CN108775931B - 一种高温熔体排量的计量与监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高温熔体排量的计量与监控方法，包括以下步骤：步骤一、安装好监控装置，所述监控装置包括用于监测流道内高温熔体的液位高度的液位计以及用于报警的报警器；步骤二、根据独特的表达式获得高温熔体的实时排放流量；获得高温熔体的实际排放量；步骤三、判断是否报警。应用本发明的监控方法，效果是：能实时监控高温熔体的实际排放量，提供高温熔体生产计量数据；能结合高温熔体的实际排放量和设定排放量，实现预警，提高生产的安全性。

Description

一种高温熔体排量的计量与监控方法

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，具体涉及一种高温熔体排量的计量与监控方法。

背景技术

高温熔体是冶炼行业生产过程中的典型中间产物。以铜的火法冶炼生产为例，混合铜精矿经过造锍熔炼后得到铜锍，铜锍再送入转炉进行吹炼，吹炼产物粗铜再经过阳极炉精炼、电解精炼后获得含铜99.98％以上的高品质电解铜。由于铜火法冶炼过程的操作温度通常在1200℃及以上，因此作为中间产物的铜锍、粗铜、炉渣等高温熔体通常排放至铜包/渣包中，再运输至下一个工序，在熔体排放过程中难以用常温环境下的流量计量方法进行准确计量，其排放量仅通过铜包/渣包的容积进行估量，误差大，因而造成目前冶金行业普遍缺少高温冶炼过程中间产物的计量方法。同时，高温熔体排放对工厂操作人员依赖度高，流量计量装置还可用于当实时计量流量，当排放总量接近预定值时，可提前给出警示，以保证操作的安全可靠

综上所述，目前冶炼行业急需一种高温熔体排放量的监控与计量方法，以实时获取熔体排放量并协助提高现场操作安全性。

发明内容

本发明目的在于提供一种操作方便且能实现监控并计量高温熔体排放量的方法，具体技术方案如下：

一种高温熔体排量的计量与监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、安装好监控装置，所述监控装置包括用于监测流道内高温熔体的液位高度的液位计以及用于报警的报警器；

步骤二、根据表达式11)获得液位高度H下高温熔体的实时排放流量：

其中：α₀为液面与流道内壁之间的交点和流道中心点之间的连线偏离竖直方向的角度；

Q′_Δt为高温熔体的实时排放流量，ρ为高温熔体密度，g为重力加速度，R为流道横截面半圆半径，θ为流道底面与水平面夹角，μ为高温熔体的粘度，H为流道内高温熔体的液位高度；

根据高温熔体的实时排放流量计算高温熔体的实际排放量；

步骤三、进行判断是否报警；若生产继续，则返回步骤二；若生产结束，则完成计量和监控。

以上技术方案中优选的，所述液位计为非接触液位计。

以上技术方案中优选的，所述液位计为光电液位计。

以上技术方案中优选的，所述监控装置还包括控制器，所述液位计和所述报警器均与所述控制器连接；所述表达式11)植入所述控制器中进行自动计算。

以上技术方案中优选的，所述步骤二中表达式11)的获取方式如下：

取流道任一纵截面建立xy坐标系，x轴沿底面，y轴由底面指向液面；任取一个微元体，长度分别为dx、dy和1；流动属于缓变流，压强服从静态分布，微元体上下游的压强p相同，下面的粘性切应力为τ，详见表达式1)；上面则为由加速度为零得表达式2)：

