CN103397134B - 一种根据转炉倾动角度计算转炉留渣量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种根据转炉倾动角度计算留渣量的方法。在吹炼结束后，记录倒渣时转炉内渣将出不出时的临界角度α，得到炉内熔融体的总体积V₁；其次，通过副枪测得钢水液面高度，得到转炉钢水体积V_steel；记录倒渣结束后的转炉倾动角度β，得到剩余熔融体总体积V₂，最后结合炉衬测量系统提供的炉衬侵蚀数据，计算出倒渣前炉内熔融体的总体积和倒出渣的体积，二者之差即为转炉内留渣的体积，总渣量可通过物料平衡进行计算，根据质量与体积成正比，从而得出转炉内的留渣量。该方法不需要额外增加检测和称量设备，简便易行。

Description

一种根据转炉倾动角度计算转炉留渣量的方法

技术领域

本发明涉及一种根据转炉倾动角度计算倒渣后炉内剩余渣量的简易方法，具体而言是针对现在转炉工艺上采用的留渣或少渣方法，开发的一种不需要增加任何硬件设备和额外投资的即可得到转炉留渣量的简易方法。

背景技术

转炉留渣法炼钢是将炼钢终渣留一部分在炉内，参与下一炉造渣的炼钢方法。由于终渣碱度、氧化铁含量及温度高，有利于初期渣的形成和前期脱磷，并改善了全程化渣，因此可大幅度减低钢铁料消耗、石灰消耗及增加废钢用量，并有利于炉龄的提高，此方法炼钢具有巨大的经济效益，因此在转炉炼钢领域得到了广泛的应用。但大多数钢铁企业并没有把太大的注意力放在渣的处理上，目前有两种做法：

（1）转炉倒渣和留渣的重量一般是由炉前操作工凭经验进行判断，此重量值极为不准确，对转炉冶炼工艺和二级模型的计算精度存在很大影响。

（2）增设称重系统，一般的做法还是在安放渣罐的渣车上安装称量系统来实现，这样既增加了设备投资，也增添了后期维护的工作量。

发明内容

本发明的目的在于提出一种根据转炉倾动角度计算倒渣后炉内剩余渣量的简易方法，其可以在不附加任何称量装置的前提下，针对现在转炉工艺上普遍采用的留渣或少渣操作，计算出前一炉的留渣量，从而为操作工提供准确的参考，也为配备转炉动态炼钢模型的企业提供了准确的数据，提高了模型的计算精度。

为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：

由于无法确定前炉留渣的具体重量，计算前需要将炉内的余渣全部倒出，而且由于炉口粘附的渣可能对临界角度的观察产生一定的影响，要求维护人员对炉口进行清理，炉衬测量数据要提前导出；

一种根据转炉倾动角度计算转炉留渣量的方法，该方法是根据转炉倒渣时炉体的倾动角度，结合液态钢水和钢渣混合物的流动状态，计算得到前一炉的留渣量，其过程为：

（1）炉前操作人员在吹炼结束倒渣摇炉时记录转炉内渣将出不出时的临界角度α，通过炉衬激光测距仪可以得到转炉中心线到炉壁的长度，称其为半径，将炉口到炉底的高度分为235段，将每个横截面按照炉衬激光测距仪所提供的最小观测角度2.5°分为144个近似三角形，得到的转炉内不同高度所对应的不同角度时的半径，组织构建成一个高度和半径的矩阵R：

$R=\left[\begin{array}{cccccc}{H}_0& {r_1}^0& r_2^0& ...& r_{143}^0& r_{144}^0\\ H_1& {r_1}^1& r_2^1& ...& r_{143}^1& r_{144}^1\\ .& .& .& ...& .& .\\ .& .& .& ...& .& .\\ .& .& .& ...& .& .\\ H_{234}& {r_1}^{234}& r_2^{234}& ...& r_{143}^{234}& r_{144}^{234}\end{array}\right]$

（2）利用正弦定理在高度H_m(0≤m≤234)上求出所有三角形的面积之和：

（3）已知转炉倾动角度为ω，炉口半径为r_mouth，炉口到炉内某一截面的高度为h，该截面中心点距炉内熔融体液面的高度为d，根据几何关系，得到d：

d＝r_mouth+h*tan(ω-90°)

