CN106248524B - 一种转炉炉渣粘度在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转炉炉渣粘度在线监测系统及方法，包括实时获取钢厂的PLC信号并发送启动信号至声音采集模块的控制模块，获取温度监测模块的钢水温度信号，将PLC信号和钢水温度信号发送至数据处理模块；声音采集模块对转炉的声音信号进行采集并发送至音频分析模块；音频分析模块接收声音信号并进行分析处理得到音频特征参数信号并发送至数据处理模块；数据处理模块接收并将音频特征参数信号、PLC信号和钢水温度信号代入预设炉渣粘度监测模型，得到转炉炉渣粘度。该系统经过相应的炉渣粘度监测模型计算得到炉渣粘度，可以实时监测炉内渣粘度的实时情况，提高化渣状态监控的稳定性和准确率，实现指导平稳自动化炼钢，同时降低设备维护工作量。

Description

一种转炉炉渣粘度在线监测系统及方法

技术领域

本发明涉及转炉炉渣粘度监测技术领域，更具体地说，涉及一种转炉炉渣粘度在线监测系统及方法。

背景技术

炉渣在钢铁冶炼过程中起着重要的作用，如作为熔炼介质、温度和热制度的调整介质、产品的保护介质，液态炉渣粘度它对冶炼过程中的反应速度、熔炼的完全性、有价金属的损失等有着直接的影响。粘度是熔渣的重要性质之一，它与渣钢间的传热和传质速率关系密切，冶炼过程熔渣需有适当的粘度方能保证正常操作，获得优质的钢液和较好的技术经济指标。过粘炉渣的熔池不活跃，冶炼不能顺利进行，过稀炉渣易于造成喷溅，而且严重侵蚀炉衬。粘度过大的初成渣能堵塞炉料间的空隙，使料柱透气性变坏从而增加煤气通过时的阻力。这种炉渣也易在炉腹部位的墙上结成炉瘤，会引起炉料下降不顺，形成崩料和悬料等生产故障。炉渣粘度过高，容易堵塞排渣口，发生粘结渣沟和渣口凝渣等现象，不易从炉缸中自由流出，使炉缸壁结厚，缩小炉缸容积，造成操作上的困难。

炉渣的脱磷、硫能力与其流动性具有一定的关系。炉渣粘度低，流动性好，有利于加快脱硫反应过程中的扩散速度。通过在线实时监测炉渣粘度，可以更合理的确定造渣料的加入量，调整终渣化学成分达到适当的流动性。因此，对转炉炉渣粘度的测定和分析，具有重要的经济价值和科学意义。

目前国内外均采用离线法进行转炉炉渣粘度的监测，即采取取样后在实验室进行加热还原炉渣然后再进行成分及粘度的测定。这种方法测量时间长不能在线实时测量，测量值不能真实反应炉内炉渣的粘度，且需要中途倒炉取样,不仅打乱钢厂的生产节奏还存在一定的事故风险。传统的实验室测渣粘度的方法一般是采用旋转法或振动法。由于转炉内温度高(可达1700℃)、冶炼环境复杂(粉尘多)，而且测量方法都需要接触被测物质，不适合实时在线监测转炉内渣粘度。目前世界上没有同类型的转炉炉渣粘度在线监测系统。

综上所述，如何有效地对转炉炉渣粘度进行在线监测的问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种转炉炉渣粘度在线监测系统及方法，以有效地对转炉炉渣粘度进行在线监测的问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种转炉炉渣粘度在线监测系统，包括：

控制模块，用于实时获取钢厂的PLC信号并发送启动信号至声音采集模块；获取温度监测模块的钢水温度信号，将所述PLC信号和所述钢水温度信号发送至数据处理模块；

所述声音采集模块，用于接收所述启动信号，对转炉的声音信号进行采集并发送至音频分析模块；

所述音频分析模块，用于接收所述声音信号并进行分析处理，得到音频特征参数信号并发送至所述数据处理模块；

所述数据处理模块，用于接收并将所述音频特征参数信号、所述PLC信号和所述钢水温度信号代入预设炉渣粘度监测模型，得到转炉炉渣粘度。

优选地，在上述转炉炉渣粘度在线监测系统中，还包括：

信号调理模块，用于接收所述声音采集模块发送的所述声音信号并对其进行放大滤波，并将放大滤波后的声音信号发送至所述音频分析模块。

优选地，在上述转炉炉渣粘度在线监测系统中，所述音频特征参数信号具体为声音强度信号和声音频率信号。

优选地，在上述转炉炉渣粘度在线监测系统中，所述PLC信号具体为氧枪枪位信号和氧气流量信号。

优选地，在上述转炉炉渣粘度在线监测系统中，所述预设炉渣粘度监测模型具体为：

其中，T为根据所述钢水温度信号得到的钢水温度；G为根据所述氧枪枪位信号获得的氧枪枪位；O₁为根据氧气流量信号得到的氧气流量；f为根据声音频率信号得到的声音频率，I为根据声音强度信号得到的声音强度，I与f相对应；A和B为渣中声速相关参数，C＝A·T+B；μ为转炉炉渣粘度。

