CN111424132B - 转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统及清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统及清洗方法，水刀清洗系统包括控制机构和清洗执行机构，清洗执行机构包括刀头和刀座。在现有水刀清洗技术的基础上，增设中央控制机构、水刀移动控制机构和水流控制机构，中央控制机构根据转炉汽化冷却烟道设计出清洗执行机构的最佳运行参数，水刀移动控制机构通过位移传感器监测水刀的位移，从而控制水刀的伸缩和旋转运动，水流控制机构通过压力传感器监测水刀喷射压力，从而控制水刀的水流。本发明通过上述水刀清洗系统，能够实现对转炉汽化冷却烟道内壁的全面、无损害的自动清洗，且能防止水流压力过大对烟道造成损害。

Description

转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统及清洗方法

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，尤其涉及一种转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统及清洗方法。

背景技术

转炉汽化冷却烟道主要用于收集与疏导转炉冶炼产生的烟气，并对其进行冷却降温。目前，冶金行业转炉炼钢冶炼过程中，经转炉炼钢产生的大量烟气以及细小固体颗粒物经转炉烟气净化处理系统处理后，烟气和细小固体颗粒物会形成污泥附着在转炉烟道的内壁上面，经过长时间的炼钢后，并且附着在内壁上的污泥经炼钢所产生的高温烟气烘烤后，转炉烟道就会结成一层厚厚的垢。所以，转炉烟道的内径就会缩小，从而降低了转炉炼钢产生烟气的通过量，降低了转炉一次除尘的除尘效率，从而对环保造成了极大地破坏，这不仅对环境造成了极大的污染，同时对作业人员的身体健康也造成了极大的危害。因此，需要定期对转炉汽化冷却烟道的内壁进行清洗，以延长烟道使用寿命，并保证炼钢质量。

现有管道内壁的清洗方法主要包括化学清洗法、高压水清洗法以及PIG清管法。化学清洗法：是指采油工化学药剂，对管道进行临时的改造，用临时管道和循环泵站从管道的两头进行循环化学清洗。该方法对管道的形状没有要求、速度快，并且清洗彻底。但是利用化学试剂通常会对管道的内壁造成损害，导致管道侧壁变薄，影响管道的使用。

PIG清管法：是指依靠泵推动流体产生的推动力驱动清管器在管内向前推动，将堆积在管线内的污垢排出管外，从而达到清洗的目的。该方法广泛应用在各类工艺管道、油田输油输气管道的清洗工程，特别是对于长距离输送流体的管道清洗，具有较大的优势。但是该方法在使用时，会持续的向一端推动异物，当清洗后的异物阻挡在管道内部，造成管道内部堵塞时，泵会持续的推动流体，导致管道局部受力过大，造成管道破裂或者变形。

高压水清洗法：是指采用50Mpa以上的高压水射流，对管道内表面污垢进行高压水射流剥离清洗。该方法具有速度快、成本低等特点，成为管道清洗的首选方法。但是，高压水射流在冲击管道内壁时，快速的冲击管道的内壁，压力过大时，易造成管道内壁受损和变形。

例如公开号为CN205344110U的专利提供了一种印刷滚筒高压水清洗系统，它将电机、油箱、柱塞泵、增压器、油冷却器、蓄能器、水泵等集成于底座框架上，针对印刷滚筒较长的特点，特将整个高压系统设计成长方型，便于与滚筒旋转部件及防护罩等其他辅助设施集合成一个整体，实现清洗的自动化。

由于转炉汽化冷却烟道的内壁不便于观察，且烟道承受的压力有限，因此，既保证烟道内壁全面清洗干净，又保证不损害烟道管壁，是亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统，包括控制机构和清洗执行机构，在现有水刀技术基础上，增设中央控制机构、水刀移动控制机构和水流控制机构。中央控制机构根据转炉汽化冷却烟道设计出清洗执行机构的最佳运行参数，水刀移动控制机构通过位移传感器监测水刀的位移，从而控制水刀的伸缩和旋转运动，水流控制机构通过压力传感器监测水刀喷射压力，从而控制水刀的水流。

