CN110885914A - 炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，包括：采集电弧炉炼钢过程中的炉内噪音水平并分析判断当前炉内的泡沫渣厚度；根据当前炉渣综合起泡指数确定泡沫渣厚度调节方向，炉渣综合起泡指数的获取方法包括：获取当前的炉渣参数信息，以预测当前的炉渣黏度范围、炉渣表面张力范围以及炉渣内的悬浮颗粒分布状况；根据预测的炉渣黏度范围、炉渣表面张力范围以及当前炉渣内的悬浮颗粒分布状况，判断当前炉渣综合起泡指数。本发明通过对当前炉内泡沫渣厚度以及当前炉渣综合起泡指数的准确预测，并根据当前炉渣综合起泡指数确定泡沫渣厚度调节方向，可实现电弧炉冶炼过程全程渣层厚度可预测且一致的泡沫渣生成要求。

Description

炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法

技术领域

本发明属于电弧炉炼钢技术领域，具体涉及一种炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法。

背景技术

现代炼钢电弧炉为缩短冶炼时间、提高生产率，普遍采用超高功率冶炼配置。超高功率冶炼实践中通常采用较高的二次电压，进行长电弧冶炼操作，从而增加有功功率的输入，提高炉料的熔化速率。但长电弧强大的弧光辐射向炉顶和炉壁输送大量热流，增加了炉顶和炉壁的热负荷，并导致耐火材料的熔损和热量损失的增加。配套采用水冷炉盖和炉壁可以在一定程度上解决耐火材料熔损问题，但是由冷却水带走的热量损失问题仍然存在。为了减少这部分热量损失，需要一种导热性能差的物质将电弧掩蔽起来。

人们在炼钢电弧炉冶炼实践过程中，逐渐摸索出在某些条件下炉渣的起泡可满足掩蔽电弧的要求，且泡沫化的炉渣具备导热性能差的特性。然而，由于电弧炉炼钢过程的高度动态特征，可使炉渣起泡的合适条件难以掌握，且通常只存在于整个冶炼过程的某个特定阶段。因此，泡沫渣产生及渣层厚度的可预测性和一致性无法得到保证。

发明内容

本发明涉及一种炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本发明涉及一种炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，包括：

采集电弧炉炼钢过程中的炉内噪音水平，并基于采集的炉内噪音水平分析判断当前炉内的泡沫渣厚度；

根据当前炉渣综合起泡指数确定泡沫渣厚度调节方向，其中，所述炉渣综合起泡指数的获取方法包括：

获取当前的炉渣参数信息，以预测当前的炉渣黏度范围、炉渣表面张力范围以及炉渣内的悬浮颗粒分布状况，所述炉渣参数信息包括炉渣成分数据、炉渣温度数据和当前未参与反应的固体颗粒量及其初始粒径分布情况；

根据预测的炉渣黏度范围、炉渣表面张力范围以及当前炉渣内的悬浮颗粒分布状况，判断当前炉渣综合起泡指数。

作为实施方式之一，该炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法还包括：

通过炉门采集电弧炉内的渣面图像信息，并基于采集的炉内噪音水平以及采集的渣面图像信息综合分析判断当前炉内的泡沫渣厚度。

作为实施方式之一，炉内噪音水平的获得包括电弧噪音频段音频信号的采集、氧枪喷吹噪音频段音频信号的采集以及碳枪喷吹噪音频段音频信号的采集。

作为实施方式之一，泡沫渣厚度调节方向的确定还包括：

采集当前炉内的炉气成分，以指导氧枪和碳枪的喷吹工作。

作为实施方式之一，所述炉渣综合起泡指数的计算公式为：I＝[-121.3×(1-1.5×s)^-2.5×μ+7004.0×(1-1.5×s)^-5.0×μ²-58077.0×(1-1.5×s)^-7.5×μ³+3.783]×σ^-0.25。

作为实施方式之一，所述炉渣参数信息的获得方法包括：

采集电弧炉冶炼过程参数，所述冶炼过程参数包括主原料结构及加入量数据、副原料结构及加入量数据、冶炼进程数据、钢液成分数据、钢液及炉渣温度数据、炉体冷却参数、电极位置数据、供电参数、氧气喷吹速率、天然气喷吹速率和碳粉喷吹速率；

基于获得的冶炼过程参数进行化学计量分析，所述化学计量分析包括冶金过程反应物量和产物量的计算、冶金过程化学平衡的计算、冶金化学反应速率的计算以及冶金反应中能量的计算；

