CN111088414A - 一种具备在线连续测温功能的氧枪及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备在线连续测温功能的氧枪及其使用方法,当转炉开始冶炼时,计算机系统控制红外相机开始采集图像,计算机系统通过利用热像分析软件采用图像识别和热像分析的方法,区分视场内的火焰、钢液和炉渣,选择钢液位置区域,实现转炉炉内钢水温度的连续检测,并将钢水温度以曲线和数字的形式同时显示在计算机显示屏上。本方法可以连续测温,提高了转炉冶炼的温度控制精度;可以缩短冶炼周期5‑8分钟,降低生产成本和提高生产产量;可连续检测钢水温度的变化,检测钢水温度的精度可达到±1℃,对提高转炉的自动化炼钢控制水平有很重要的意义;采用红外热像分析,不需要人工操作,也不需要消耗电偶,成本低,安全性好。
Description
技术领域
本发明涉及冶金设备及其检测技术领域,特别涉及一种具备在线连续测温功能的氧枪及其使用方法。
背景技术
转炉炼钢利用铁水的物理热和化学能,无需额外输入能量便可完成炼钢过程,由于其生产效率高、生产成本低,成为目前最主要的炼钢方式,世界上有约70%以上的钢水是经过转炉初炼后获取的。转炉炼钢利用氧枪进行吹氧操作,吹进转炉炉内的氧气不断氧化铁水中的碳、硅、锰、磷、硫等元素,一方面提升温度,一方面去除一些有害杂质,把铁水和废钢等原料熔炼成合格的钢水。钢水温度是炼钢过程中需要控制的重要参数和目标,只有达到合适温度和成分的钢水才能到连铸平台进行浇注后形成炼钢产品;因此,钢水温度是转炉炼钢过程中需要掌握的重要参数和考核指标之一。一般情况下,由于在冶炼过程中无法测量温度,只能凭操作工经验判断温度是否合格,当炼钢工认为钢水成分和温度已经接近目标时,便采用测温取样的方式来确定钢水温度和成分是否满足冶炼要求。常用的转炉钢水测温方法有副枪测温、投弹测温和倒炉测温三种。副枪测温一般只有安装有副枪的大型转炉才可以使用,测温方法为将具有测温功能的副枪电偶探头利用副枪插入钢水中测温;投弹测温为将测温弹头从炉口丢入转炉炉内进行测温,所用的测温探头也是电偶;倒炉测温则是目前主要的测温方法,将转炉摇到一定角度,利用人工或者机械手将安装有测温电偶的测温枪插入钢水中进行测温。以上三种检测方法均为采用电偶测温,方法是间断式的,不能连续测温。一旦测温结果与目标要求偏差较大,转炉还需继续冶炼,再重复测温过程,直到满足工艺要求后才能出钢;因此一般转炉炼钢过程中均需要2-3次这样的测温操作。目前的测温方法,需要暂停生产操作进行测温,除了降低生产效率以外,还需要大量人工操作和消耗大量的测温探头,同时也无法对钢水温度的连续变化进行精确掌握。
除了在接近炼钢目标终点时需要进行测温纠正以外,在转炉炼钢过程中的温度对冶炼的控制也很重要,炼钢过程温度与冶炼过程的化渣、脱硫、脱磷有密切关系,控制合适的过程温度是转炉冶炼高效、低成本和安全的重要保障,目前还没有直接的过程温度检测方法,一般是利用物理化学模型进行理论计算进行预测,预测精度比较低,目前很难达到70%以上。因此,如果能在转炉冶炼过程中连续检测钢水温度,对转炉冶炼将有重要意义,不仅能提高转炉冶炼的控制精度和目标命中率,还能大幅提高生产效率和降低成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷,提供一种具备在线连续测温功能的氧枪及其使用方法,本方法可以连续测温,提高了转炉冶炼的温度控制精度;不需要单独的测温操作和测温时间,可以缩短冶炼周期5-8分钟,降低生产成本和提高生产产量;本方法可连续检测钢水温度的变化,检测钢水温度的精度可达到±1℃,对提高转炉的自动化炼钢控制水平有很重要的意义;本方法采用红外热像分析,不需要人工操作,也不需要消耗电偶,成本低,安全性好。
为了解决上述技术问题,本发明提供了如下的技术方案:
本发明一种具备在线连续测温功能的氧枪,包括氧枪水冷外管,所述氧枪水冷外管的顶端开设有氧气进口,所述氧枪水冷外管的内部安装有氧枪吹氧主管,所述氧枪吹氧主管的底端设置有氧枪喷头,所述氧枪喷头的底端设置有氧枪喷头喷孔,所述氧枪吹氧主管的内部安装有副管,所述副管的管路和氧枪吹氧主管的管路通道相一致,所述副管为90度弯管,所述副管朝向氧枪喷头的端部安装有副管进口端准直透镜,所述副管的末端朝向氧枪水冷外管顶端密封口穿出并安装有副管出口端准直透镜,所述氧枪水冷外管的外侧还开设有氧枪冷却进水口和氧枪冷却出水口,所述副管的90度弯管处安装有副管反射镜,所述氧枪水冷外管顶端氧气进口的底部内壁上开设有麻烦口,所述氧枪水冷外管上还安装有氧枪固定法兰,所述氧枪水冷外管的顶端外侧安装有红外相机,且红外相机通过相机固定支架和氧枪水冷外管固定连接,所述红外相机的相机镜头正对副管末端的副管出口端准直透镜,所述红外相机外接有计算机系统。
作为本发明的一种优选技术方案,所述副管紧贴固定安装于氧枪吹氧主管的内壁上,所述副管由碳素钢制成,且副管内径为10-25mm,壁厚1.2-2.0mm。
作为本发明的一种优选技术方案,所述副管出口端准直透镜和副管进口端准直透镜均为石英材质,且副管出口端准直透镜的透镜焦距为25-45mm,副管进口端准直透镜透镜焦距为40-65mm。
作为本发明的一种优选技术方案,所述红外相机外部安装有防护罩,且红外相机和防护罩均外接水冷循环管,冷却水压力范围为0.2-0.5Mpa,所述红外相机的测温范围为400-2200℃,镜头视场角10-55°。
作为本发明的一种优选技术方案,所述计算机系统安装在操作室内,所述计算机系统安装有红外相机驱动程序、热像分析软件和显示界面,所述红外相机和计算机系统通过网线传输信号。
本发明还相应的公开一种基于具备在线连续测温功能的氧枪的使用方法,包括以下步骤:
S1.当转炉开始冶炼时,氧枪下降至钢液面处,氧气总阀和氧枪进气开关打开后,计算机系统控制红外相机开始采集图像,副管内光路将转炉炉内的影像依次经过副管进口端准直透镜、副管反射镜、出口端准直透镜反射后传输至红外相机,计算机系统通过利用热像分析软件采用图像识别和热像分析的方法,区分视场内的火焰、钢液和炉渣,选择钢液位置区域,实现转炉炉内钢水温度的连续检测,并将钢水温度以曲线和数字的形式同时显示在计算机显示屏上。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
(1)传统方法不能实现对转炉炉内钢水的连续检测,无法掌握冶炼过程中温度的变化,只能在冶炼终点时进行测温,每次测温需要3-5分钟,如果温度不合适还要继续冶炼;本方法可以连续测温,提高了转炉冶炼的温度控制精度;不需要单独的测温操作和测温时间,可以缩短冶炼周期5-8分钟,降低生产成本和提高生产产量。
(2)本方法可连续检测钢水温度的变化,检测钢水温度的精度可达到±1℃,对提高转炉的自动化炼钢控制水平有很重要的意义。
(3)传统的电偶测温方法需要人工操作,安全性差;同时还需要消耗大量的测温电偶,成本高;本方法采用红外热像分析,不需要人工操作,也不需要消耗电偶,成本低,安全性好。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明的实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1是本发明的整体结构示意图;
图中:1、氧枪水冷外管;2、副管反射镜;3、氧气进口;4、副管出口端准直透镜;5、红外相机;6、计算机系统;7、相机固定支架;8、麻烦口;9、氧枪固定法兰;10、氧枪冷却进水口;11、氧枪冷却出水口;12、副管;13、氧枪吹氧主管;14、副管进口端准直透镜;15、氧枪喷头;16、氧枪喷头喷孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明,应当理解,此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示,本发明提供一种具备在线连续测温功能的氧枪,包括氧枪水冷外管1,氧枪水冷外管1的顶端开设有氧气进口3,氧枪水冷外管1的内部安装有氧枪吹氧主管13,氧枪吹氧主管13的底端设置有氧枪喷头15,氧枪喷头15的底端设置有氧枪喷头喷孔16,氧枪喷头喷孔16的数量为2-3三个,且氧枪喷头喷孔16位于氧枪喷头15的底面,氧枪吹氧主管13的内部安装有副管12,副管12的管路和氧枪吹氧主管13的管路通道相一