优选地，在上述转炉炉渣粘度在线监测系统中，还包括：

用于保护所述声音采集模块的机械保护装置，所述机械保护装置包括用于定向采集冶炼声音的采音管，用于为所述声音采集模块提供稳定的温度环境的冷却水箱和用于对所述采音管吹扫的智能吹扫装置。

优选地，在上述转炉炉渣粘度在线监测系统中，所述声音采集模块具体包括至少一个声音传感器。

优选地，在上述转炉炉渣粘度在线监测系统中，所述音频分析模块还用于：

当所述声音传感器为多个时，对所述声音信号进行取平均值后得到的声音信号进行分析处理，得到所述音频特征参数信号并发送至数据处理模块。

优选地，在上述转炉炉渣粘度在线监测系统中，所述音频分析模块具体为多频段音频分析仪。

一种转炉炉渣粘度在线监测方法，包括：

实时获取钢厂的PLC信号并发送启动信号至声音采集模块；获取温度监测模块的钢水温度信号，将所述PLC信号和所述钢水温度信号发送至数据处理模块；

接收所述启动信号，对转炉的声音信号进行采集并发送至音频分析模块；

接收所述声音信号并进行分析处理，得到音频特征参数信号并发送至所述数据处理模块；

接收并将所述音频特征参数信号、所述PLC信号和所述钢水温度信号代入预设炉渣粘度监测模型，得到转炉炉渣粘度。

本发明提供的转炉炉渣粘度在线监测系统及方法，包括控制模块，用于实时获取钢厂的PLC信号并发送启动信号至声音采集模块；获取温度监测模块的钢水温度信号，将PLC信号和钢水温度信号发送至数据处理模块；用于接收启动信号、对转炉的声音信号进行采集并发送至音频分析模块的声音采集模块，音频分析模块，用于接收声音信号并进行分析处理，得到音频特征参数信号并发送至数据处理模块；数据处理模块接收并将音频特征参数信号、PLC信号和钢水温度信号代入预设炉渣粘度监测模型，得到转炉炉渣粘度。

应用本发明提供的转炉炉渣粘度在线监测系统及方法，通过声音采集模块对转炉的声音信号进行采集，音频分析模块对声音信号进行监测分析经过渣层后的声音特征相关特性，经过相应的炉渣粘度监测模型计算得到炉渣粘度，可以实时监测炉内渣粘度的实时情况，提高化渣状态监控的稳定性和准确率，实现指导平稳自动化炼钢，同时降低设备维护工作量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的转炉炉渣粘度在线监测系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例提供的转炉炉渣粘度在线监测系统的结构示意图。

图3为本发明另一实施例提供的炉渣粘度曲线。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种转炉炉渣粘度在线监测系统及方法，以有效地对转炉炉渣粘度进行在线监测的问题。

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，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的转炉炉渣粘度在线监测系统的结构示意图。

实施例一

本发明提供的一种转炉炉渣粘度在线监测系统，请参阅图1，图1为本发明实施例提供的转炉炉渣粘度在线监测系统的结构示意图，该系统包括：

控制模块11，用于实时获取钢厂的PLC信号并发送启动信号至声音采集模块12；获取温度监测模块的钢水温度信号，将PLC信号和钢水温度信号发送至数据处理模块14；

声音采集模块12，用于接收启动信号，对转炉的声音信号进行采集并发送至音频分析模块13；

音频分析模块13，用于接收声音信号并进行分析处理，得到音频特征参数信号并发送至数据处理模块14；

数据处理模块14，用于接收并将音频特征参数信号、PLC信号和钢水温度信号代入预设炉渣粘度监测模型，得到转炉炉渣粘度。

优选地，可将控制模块和数据处理模块放置在工控机内进行系统运行，在其他实施例中，也可以仅在工控机内放置控制模块或者仅在工控机内放置数据处理模块进行设置，均在本发明的保护范围内。

本发明提供的转炉炉渣粘度在线监测系统，包括控制模块，用于实时获取钢厂的PLC信号并发送启动信号至声音采集模块；获取温度监测模块的钢水温度信号，将PLC信号和钢水温度信号发送至数据处理模块；用于接收启动信号、对转炉的声音信号进行采集并发送至音频分析模块的声音采集模块，音频分析模块，用于接收声音信号并进行分析处理，得到音频特征参数信号并发送至数据处理模块；数据处理模块接收并将音频特征参数信号、PLC信号和钢水温度信号代入预设炉渣粘度监测模型，得到转炉炉渣粘度。