由表达式1)和表达式2)得到表达式3)：

将表达式3)积分得到表达式4)：

由边界条件y＝0时，u＝0；y＝h时，得到C₂＝0，C₁＝-h，表达式4)变为表达式5)：

由表达式5)得到单位宽度流量为表达式6)：

在与高温熔体流动方向相垂直的平面上流道的横截面为半圆形截面，得到表达式7)、表达式8)、表达式9)和表达式10)：

h＝Rcosα-(R-H) 8)；

z＝Rsinα 9)；

z₀＝Rsinα₀ 10)；

由表达式6)、表达式7)、表达式8)、表达式9)和表达式10)得到高温熔体的实时排放流量表达式11)：

其中：α₀为液面与流道内壁之间的交点和流道中心点之间的连线偏离竖直方向的角度；

ρ为高温熔体密度，g为重力加速度，R为流道横截面半圆半径，θ为流道的倾斜角度，μ为高温熔体的粘度，H为流道内高温熔体的液位高度；

高温熔体的实际排放量包括高温熔体的实际排放体积量和高温熔体的实际排放质量，具体是：

高温熔体的实际排放体积量其中：Q_t为高温熔体的实际排放体积量，Δt为液位监测读数时间间隔；

高温熔体的实际排放质量其中：为高温熔体的排放质量，ρ为高温熔体的密度。

以上技术方案中优选的，所述步骤三中判断是否报警具体是：

先计算出达到设定排放总体积量的剩余时间，具体通过表达式12)获得：

其中：t_p为达到设定的高温熔体的排放总体积量的剩余时间，Q_p为设定的高温熔体的排放总体积量；

再进行相应报警，所述报警的具体方式是：在达到设定的高温熔体的排放总体积量的前五分钟进行第一次报警；在距离设定的高温熔体的排放总体积量的前两分钟进行第二次报警；在达到设定的高温熔体的排放总体积量时进行第三次报警。

应用本发明的监控方法，效果是：(1)突破高温熔体排放量缺少计量的技术缺陷，高温熔体排放量得到准确计量，计算公式精简，便于应用；(2)通过计量得到的高温熔体排量数据，既可以录入数据记录系统备用，又可以将获得的数据与设定数据进行比较，从而实现预警，保证操作的安全可靠。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例1的流道的模型图(流道中有高温熔体)；

图2是图1中流道内任一纵横截面(xy截面)的分析示意图；

图3是图1中流道横截面(yz截面)示意图；

其中，1、流道，2、高温熔体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

一种高温熔体排量的计量与监控方法(如铜锍熔体)，其所采用的监控装置包括液位计、报警器以及控制器，液位计用于监测流道1(如采用溜槽，图1中深黑色部分为高温熔体2)内高温熔体的液位高度，采用非接触液位计，优选光电液位计；报警器用于报警起到警示作用，控制器获取液位计的监测数据，且根据自身内部植入的公式计算得到高温熔体的实时排放流量，并将计算得到的高温熔体的实际排放量，经与设定的排放量进行比较后，控制报警器是否报警。

本实施例的监控方法包括以下步骤：

步骤一、安装好监控装置；

步骤二、根据表达式11)获得高温熔体的实时排放流量：

获得高温熔体的实际排放量；

步骤三、进行判断是否报警；若生产继续，则返回步骤二；若生产结束，则完成计量和监控。

所述步骤二中表达式11)的获取方式如下：

取流道任一纵截面建立xy坐标系，x轴沿底面，y轴由底面指向液面；任取一个微元体，长度分别为dx、dy和1，详见图2；流动属于缓变流，压强服从静态分布，微元体上下游的压强p相同，下面的粘性切应力为τ，详见表达式1)；上面则为由加速度为零得表达式2)：

由表达式1)和表达式2)得到表达式3)：

将表达式3)积分得到表达式4)：

由边界条件y＝0时，u＝0；y＝h时，得到C₂＝0，C₁＝-h，表达式4)变为表达式5)：

由表达式5)得到单位宽度流量为表达式6)：

在与高温熔体流动方向相垂直的平面上流道的横截面为半圆形截面，详见图3，得到表达式7)、表达式8)、表达式9)和表达式10)：

h＝Rcosα-(R-H) 8)；

z＝Rsinα 9)；

z₀＝Rsinα₀ 10)；

由表达式6)、表达式7)、表达式8)、表达式9)和表达式10)得到高温熔体的实时排放流量表达式11)：

其中：α₀为液面与流道内壁之间的交点(图3中标为A)和流道中心点(图3中标为B)之间的连线偏离竖直方向的角度；

ρ为高温熔体密度，g为重力加速度，R为流道横截面半圆半径，θ为流道的倾斜角度(图2，即流道的底部和水平面之间形成的夹角)，μ为高温熔体的粘度，H为流道内高温熔体的液位高度。

高温熔体的实际排放量包括高温熔体的实际排放体积量和高温熔体的实际排放质量，具体是：

高温熔体的实际排放体积量其中：Q_t为高温熔体的实际排放体积量，Δt为液位监测读数时间间隔；

高温熔体的实际排放质量其中：为高温熔体的实际排放质量，ρ为高温熔体的密度。高温熔体的设定排放质量其中：为高温熔体的设定排放质量，Q_p为高温熔体的设定排放体积量。

所述步骤三中判断是否报警具体是：

先计算出达到设定排放总体积量的剩余时间，具体通过表达式12)获得：

其中：t_p为达到设定的高温熔体的排放总体积量的剩余时间，Q_p为设定的高温熔体的排放总体积量；

再进行相应报警，所述报警的具体方式是：在达到设定的高温熔体的排放总体积量的前五分钟进行第一次报警；在距离设定的高温熔体的排放总体积量的前两分钟进行第二次报警；在达到设定的高温熔体的排放总体积量时进行第三次报警。