致,副管12为90度弯管,副管12朝向氧枪喷头15的端部安装有副管进口端准直透镜14,副管12的末端朝向氧枪水冷外管1顶端密封口穿出并安装有副管出口端准直透镜4,副管12和氧枪喷头15的其中一个氧枪喷头喷孔16相连接,氧枪水冷外管1的外侧还开设有氧枪冷却进水口10和氧枪冷却出水口11,副管12的90度弯管处安装有副管反射镜2,能够将副管进口端准直透镜14的影像反射给副管出口端准直透镜4处,再通过红外相机5拍摄,氧枪水冷外管1顶端氧气进口3的底部内壁上开设有麻烦口8,用于副管12端部贯穿并延伸至氧枪水冷外管1的外部,氧枪水冷外管1上还安装有氧枪固定法兰9,氧枪水冷外管1的顶端外侧安装有红外相机5,且红外相机5通过相机固定支架7和氧枪水冷外管1固定连接,红外相机5的相机镜头正对副管12末端的副管出口端准直透镜4,红外相机5外接有计算机系统6。
副管12紧贴固定安装于氧枪吹氧主管13的内壁上,副管12由碳素钢制成,且副管12内径为10-25mm,壁厚1.2-2.0mm。
副管出口端准直透镜4和副管进口端准直透镜14均为石英材质,且副管出口端准直透镜4的透镜焦距为25-45mm,副管进口端准直透镜14透镜焦距为40-65mm。
红外相机5外部安装有防护罩,且红外相机5和防护罩均外接水冷循环管,冷却水压力范围为0.2-0.5Mpa,红外相机5的测温范围为400-2200℃,镜头视场角10-55°,防护罩的窗口为石英玻璃制成,且和红外相机5的镜头相平行。
计算机系统6安装在操作室内,计算机系统6安装有红外相机5驱动程序、热像分析软件和显示界面,红外相机5和计算机系统6通过网线传输信号。
本发明还相应的公开一种基于具备在线连续测温功能的氧枪的使用方法,包括以下步骤:
S1.当转炉开始冶炼时,氧枪下降至钢液面处,氧气总阀和氧枪进气开关打开后,计算机系统6控制红外相机5开始采集图像,副管12内光路将转炉炉内的影像依次经过副管进口端准直透镜14、副管反射镜2、出口端准直透镜4反射后传输至红外相机5,计算机系统6通过利用热像分析软件采用图像识别和热像分析的方法,区分视场内的火焰、钢液和炉渣,选择钢液位置区域,实现转炉炉内钢水温度的连续检测,并将钢水温度以曲线和数字的形式同时显示在计算机显示屏上。
转炉炼钢过程主要靠吹氧形成脱碳反应提供化学能完成钢水升温和去除杂质等功能,炼钢所用的氧气是通过氧枪吹入的,本发明设计了一种具备连续测温功能的氧枪及辅助系统,在不影响现有的吹氧功能的前提下,可以实现钢水温度的连续测量,其实现方法为:在氧枪内部的吹氧主管通道内,设置一根副管12,副管12与氧枪吹氧主管13走向一致,副管12为90度弯管,氧枪喷15一般有3-5个喷孔,呈对称布置在喷头上,副管12前端与氧枪喷头的其中一个喷孔连接,副管12前端安装有准直透镜,副管90度转折处安装有反射镜,副管出口也安装有准直透镜,氧枪外部安装有红外相机,红外相机镜头正对副管末端的准直透镜,利用该副管形成的光路将转炉炉内的影像传输给红外相机5,红外相机5采集的图像传输给计算机系统6后,利用图像识别和热像分析实现转炉炉内钢水温度的连续检测。
具体的,当转炉开始冶炼时,氧枪下降至钢液面处,氧气总阀和氧枪进气开关打开后,氧气从氧气进口3进入,转炉冶炼过程中,通过氧枪冷却进水口10添加冷却液,氧气开始进入氧枪主管13,从氧枪喷头15的喷孔中吹出,与转炉炉内的铁水接触形成碳氧反应,熔池强烈搅拌,并开始持续升温,此过程一般需要持续10-30分钟左右;在吹氧过程中,埋设在氧枪主管13内的副管12形成了一个完整的光路,计算机系统6控制红外相机5开始采集图像,副管12内光路将转炉炉内的影像依次经过副管进口端准直透镜14、副管反射镜2、出口端准直透镜4反射后传输至红外相机5,计算机系统6通过利用热像分析软件采用图像识别和热像分析的方法,区分视场内的火焰、钢液和炉渣,选择钢液位置区域,实现转炉炉内钢水温度的连续检测,并将钢水温度以曲线和数字的形式同时显示在计算机显示屏上。
与现有技术相比,本发明的有益效果如下:
(1)传统方法不能实现对转炉炉内钢水的连续检测,无法掌握冶炼过程中温度的变化,只能在冶炼终点时进行测温,每次测温需要3-5分钟,如果温度不合适还要继续冶炼;本方法可以连续测温,提高了转炉冶炼的温度控制精度;不需要单独的测温操作和测温时间,可以缩短冶炼周期5-8分钟,降低生产成本和提高生产产量。