应用本发明提供的转炉炉渣粘度在线监测系统，通过声音采集模块对转炉的声音信号进行采集，音频分析模块对声音信号进行监测分析经过渣层后的声音特征相关特性，经过相应的炉渣粘度监测模型计算得到炉渣粘度，可以实时监测炉内渣粘度的实时情况，提高化渣状态监控的稳定性和准确率，实现指导平稳自动化炼钢，同时降低设备维护工作量。本发明还提供了一种转炉炉渣粘度在线监测方法，具有上述技术效果。

实施例二

基于实施例一的基础上，本发明还提供了另外一种转炉炉渣粘度在线监测系统。请参阅图2-3，图2为本发明另一实施例提供的转炉炉渣粘度在线监测系统的结构示意图；图3为本发明另一实施例提供的炉渣粘度曲线。该系统中：

具体的，还包括：

信号调理模块2，用于接收声音采集模块12发送的声音信号并对其进行放大滤波，并将放大滤波后的声音信号发送至音频分析模块13。

可以理解的是，信号调理模块2通过对声音信号进行放大和滤波，使得声音信号能够传输至较远处其信号不会减弱，且能够对其有效波进行过滤，剔除杂音及其他信号的影响，在其他实施例中，也可以不设置信号调理模块2，但不设置对声音信号的传输存在一定的局限性，具体的可根据实际的系统需要进行选择。具体的，信号调理模块2可以为放大器或滤波器，其串联顺序不限定，优选地，可先对声音信号进行放大后进行滤波，其滤波效果更好，放大器的类型可以为运算放大器，具体的，可自行进行选择。

进一步地，音频特征参数信号具体为声音强度信号和声音频率信号。

更进一步地，PLC信号具体为氧枪枪位信号和氧气流量信号。

具体的，预设炉渣粘度监测模型具体为：

其中，T为根据所述钢水温度信号得到的钢水温度；G为根据所述氧枪枪位信号获得的氧枪枪位；O₁为根据氧气流量信号得到的氧气流量；f为根据声音频率信号得到的声音频率，I为根据声音强度信号得到的声音强度，I与f相对应；A和B为渣中声速相关参数，C＝A·T+B；μ为转炉炉渣粘度。

可以理解的是，将转炉冶炼数据和工艺参数引入至转炉炉渣粘度监测模型，研究音频特征、化渣状态与炉渣粘度的关联性，通过音频特征参数信号得到声音强度信号和声音频率信号，进而得到声音强度和声音频率，通过PLC信号得到氧枪枪位信号和氧气流量信号，进而得到氧枪枪位和氧气流量，代入至预设炉渣粘度监测模型中，实现在线预报转炉炉渣粘度。

如图3所示，图3为本发明另一实施例提供的炉渣粘度曲线。曲线为实时粘度曲线，横坐标标识该炉次吹炼时间，单位为s。纵坐标表示粘度，单位Pa.s。

进一步地，还包括用于保护声音采集模块12的机械保护装置，机械保护装置包括用于定向采集冶炼声音的采音管，用于为声音采集模块12提供稳定的温度环境的冷却水箱和用于对采音管吹扫的智能吹扫装置。

机械保护装置一般设置在高出转炉炉口10cm的挡火墙侧面，声音采集模块12一般设置在采音管内部，冷却水箱用于为声音采集模块12提供稳定的稳定环境，提高声音采集模块12的使用寿命，同时隔绝现场噪声干扰，智能吹扫装置用于在每炉冶炼结束后和溅渣工序时对采音管进行自动吹扫，放置采音管被现场烟尘堵塞，保持监测精度，降低工人的劳动强度。

更进一步地，声音采集模块12具体包括至少一个声音传感器。

优选地，可根据转炉容量，动态调整声音传感器的数量。如100吨(含100吨以下)转炉采用1个声音传感器，100-150吨转炉采用2个声音传感器，150-200吨转炉采用3个声音传感器，200-300吨转炉采用4个声音传感器，若采用多个声音传感器，可取其平均值作为测试均值。在其他实施例中可根据实际的需要自行进行设置，如麦克风等。

具体的，音频分析模块13还用于：

当声音传感器为多个时，对声音信号进行取平均值后得到的声音信号进行分析处理，得到音频特征参数信号并发送至数据处理模块14。

进一步地，音频分析模块13具体为多频段音频分析仪。

可以理解的是，音频分析模块13对多个声音传感器的声音信号进行取平均值后再进行分析处理，后将得到的音频特征参数信号发送至数据处理模块14。多频段音频分析仪可以同时监测4-16各特征频段的音频信号，全面覆盖各类转炉在炉龄和炉衬变化时引起的声音频段变化，解决由于炉龄和炉衬变化引起声音特征频段变化引起的监测炉渣粘度误差变大的问题。一般的，采集频段覆盖100-2000Hz，采集频段间隔可调，最小间隔10Hz，最大间隔100Hz。音频分析仪采用模块化设计，每四路音频采集为一个模块，可快速实现模块的增减，具体的，I对应4-16路音频采集分析仪，有4-16路音频强度输出，分别为I₁、I₂、I₃…I₁₆。f的选取范围在100-2000Hz，I与之对应。

