CN103981330B - 一种测量钢水含碳量的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种测量钢水含碳量的方法及装置，其包括：向钢水吹入氧气，使得钢水中的碳元素和氧气发生反应，产生一氧化碳；采集所述一氧化碳含碳量；根据采集的所述一氧化碳含量，获得所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的函数关系；根据所述获得的所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的关系和实时采集的一氧化碳含碳量，计算吹炼过程中实时的钢水中含碳量。本发明提供了一种利用烟道的一氧化碳含碳量计算出钢水含碳量的方法，可以实现测得连续钢水含碳量的目的，同时一氧化碳也可直接作为烟气数据供其他工艺段使用，并且该方法避免了测量设备和钢水的直接接触，不会被高温和翻腾的钢水损坏，使测量设备可以长期使用。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢领域，尤其涉及一种测量钢水含碳量的方法及装置。
背景技术
转炉炼钢是以铁水、废钢、铁合金为主要原料，不借助外加能源，靠铁液本身的物理热和铁液组分间化学反应产生热量而在转炉中完成炼钢过程。
转炉炼钢的最重要的数据就是钢水中的含碳量和钢水的温度。前者直接关系到钢铁的质量，而后者则是各个阶段炼钢反应的重要条件。
在吹炼过程中，钢水温度可达到1500℃以上，并且液态的钢水会处于剧烈的翻腾状态。所以常规的测量设备是无法测得钢水含碳量的。一般钢水的含碳量都是由看火工通过看火经验进行判断的，并在铁水倒入转炉之前和钢水吹炼完毕后用一次性的取样枪插入钢水中取得钢水样本，经分析后得到起点和终点钢水含碳量。这样的炼钢方式对人员的技术水平要求极高，并且很难有效的保证钢水终点含碳量的准确性和过程钢水含碳量的定量数据。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量钢水含碳量的方法及装置用以克服上述技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种测量钢水含碳量的方法，包括：
步骤a,向钢水吹入氧气，使得钢水中的碳元素和氧气发生反应，产生一氧化碳；
步骤b,采集所述一氧化碳含碳量；
步骤c,根据采集的所述一氧化碳含量，获得所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的函数关系；
步骤d,根据所述获得的所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的关系和实时采集的一氧化碳含碳量，计算吹炼过程中实时的钢水中含碳量。
较佳的，所述根据采集的所述一氧化碳含量，获得所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的函数关系，包括：
记录TN时所述钢水中的含碳量CN，和所述检测到的一氧化碳含碳量DN，其中TN表示第N次对钢水取样的时间，N为自然整数且大于等于2；
根据上述记录值之间的对应关系，拟合得到一组关于所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量的函数关系。
较佳的，对不同炉次的钢水多次执行步骤a至步骤c，计算出不通炉次的所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的多个函数关系，根据所述多个函数关系，计算得到一组优化的所述函数关系。
本发明还提供一种测量钢水含碳量的装置，其包括转炉、烟道、至少一氧枪、数据采集设备，其还包括至少一氧化碳检测装置和控制装置；
所述烟道位于所述转炉上方；
所述氧枪通过所述烟道伸入所述转炉中，并与所述转炉中的钢水不接触，所述氧枪用于向钢水吹入氧气，使得钢水和氧气发生反应，产生一氧化碳；
所述一氧化碳检测装置安装于烟道内测，用于测量所述烟道中一氧化碳含碳量，并将测量得到的一氧化碳含碳量传输给所述控制装置；
所述控制装置用于根据所述一氧化含碳量，获得所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的函数关系；并且根据所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的关系和实时采集的一氧化碳含碳量，计算吹炼过程中实时的钢水中含碳量。
较佳的，还包括烟罩，所述烟罩位于所述转炉上方并且与所述烟道相连接。
较佳的，所述控制装置通过以下方式获得所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的函数关系：
