CN110230975A - 一种钢铁熔渣层厚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢铁冶金仪表检测技术领域，尤其涉及一种钢铁熔渣层厚度测量装置。本发明包括升降装置和电极电阻检测仪表和测量头和线圈电阻检测仪表；测量头的最内层为刚玉管，刚玉管的外侧依次包覆有隔热层、第一绝缘层、第二绝缘层和外层绝缘层；第一绝缘层上端的两侧分别设有线圈正极插头和线圈负极插头，隔热层下部的外侧壁上缠绕有线圈，线圈的第一端头与线圈正极插头连接，线圈的第二端头与线圈负极插头连接；第二绝缘层上端的两侧分别设有电极正极插头和电极负极插头，第二绝缘层下端的两侧分别设有正电极和负电极，正电极与电极正极插头连接，负电极与电极负极插头连接；本发明能够使用廉价的电极材料测量钢铁熔渣层的厚度。

Description

一种钢铁熔渣层厚度测量装置

技术领域

本发明涉及钢铁冶金仪表检测技术领域，尤其涉及一种钢铁熔渣层厚度测量装置。

背景技术

钢铁冶金过程是一个复杂的化学反应过程，一般需要脱硫、转炉、吹氩、精炼等工艺，才能获得较为纯净的钢水。在这些工艺过程中，会产生大量的熔渣漂浮于钢液表面，熔渣层温度、氧含量、厚度等会影响钢水冶炼效果。在铁水KR脱硫中，测量渣层厚度可以指导搅拌器插入深度和扒渣操作，从而提高脱硫效果，降低扒渣铁损。在转炉冶炼中，合适的渣层厚度可以降低钢水中杂质含量，测量渣层厚度可以使操作人员了解冶炼状况，为转炉倒炉下渣控制提供指导依据。因此，渣层厚度测量可以有效提高钢铁冶炼质量，降低冶炼原料消耗。

目前钢铁熔渣层厚度测量方法主要有钢棒测量法和电极测量法，钢棒测量法是通过人工操作一个带有固定夹头的杆部，将固定夹头夹持一段钢棒伸入到钢水熔渣层内一段时间取出，钢棒没入熔渣层部分外壁会挂上一层包裹层，待包裹层冷却后进行测量得到渣层厚度。钢棒测量法需要人工操作将测量杆上的钢棒插入钢包中，不同工人的操作会直接影响测量结果，测量时间长，工人劳动强度大，效率低。

电极测量法是将两个电极以一定速度垂直插入熔渣层，通过测量两个电极间的阻抗变化来记录电极位置，从而得到渣层厚度。电极测量法根据渣和钢铁水间阻抗不同，结合位移测量机构来获得渣层厚度，虽然该方法具有较高的灵敏度，但是电极材料多采用熔点较高的贵金属，如钨钼，成本高，且电极表面会产生渣层包裹层，从而影响测量结果准确性。

而且，测量钢棒和电极表面情况决定了该测量装置的使用效果，重复测量时都需要清理钢棒或电极表面上的包裹层，增加了测量作业量。

发明内容

为了解决以上问题，本发明的目的是提供一种钢铁熔渣层厚度测量装置，能够使用廉价的电极材料测量钢铁熔渣层的厚度。

为实现上述目的，本发明所设计的钢铁熔渣层厚度测量装置，包括升降装置和电极电阻检测仪表，它还包括测量头和线圈电阻检测仪表；

所述测量头的最内层为刚玉管，所述刚玉管的外侧依次包覆有隔热层、第一绝缘层、第二绝缘层和外层绝缘层；所述第一绝缘层上端的两侧分别设有线圈正极插头和线圈负极插头，所述隔热层下部的外侧壁上缠绕有线圈，所述线圈具有第一端头和第二端头，所述线圈的第一端头与线圈正极插头连接，线圈的第二端头与线圈负极插头连接；所述第二绝缘层上端的两侧分别设有电极正极插头和电极负极插头，所述第二绝缘层下端的两侧分别设有正电极和负电极，所述正电极通过导线与电极正极插头连接，所述负电极通过导线与电极负极插头连接；