本发明提供的转炉炉渣粘度在线监测系统运行稳定，使用寿命长，维护量小，对生产无干扰，能够实现自动化炼钢。

本发明还提供了一种转炉炉渣粘度在线监测方法，包括：

实时获取钢厂的PLC信号并发送启动信号至声音采集模块；获取温度监测模块的钢水温度信号，将PLC信号和钢水温度信号发送至数据处理模块；

接收启动信号，对转炉的声音信号进行采集并发送至音频分析模块；

接收声音信号并进行分析处理，得到音频特征参数信号并发送至数据处理模块；

接收并将音频特征参数信号、PLC信号和钢水温度信号代入预设炉渣粘度监测模型，得到转炉炉渣粘度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种转炉炉渣粘度在线监测系统，其特征在于，包括：

控制模块，用于实时获取钢厂的PLC信号并发送启动信号至声音采集模块；获取温度监测模块的钢水温度信号，将所述PLC信号和所述钢水温度信号发送至数据处理模块；

所述声音采集模块，用于接收所述启动信号，对转炉的声音信号进行采集并发送至音频分析模块；

所述音频分析模块，用于接收所述声音信号并进行分析处理，得到音频特征参数信号并发送至所述数据处理模块；

所述数据处理模块，用于接收并将所述音频特征参数信号、所述PLC信号和所述钢水温度信号代入预设炉渣粘度监测模型，得到转炉炉渣粘度；

所述PLC信号具体为氧枪枪位信号和氧气流量信号；所述音频特征参数信号具体为声音强度信号和声音频率信号；

所述预设炉渣粘度监测模型具体为：

其中，T为根据所述钢水温度信号得到的钢水温度；G为根据所述氧枪枪位信号获得的氧枪枪位；O₁为根据氧气流量信号得到的氧气流量；f为根据声音频率信号得到的声音频率，I为根据声音强度信号得到的声音强度，I与f相对应；A和B为渣中声速相关参数，C＝A·T+B；μ为转炉炉渣粘度。

2.根据权利要求1所述的转炉炉渣粘度在线监测系统，其特征在于，还包括：

信号调理模块，用于接收所述声音采集模块发送的所述声音信号并对其进行放大滤波，并将放大滤波后的声音信号发送至所述音频分析模块。

3.根据权利要求2所述的转炉炉渣粘度在线监测系统，其特征在于，还包括：

用于保护所述声音采集模块的机械保护装置，所述机械保护装置包括用于定向采集冶炼声音的采音管，用于为所述声音采集模块提供稳定的温度环境的冷却水箱和用于对所述采音管吹扫的智能吹扫装置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的转炉炉渣粘度在线监测系统，其特征在于，所述声音采集模块具体包括至少一个声音传感器。

5.根据权利要求4所述的转炉炉渣粘度在线监测系统，其特征在于，所述音频分析模块还用于：

当所述声音传感器为多个时，对所述声音信号进行取平均值后得到的声音信号进行分析处理，得到所述音频特征参数信号并发送至数据处理模块。

6.根据权利要求5所述的转炉炉渣粘度在线监测系统，其特征在于，所述音频分析模块具体为多频段音频分析仪。

7.一种转炉炉渣粘度在线监测方法，其特征在于，包括：

实时获取钢厂的PLC信号并发送启动信号至声音采集模块；获取温度监测模块的钢水温度信号，将所述PLC信号和所述钢水温度信号发送至数据处理模块；

接收所述启动信号，对转炉的声音信号进行采集并发送至音频分析模块；

接收所述声音信号并进行分析处理，得到音频特征参数信号并发送至所述数据处理模块；

接收并将所述音频特征参数信号、所述PLC信号和所述钢水温度信号代入预设炉渣粘度监测模型，得到转炉炉渣粘度；

所述PLC信号具体为氧枪枪位信号和氧气流量信号；所述音频特征参数信号具体为声音强度信号和声音频率信号；

所述预设炉渣粘度监测模型具体为：

其中，T为根据所述钢水温度信号得到的钢水温度；G为根据所述氧枪枪位信号获得的氧枪枪位；O₁为根据氧气流量信号得到的氧气流量；f为根据声音频率信号得到的声音频率，I为根据声音强度信号得到的声音强度，I与f相对应；A和B为渣中声速相关参数，C＝A·T+B；μ为转炉炉渣粘度。