CN107608397B - Lf精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的装置及方法 - Google Patents

Abstract

LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的装置及方法，属于LF精炼设备与方法技术领域，用于自动调节LF精炼静置期间钢包底吹氩气流量。其技术方案是：图像采集装置安装在钢包静置位置的上方，图像采集装置的信号输出端与计算机相连接，氩气流量电磁调节阀安装在钢包底吹氩气输送管道上，氩气流量电磁调节阀的控制端通过电磁调节阀可编程序控制器与计算机相连接。本发明是钢包底吹技术的首创，解决了长期存在的钢包底吹氩气流量不能自动调整的难题，能够根据钢包内钢水的实际情况自动调整底吹氩气的流量，对于提高LF精炼后的钢水洁净度、稳定提高钢水以及后续终轧产品质量起到了至关重要的作用，具有显著的经济效益。

Description

LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种在LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的装置及使用方法，属于LF精炼设备与方法技术领域。

背景技术

目前，LF精炼已成为现代化钢厂生产洁净钢的重要手段。钢包静置环节是LF精炼过程中的最后一个环节。在这一环节，生产现场要通过钢包底部所设置的透气砖，向钢包内部吹入一定量的氩气，称为“底吹”，从而对钢水进行底吹氩气搅拌处理。进行底吹的原因是，经过LF前期的供电升温以及钢水脱氧、脱硫等一系列操作后，钢水中会悬浮大量的钙铝酸盐类夹杂物，这种夹杂物一旦进入到铸坯中，就会对后续轧材的表面及内部质量造成严重的影响，而通过在钢水静置环节中对钢水进行底吹氩气处理，就能够促使钢水中的夹杂物有效上浮，从而确保钢水的洁净。但是在底吹氩气处理环节中，对氩气流量的合理控制对于钢水的净化效果以及质量具有较大的影响。当采用较大的氩气流量进行底吹处理时，会导致钢水搅拌剧烈，导致钢、渣卷混现象的发生，使钢中的夹杂物增多，从而恶化钢水的洁净度。此外，剧烈的钢水搅拌还容易导致钢水冲破覆盖在其液面的钢渣渣层，从而与空气直接接触，这样就容易导致钢水吸气，从而增加钢水中的氧、氮、氢等有害气体的含量，最终影响产品的质量。当采用较小的氩气流量进行底吹处理时，钢水的搅拌过程将会十分平稳，吹入到钢水中的氩气泡可以为钢水中不易排出的夹杂物颗粒提供粘附的基体，使之粘附在气泡表面，从而使夹杂物更容易上浮和被钢渣渣层所吸附，达到钢水净化的目的。此外，较小的氩气流量还可以避免钢水与钢渣的剧烈接触，避免了钢渣卷混现象的发生，同时确保了钢渣渣层不会被钢水冲破，从而避免了空气中的有害成分进入到钢水中，恶化钢水质量的发生。但较低的氩气流量也会导致钢水净化的时间增加，导致钢水温度降低幅度增大，从而影响后续的连铸生产。因此，在LF静置期间，合理地调节钢包底吹氩气的流量，对于提升钢水洁净度，同时确保后续的稳定生产具有十分重要的意义。

目前，对于钢包静置环节的底吹氩气流量调节的方法主要由有两种：

一种是现场操作人员通过手动方式来实现底吹氩气流量调节的方法。具体方法是，以钢包底吹氩气过程中，钢水不冲破钢渣渣层裸露在空气中为前提条件，一名现场操作人员在钢包静置位置对钢水液面上所覆盖钢渣层凭借经验进行观察，同时利用通讯设备与控制阀门的操作人员进行沟通。当现场操作人员凭经验观察到钢渣层表面比较平稳时，就通知控制阀门的操作人员，将阀门的开度调大一些，从而增大钢包底吹氩气的流量；当观察到钢水液面的钢渣层已经被钢水冲破，钢水液面已经裸露在空气中时，就通知控制阀门的操作人员，将阀门的开度调小一些，从而减小钢包底吹氩气的流量，避免钢水液面出现剧烈的波动。如此往复操作，直到现场操作工认为底吹氩气的流量已经合适时，则通知控制阀门开度的操作人员，停止对阀门开度的调节。这种调节方法完全依赖于现场操作人员的工作经验和个人感觉，调节过程既繁琐、费时，同时调节好的钢水底吹流量的稳定性也较低，直接导致钢水洁净度的波动较大，不利于高品质钢材产品的生产。此外，这种方法还会对现场操作工的人身安全造成较大的威胁。