记录TN时所述钢水中的含碳量CN，和所述检测到的一氧化碳含碳量DN，其中TN表示第N次对钢水取样的时间，N为自然整数且大于等于2；
根据上述记录值之间的对应关系，拟合得到一组关于所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量的函数关系。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明利用安装在烟道中的一氧化碳检测装置，提供了一种利用烟道的一氧化碳含碳量计算出钢水含碳量的方法，并通过计算机可计算出钢水的含碳量。这种方法可以实现测得连续钢水含碳量的目的，同时一氧化碳也可直接作为烟气数据供其他工艺段使用，并且该方法避免了测量设备和钢水的直接接触，不会被高温和翻腾的钢水损坏，使测量设备可以长期使用。
附图说明
图1为本发明一种利用烟气测量钢水含碳量的方法实施例一的流程图；
图2为本发明一种利用烟气测量钢水含碳量的方法实施例一中函数关系获取过程的流程图；
图3为本发明一种测量钢水含碳量的实施例二装置图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
本发明提供一种利用烟气测量钢水含碳量的方法，以下为本发明实施例一。请参阅图1所示，其为本发明一种利用烟气测量钢水含碳量的方法实施例一的流程图，
步骤S1,向钢水吹入氧气，使得钢水和氧气发生反应，产生一氧化碳；
步骤S2,采集所述一氧化碳含碳量；
步骤S3,根据采集的所属一氧化碳含量，获得所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的函数关系；
在步骤S3中，根据采集的所述一氧化碳含量，获得所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的函数关系的过程，请参阅图2所示，其为本发明一种利用烟气测量钢水含碳量的方法实施例一中函数关系获取过程的流程图，
步骤S301，抽风机运行状态下，利用一次性取样工具插入钢水中取得某一时刻TN的钢水样本并分析得到含碳量CN，并记录此时刻的烟道一氧化碳的含碳量DN。
时刻TN可以为吹炼开始前时刻，也可以为吹炼结束时刻。
下面以N＝3为例，在吹炼开始后，首先在时刻T1记录钢水中的含碳量C1，并且记录此时刻烟道中一氧化碳检测装置检测到的一氧化碳的含碳量D1；经过一段时间后，在时刻T2记录钢水中的含碳量C2，并且记录此时刻烟道中一氧化碳检测装置检测到的一氧化碳含碳量D2；在经过一段时间，在时刻T3记录钢水中的含碳量C3，并且记录此时刻烟道中一氧化碳检测装置检测到的一氧化碳含碳量D3；上述取样时刻也可为正常生产中终点的例行含碳量取样结果。数据采集设备将上述数据输入到计算机中进行记录；
步骤S302，根据上述记录值之间的对应关系，拟合得到一组关于所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量的函数关系；
所述计算机根据上述数据C1、C2、C3和D1、D2、D3得到一组不同时间上的钢水中含碳量和烟道中一氧化碳含碳量的数学模型，该数学模型根据获得结果可以为直线也可以为曲线；
步骤S303，在正常吹炼启动风机后，可以根据所述计算机的上述数学模型和检测时刻获取的一氧化碳含碳量，计算出吹炼过程中的实时的钢水含碳量。
步骤S4,根据所述获得的所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的关系和实时采集的一氧化碳含碳量，计算吹炼过程中实时的钢水中含碳量。
需要说明的是，上述的N次测量结果，为一被测转炉中钢水含碳量结果，对不同炉次的钢水多次执行步骤S1至步骤S3，计算出不通炉次的所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的多个函数关系，根据所述多个函数关系，计算得到一组优化的所述函数关系。
以下为本发明实施例二。
本发明还提供一种测量钢水含碳量的装置，请参阅图3所示，其为一种测量钢水含碳量实施例二的装置图，其包括转炉1、烟道2、氧枪3，其还包括一氧化碳检测装置4和控制装置。
原理为：在氧枪吹氧炼钢过程中，主要化学反应为氧气接触钢水，和钢水中的碳反应，释放热量，并产生一氧化碳。这些被释放出的一氧化碳包含粉尘等杂质被称为烟气。在烟气排放过程中，设备不会使烟气泄露，所有的烟气都将在烟道中流过。换言之，所有在钢水中被置换出来的碳元素都会通过烟道，所以通过测得烟道中的一氧化碳含碳量可以计算出钢水中的含碳量。