根据化学计量分析结果获悉炉渣成分数据和当前未参与反应的固体颗粒量。

作为实施方式之一，所述炉渣参数信息的获得方法还包括：

根据化学计量分析结果进行钢液温度及炉渣温度的预测，并通过钢液温度数据实测数据和炉渣温度数据实测数据进行校正，实现冶炼过程中炉内物料温度的跟踪，

实时反馈炉内物料温度跟踪数据，以进行冶金过程化学平衡的计算模型修正和冶金化学反应速率的计算模型修正，并利用钢液成分实测数据对修正后的化学计量模型进行校正；

动态反复地进行炉内物料温度的预测、炉内物料温度的跟踪以及钢液成分的校正，直至前后两次化学计量的计算结果差值位于设定的阈值范围内，以最后一次化学计量的计算结果为可接受值。

作为实施方式之一，确定泡沫渣厚度调节方向之后，进行相应的调节操作，所述调节操作包括氧枪喷吹速率调节、碳枪喷吹速率调节、熔剂加料操作、电极工作模式调节中的至少一种。

本发明至少具有如下有益效果：

本发明提供的炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，通过对当前炉内泡沫渣厚度以及当前炉渣综合起泡指数的准确预测，并根据当前炉渣综合起泡指数确定泡沫渣厚度调节方向，可实现电弧炉冶炼过程全程渣层厚度可预测且一致的泡沫渣生成要求。

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它的附图。

图1为本发明实施例提供的炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法的过程示意图；

图2为本发明实施例二提供的电弧炉的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的电弧炉的俯视结构示意图；

图4为图3沿A-A的剖视图；

图5为图4中N部分的放大结构示意图；

图6为图4中M部分的一种放大结构示意图；

图7为图4中M部分的另一种放大结构示意图；

图8为图2中P部分的放大结构示意图；

图9为本发明实施例提供的电弧炉的电极转动模式示意图。

具体实施方式

下面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它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1，本发明实施例提供一种炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，包括：

采集电弧炉炼钢过程中的炉内噪音水平，并基于采集的炉内噪音水平分析判断当前炉内的泡沫渣厚度；

根据当前炉渣综合起泡指数确定泡沫渣厚度调节方向，其中，所述炉渣综合起泡指数的获取方法包括：

获取当前的炉渣参数信息，以预测当前的炉渣黏度范围、炉渣表面张力范围以及炉渣内的悬浮颗粒分布状况，所述炉渣参数信息包括炉渣成分数据、炉渣温度数据和当前未参与反应的固体颗粒量及其初始粒径分布情况；

根据预测的炉渣黏度范围、炉渣表面张力范围以及当前炉渣内的悬浮颗粒分布状况，判断当前炉渣综合起泡指数。

其中，上述炉内噪音水平可通过振动信号检测模块获取，更进一步地，其可包括电弧噪音频段音频信号的采集、氧枪喷吹噪音频段音频信号的采集以及碳枪喷吹噪音频段音频信号的采集，三种噪音频段音频信号的采集可分别通过振动信号检测构件获取，保证获取的炉内噪音水平的信息准确性和全面性。通过炉内噪音水平的实时监测，并与基准噪音水平作比较，可以知悉当前炉内泡沫渣层厚度的基本信息。

在进一步优选的方案中，该炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法还包括：通过炉门采集电弧炉内的渣面图像信息，并基于采集的炉内噪音水平以及采集的渣面图像信息综合分析判断当前炉内的泡沫渣厚度。该渣面图像信息的获得可通过图像信号采集模块获得，例如高清相机，优选为通过炉门监测，避免炉内恶劣的冶炼环境影响图像信号采集模块的使用寿命及工作可靠性。通过渣面图像信息的获取，能够直观地获悉炉内泡沫渣状况，显然包括泡沫渣的厚度信息；渣面图像信息不仅能够用于判断当前炉内泡沫渣状况，还能对通过炉内噪音水平所判断的炉内泡沫渣厚度数据进行校准，进一步提高泡沫渣厚度检测的准确性。

可以理解地，在获取当前炉内的泡沫渣厚度之后，判断该泡沫渣厚度是否满足当前冶炼工艺要求，若该泡沫渣厚度不能满足当前冶炼工艺要求，则对泡沫渣厚度作实时调节。而泡沫渣厚度调节方向即由上述的当前炉渣综合起泡指数确定，该炉渣综合起泡指数是与泡沫渣厚度成正相关关系的，即预期的泡沫渣厚度相对应一个预期炉渣综合起泡指数，将当前炉渣综合起泡指数朝着该预期炉渣综合起泡指数调节即可。