另一种是通过设定出钢水搅拌动能，进而换算出理论的钢包底吹氩气的合适流量结果，再进行控制的方法。即：首选根据生产经验，将钢包静置环节基于去除钢水中夹杂物目的的底吹氩气搅拌功率P设定为30～50W/t，然后根据钢包中的钢水质量M(单位)，得到氩气的搅拌能量为E＝P·M，然后根据下式得到所对应的氩气流量，即：

式中：Q—氩气流量，m³/s；

E—氩气搅拌能量，W；

R—气体常数(8314Nm/℃mol)；

T₁—氩气入口温度，K；

T₂—钢水熔池温度，K；

P₁—氩气入口点压力，N/m²；

P₂—钢水顶表面压力，N/m²。

再确定上述相关工艺参数，并计算出相应氩气设定流量后，再通过操作工不断的手动调节阀门的开度，并借助氩气流量计的实时反馈，来确保最终的氩气实际流量与设定流量相一致。从而完成钢包静置期间，底吹氩气流量的调整工作。

这种方法在一定程度上将操作人员的经验进行了显性化处理，与第一种方法相比，氩气流量调整的整个过程将更容易控制，也更加的标准，钢水洁净度质量也较为稳定。但不足之初是，这种方法对现场的工艺参数的稳定性依赖较高，容易受到钢水质量以及钢种等多种因素的影响。一旦相关工艺参数无法准确获得，则氩气的流量也将无法准确得到，那么后续的流量调整工作也将没有意义。

因此，开发出一种更加适合于现场实际控制，能够在LF精炼静置期间精确动态调整钢包底吹氩气流量的装置及使用方法，对于提升钢水洁净度，确保钢水质量具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的装置及方法，这种装置和方法能够根据钢包内钢水的实际情况，自动调整底吹氩气的流量，满足LF精炼生产现场对于静置期间钢水底吹氩气流量快速、准确调整的要求，从而确保钢水中夹杂物的充分上浮，稳定控制钢水洁净度，并确保现场操作人员人身安全。

解决上述技术问题的技术方案是：

LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的装置，它包括图像采集装置、氩气流量电磁调节阀、电磁调节阀可编程序控制器、计算机，图像采集装置安装在钢包静置位置的上方，图像采集装置的信号输出端与计算机的信号输入端相连接，氩气流量电磁调节阀安装在钢包底吹氩气输送管道上，氩气流量电磁调节阀的控制端与电磁调节阀可编程序控制器相连接，电磁调节阀可编程序控制器与计算机相连接。

上述LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的装置，它还有位置传感器和位置传感器反馈可编程序控制器，位置传感器安装在钢包静置位置的输送车轨道上，位置传感器的信号输出端通过位置传感器反馈可编程序控制器与计算机相连接。

上述LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的装置，所述图像采集装置为CCD彩色相机，CCD彩色相机的CCD彩色相机数据采集卡与计算机的信号输入端相连接。

一种采用上述装置的LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的方法，它采用以下步骤进行：

步骤1：手动关闭CCD彩色相机，同时将氩气流量电磁调节阀的开度调小至生产工艺所能允许的最小值；

步骤2：当钢包输送车沿输送车轨道将钢包运送到CCD彩色相机下方时，钢包输送车车轮与安装在输送车轨道上的位置传感器接触，位置传感器通过位置传感器反馈可编程序控制器向计算机发出钢包已经运送到位的信号，计算机在接收到信号之后，启动CCD彩色相机；

步骤3：CCD彩色相机启动后，对钢包内的钢液上表面所覆盖的钢渣渣层进行实时拍摄，并自动通过CCD彩色相机数据采集卡将图像传送给计算机；

步骤4：计算机在接收到钢液表面图像后，对图像进行处理，得到图像上所有像素点的实际亮度，然后对所获得的亮度结果进行归一化处理，得到各像素点的相对亮度值；

步骤5：计算机在完成上述工作后，将归一化后相对亮度值为[0，0.3]范围内的亮度结果全部删除，仅保留归一化后相对亮度值为[0.3，1]范围内的亮度结果，然后将该亮度范围的每个像素点的相对亮度恢复为实际亮度L_i，并得到相对亮度值为[0.3，1]范围内像素点个数n，并得到该亮度范围内的平均实际亮度