本发明的另一目的在于提供一种转炉汽化冷却烟道的清洗方法，通过上述转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统，实现转炉汽化冷却烟道内壁的全面无损害的自动清洗。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统，包括控制机构和清洗执行机构；所述控制机构包括中央控制机构、水刀移动控制机构和水流控制机构；所述中央控制机构分别与所述水刀移动控制机构和水流控制机构相连，所述水刀移动控制机构和水流控制机构均与所述清洗执行机构相连；所述水刀移动控制机构用于控制所述清洗执行机构的伸缩运动和旋转运动，所述水流控制机构用于控制所述清洗执行机构的水流。

进一步的，所述清洗执行机构包括若干水刀，所述水刀由刀头和刀座组成。

进一步的，所述水刀移动控制机构包括依次相连的第一电动机、第一位移传感器和伸缩杆，以及依次相连的第二电动机、第二位移传感器和旋转杆，所述伸缩杆和所述刀座通过所述旋转杆相连，用于控制所述刀头的伸缩运动和旋转运动。

进一步的，所述水流控制机构包括通过输水管道依次相连的喷射体存放箱、水泵、高压泵和压力传感器，所述压力传感器与刀头相连，用于检测所述刀头的喷射压力。

进一步的，所述中央控制机构包括依次相连的数据导入模块、数据处理模块和数据输出模块；所述数据导入模块用于导入转炉汽化冷却烟道的参数；数据处理模块用于根据转炉汽化冷却烟道的参数设计得到清洗执行机构的运行参数；数据输出模块分别与所述水刀移动控制机构和水流控制机构相连，用于将所述清洗执行机构的运行参数输出至所述水刀移动控制机构和水流控制机构，从而调控所述清洗执行机构的运动和水流。

进一步的，所述数据输出模块分别与所述水刀移动控制机构的第一电动机、第一位移传感器、第二电动机和第二位移传感器，以及所述水流控制机构的高压泵和压力传感相连；所述第一位移传感器、第二位移传感器和压力传感器还与所述数据导入模块相连，用于将位移参数及压力参数导入至所述数据导入模块。

进一步的，所述转炉汽化冷却烟道的参数包括转炉汽化冷却烟道的直径、材质、厚度、长度；所述清洗执行机构的运行参数包括清洗执行机构的运动参数和水流参数，所述运动参数包括伸缩运动参数和旋转运动参数，所述水流参数包括刀头喷射压力。

进一步的，所述刀头由束流喷嘴组成。

一种转炉汽化冷却烟道的清洗方法，采用以上所述的转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统进行清洗，包括以下步骤：

S1.将转炉汽化冷却烟道固定，调节好水刀的初始位置；

S2.将所述转炉汽化冷却烟道的参数输入至中央控制机构，中央控制机构设计得到清洗执行机构的运行参数；

S3.清洗执行机构根据所述清洗执行机构的运行参数在所述转炉汽化冷却烟道内进行运动和水流喷射，直至将所述转炉汽化冷却烟道的内壁清洗完毕。

进一步的，所述水刀的初始位置在所述转炉汽化冷却烟道端口的中心位置。

有益效果

与现有技术相比，本发明提供的转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统及清洗方法具有如下有益效果：

(1)本发明提供的转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统包括控制机构和清洗执行机构，控制机构包括中央控制机构、水刀移动控制机构和水流控制机构，清洗执行机构包括若干水刀。水刀移动控制机构通过位移传感器监测水刀的位移，从而控制水刀的伸缩和旋转运动，水流控制机构通过压力传感器监测水刀喷射压力，从而控制水刀的水流，进而实现水刀在转炉汽化冷却烟道内壁的伸缩和旋转水流喷射。其中，伸缩运动使得水刀能够贯穿烟道内壁，旋转运动使得水刀能够调整角度对烟道内壁的各个方位进行清洗，通过压力传感器的监测，能够防止压力过大对烟道造成损害。从而实现转炉汽化冷却烟道的全面、无损害的自动清洗。