所述转炉1为炼钢炉的一种,炉体为圆筒形，架在一个水平轴架上。炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成，内衬为耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源。所述转炉用于放置钢水，并且所述转炉与所述烟道之间密闭连接，无烟气散失。
所述烟道2包括一烟罩，所述烟罩与转炉密闭连接。所述烟道2用于排放炼钢过程中产生的烟气。
所述氧枪3，是炼钢中的主要工艺设备之一，其性能特征直接影响到冶炼效果和吹炼时间，从而影响到钢材的质量和产量。氧枪3对吹炼的影响作用是通过氧气射流流股与熔池的相互作用来实现的。所述用于给钢水供氧，使之与氧气发生化学反应，且所述氧枪不与钢水接触。本装置主要通过检测一氧化碳的含碳量从而得到钢水中含碳量，进而控制吹氧时间。
所述一氧化碳检测装置4安装于烟道内测，根据工艺和设备条件来安装一氧化碳检测装置，所述一氧化碳检测装置的安装位置不能影响正常吹炼的进行。所述一氧化碳检测装置4用于测量烟道中一氧化碳含碳量并且将检测到的一氧化碳含碳量传输给计算机进行含碳量的计算。
所述控制装置用于根据所述一氧化含碳量，获得所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的函数关系；并且根据所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的关系和实时采集的一氧化碳含碳量，计算吹炼过程中实时的钢水中含碳量。
本装置可以实现测得连续钢水含碳量的目的，并且避免了测量设备和钢水的直接接触，不会被高温和翻腾的钢水损坏，使测量设备可以长期使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种测量钢水含碳量的方法，其特征在于,包括：
步骤a,向钢水吹入氧气，使得钢水和氧气发生反应，产生一氧化碳；
步骤b,采集所述一氧化碳含碳量；
步骤c,根据采集的所述一氧化碳含量，获得所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的函数关系，其中，记录TN时所述钢水中的含碳量CN，和检测到的一氧化碳含碳量DN，其中TN表示第N次对钢水取样的时间，N为自然整数且大于等于2；根据上述记录值之间的对应关系，拟合得到一组关于所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量的函数关系；
步骤d,根据所述获得的所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的关系和实时采集的一氧化碳含碳量，计算吹炼过程中实时的钢水中含碳量。
2.根据权利要求1所述的一种测量钢水含碳量的方法，其特征在于，对不同炉次的钢水多次执行步骤a至步骤c，计算出不同炉次的所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的多个函数关系，根据所述多个函数关系，计算得到一组优化的所述函数关系。
3.一种测量钢水含碳量的装置，其包括转炉、烟道、至少一氧枪、数据采集设备，其特征在于，其还包括至少一氧化碳检测装置和控制装置；
所述烟道位于所述转炉上方；
所述氧枪通过所述烟道伸入所述转炉中，并与所述转炉中的钢水不接触，所述氧枪用于向钢水吹入氧气，使得钢水中的碳元素和氧气发生反应，产生一氧化碳；
所述一氧化碳检测装置安装于烟道内测，用于测量所述烟道中一氧化碳含碳量，并将测量得到的一氧化碳含碳量传输给所述控制装置；
所述控制装置用于根据所述一氧化含碳量，获得所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的函数关系；并且根据所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的关系和实时采集的一氧化碳含碳量，计算吹炼过程中实时的钢水中含碳量。
4.根据权利要求3所述的一种测量钢水含碳量的装置，其特征在于，还包括烟罩，所述烟罩位于所述转炉上方并且与所述烟道相连接。
5.根据权利要求4所述的一种测量钢水含碳量的装置，其特征在于，所述控制装置通过以下方式获得所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量之间的函数关系：
记录TN时所述钢水中的含碳量CN，和所述检测到的一氧化碳含碳量DN，其中TN表示第N次对钢水取样的时间，N为自然整数且大于等于2；
根据上述记录值之间的对应关系，拟合得到一组关于所述一氧化碳含碳量和所述钢水中含碳量的函数关系。
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