步骤6：计算机得到氩气流量电磁调节阀开度调小至生产工艺所能允许的最小值时的钢渣表面的平均亮度后，将其定义为初始平均亮度

步骤7：计算机通过电磁调节阀可编程序控制器将氩气流量电磁调节阀的开度增加5％，从而增大底吹氩气的流量；等待10s后，重新对CCD彩色相机所拍摄的图像进行亮度分析，得到该图像各像素点的平均亮度

分析方法与步骤4、步骤5相同，然后将该平均亮度与初始平均亮度值进行比较，得到二者的比值η，即：

步骤8：当η持续∈[1～1.2]时，重复步骤7操作；

步骤9：当η∈(1.2～1.3]时，计算机通过电磁调节阀可编程序控制器将氩气流量电磁调节阀的开度增加2.5％，从而减小底吹氩气流量的涨幅量；等待10s后，重新对CCD彩色相机所拍摄的图像进行亮度分析，得到该图像各像素点的平均亮度

分析方法与步骤4、步骤5相同，然后将该平均亮度与初始平均亮度值进行比较，得到二者的比值η；

步骤10：当η持续∈(1.2～1.3]时，重复步骤9操作；

步骤11：当η∈(1.3～1.4]时，计算机将不再通过电磁调节阀可编程序控制器向氩气流量电磁调节阀发送指令，从而固化氩气流量电磁调节阀的开度，保持钢包底吹氩气的流量稳定；

步骤12：钢包完成LF静置环节的底吹氩气操作后，钢包将被钢包输送车移出静置位置，操作人员手动将CCD彩色相机关闭。

本发明的有益效果是：

本发明在总结传统调节钢包底吹氩气流量方法的诸多不足的基础上，通过开发出一种能够调整钢包底吹氩气流量的装置，实现在LF静置期间对钢包底吹氩气流量的自动调整，从而实现在现场能够根据钢包内钢水的实际情况自动调整底吹氩气的流量，达到确保钢水中夹杂物的充分上浮、稳定控制钢水洁净度的目的，并可以确保现场操作人员人身的安全。

本发明是钢包底吹技术的首创，解决了长期存在的钢包底吹氩气流量不能自动调整的难题，对于提高LF精炼后的钢水洁净度、稳定提高钢水以及后续终轧产品质量起到了至关重要的作用，具有显著的经济效益，在行业内有极大的推广使用价值。

附图说明

图1是本发明的LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的装置结构示意图；

图2是图1装置的控制流程方框图。

图中标记为：CCD彩色相机 1、钢包 2、钢包底吹氩气输送管道 3、氩气流量电磁调节阀 4、钢包输送车 5、位置传感器 6、输送车轨道 7、计算机 8、CCD彩色相机数据采集卡9、电磁调节阀可编程序控制器 10、位置传感器反馈可编程序控制器 11。

具体实施方式：

本发明的原理是：由于钢水与钢渣的温度不同，导致二者在亮度上也有较大的不同。由于钢水温度偏高，则亮度值相对较大；钢渣温度偏低，则亮度值相对较小。当底吹氩气流量较小时，钢水与钢渣分层较为明显，二者的温度变化幅度也较小。随着底吹氩气流量的增大，钢水在氩气的搅拌下，与钢渣接触开始加剧，从而不断的将自身热量传递给钢渣，从而使钢渣温度开始提升，亮度也开始增大。此外在钢水的不断冲刷下，钢渣正对钢包底吹砖附近位置的渣层厚度开始减薄，这也会导致该区域的亮度不断变大。如果渣层被钢水冲破，从而使钢水裸露在空气中，则该区域的亮度将达到最大，整个钢渣表面的平均亮度也将达到相对的最高值。本发明正是通过不断地分析钢渣层表面的亮度综合结果，从而调节出最优的底吹氩气流量。

本发明的LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的装置由图像采集装置、氩气流量电磁调节阀4、电磁调节阀可编程序控制器10、计算机8、位置传感器6、位置传感器反馈可编程序控制器11组成。