本实施例中，上述炉渣综合起泡指数与炉渣黏度、炉渣表面张力以及炉渣内的悬浮颗粒分布状况相关，即可通过当前炉渣黏度范围的预测结构、炉渣表面张力范围的预测结构以及炉渣内悬浮颗粒分布状况的预测结构确定得到，本实施例中，采用如下公式计算炉渣综合起泡指数，可准确地预测炉渣的起泡性能，从而便于准确地对泡沫渣厚度进行调控：

I＝[-121.3×(1-1.5×s)^-2.5×μ+7004.0×(1-1.5×s)^-5.0×μ²-58077.0×(1-1.5×s)^-7.5×μ³+3.783]×σ^-0.25

其中μ表示炉渣黏度，σ表示炉渣表面张力，s表示炉渣中悬浮颗粒水平。

进一步优选地，所述炉渣参数信息的获得方法包括：

采集电弧炉冶炼过程参数，所述冶炼过程参数包括主原料结构及加入量数据、副原料结构及加入量数据、冶炼进程数据、钢液成分数据、钢液及炉渣温度数据、炉体冷却参数、电极位置数据、供电参数、氧气喷吹速率、天然气喷吹速率和碳粉喷吹速率；

基于获得的冶炼过程参数进行化学计量分析，所述化学计量分析包括冶金过程反应物量和产物量的计算、冶金过程化学平衡的计算、冶金化学反应速率的计算以及冶金反应中能量的计算；

根据化学计量分析结果获悉炉渣成分数据和当前未参与反应的固体颗粒量。

进一步优选地，所述炉渣参数信息的获得方法还包括：

根据化学计量分析结果进行钢液温度及炉渣温度的预测，并通过钢液温度数据实测数据和炉渣温度数据实测数据进行校正，实现冶炼过程中炉内物料温度的跟踪，

实时反馈炉内物料温度跟踪数据，以进行冶金过程化学平衡的计算模型修正和冶金化学反应速率的计算模型修正，并利用钢液成分实测数据对修正后的化学计量模型进行校正；

动态反复地进行炉内物料温度的预测、炉内物料温度的跟踪以及钢液成分的校正，直至前后两次化学计量的计算结果差值位于设定的阈值范围内，以最后一次化学计量的计算结果为可接受值。

进一步优选地，泡沫渣厚度调节方向的确定还包括：采集当前炉内的炉气成分，以指导氧枪和碳枪的喷吹工作。另外，确定泡沫渣厚度调节方向之后，进行相应的调节操作，所述调节操作包括氧枪喷吹速率调节、碳枪喷吹速率调节、熔剂加料操作、电极工作模式调节中的至少一种。

例如，当前渣层厚度较低而不能满足电弧掩蔽要求，而结合炉渣黏度预测模块、炉渣表面张力预测模块、炉渣中悬浮颗粒预测模块三者的预测结果给出的炉渣综合起泡指数值处于合适范围，且温度跟踪预测模块指示炉渣处于合适的温度区间，但炉气成分检测模块监测到炉气中CO含量不足时，则需要分别调整氧气射流的出口速度和碳粉的喷吹速率，以便增加碳粉和氧气反应生成的CO气泡量，从而增加泡沫渣层的厚度。

又如，在上例的基础上，如果温度跟踪预测模块指示炉渣当前温度过高，为避免增加CO发生量过程炉渣温度进一步上升，则需要电极及供电调节模块同步调整供电参数，以降低此调节过程中向炉内输入的电能。

再如，当前渣层厚度适当，但是冶炼中需要连续添加诸如铁水、直接还原铁等含铁替代料，由于这些原料的加入和随后的冶炼过程炉渣的化学组成会发生动态变化，根据炉渣黏度预测模块、炉渣表面张力预测模块、炉渣中悬浮颗粒预测模块三者的预测结果，会给出炉渣综合起泡指数值的变化方向和程度，进而通过熔剂加料模块调整冶炼过程中加入炉内的熔剂量和加入时机，确保炉渣的化学组成处于合适的起泡范围。

本实施例提供的炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，通过对当前炉内泡沫渣厚度以及当前炉渣综合起泡指数的准确预测，并根据当前炉渣综合起泡指数确定泡沫渣厚度调节方向，可实现电弧炉冶炼过程全程渣层厚度可预测且一致的泡沫渣生成要求。而电弧炉炼钢过程全程可控的泡沫渣，可获得许多益处，包括：