所述电极电阻检测仪表的正极信号线和负极信号线分别对应与电极正极插头和电极负极插头连接，所述线圈电阻检测仪表的正极信号线和负极信号线分别对应与线圈正极插头和线圈负极插头连接。

与现有的用于测量钢铁熔渣层厚度的电极相比，本发明的钢铁熔渣层厚度测量装置的测量头中包括电极(正电极和负电极)和线圈，电极接触到熔渣层上表面，电极的电阻发生明显变化，根据电极的电阻变化可确定熔渣层上表面位置；随着测量头伸入钢铁熔渣层过程中，熔渣层与线圈产生相对位移，在磁感应作用下，线圈的交流阻抗发生变化，因此根据线圈的交流阻抗即可确定熔渣层下表面位置。本发明的电极(正电极和负电极)只需测量熔渣层上表面，因此可以选取价格低廉的金属材料，大大降低了熔渣层厚度测量成本。

作为优选方案，所述正电极和负电极的材质为铝或铜。

作为优选方案，所述升降装置为副枪，副枪具有电极夹以及控制电极夹升降运动和实时记录电极夹高度的升降车。

作为优选方案，所述测量头的上端具有用于插入并固定在所述电极夹上的插口。

作为优选方案，所述测量头上端的插口是通过刚玉管、隔热层、第一绝缘层、第二绝缘层和外层绝缘层上端的高度差形成，所述外层绝缘层的高度＞隔热层的高度＞第一绝缘层的高度＝第二绝缘层高度＞刚玉管的高度。

作为优选方案，所述线圈的下沿位于隔热层下端面的上方。

作为优选方案，所述测量头的底部设有电极保护罩，所述电极保护罩围罩在正电极和负电极的外围。

一种利用钢铁熔渣层厚度测量装置测量钢铁熔渣层厚度的方法，其特征在于，包括步骤：

(1)确定测量头中正电极和负电极从第二绝缘层下端面向外伸出的距离，线圈的高度以及线圈的下沿与隔热层的下端面的距离；

(2)将测量头安装在升降装置上，启动电极电阻检测仪和线圈电阻检测仪表，记录电极电阻检测仪和线圈电阻检测仪表的初始电极电阻和初始线圈交流阻抗；

(3)启动升降装置带动测量头垂直插入钢水中，实时记录电极电阻检测仪的读数、线圈电阻检测仪表的读数以及测量头的高度，绘制测量头的高度和电极电阻检测仪的读数的第一曲线，以及测量头的高度和线圈电阻检测仪表的读数的第二曲线；

(4)从第一曲线中确定电极电阻瞬时减小时，测量头所在的高度；从第二曲线中确定线圈交流阻抗达到最大值时，测量头100所在的高度；

(5)通过公式(1)计算得到钢铁熔渣层的厚度：

H＝H2–H1–L1–L2–L3 (公式1)。

式中：H为钢铁熔渣层的厚度；

H1为第一曲线中确定电极电阻瞬时减小时，测量头所在的高度；

H2为从第二曲线中确定线圈交流阻抗达到最大值时，测量头所在的高度；

L1为测量头中正电极和负电极从第二绝缘层下端面向外伸出的距离；

L2为线圈的下沿与隔热层的下端面的距离；

L3为线圈的高度。

传统的电极测量法是利用电极进行钢铁熔渣层厚度测量，由于电极昂贵，一般多次重复使用电极，但是多次使用后电极表面会形成渣层包裹层，渣层包裹层影响电极的灵敏度，进而影响测量的准确性。与传统的电极测量法相比，本发明的钢铁熔渣层厚度测量方法是利用上述的钢铁熔渣层厚度测量装置进行测量，本发明的钢铁熔渣层厚度测量装置是利用电极确定熔渣层上表面位置，利用线圈确定熔渣层下表面位置，由于本发明的电极(正电极和负电极)只需测量熔渣层上表面，因此可以选取价格低廉的金属材料制成一次性用品，避免传统电极多次使用后造成测量误差较大的缺陷。