图中显示，图像采集装置为CCD彩色相机1，CCD彩色相机1安装在钢包静置位置的上方，CCD彩色相机1的CCD彩色相机数据采集卡9与计算机8的信号输入端相连接。CCD彩色相机1被要求安装在钢包静置位置的正上方，距离地面6～8m的位置，确保CCD彩色相机1能够完整地将钢水上渣层表面拍摄下来。

图中显示，位置传感器6安装在钢包静置位置的输送车轨道7上，用于判明钢包是否已经运送到静置位置。位置传感器6的信号输出端通过位置传感器反馈可编程序控制器11与计算机8相连接，将钢包到位信号传输到计算机8中。

图中显示，氩气流量电磁调节阀4安装在钢包底吹氩气输送管道3上，用于动态调节氩气的流量。氩气流量电磁调节阀4的控制端与电磁调节阀可编程序控制器10相连接，电磁调节阀可编程序控制器10与计算机8相连接。计算机8通过电磁调节阀可编程序控制器10调节氩气流量电磁调节阀4的开启程度，以调节底吹氩气的流量。

本发明的的LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的方法，它采用以下步骤进行：

步骤1：手动关闭CCD彩色相机1，同时将氩气流量电磁调节阀4的开度调小至生产工艺所能允许的最小值。

步骤2：当钢包输送车5沿输送车轨道7将钢包2运送到CCD彩色相机1下方时，钢包输送车5车轮与安装在输送车轨道7上的位置传感器6接触，位置传感器6通过位置传感器反馈可编程序控制器11向计算机8发出钢包2已经运送到位的信号，计算机8在接收到信号之后，启动CCD彩色相机1。

步骤3：CCD彩色相机1启动后，对钢包1内的钢液上表面所覆盖的钢渣渣层进行实时拍摄，并自动通过CCD彩色相机数据采集卡9将图像传送给计算机8。

步骤4：计算机8在接收到钢液表面图像后，对图像进行处理，得到图像上所有像素点的实际亮度，然后对所获得的亮度结果进行归一化处理，得到各像素点的相对亮度值。

步骤5：计算机8在完成上述工作后，将归一化后相对亮度值为[0，0.3]范围内的亮度结果全部删除，仅保留归一化后相对亮度值为[0.3，1]范围内的亮度结果，然后将该亮度范围的每个像素点的相对亮度恢复为实际亮度L_i，并得到相对亮度值为[0.3，1]范围内像素点个数n，并得到该亮度范围内的平均实际亮度

步骤6：计算机8得到氩气流量电磁调节阀4开度调小至生产工艺所能允许的最小值时的钢渣表面的平均亮度后，将其定义为初始平均亮度

步骤7：计算机8通过电磁调节阀可编程序控制器10将氩气流量电磁调节阀4的开度增加5％，从而增大底吹氩气的流量，等待10s后，重新对CCD彩色相机1所拍摄的图像进行亮度分析，得到该图像各像素点的平均亮度

分析方法与步骤4、步骤5相同，然后将该平均亮度与初始平均亮度值进行比较，得到二者的比值η，即：

步骤8：当η持续∈[1～1.2]时，重复步骤7操作。

步骤9：当η∈(1.2～1.3]时，计算机8通过电磁调节阀可编程序控制器10将氩气流量电磁调节阀4的开度增加2.5％，从而减小底吹氩气流量的涨幅量；等待10s后，重新对CCD彩色相机所拍摄的图像进行亮度分析，得到该图像各像素点的平均亮度

分析方法与步骤4、步骤5相同，然后将该平均亮度与初始平均亮度值进行比较，得到二者的比值η；

步骤10：当η持续∈(1.2～1.3]时，重复步骤9操作；

步骤11：当η∈(1.3～1.4]时，计算机8将不再通过电磁调节阀可编程序控制器10向氩气流量电磁调节阀4发送指令，从而固化氩气流量电磁调节阀4的开度，保持钢包底吹氩气的流量稳定；

步骤12：钢包2完成LF静置环节的底吹氩气操作后，钢包2将被钢包输送车5移出静置位置，操作人员手动将CCD彩色相机1关闭。

Claims (3)