（4）转炉倾动角度为ω时，距炉口高度为h的截面上在熔融体中的面积为圆心角为2arccos(d/r_i)(1≤i≤144)的扇形面积减去三角形的面积，得到弓形面积：

S_弓＝S_扇-S_Δ

（5）当倾动角度ω=α时，转炉内的熔融体总体积V₁：

其中0≤m≤234，为炉内液面与炉底交点所在的高度对应235段的序号；

同理，当倾动角度ω＝β时，得倒渣后转炉内剩余的熔融体的体积V₂；

其中β为倒渣完成后转炉的倾动角度；

（6）通过副枪测量钢水液面高度，利用得到的高度和半径的矩阵R，将整个转炉分成235个不同的小圆柱，然后根据不同高度计算不同小圆柱的体积，最后进行累加得到炉内钢水的体积V_steel：

其中0≤η≤234，为钢水高度对应的235段的序号得到转炉中的钢水体积V_steel；

（7）总渣量m_total-slag可通过物料平衡计算得到，根据质量与体积成正比，则转炉中的留渣量为：

$m_{\mathrm{left}-\mathrm{slag}}=\frac{V_2-V_{\mathrm{steel}}}{V_1-V_{\mathrm{steel}}}{m}_{\mathrm{total}-\mathrm{slag}}.$

与现有技术相比，本发明具有如下积极效果：一是控制算法简单，易于实现和应用；二是不需要添加任何硬件设备，如渣车称量装置等，节省投资；三是没有后期维护和设备折旧和更换的工作。

附图说明

图1A是转炉倾动角度为临界角度α时转炉倒渣示意图；

图1B是倒渣完成后转炉的倾动角度β时转炉倒渣示意图；

图2是炉衬侵蚀检测软件测得的转炉纵向截面示意图；

图3是炉衬侵蚀检测软件测得的转炉横向截面示意图；

图4是计算转炉容积横向截面积示意图；

图5是转炉倾动角度为ω时内部熔池的运动状态示意图；

图6是计算倾动角度为ω时横截面在熔池中的体积；

图7是对应高度为h的横截面中心点到熔池液面的距离示意图。

具体实施方式

以下结合附图和一个较佳实施例对本发明的技术方案作进一步地说明。

本实施例的一种根据转炉倾动角度计算转炉留渣量的方法系应用于某钢厂180t转炉中，倒渣的过程如图1所示。

如下具体说明该技术方案的实施过程。

由于无法确定前炉留渣的具体重量，计算前需要将转炉清空，而且由于炉口粘附的渣可能对临界角度的观察产生一定的影响，要求维护人员对炉口进行清理，炉衬测量数据要提前导出。

炉前操作人员在吹炼结束倒渣摇炉时通过观察得到转炉内渣将出不出时的临界角度α，待倒渣完成后，记录转炉的角度β。

通过炉衬激光测距仪可以得到转炉中心线到炉壁的长度，称其为半径，将炉口到炉底的高度分为235段，如图2、3所示。但由于炉衬受到的侵蚀程度不同，导致其厚度不一，致使炉子内部形状变得极不规则，因此不能简单地将每一高度对应的横截面看成是一个圆，这里将每个横截面按照炉衬激光测距仪所提供的最小观测角度2.5°分为144个近似三角形，经过处理得到的转炉内不同高度所对应的不同角度时的半径，组织构建成一个高度和半径的矩阵R：

$R=\left[\begin{array}{cccccc}{H}_0& {r_1}^0& r_2^0& ...& r_{143}^0& r_{144}^0\\ H_1& {r_1}^1& r_2^1& ...& r_{143}^1& r_{144}^1\\ .& .& .& ...& .& .\\ .& .& .& ...& .& .\\ .& .& .& ...& .& .\\ H_{234}& {r_1}^{234}& r_2^{234}& ...& r_{143}^{234}& r_{144}^{234}\end{array}\right].$