附图说明

图1为本发明钢铁熔渣层厚度测量装置的结构示意图；

图2为图1中测量头的结构示意图；

图3为实施例1中钢铁熔渣层厚度测量装置测量转炉中熔渣层厚度的状态示意图；

图4为测量头的高度和电极电阻检测仪的读数以及线圈电阻检测仪表的读数的曲线图；

图中各部件标号如下：测量头100、刚玉管101、隔热层102、第一绝缘层103、线圈正极插头103a、线圈负极插头103b、第二绝缘层104、正电极104a、负电极104b、电极正极插头104c、电极负极插头104d、线圈105、外层绝缘层107、插口部120、电极保护罩130、线圈电阻检测仪表200、第一线圈插座201、第二线圈插座202、升降装置300、副枪电极插座301、升降车302、电极电阻检测仪表400、第一电极插座401、第二电极插座402、转炉500、第一曲线A、第二曲线B、L1表示正电极104c和负电极104d从第二绝缘层下端面向外伸出的距离、L2表示线圈的下沿与隔热层的下端面的距离、L3表示线圈的高度。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。

为解决现有钢铁熔渣层厚度测量装置中电极材料多采用熔点较高的贵金属，成本高问题，本发明提供一种钢铁熔渣层厚度测量装置，包括具有电极和线圈的测量头，通过电极检测熔渣层上表面位置，利用感应线圈检测熔渣层下表面位置，最终确定熔渣层厚度。本发明与传统的钢铁熔渣层厚度测量电极装置相比，本发明测量头中的电极只需测量熔渣层上表面，因此可以选取价格低廉的金属材料，大大降低了熔渣层厚度测量成本。以下将通过具体的实施例来对本发明的钢铁熔渣层厚度测量电极装置的优选方式进行详细地说明。

实施例

结合图1所示，本实施例的钢铁熔渣层厚度测量装置，包括测量头100、线圈电阻检测仪表200、升降装置300和电极电阻检测仪表400。

结合图2所示，测量头100的上部为插口部120，测量头100的下部为感应部110，感应部110为圆筒形状，感应部110的最内层为刚玉管101，刚玉管101的外侧依次包覆有隔热层102、第一绝缘层103、第二绝缘层104和外层绝缘层107。刚玉管101、隔热层102、第一绝缘层103、第二绝缘层104和外层绝缘层107的下端相平齐，方便计算钢铁熔渣层厚度；刚玉管101、隔热层102、第一绝缘层103、第二绝缘层104和外层绝缘层107的上端的高度关系为：外层绝缘层107＞隔热层102＞第一绝缘层103＝第二绝缘层104＞刚玉管101，由刚玉管101、隔热层102、第一绝缘层103、第二绝缘层104和外层绝缘层107的上端的高度差形成凹型空腔形状的插口部120。

第一绝缘层103上端的两侧分别设有线圈正极插头103a和线圈负极插头103b，线圈正极插头103a具有插入在第一绝缘层103内的正极导线连接端和裸露在外部的正极信号连接端，线圈负极插头103b具有插入在第一绝缘层103内的负极导线连接端和裸露在外部的负极信号连接端。

隔热层102下部的外侧壁上缠绕有高度为L3的线圈105，线圈的下沿与隔热层102的下端面的距离为L2，将线圈105设置在隔热层102下端面的上方，保护线圈105，减小线圈105受钢水的热影响。线圈105具有两个端头，分别为第一端头和第二端头；线圈105的第一端头穿入第一绝缘层103内并沿着第一绝缘层103向上穿出与线圈正极插头103a的正极导线连接端连接，线圈105的第二端头穿入第一绝缘层103内并沿着第一绝缘层103向上穿出与线圈负极插头103b的负极导线连接端连接。

第二绝缘层104下端的两侧分别设有电极，分别为正电极104a和负电极104b，电极的安装方式为，正电极104a的一端插入第二绝缘层104内，正电极104a的另一端向外伸出，且伸出的距离(位于第二绝缘层下端面下方的电极长度)为L1，负电极104b的安装方式与正电极104a相同，正电极104a和负电极104b的材质为铜。