应用本实施例的技术方案，效果是：能实时监控高温熔体的实时排放流量，提供高温熔体生产计量数据；能结合高温熔体的实际排放量(质量或体积量)和设定排放量，实现预警，提高生产的安全性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高温熔体排量的计量与监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、安装好监控装置，所述监控装置包括用于监测流道内高温熔体的液位高度的液位计以及用于报警的报警器；流道采用溜槽；在与高温熔体流动方向相垂直的平面上流道的横截面为半圆形截面；

步骤二、根据表达式11)获得液位高度H下高温熔体的实时排放流量：

其中：α₀为液面与流道内壁之间的交点和流道中心点之间连线偏离竖直方向的角度；

Q′_Δt为高温熔体的实时排放流量，ρ为高温熔体密度，g为重力加速度，R为流道横截面半圆半径；θ为流道的倾斜角度，即流道的底部和水平面之间形成的夹角；μ为高温熔体的粘度，H为流道内高温熔体的液位高度；

根据高温熔体的实时排放流量计算高温熔体的实际排放量；

步骤三、进行判断是否报警；若生产继续，则返回步骤二；若生产结束，则完成计量和监控。

2.根据权利要求1所述的高温熔体排量的计量与监控方法，其特征在于，所述液位计为非接触液位计。

3.根据权利要求2所述的高温熔体排量的计量与监控方法，其特征在于，所述液位计为光电液位计。

4.根据权利要求1所述的高温熔体排量的计量与监控方法，其特征在于，所述监控装置还包括控制器，所述液位计和所述报警器均与所述控制器连接；所述表达式11)植入所述控制器中进行自动计算。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的高温熔体排量的计量与监控方法，其特征在于，所述步骤二中表达式11)的获取方式如下：

取流道任一纵截面建立xy坐标系，x轴沿底面，y轴由底面指向液面；任取一个微元体，微元体的长度为dx、微元体的高度为dy，微元体的厚度为1；流动属于缓变流，压强服从静态分布，微元体上下游的压强p相同，微元体下表面受到的粘性切应力为τ，详见表达式1)；微元体上表面受到的黏性切应力则为由加速度为零得表达式2)：

其中：u为在该微元体中心位置处流体速度沿x轴方向的分量；

由表达式1)和表达式2)得到表达式3)：

将表达式3)积分得到表达式4)：

由边界条件y＝0时，u＝0；y＝h时，得到C₂＝0，C₁＝-h，表达式4)变为表达式5)：

由表达式5)得到单位宽度流量为表达式6)：

其中：h为该位置处高温熔体的液深；C₁和C₂为积分常数；

在与高温熔体流动方向相垂直的平面上流道的横截面为半圆形截面，得到表达式7)、表达式8)、表达式9)和表达式10)：

h＝Rcosα-(R-H) 8)；

z＝Rsinα 9)；

z₀＝Rsinα₀ 10)；

其中：α为半圆形截面流道上，其壁面上某点与流道底部最低点之间的圆心角；

由表达式6)、表达式7)、表达式8)、表达式9)和表达式10)得到高温熔体的实时排放流量表达式11)：

其中：α₀为液面与流道内壁之间的交点和流道中心点之间的连线偏离竖直方向的角度；

ρ为高温熔体密度，g为重力加速度，R为流道横截面半圆半径，θ为流道的倾斜角度，μ为高温熔体的粘度，H为流道内高温熔体的液位高度；

高温熔体的实际排放量包括高温熔体的实际排放体积量和高温熔体的实际排放质量，具体是：

高温熔体的实际排放体积量其中：Q_t为高温熔体的实际排放体积量，Δt为液位监测读数时间间隔；

高温熔体的实际排放质量其中：为高温熔体的排放质量，ρ为高温熔体的密度。

6.根据权利要求5所述的高温熔体排量的计量与监控方法，其特征在于，所述步骤三中判断是否报警具体是：

先计算出达到设定排放总体积量的剩余时间，具体通过表达式12)获得：

其中：t_p为达到设定的高温熔体的排放总体积量的剩余时间，Q_p为设定的高温熔体的排放总体积量；

再进行相应报警，所述报警的具体方式是：在达到设定的高温熔体的排放总体积量的前五分钟进行第一次报警；在距离设定的高温熔体的排放总体积量的前两分钟进行第二次报警；在达到设定的高温熔体的排放总体积量时进行第三次报警。