、摆动臂和喷嘴等均采用压缩气体进行冷却，压缩气体气体工作压力为0.4～0.6MPa，温度0～40℃。挡渣使用的气体为氮气，工作压力为1.0～1.5MPa，温度0～40℃。

室内控制器5对所述各单元的电源进行控制、显示系统参数状况、接收所述下渣检测单元的反馈信号、控制所述挡渣器执行挡渣操作以及显示系统参数状况等(温度、压力、供电)，自动挡渣程序是通过控制器内的PLC实现的。

现场阀箱6是气动挡渣器的现场控制设备，内装各种气动电磁阀、PLC程序控制器、压力传感器元件、气体过滤装置以及截止阀等元件，主要承担挡渣动作的程序控制和挡渣器箱体内部的冷却功能。气体分三路供给，一路是压缩空气，用于挡渣器壳体内部部件的吹扫冷却，使挡渣器在高温环境下能够稳定工作；第二路是控制氮气，用于气动电磁阀的控制，以控制挡渣机构按规定的程序完成挡渣；第三路是挡渣用氮气，用于挡渣时将钢渣吹回转炉内，防止钢渣流入钢包。

现场操作箱7是用于摇炉工手动控制挡渣的电气控制设备。当操作人员获取挡渣操作指令或下渣检测系统发出的反馈信号时，摇炉工可通过现场操作箱7控制挡渣器完成挡渣任务。

红外热成像仪和红外镜头构成系统的成像单元，用于对转炉出钢口处的钢流进行红外视频采集，监控出钢过程。红外视频信号通过光缆传输设备输送给工控机。优选的是，红外热成像仪输出的视频数据信号通过一网络光端机传到所述的工控机，以保证成像质量。

在本发明的一个实施例中，所述红外防护窗口允许8～14μm的中远红外线通过，在所述红外防护窗口附近安装有高温衰减片，所述红外热成像仪和镜头的响应波段为8～14μm。

防护套1的红外防护窗口处采用双气帘防护结构，在保证耐高温性能的同时，确保红外防护窗口不结灰，以保证所采集的红外图像的清晰度。在压缩空气供应正常的条件下，摄像机能在300℃高温环境正常工作。所使用的压缩空气的工作压力为0.4～0.6MPa，入口处温度0-35℃。

工控机4是视频图形专用处理设备，通过工控机处理技术分辨钢水中夹带的钢渣，并以两种明显不同的颜色表示钢水和钢渣，使操作人员直接看到钢水中的下渣过程和数量。同时，实现下渣总量、出钢量及温度的在线实时检测。显示器3为工控机的对话窗口，显示交流信息。

报警装置4是下渣检测单元的自动报警装置，通过对转炉出钢过程的下渣量进行实时检测，当钢水中的渣含量达到工艺上限时，工控机立即发出报警，并输出反馈信号给报警装置。报警装置在得到反馈信号后，立即发出声光报警，提醒抬炉工进行抬炉操作，避免更多的钢渣流入钢包中。一般情况下，报警装置宜安装在抬炉操作室。

该装置通过把红外热成像技术与计算机图形数据处理技术有机地结合在一起，形成智能化的出钢过程下渣检测技术。在转炉出钢下渣检测过程中，红外热成像仪实时监测出钢的钢流表面。根据红外线范围内钢渣的放射率较钢水高的原理，即使钢水和熔渣有相同的温度，红外传感器仍能判定钢渣的温度较钢水高，从而检测到钢渣。

Claims (7)

1.一种转炉出钢过程检测与控制装置，其特征在于：包括下渣检测单元和挡渣单元，

所述下渣检测单元包括：防护套、成像单元、报警装置、显示器和工控机，所述防护套安装在转炉附近的适当位置处，防护套前端设有红外防护窗口；所述成像单元设置在所述防护套内，并由红外热成像仪和镜头组成，用于对转炉出钢口处的钢流进行红外视频采集和出钢过程监控；所述显示器为工控机的对话窗口，用于显示交流信息；所述工控机用于对红外热成像仪输出的红外视频图像信号进行计算处理，完成工艺参数的测定并根据设定的工艺参数指示所述报警装置发出报警信号并向挡渣单元发出控制信号，

所述挡渣单元包括挡渣器及用于对挡渣器的动作进行控制的气动控制单元，所述气动控制单元根据所述工控机发出的控制信号控制挡渣器的动作，通过挡渣器将钢渣吹回转炉内。

2.根据权利要求1所述的转炉出钢过程检测与控制装置，其特征在于：所述挡渣器安装在转炉炉体上，由挡渣器壳体及设置在挡渣器壳体内的气缸、传动机构和挡渣喷嘴组成，在接到所述工控机发出的控制信号后，所述气缸通过传动机构带动挡渣吹嘴快速旋转至工作位置，将钢渣吹回转炉内。

3.根据权利要求1所述的转炉出钢过程检测与控制装置，其特征在于：所述气动控制单元包括室内控制器、现场阀箱和现场操作箱，

所述室内控制器对所述各单元的电源进行控制、显示系统参数状况、接收所述下渣检测单元的反馈信号并控制所述挡渣器执行挡渣操作；

所述现场阀箱用于挡渣动作的程序控制和挡渣器壳体内部的冷却，其向所述挡渣器的壳体提供吹扫冷却用的压缩空气，向挡渣单元中的气动控制单元输送气动控制气体，向挡渣吹嘴输送挡渣用氮气；

所述现场操作箱用于手动控制挡渣器完成挡渣操作。

4.根据权利要求1所述的转炉出钢过程检测与控制装置，其特征在于：所述红外热成像仪输出的视频数据信号通过一网络光端机传到所述的工控机。

5.根据权利要求1所述的转炉出钢过程检测与控制装置，其特征在于：所述红外防护窗口允许8～14μm的中远红外线通过，在所述红外防护窗口附近安装有高温衰减片，所述红外热成像仪和镜头的响应波段为8～14μm。

6.根据权利要求1所述的转炉出钢过程检测与控制装置，其特征在于：所述防护套的红外防护窗口处采用双气帘防护结构，该双气帘防护结构使用的压缩空气工作压力为0.4～0.6MPa，入口处温度为0～35℃。

7.根据权利要求1所述的转炉出钢过程检测与控制装置，其特征在于：所述防护套通过一安装支架及设置在该安装支架上的半固定云台安装到转炉现场。

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