第二绝缘层104上端的两侧分别设有电极正极插头104c和电极负极插头104d，电极正极插头104c具有插入在第二绝缘层104内的正极导线连接端和裸露在外部的正极信号连接端，电极负极插头104d具有插入在第二绝缘层104内的负极导线连接端和裸露在外部的负极信号连接端。正电极104a通过导线与电极正极插头104c的正极导线连接端连接，负电极104b通过导线与电极负极插头104d的负极导线连接端连接，两根导线均在第二绝缘层104内走线。

在外层绝缘层107的下端镶嵌有电极保护罩130，用于保护两个电极，电极保护罩130的材质为硬纸，当伸入钢水中，电极保护罩130即被熔渣层烧毁，不影响电极感应效果。

线圈电阻检测仪表200的正极信号线上连有第一线圈插座201，通过第一线圈插座201插入线圈正极插头103a实现快捷连接，同样，线圈电阻检测仪表的负极信号线通过第二线圈插座202与线圈负极插头103b连接，同样，电极电阻检测仪表400的正极信号线和负极信号线通过第一电极插座401和第二电极插座402分别对应与电极正极插头104c和电极负极插头104d连接。

电极电阻检测仪表400采用传统的电极测量法中的电极电阻检测仪表，在此不再赘述电极电阻检测仪的电路。线圈电阻检测仪表200的电路参考申请号201320455430.3的一种流量开关，该专利中公开了辅助电路(频率信号发生单元和信号检测处理单元和信号输出单元)的电路图，参考申请号为201320455430.3的中国实用新型专利说明书附图3、图4和图5。

在本实施例中升降装置300为副枪，副枪为钢铁厂中常用的监测钢水的装置，再此不再赘述副枪的具体结构。副枪具有副枪电极插座301以及控制副枪电极插座301升降运动和实时记录电极夹高度的升降车302，结合图3所示，测量头100的插口部120直接插入并固定在副枪电极插座301上。

本发明的钢铁熔渣层厚度测量装置测量转炉中熔渣层厚度的过程为，结合图3和图1所示，将测量头100插入副枪的副枪电极插座301上，副枪的升降车302控制测量头100向下伸入转炉500中，在测量头100没有接触到熔渣层之前，正电极104a和负电极104b的电阻和线圈105的交流阻抗恒定不变，电极电阻检测仪400和线圈电阻检测仪表200测得的初始电极电阻和初始线圈交流阻抗分别为R1和R2。

当测量头100接触到熔渣层时，电极保护罩130即被熔渣层烧毁，继续向下运行，实时记录电极电阻检测仪400的读数、线圈电阻检测仪表200的读数以及测量头100的高度，以测量头100的高度为X轴，以电极电阻检测仪的读数为Y轴，绘制测量头100的高度和电极电阻检测仪的读数的第一曲线A，以测量头100的高度为X轴，以线圈电阻检测仪表的读数为Y轴，绘制测量头100的高度和线圈电阻检测仪表的读数的第二曲线B，结果如图4所示，当正电极104a和负电极104b接触到熔渣层，由于渣层导电性，电极电阻检测仪表400检测到电极间电阻由R1迅速减小为R3(KΩ级)，记录此时测量头100高度为H1，随着测量头100继续下移，熔渣层进入测量头100的刚玉管101中，熔渣层与线圈105产生相对位移，磁感应的作用下造成线圈阻抗发生变化，使得线圈的初始交流阻抗R2缓慢增大，直至线圈105的上沿接触到熔渣层与钢水的分界处后，线圈交流阻抗增大至R4后不再变化，确定瞬时达到R4时位置为H2，最后进行综合计算，给出渣层厚度为H＝H2–H1–L1–L2–L3。

测量完毕后，副枪的升降车302反向控制测量头100垂直向上运动，直到回到初始位置停止，卸下测量头100，更换新的测量头100等待下次测量。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种钢铁熔渣层厚度测量装置，包括升降装置(300)和电极电阻检测仪表(400)，其特征在于，它还包括测量头(100)和线圈电阻检测仪表(200)；