1.一种LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的方法，其特征在于：所采用的装置包括图像采集装置、氩气流量电磁调节阀（4）、电磁调节阀可编程序控制器（10）、计算机（8），图像采集装置安装在钢包（2）静置位置的上方，图像采集装置的信号输出端与计算机（8）的信号输入端相连接，氩气流量电磁调节阀（4）安装在钢包底吹氩气输送管道（3）上，氩气流量电磁调节阀（4）的控制端与电磁调节阀可编程序控制器（10）相连接，电磁调节阀可编程序控制器（10）与计算机（8）相连接；采用以下步骤进行：

步骤1：手动关闭CCD彩色相机（1），同时将氩气流量电磁调节阀（4）的开度调小至生产工艺所能允许的最小值；

步骤2：当钢包输送车（5）沿输送车轨道（7）将钢包（2）运送到CCD彩色相机（1）下方时，钢包输送车（5）车轮与安装在输送车轨道（7）上的位置传感器（6）接触，位置传感器（6）通过位置传感器反馈可编程序控制器（11）向计算机（8）发出钢包（2）已经运送到位的信号，计算机（8）在接收到信号之后，启动CCD彩色相机（1）；

步骤3：CCD彩色相机（1）启动后，对钢包（2）内的钢液上表面所覆盖的钢渣渣层进行实时拍摄，并自动通过CCD彩色相机数据采集卡（9）将图像传送给计算机（8）；

步骤4：计算机（8）在接收到钢液表面图像后，对图像进行处理，得到图像上所有像素点的实际亮度，然后对所获得的亮度结果进行归一化处理，得到各像素点的相对亮度值；

步骤5：计算机（8）在完成上述工作后，将归一化后相对亮度值为[0，0.3]范围内的亮度结果全部删除，仅保留归一化后相对亮度值为[0.3，1]范围内的亮度结果，然后将[0.3，1]范围的每个像素点的相对亮度恢复为实际亮度

，并得到相对亮度值为[0.3，1]范围内像素点个数

，并得到[0.3，1]范围内的平均实际亮度

；

步骤6：计算机（8）得到氩气流量电磁调节阀（4）开度调小至生产工艺所能允许的最小值时的钢渣表面的平均亮度后，将其定义为初始平均亮度

；

步骤7：计算机（8）通过电磁调节阀可编程序控制器（10）将氩气流量电磁调节阀（4）的开度增加5%，从而增大底吹氩气的流量；等待10s后，重新对CCD彩色相机（1）所拍摄的图像进行亮度分析，得到该图像各像素点的平均亮度

，分析方法与步骤4、步骤5相同，然后将该平均亮度与初始平均亮度值进行比较，得到二者的比值

，即：

；

步骤8：当

，重复步骤7操作；

步骤9：当

时，计算机（8）通过电磁调节阀可编程序控制器（10）将氩气流量电磁调节阀（4）的开度增加2.5%，从而减小底吹氩气流量的涨幅量；等待10s后，重新对CCD彩色相机（1）所拍摄的图像进行亮度分析，得到该图像各像素点的平均亮度

，分析方法与步骤4、步骤5相同，然后将该平均亮度与初始平均亮度值进行比较，得到二者的比值

；

步骤10：当

时，重复步骤9操作；

步骤11：当

时，计算机（8）将不再通过电磁调节阀可编程序控制器（10）向氩气流量电磁调节阀（4）发送指令，从而固化氩气流量电磁调节阀（4）的开度，保持钢包底吹氩气的流量稳定；

步骤12：钢包（2）完成LF静置环节的底吹氩气操作后，钢包（2）将被钢包输送车（5）移出静置位置，操作人员手动将CCD彩色相机（1）关闭。

2.根据权利要求1所述的LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的方法，其特征在于：采用的装置还包括位置传感器（6）和位置传感器反馈可编程序控制器（11），位置传感器（6）安装在钢包（2）静置位置的输送车轨道（7）上，位置传感器（6）的信号输出端通过位置传感器反馈可编程序控制器（11）与计算机（8）相连接。

3.根据权利要求1或2所述的LF精炼静置期间调整钢包底吹氩气流量的方法，其特征在于：所述图像采集装置为CCD彩色相机（1），CCD彩色相机（1）的CCD彩色相机数据采集卡（9）与计算机（8）的信号输入端相连接。

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