(2)本方法可连续检测钢水温度的变化,检测钢水温度的精度可达到±1℃,对提高转炉的自动化炼钢控制水平有很重要的意义。
(3)传统的电偶测温方法需要人工操作,安全性差;同时还需要消耗大量的测温电偶,成本高;本方法采用红外热像分析,不需要人工操作,也不需要消耗电偶,成本低,安全性好。
最后应说明的是: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,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,对于本领域的技术人员来说,其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)
1.一种具备在线连续测温功能的氧枪,包括氧枪水冷外管(1),其特征在于,所述氧枪水冷外管(1)的顶端开设有氧气进口(3),所述氧枪水冷外管(1)的内部安装有氧枪吹氧主管(13),所述氧枪吹氧主管(13)的底端设置有氧枪喷头(15),所述氧枪喷头(15)的底端设置有氧枪喷头喷孔(16),所述氧枪吹氧主管(13)的内部安装有副管(12),所述副管(12)的管路和氧枪吹氧主管(13)的管路通道相一致,所述副管(12)为90度弯管,所述副管(12)朝向氧枪喷头(15)的端部安装有副管进口端准直透镜(14),所述副管(12)的末端朝向氧枪水冷外管(1)顶端密封口穿出并安装有副管出口端准直透镜(4),所述氧枪水冷外管(1)的外侧还开设有氧枪冷却进水口(10)和氧枪冷却出水口(11),所述副管(12)的90度弯管处安装有副管反射镜(2),所述氧枪水冷外管(1)顶端氧气进口(3)的底部内壁上开设有麻烦口(8),所述氧枪水冷外管(1)上还安装有氧枪固定法兰(9),所述氧枪水冷外管(1)的顶端外侧安装有红外相机(5),且红外相机(5)通过相机固定支架(7)和氧枪水冷外管(1)固定连接,所述红外相机(5)的相机镜头正对副管(12)末端的副管出口端准直透镜(4),所述红外相机(5)外接有计算机系统(6)。
2.根据权利要求1所述的一种具备在线连续测温功能的氧枪,其特征在于,所述副管(12)紧贴固定安装于氧枪吹氧主管(13)的内壁上,所述副管(12)由碳素钢制成,且副管(12)内径为10-25mm,壁厚1.2-2.0mm。
3.根据权利要求1所述的一种具备在线连续测温功能的氧枪,其特征在于,所述副管出口端准直透镜(4)和副管进口端准直透镜(14)均为石英材质,且副管出口端准直透镜(4)的透镜焦距为25-45mm,副管进口端准直透镜(14)透镜焦距为40-65mm。
4.根据权利要求1所述的一种具备在线连续测温功能的氧枪,其特征在于,所述红外相机(5)外部安装有防护罩,且红外相机(5)和防护罩均外接水冷循环管,冷却水压力范围为0.2-0.5Mpa,所述红外相机(5)的测温范围为400-2200℃,镜头视场角10-55°。
5.根据权利要求1所述的一种具备在线连续测温功能的氧枪,其特征在于,所述计算机系统(6)安装在操作室内,所述计算机系统(6)安装有红外相机(5)驱动程序、热像分析软件和显示界面,所述红外相机(5)和计算机系统(6)通过网线传输信号。
6.一种基于具备在线连续测温功能的氧枪的使用方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.当转炉开始冶炼时,氧枪下降至钢液面处,氧气总阀和氧枪进气开关打开后,计算机系统(6)控制红外相机(5)开始采集图像,副管(12)内光路将转炉炉内的影像依次经过副管进口端准直透镜(14)、副管反射镜(2)、出口端准直透镜(4)反射后传输至红外相机(5),计算机系统(6)通过利用热像分析软件采用图像识别和热像分析的方法,区分视场内的火焰、钢液和炉渣,选择钢液位置区域,实现转炉炉内钢水温度的连续检测,并将钢水温度以曲线和数字的形式同时显示在计算机显示屏上。
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