采用长电弧操作，增大有功功率输入，长电弧在高温含气泡沫渣的掩蔽下更加稳定，掩蔽的弧光可减少对炉壁的热辐射，从而提高长电弧泡沫渣操作的功率因数和热效率；如此一来，可降低电耗、缩短冶炼时间、提高生产率。由于泡沫渣掩蔽弧光，减小了对炉壁的热辐射，可减少耐火材料熔损消耗；长电弧的高电压、小电流特征使得电极载流负荷减小，对电极的材料和尺寸要求降低，温升氧化导致的电极消耗大幅降低。炉渣的泡沫化增大了钢-渣的接触界面，有利于炉内的物理化学反应进行，特别有利于脱磷；此外，泡沫渣要求更大的脱碳量和脱碳速率，因而有较好的去气效果，尤其是可以降低钢中的氮含量。

在可选的实施例中，上述电极工作模式调节除包括供电等参数的调节之外，还包括电极位置的调节，改善电弧炉内熔池温度分布，使炉渣温度更加均匀，从而实现对炉内泡沫渣温度、炉渣黏度、炉渣中悬浮颗粒等的调节，尤其是改善炉内不同位置的炉渣一致性。电极位置的调节方法可通过下述实施例二中的相关方案实现。

实施例二

如图2和图8，本实施例提供一种电弧炉的炉盖1，包括固定盖体11和活动盖体12，所述活动盖体12上设有至少一个电极穿设安装位，所述固定盖体11上设有用于驱使所述活动盖体12绕自身轴线旋转的电极旋转驱动机构。

上述固定盖体11与上述活动盖体12拼接形成能盖合封闭电弧炉炉体2的炉盖1，即在固定盖体11上开孔，用以安装该活动盖体12，并通过该活动盖体12闭合该开孔。

可以理解地，上述活动盖体12能绕自身轴线旋转，则其优选为是圆形/圆柱形盖体或圆锥形/圆锥台形盖体。上述固定盖体11除开孔安装上述活动盖体12外，总体形状与现有电弧炉炉盖基本无异，其一般呈圆锥形或圆锥台形。一般地，电极3安装在炉盖1中央位置区，保证对炉膛加热的均匀性，则上述活动盖体12安装于固定盖体11的中央位置区/锥顶区，其优选为与固定盖体11同轴。

一般地，炼钢电弧炉配置三根电极3，即上述电极穿设安装位对应设置为三个，该三个电极穿设安装位优选为相对于活动盖体12的中轴线均匀间隔环设，即活动盖体12的中轴线穿过三个电极3所对应的极心圆圆心。

对于活动盖体12的旋转，优选为在固定盖体11上设置导向结构，保证该活动盖体12旋转运动的平稳性和准确性。例如，采用环形滑动导轨112与环形导向滑槽配合的结构，在其中一个实施例中，该环形滑动导轨112在固定盖体11的上表面设置环形导轨，在活动盖体12底部对应设置环形滑槽。在另外的优选实施例中，如图5，所述固定盖体11上向上凸出设置有环形支撑座111，所述活动盖体12外缘向下凸出设置有环形翼护板121，所述活动盖体12支撑设置于所述支撑座111上，所述翼护板121套设于所述支撑座111外并且于二者之间设有滑动导向结构；基于该结构，对活动盖体12的支撑可靠性和稳定性更高，在电极3上升至一定高度时，通过上述环形支撑座111与环形翼护板121配合也能较好地实现对活动盖体12及电极3的支撑，从而活动盖体12及电极3的转动运动更为平稳。该滑动导向结构同样可采用上述环形滑动导轨112与环形导向滑槽配合的结构，即所述滑动导向结构包括凸出设置于所述支撑座111外环上的环形滑动导轨112以及对应形成于所述翼护板121内壁上的环形导向滑槽(已图示，未标注)，所述导向滑槽滑设于所述滑动导轨112上，该环形滑动导轨112即与支撑座111是同轴的，其不仅能对翼护板121的环形旋转运动进行导向，而且能进一步支撑活动盖体12及电极3。

进一步优化上述结构，如图5，上述支撑座111可以是耐火材料浇注而成的座体，例如是与固定盖体11内壁耐材层一体成型，上述滑动导轨112安装在该支撑座111上。上述活动盖体12及其翼护板121内壁上也优选为设置有耐材层，以保证其使用寿命，并在活动盖体12及其耐材层上对应开设电极穿设安装孔，该电极穿设安装孔的直径大于电极3直径，以便电极3能顺畅地穿过活动盖体12而伸入至炉体2内。