(2)本发明提供的转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统的中央控制机构包括数据导入模块、数据处理模块和数据输出模块。通过数据导入模块导入转炉汽化冷却烟道的参数；然后数据处理模块根据转炉汽化冷却烟道的参数设计得到清洗执行机构的最佳运行参数，并通过数据输出模块输出至所述水刀移动控制机构和水流控制机构，从而调控所述清洗执行机构的运动和水流。通过此种控制方法，能够结合转炉气化烟道的特有参数，如直径、壁厚、长度、材质等参数，设计得到清洗执行机构的最佳运行参数，既能保证对烟道内壁进行全面清洗，又能防止水刀压力太大对烟道内壁造成损坏，或压力太小造成清洗效率的降低。

(3)本发明提供的转炉汽化冷却烟道的清洗方法，通过采用以上所述水刀清洗系统，依据转炉汽化冷却烟道的固有参数，设计出清洗执行机构的最佳运行参数，包括伸缩运动、旋转运动和水流运动，并通过电动机和传感器的配合，实现转炉汽化冷却烟道的全面、无损害的自动清洗，具有清洗效率高、安全可靠的特点。

(4)本发明采用水刀清洗系统对转炉汽化冷却烟道进行清洗，具有如下优点：水射流的压力与流量可方便地调节，因而去除沉积物的同时不会损伤工件本身；高压水射流不会造成二次污染，清洗过后如无特殊要求，不需要进行清洁处理；无有害物质排放和环境污染问题；高压水射流清洗快速、彻底；水刀去除沉积物的成本较低。

附图说明

图1为本发明提供的转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统的组成框图；

图2为转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统的控制机构的组成框图；

图3为转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统的水刀移动控制机构的组成框图；

图4为转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统的水流控制机构的组成框图；

图5为伸缩杆、旋转杆与水刀的连接关系图；

图中，1为伸缩杆，2为旋转杆，3为刀座，4为刀头。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

请参阅图1至图4所示，本发明提供的一种转炉汽化冷却烟道(以下简称烟道)的水刀清洗系统，包括控制机构和清洗执行机构；所述控制机构包括中央控制机构、水刀移动控制机构和水流控制机构；所述中央控制机构分别与所述水刀移动控制机构和水流控制机构相连，所述水刀移动控制机构和水流控制机构均与所述清洗执行机构相连；所述水刀移动控制机构用于控制所述清洗执行机构的伸缩运动和旋转运动，所述水流控制机构用于控制所述清洗执行机构的水流。

所述清洗执行机构包括若干水刀，所述水刀由刀头和刀座组成，所述刀头固定于所述刀座上。

作为本发明的一个优选方案，所述刀头由束流喷嘴组成，通过束流喷嘴控制射流的直径，以防直径过小，对烟道的冲击压强过大，造成不可逆的损害。

作为本发明的一个优选方案，所述水刀移动控制机构包括依次相连的第一电动机、第一位移传感器和伸缩杆，以及依次相连的第二电动机、第二位移传感器和旋转杆。第一电动机控制伸缩杆的伸缩运动，第一位移传感器实时监测伸缩杆的位移参数，并发送至所述中央控制机构；第二电动机控制旋转杆的旋转运动，第二位移传感器优选为角位移传感器，实时监测旋转杆的旋转角位移，并发送至所述中央控制机构。请参阅图5所示，所述伸缩杆1和所述刀座3通过所述旋转杆2相连，使得刀座及刀座3上的刀头4随着伸缩杆1和旋转杆2一起进行伸缩和旋转运动，从而控制所述刀头的伸缩运动和旋转运动。刀头在烟道内进行伸缩和旋转运动，从而对烟道内壁进行全面清洗。

优选地，所述伸缩杆为中空结构，所述旋转杆嵌套在所述伸缩杆内，伸缩杆和旋转杆的端部分别与所述第一电动机和第二电动机相连，并通过第一位移传感器和第二位移传感器分别监测伸缩杆和旋转杆的运动。