利用正弦定理在高度H_m(0≤m≤234)上求出所有三角形的面积之和：

即为对应高度H_m上横截面的面积。

在转炉吹炼结束倒渣摇炉时，炉内的熔融体沿着倒渣侧的炉壁流动，如图5所示。由于钢水的密度大于渣的密度，渣先流出。图5中标示的弓形面积即为距离炉口高度为h的横截面在熔融体中的面积，而图6为图5旋转至竖直位置时的示意图，从图中的几何关系可以得到图5中的弓形面积为扇形面积减去高度为d的三角形面积，而高度d可以用下式计算得到：

d＝r_mouth+tan(ω-90°)。

其中r_mouth为炉口半径。

在图7中，转炉沿着r₁和r₇₃组成的直径方向进行倾动，则各半径在此直径上的映射所组成的数组D为：D＝[D₁,D₂,...,D_n,...,D₁₄₄](1≤n≤144)。渣的泡沫化程度可以根据α的大小来判断，一般来说，熔池体积不会超过转炉容积的一半，即考虑图7中的右半圆，将d与数组D中各项比较，得到最先与d最接近的D_n即可知道图5中扇形所对应的半径r_n，则所求的弓形面积即为二者之差，S_弓＝S_扇-S_Δ。

如果渣的泡沫化程度很强的话，炉内液面与转炉中心线有交点，即要考虑图7中左半圆的情况，则所求的弓形面积即为上述所求的三角形和，S_弓＝S_扇+S_Δ。

当倾动角度ω=α时，转炉内的熔融体的体积V₁：

其中0≤m≤234，为炉内液面与炉底交点所在的高度的序号。

同理，当倾动角度ω＝β时，用上面的公式可得倒渣后转炉内剩余的熔融体的体积V₂。

利用得到的高度和半径的矩阵R，将整个转炉分成235个不同的小圆柱，然后根据不同高度计算不同小圆柱的体积，最后进行累加得到炉内钢水的体积V_steel：

其中0≤η≤234，为钢水高度对应的235段的序号。

转炉内渣的总重量可通过物料平衡进行计算，下表是该钢厂物料平衡计算的具体数据：

则转炉中剩余渣量的计算公式为：

$m_{\mathrm{left}-\mathrm{slag}}=\frac{V_2-V_{\mathrm{steel}}}{V_1-V_{\mathrm{steel}}}{m}_{\mathrm{total}-\mathrm{slag}}$

尽管本发明的实施方案已公开如上，但对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (1)

1.一种根据转炉倾动角度计算转炉留渣量的方法，其特征在于： 

(1)炉前操作人员在吹炼结束倒渣摇炉时记录转炉内渣将出不出时的临界角度α，通过炉衬激光测距仪可以得到转炉中心线到炉壁的长度，称其为半径，将炉口到炉底的高度分为235段，将每个横截面按照炉衬激光测距仪所提供的最小观测角度2.5°分为144个近似三角形，得到的转炉内不同高度所对应的不同角度时的半径，组织构建成一个高度和半径的矩阵R： 

(2)利用正弦定理在高度H_m上，其中0≤m≤234，求出所有三角形的面积之和： 

(3)已知转炉倾动角度为ω，炉口半径为r_mouth，炉口到炉内某一截面的高度为h，该截面中心点距炉内熔融体液面的高度为d，根据几何关系，得到d： 

d＝r_mouth＋h*tan(ω-90°) 

(4)转炉倾动角度为ω时，距炉口高度为h的截面上在熔融体中的面积为圆心角为2arccos(d/r_i)，其中1≤i≤144的扇形面积减去三角形的面积，得到弓形面积： 

S_弓＝S_扇－S_Δ

(5)当倾动角度ω＝α时，转炉内的熔融体总体积V₁： 

其中0≤m≤234，为炉内液面与炉底交点所在的高度对应235段的序号； 

同理，当倾动角度ω＝β时，得倒渣后转炉内剩余的熔融体的体积V₂； 

其中β为倒渣完成后转炉的倾动角度； 

(6)通过副枪测量钢水液面高度，利用得到的高度和半径的矩阵R，将整个转炉分成235个不同的小圆柱，然后根据不同高度计算不同小圆柱的体积，最后进行累加得到炉内钢水的体积V_steel： 

其中0≤η≤234，为钢水高度对应的235段的序号得到转炉中的钢水体积V_steel； 

(7)总渣量m_total-slag可通过物料平衡计算得到，根据质量与体积成正比，则转炉中的留渣量为：