对于上述的电极旋转驱动机构，可采用常规的旋转驱动方式，本实施例中，采用齿轮齿条传动的方式，如图2和图8，所述电极旋转驱动机构包括设于所述活动盖体12外缘的环形齿条、设于所述固定盖体11上的传动齿轮132以及用于驱使所述传动齿轮132转动的旋转驱动单元131，所述传动齿轮132与所述环形齿条啮合。其中，对于上述具有翼护板121的活动盖体12，上述环形齿条可设置于该翼护板121上；上述旋转驱动单元131可采用电机+减速机的常规驱动设备，具体结构此处不作赘述。

基于上述分体式结构的盖体，由于是活动盖体12作旋转运动，因此易于驱动、能耗相对较低，而且旋转平稳性及精度易于控制；另外，旋转驱动设备可布置于固定盖体11上，不需要占用额外的空间，设备布置结构因此较为紧凑。

如上所述，电极穿设安装孔的直径一般大于电极3的直径，而且电极3一般还需要能够随时提升或下降以适应炉内复杂的冶炼环境，那么，在活动盖体12转动时，有必要使电极3与活动盖体12相对固定，避免二者碰撞干涉，相应地，每个电极穿设安装位处设有用于夹紧电极3以使电极3随同转动的电极夹紧机构。

在其中一个实施例中，如图8，上述电极夹紧机构包括电极弹簧夹13，该电极弹簧夹13包括两个箍夹131，两个箍夹131均为半圆形构件并且拼接后能抱住对应的电极3，其中一个箍夹131固定在活动盖体12上，另一箍夹131通过带有扭转弹簧133的中心轴132可转动地安装在活动盖体12上，从而两个箍夹131可抱住电极3或松开电极3，通过扭转弹簧133实现构件的可转动及自动复位夹紧是常规技术，例如该扭转弹簧133的一个引脚与箍夹131抵接，另一个引脚与中心轴132旁边的阻挡块(已图示，未标注)抵接，该阻挡块是设于活动盖体12上的。可以理解地，两个箍夹131围合形成的圆箍构件的内环直径略小于电极3的直径，可达到良好的抱夹效果。

当电极3穿过电极穿设安装孔时，由于电极3直径大于上述圆箍构件的内环直径，配置有扭转弹簧133的箍夹131会绕中心轴132旋转以扩大圆箍构件的内环直径以便电极3穿入，在电极3穿入后，在扭转弹簧133的弹力作用下，两个箍夹131抱住夹紧该电极3；当活动盖体12转动时，可使电极3随同一起转动。在两个箍夹131能够夹住电极3促使电极3随动的同时，电极3升降时，电极升降驱动机构5施与电极3的作用力又能方便地克服两个箍夹131的抱夹作用力，保证电极3的安全，这通过扭转弹簧133的选型即可完成。

在另外的实施例中，显然也可以通过气缸/液压缸等动力设备驱使两个箍夹131相对抱紧或松开电极3，此处不作详述。

进一步地，由于电极3直径大于上述圆箍构件的内环直径，可设置箍夹131内环顶部呈自上而下渐缩状，即上述圆箍构件的内环顶部呈自上而下渐缩的形状，便于电极3穿入定位以及施力而使配置有扭转弹簧133的箍夹131绕中心轴132旋转。

进一步地，在活动盖体12上设置电绝缘块122，上述两个箍夹131以及带有扭转弹簧133的中心轴132均安装在该电绝缘块122上，保证设备使用安全。该电绝缘块122的作用还在于：由于上述电极穿设安装孔的直径大于电极3的直径，而圆箍构件的直径略小于电极3的直径，则圆箍构件的直径是小于电极穿设安装孔的直径的，箍夹131等构件可能直面熔池热辐射以及高温炉气的热冲击，因此上述电绝缘块122还能起到隔热的作用，较好地保护箍夹131等构件，从而，在可选的实施例中，该电绝缘块122可以是耐火浇注料。

如图2-图4，本实施例还提供一种电弧炉，包括炉体2和上述的炉盖1，其中，所述固定盖体11盖合于所述炉体2上，各所述电极穿设安装位处对应穿设有电极3。如上所述，电极3的数量一般为3根，绕炉体2/固定盖体11/活动盖体12的中轴线均匀间隔环设。

进一步优化上述实施例，如图2-图4，每一所述电极3配置有电极夹持臂4以及用于驱使所述电极夹持臂4升降的电极升降驱动机构5，通过该电极升降驱动机构5驱动电极夹持臂4升降，可以带动电极3升降，从而适应不同冶炼期任务或其它冶炼要求，例如对于炉内泡沫渣厚度的调节。