作为本发明的一个优选方案，所述水流控制机构包括通过输水管道依次相连的喷射体存放箱、水泵、高压泵和压力传感器，所述压力传感器与刀头相连，高压泵也通过输水管道与刀头相连，用于检测所述刀头的喷射压力。喷射体存放箱内存放的可以是纯水或者与相关清洗添加剂混合得到的混合溶液。水泵为喷射体的流动提供动力，喷射体流至高压泵时，被加压至设定压力，从刀头喷射出，对烟道内壁进行冲击，污垢在冲击力作用下从内壁剥离，实现烟道的清洗。压力传感器对高压泵加压后的压力实时监测，并发送至中央控制机构。

作为本发明的一个优选方案，所述中央控制机构包括依次相连的数据导入模块、数据处理模块和数据输出模块。

所述数据导入模块包括控制面板，可从控制面板导入转炉汽化冷却烟道的参数，所述转炉汽化冷却烟道的参数包括转炉汽化冷却烟道的直径、材质、厚度、长度等；所述数据导入模块还与所述第一位移传感器、第二位移传感器和压力传感器相连，用于将伸缩杆位移参数、旋转杆角位移参数及压力参数导入至所述数据导入模块，从而实时掌控刀头的位置和角度及水流压力，便于对刀头的运动和水流压力进行控制。

所述数据处理模块用于根据所述转炉汽化冷却烟道的参数及伸缩杆位移参数、旋转杆角位移参数和压力参数设计得到清洗执行机构的运行参数；所述清洗执行机构的运行参数包括清洗执行机构的运动参数和水流参数，所述运动参数包括伸缩运动参数和旋转运动参数，所述水流参数包括刀头喷射压力。

所述数据处理模块能够通过烟道的直径和长度计算出刀头在烟道内壁的初始放置位置以及伸缩伸缩运动参数和旋转运动参数，通过调控第一电动机和第二电动机的功率或转速实现对所述伸缩运动参数和旋转运动参数的控制；所述数据处理模块能够通过烟道的材质和厚度等，得到烟道能承受的压力上限值。或者所述数据处理模块中原始存储入常见的不同种类及不同厚度的管道材料对应的压力上限值，如钢、铝合金、塑料等。根据压力上限值，以高效清洗为目的，得到最优刀头水流压力，进而通过调控高压泵的功率实现对水流压力的控制。

所述数据输出模块分别与所述水刀移动控制机构和水流控制机构相连，用于将所述清洗执行机构的运行参数输出至所述水刀移动控制机构和水流控制机构，从而调控所述清洗执行机构的运动和水流。

优选地，所述数据输出模块分别与所述水刀移动控制机构的第一电动机、第一位移传感器、第二电动机和第二位移传感器，以及所述水流控制机构的高压泵和压力传感相连；通过控制第一电动机、第二电动机和高压泵的功率等，实现对刀头移动及水流压力的控制。

需要说明的是，上述方案中为提及的连接关系或控制关系可参照公开号为CN205344110U的专利的实施方式，或者现有技术中常见的连接或控制方式，从而实现本发明提供的水刀清洗系统的运行。

实施例2

一种转炉汽化冷却烟道的清洗方法，采用实施例1提供的转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统进行清洗，包括以下步骤：

S1.将转炉汽化冷却烟道固定，先将水刀放置初始位置，优选为烟道端口的的中心位置，并以该位置作为原始坐标点；

S2.将所述转炉汽化冷却烟道的参数(直径、材质、厚度、长度等)输入至中央控制机构的数据导入模块，中央控制机构的数据处理模块依此参数设计得到伸缩杆和旋转杆的运行参数和旋转杆以及水刀喷射压力；

S3.第一电动机和第二电动机根据伸缩杆和旋转杆的运行参数控制伸缩杆和旋转杆的运动，并带动刀头的伸缩和旋转，高压泵根据水刀喷射压力控制水刀喷射的压力，从而使得刀头咋转炉汽化冷却烟道内进行运动和高压水流喷射，直至将所述转炉汽化冷却烟道的内壁清洗完毕；通常清洗完毕后，还应将管道内壁进行干燥，可通过空气流进行干燥；