所述测量头(100)的最内层为刚玉管(101)，所述刚玉管(101)的外侧依次包覆有隔热层(102)、第一绝缘层(103)、第二绝缘层(104)和外层绝缘层(107)；所述第一绝缘层(103)上端的两侧分别设有线圈正极插头(103a)和线圈负极插头(103b)，所述隔热层(102)下部的外侧壁上缠绕有线圈(105)，所述线圈(105)具有第一端头和第二端头，所述线圈(105)的第一端头与线圈正极插头(103a)连接，线圈的第二端头与线圈负极插头(103b)连接；所述第二绝缘层(104)上端的两侧分别设有电极正极插头(104a)和电极负极插头(104b)，所述第二绝缘层(104)下端的两侧分别设有正电极(104c)和负电极(104d)，所述正电极(104c)通过导线与电极正极插头(104a)连接，所述负电极(104d)通过导线与电极负极插头(104b)连接；

所述电极电阻检测仪表(200)的正极信号线和负极信号线分别对应与电极正极插头(104a)和电极负极插头(104b)连接，所述线圈电阻检测仪表(400)的正极信号线和负极信号线分别对应与线圈正极插头(103a)和线圈负极插头(103b)连接。

2.根据权利要求1所述的钢铁熔渣层厚度测量装置，其特征在于，所述正电极(104c)和负电极(104d)的材质为铝或铜。

3.根据权利要求1所述的钢铁熔渣层厚度测量装置，其特征在于，所述升降装置(300)为副枪，副枪具有副枪电极插座(301)以及控制副枪电极插座(301)升降运动和实时记录副枪电极插座(301)高度的升降车(302)。

4.根据权利要求3所述的钢铁熔渣层厚度测量装置，其特征在于，所述测量头(100)的上端具有用于插入并固定在所述副枪电极插座(301)上的插口(120)。

5.根据权利要求4所述的钢铁熔渣层厚度测量装置，其特征在于，所述测量头(100)上端的插口(120)是通过刚玉管(101)、隔热层(102)、第一绝缘层(103)、第二绝缘层(104)和外层绝缘层(107)上端的高度差形成，所述外层绝缘层(107)的高度＞隔热层(102)的高度＞第一绝缘层(103)的高度＝第二绝缘层(104)高度＞刚玉管(101)的高度。

6.根据权利要求1所述的钢铁熔渣层厚度测量装置，其特征在于，所述线圈(105)的下沿位于隔热层(102)下端面的上方。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的钢铁熔渣层厚度测量装置，其特征在于，所述测量头(100)的底部设有电极保护罩(130)，所述电极保护罩(130)围罩在正电极(104c)和负电极(104d)的外围。

8.一种利用权利要求1～6中任一项所述的钢铁熔渣层厚度测量装置测量钢铁熔渣层厚度的方法，其特征在于，包括步骤：

(1)确定测量头(100)中正电极(104c)和负电极(104d)从第二绝缘层下端面向外伸出的距离，线圈(105)的高度以及线圈(105)的下沿与隔热层(102)的下端面的距离；

(2)将测量头(100)安装在升降装置(300)上，启动电极电阻检测仪(400)和线圈电阻检测仪表(200)，记录电极电阻检测仪(400)和线圈电阻检测仪表(200)的初始电极电阻和初始线圈交流阻抗；

(3)启动升降装置带动测量头(100)垂直插入钢水中，实时记录电极电阻检测仪(400)的读数、线圈电阻检测仪表(200)的读数以及测量头(100)的高度，绘制测量头(100)的高度和电极电阻检测仪(400)的读数的第一曲线，以及测量头(100)的高度和线圈电阻检测仪表(200)的读数的第二曲线；

(4)从第一曲线中确定电极电阻由初始电极电阻瞬时减小时，测量头(100)所在的第一高度；从第二曲线中确定线圈交流阻抗由初始线圈交流阻抗增大到最大值时，测量头(100)所在的第二高度；

(5)通过公式(1)计算得到钢铁熔渣层的厚度(H)：

H＝H2–H1–L1–L2–L3 (公式1)

式中：H为钢铁熔渣层的厚度；

H1为第一高度；

H2为第二高度；

L1为测量头中正电极和负电极从第二绝缘层下端面向外伸出的距离；

L2为线圈的下沿与隔热层的下端面的距离；

L3为线圈的高度。