以下对上述的电极夹持臂4进行优化：

该电极夹持臂4可采用现有技术中常规的刚性夹持臂，为配合上述电极3的转动运动，可以设置该电极夹持臂4与电极升降驱动机构5输出端可转动连接。

而作为本实施例的优选方案，该电极夹持臂4包括固定节段41、转动节段42和补偿节段43，所述固定节段41与所述电极升降驱动机构5连接，所述转动节段42与所述固定节段41铰接并且铰接轴轴向平行于竖向，所述补偿节段43可活动地连接于所述转动节段42上并且活动方向平行于所述转动节段42的轴向，于所述补偿节段43的前端设有电极夹持机构。

在上述电极夹持臂4的结构中，转动节段42可以相对于固定节段41转动，从而较好地适应电极3转动运动的要求，保证电极3转动的平顺性及使用安全，而且是该电极夹持臂4小区间内的相对运动，动作平稳精准，对其它设备的影响较小，例如不会对电极升降驱动机构5的升降驱动动作造成影响。而补偿节段43的设计，能够进一步地适应电极3转动运动时的位置变化，保证电极3及电极夹持臂4的结构安全。

需要说明的是，本实施例中涉及的构件前端均是该构件的靠近电极3的一端，下同。

进一步优化上述电极夹持臂4的结构，如图6和图7，所述转动节段42的前端设有导向孔(已图示，未标注)，所述补偿节段43的后端滑设于所述导向孔内，通过该结构可以保证补偿节段43活动的平稳性和可靠性，同时，实现转动节段42对补偿节段43的限位支撑，也即实现了对电极夹持机构的支撑，从而保证对电极3的升降驱动效果。

易于理解地，上述补偿节段43能相对于转动节段42自动复位，例如，其相对于转动节段42的活动可通过气缸/液压缸等直线驱动设备实现。在优选的实施例中，上述补偿节段43相对于转动节段42的往复活动通过弹性元件实现，具体地：

如图6和图7，所述电极夹持臂4还具有补偿弹性元件44，所述补偿节段43为台阶轴结构并且小截面段滑设于所述导向孔内，所述补偿弹性元件44一端抵接于所述转动节段42的前端，所述补偿弹性元件44的另一端抵接于所述补偿节段43的台阶面上。其中，该补偿节段43的大截面段尺寸优选为与转动节段42的截面尺寸相同；上述补偿弹性元件44显然可以采用压缩弹簧等弹性构件，进一步优选为有多个补偿弹性元件44，各补偿弹性元件44环绕补偿节段43的小截面段设置，即沿补偿节段43的台阶面周向环形布置，保证补偿节段43直线活动的平稳性。显然地，补偿弹性元件44的弹力方向(例如压缩弹簧的轴向)是与补偿节段43的往复活动方向平行的，即平行于转动节段42的轴向，或者说，平行于转动节段42的长度方向。

进一步优选地，如图6和图7，可设置第一弹簧导向柱(已图示，未标注)，该第一弹簧导向柱可以设置在转动节段42的前端，对应地可在补偿节段43的台阶面上开设承插槽；也可以设置在补偿节段43的台阶面上，对应地可在转动节段42的前端开设承插槽；上述补偿弹性元件44套装在该第一弹簧导向柱上，该第一弹簧导向柱则部分嵌插在承插槽中，保证补偿弹性元件44的弹性作用力的精确性、稳定性和可靠性，也即保证了补偿节段43相对于转动节段42活动的精确性和平顺性。

可以理解地，补偿弹性元件44并不限于上述安装方式，例如将其安装在导向孔内也是可行的方案，具体的安装结构此处从略。

进一步优化上述电极夹持臂4的结构，如图6和图7，所述电极夹持机构包括夹持压头46、定位环45以及设于补偿节段43前端的压头驱动单元，所述定位环45包括套住所述电极3的缺圆部以及自所述缺圆部延伸引出的两个固定肢，两所述固定肢分别固定在所述补偿节段43上，所述夹持压头46与所述压头驱动单元连接从而在两所述固定肢之间的通道中靠近或远离电极3。在其中一个实施例中，上述夹持压头46也为缺圆结构，其曲率与上述缺圆部曲率相同，二者所对应的圆心角之和可以等于360°或者小于360°，保证能够抱紧电极3即可；在另外的实施例中，上述夹持压头46为块状或板状，即以平面与电极3相切抵靠，通过其与上述缺圆部配合同样可以保证对电极3的夹紧效果。基于上述定位环45的结构，能够环抱套住电极3，再配合以夹持压头46，即可牢牢地夹住电极3，在适应电极3转动运动的同时，便于电极3稳定升降。