刀头在运动和喷射过程中，位移传感器和压力传感器将监测的位移和压力数据实时传送至数据导入模块，便于对位移和压力的控制。

通过采用以上所述水刀清洗系统，依据转炉汽化冷却烟道的固有参数，设计出清洗执行机构的最佳运行参数，包括伸缩运动、旋转运动和水流运动，并通过电动机和传感器的配合，实现转炉汽化冷却烟道的全面、无损害的自动清洗，具有清洗效率高、安全可靠的特点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统，其特征在于，包括控制机构和清洗执行机构；所述控制机构包括中央控制机构、水刀移动控制机构和水流控制机构；所述中央控制机构分别与所述水刀移动控制机构和水流控制机构相连，所述水刀移动控制机构和水流控制机构均与所述清洗执行机构相连；所述水刀移动控制机构用于控制所述清洗执行机构的伸缩运动和旋转运动，所述水流控制机构用于控制所述清洗执行机构的水流；

所述清洗执行机构包括若干水刀，所述水刀由刀头和刀座组成；

所述水刀移动控制机构包括依次相连的第一电动机、第一位移传感器和伸缩杆，以及依次相连的第二电动机、第二位移传感器和旋转杆，所述伸缩杆和所述刀座通过所述旋转杆相连，用于控制所述刀头的伸缩运动和旋转运动；

所述水流控制机构包括通过输水管道依次相连的喷射体存放箱、水泵、高压泵和压力传感器，所述压力传感器与刀头相连，用于检测所述刀头的喷射压力。

2.根据权利要求1所述的转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统，其特征在于，所述中央控制机构包括依次相连的数据导入模块、数据处理模块和数据输出模块；所述数据导入模块用于导入转炉汽化冷却烟道的参数；数据处理模块用于根据转炉汽化冷却烟道的参数设计得到清洗执行机构的运行参数；数据输出模块分别与所述水刀移动控制机构和水流控制机构相连，用于将所述清洗执行机构的运行参数输出至所述水刀移动控制机构和水流控制机构，从而调控所述清洗执行机构的运动和水流。

3.根据权利要求2所述的转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统，其特征在于，所述数据输出模块分别与所述水刀移动控制机构的第一电动机、第一位移传感器、第二电动机和第二位移传感器，以及所述水流控制机构的高压泵和压力传感相连；所述第一位移传感器、第二位移传感器和压力传感器还与所述数据导入模块相连，用于将位移参数及压力参数导入至所述数据导入模块。

4.根据权利要求2所述的转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统，其特征在于，所述转炉汽化冷却烟道的参数包括转炉汽化冷却烟道的直径、材质、厚度、长度；所述清洗执行机构的运行参数包括清洗执行机构的运动参数和水流参数，所述运动参数包括伸缩运动参数和旋转运动参数，所述水流参数包括刀头喷射压力。

5.根据权利要求1所述的转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统，其特征在于，所述刀头由束流喷嘴组成。

6.一种转炉汽化冷却烟道的清洗方法，其特征在于，采用权利要求1至5中任一项权利要求所述的转炉汽化冷却烟道的水刀清洗系统进行清洗，包括以下步骤：

S1.将转炉汽化冷却烟道固定，调节好水刀的初始位置；

S2.将所述转炉汽化冷却烟道的参数输入至中央控制机构，中央控制机构设计得到清洗执行机构的运行参数；

S3.清洗执行机构根据所述清洗执行机构的运行参数在所述转炉汽化冷却烟道内进行运动和水流喷射，直至将所述转炉汽化冷却烟道的内壁清洗完毕。

7.根据权利要求6所述的转炉汽化冷却烟道的清洗方法，其特征在于，所述水刀的初始位置在所述转炉汽化冷却烟道端口的中心位置。

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