对于上述的压头驱动单元，其作用在于驱使夹持压头46靠近或远离电极3，其可采用气缸、液压缸等常规的直线驱动设备。在其中一个实施例中，上述补偿节段43的头部内形成有液压缸筒(已图示，未标注)并在补偿节段43的侧壁上对应开设两路油口，上述压头驱动单元包括滑设于液压缸筒内的活塞构件47，活塞构件47的活塞杆伸出补偿节段43外并与夹持压头46固连，可以理解地，上述的油口包括位于活塞构件47的活塞两侧的无杆腔油口和有杆腔油口。在另外的实施例中，如图6和图7，仍在上述补偿节段43的头部内形成液压缸筒并在补偿节段43的侧壁上开设有一路油口431，上述压头驱动单元包括夹持弹性元件48以及滑设于液压缸筒内的活塞构件47，该活塞构件47包括活塞以及连接于活塞上的活塞杆，该活塞杆伸出补偿节段43外并与夹持压头46固连，该夹持弹性元件48与上述一路油口431分别位于活塞的两侧；其中，以该夹持弹性元件48位于液压缸筒的无杆腔中为佳，以其可靠的工作性能而实现fail-safe设计，避免液压回路出现故障时造成重大事故(例如电极3掉落)，保证生产安全和设备安全。对应地，该夹持弹性元件48一端与活塞抵靠且另一端抵靠于液压缸筒的远离电极3的一端上，同样地，可在活塞上设置第二弹簧导向柱(已图示，未标注)，在液压缸筒的远离电极3的一端开设避让孔，该夹持弹性元件48套装于该第二弹簧导向柱上，该第二弹簧导向柱则可伸入至该避让孔中，保证夹持弹性元件48工作的稳定性和可靠性。该夹持弹性元件48显然可采用压缩弹簧等弹性构件。

进一步优选地，上述电极夹持臂4不仅作为电极3夹持固定的设备，还可作为导电臂将电能传输到电极3上，即上述电极夹持臂4为导电臂，这是本领域技术人员易于实现的，例如上述固定节段41为导电横臂，通过其连接导电电缆8，上述转动节段42和补偿节段43采用相应的导电材料即可，此处不作赘述。在另外的实施例中，将电极夹持部分与导电部分分开设计，具体地，如图7，所述电极夹持臂4通过绝缘体412分隔为导电段和绝缘段，所述导电段与所述电极升降驱动机构5连接，所述电极夹持机构设于所述绝缘段前端；所述导电段上设有连接至对应电极3的导电结构；进一步优选地，如图7，所述导电结构包括导电支臂411和滑触线49，所述导电支臂411连接于所述导电段上，所述滑触线49的滑触导轨安设于所述电极3上，所述滑触线49的滑触块固定于所述导电支臂411上，该导电结构能保证电极3转动时滑触块始终与滑触导轨接触，电能传输较为可靠有效，可以防止电极3转动时电极夹持臂4的各节段之间出现电接触不良而导致电极3失电的情况。另外，上述绝缘体412优选为设置于固定节段41上。

以下对上述的电极升降驱动机构5进行优化：

上述电极升降驱动机构5可采用常规的升降驱动设备。作为本实施例的优选结构，如图2和图4，该电极升降驱动机构5包括提升缸51和电极柱52，上述电极夹持臂4固定在该电极柱52的顶端，该电极柱52为中空柱状结构，提升缸51收容在该电极柱52的中空腔内并且输出端与该电极柱52的内壁相连，通过该提升缸51即可驱动电极柱52升降，从而带动对应的电极夹持臂4升降，也即实现电极3的升降。

进一步优选地，上述电弧炉还包括炉盖摆动机构，通过该炉盖摆动机构将炉盖1和电极3从炉体2上移开，便于向炉内加料，当然通过该炉盖摆动机构可再实现炉盖1和电极3的回位。如图2和图4，该炉盖摆动机构包括摆动缸63，该摆动缸63与一摆动座61铰接，炉盖1则通过一摆动臂62与该摆动座61固连。结合上述的电极升降驱动机构5，可将上述的各电极柱52和提升缸51设置在该摆动座61上，其中，提升缸51的缸体铰接于该摆动座61上，并在该摆动座61上设置多个导向滑套53(一般对应为3个)，各电极柱52一一对应地穿设在各导向滑套53中，可保证电极柱52升降运动的平稳性。进一步地，如图2和图4，上述摆动座61可转动地安装在车间结构平台7上，可转动安装结构可参考上述实施例一中的活动盖体12与固定盖体11之间的可转动配合结构，此处不作详述。

在上述结构中，通过在摆动座61设置摆动臂62，摆动臂62与炉盖1相连，故炉盖1与电极3同时摆动到炉体2一侧，炉盖1与电极3之间不会有相对位置移动，这样当电极3再次插入活动盖体12上时，不需要调整活动盖体12的相位，通过电极升降驱动机构5直接将电极3穿过活动盖体12上的电极穿设安装孔降到炉内即可，操作方便灵活。

上述电弧炉工作时，可以有电极转动模式，如图9，通过电极3转动的方法来消除加热冷区，即电极3转动至冷区位3’；还可以有电极升降模式，即通过控制电极3高度来控制长弧或短弧操作。其中，当需要改善炉温分布并提升熔池整体温度时，可开启上述的电极转动模式，既在三相电极3同步转动(三相电极3之间位置相对固定)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，其特征在于，包括：

采集电弧炉炼钢过程中的炉内噪音水平，并基于采集的炉内噪音水平分析判断当前炉内的泡沫渣厚度；

根据当前炉渣综合起泡指数确定泡沫渣厚度调节方向，其中，所述炉渣综合起泡指数的获取方法包括：

获取当前的炉渣参数信息，以预测当前的炉渣黏度范围、炉渣表面张力范围以及炉渣内的悬浮颗粒分布状况，所述炉渣参数信息包括炉渣成分数据、炉渣温度数据和当前未参与反应的固体颗粒量及其初始粒径分布情况；

根据预测的炉渣黏度范围、炉渣表面张力范围以及当前炉渣内的悬浮颗粒分布状况，判断当前炉渣综合起泡指数。

2.如权利要求1所述的炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，其特征在于，还包括：

通过炉门采集电弧炉内的渣面图像信息，并基于采集的炉内噪音水平以及采集的渣面图像信息综合分析判断当前炉内的泡沫渣厚度。

3.如权利要求1所述的炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，其特征在于：炉内噪音水平的获得包括电弧噪音频段音频信号的采集、氧枪喷吹噪音频段音频信号的采集以及碳枪喷吹噪音频段音频信号的采集。

4.如权利要求1所述的炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，其特征在于，泡沫渣厚度调节方向的确定还包括：

采集当前炉内的炉气成分，以指导氧枪和碳枪的喷吹工作。

5.如权利要求1所述的炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，其特征在于，所述炉渣综合起泡指数的计算公式为：I＝[-121.3×(1-1.5×s)^-2.5×μ+7004.0×(1-1.5×s)^-5.0×μ²-58077.0×(1-1.5×s)^-7.5×μ³+3.783×σ^-0.25。

6.如权利要求1所述的炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，其特征在于，所述炉渣参数信息的获得方法包括：

采集电弧炉冶炼过程参数，所述冶炼过程参数包括主原料结构及加入量数据、副原料结构及加入量数据、冶炼进程数据、钢液成分数据、钢液及炉渣温度数据、炉体冷却参数、电极位置数据、供电参数、氧气喷吹速率、天然气喷吹速率和碳粉喷吹速率；

基于获得的冶炼过程参数进行化学计量分析，所述化学计量分析包括冶金过程反应物量和产物量的计算、冶金过程化学平衡的计算、冶金化学反应速率的计算以及冶金反应中能量的计算；

根据化学计量分析结果获悉炉渣成分数据和当前未参与反应的固体颗粒量。

7.如权利要求6所述的炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，其特征在于，所述炉渣参数信息的获得方法还包括：

根据化学计量分析结果进行钢液温度及炉渣温度的预测，并通过钢液温度数据实测数据和炉渣温度数据实测数据进行校正，实现冶炼过程中炉内物料温度的跟踪，

实时反馈炉内物料温度跟踪数据，以进行冶金过程化学平衡的计算模型修正和冶金化学反应速率的计算模型修正，并利用钢液成分实测数据对修正后的化学计量模型进行校正；

动态反复地进行炉内物料温度的预测、炉内物料温度的跟踪以及钢液成分的校正，直至前后两次化学计量的计算结果差值位于设定的阈值范围内，以最后一次化学计量的计算结果为可接受值。

8.如权利要求1所述的炼钢电弧炉泡沫渣厚度调节方法，其特征在于：确定泡沫渣厚度调节方向之后，进行相应的调节操作，所述调节操作包括氧枪喷吹速率调节、碳枪喷吹速率调节、熔剂加料操作、电极工作模式调节中的至少一种。

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