CN111707327A - 一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置及其检测方法，该检测装置应用于富氧侧吹熔炼炉中，富氧侧吹熔炼炉包括炉体、熔锍喷吹枪和/或冶炼渣层喷吹枪；熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪均通过输气管与富氧和可燃气供气源相连接；该检测装置包括计算变送器、恒流稳压检测仪表、雷达探尺；恒流稳压检测仪表、雷达探尺均与计算变送器相连接。其具有结构设计合理、操作使用方便、大大简化了熔锍与渣界面检测的检测过程，保证了侧吹熔炼过程的安全性，提高了检测精准度等优点。

Description

一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置及其检测 方法

技术领域

本发明涉及冶金辅助检测技术领域，尤其涉及一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置及其检测方法。

背景技术

富氧侧吹熔炼炉是当今较先进的有色冶金炉窑，侧吹熔炼炉冶金过程中熔锍与冶炼渣界面的控制是炉窑安全连续运行的重要控制指标之一。目前，侧吹熔炼炉熔锍与冶炼渣界面的探测主要依靠卷扬探尺探测，然而，采用卷扬探尺探测存在的缺点主要表现在：空间高度要求大、易烧蚀、更换不便等不利于操作的特点。如何实时精准测量侧吹熔炼炉炉内熔锍与冶炼渣界面是提高侧吹熔炼工艺控制水平的重要环节。本发明正是基于该研究背景下而提出，旨在提供一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置及其检测方法以克服上述缺陷，满足富氧侧吹熔炼炉的使用需要。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术中侧吹熔炼炉熔锍与冶炼渣界面的探测存在的不足，提供一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置及其检测方法，其具有结构设计合理、操作使用方便、大大简化了熔锍与渣界面检测的检测过程，保证了侧吹熔炼过程的安全性，提高了检测精准度等优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置，该检测装置应用于富氧侧吹熔炼炉中，所述锍渣面检测装置包括设置于侧吹炉内下层熔锍层内的熔锍喷吹枪和/或设置于侧吹炉上部冶炼渣层内的冶炼渣层喷吹枪；所述熔锍喷吹枪和所述冶炼渣层喷吹枪均通过输气管与富氧和可燃气供气源相连接；该检测装置包括计算变送器、恒流稳压检测仪表、雷达探尺；所述恒流稳压检测仪表、雷达探尺均与计算变送器相连接；所述恒流稳压检测仪表设置于熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的所述输气管上，用于实时检测输气管上的压力信号，并将检测的实时压力信号发送至计算变送器；所述雷达探尺设置侧吹炉顶部用于实时检测熔锍喷吹枪与液面高度的差值信号、冶炼渣层喷吹枪与液面高度的差值信号，并将实时检测的差值信号发送至计算变送器；所述计算变送器将接收到的熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力信号、熔锍喷吹枪与液面高度的差值信号、冶炼渣层喷吹枪与液面高度的差值信号经数据转换后，计算得出熔锍和冶炼渣界面的高度。

作为上述方案的进一步优化，所述计算变送器为PLC控制器；所述恒流稳压检测仪表包括布设在输气管上的流量调节阀、稳压阀和检测仪表，所述检测仪表为压力表或者压力传感器；所述雷达探尺布置在炉顶的炉内物料物位检测装置，实时监测炉内渣面位置。

作为上述方案的进一步优化，所述熔锍和冶炼渣界面的高度的计算方式包括如下：

1)假定熔锍和渣的密度ρ熔锍和ρ渣已知，是常数

熔锍喷吹枪置于熔锍层，冶炼渣层内未设置冶炼渣层喷吹枪时，定义熔锍喷吹枪的枪嘴中心线与界面的距离为h_熔锍，渣层厚度为h_渣；

利用恒流稳压检测仪表检测的熔锍喷吹枪的输气管上压力P_熔锍有如下的关系式(1)：

P_熔锍＝h_熔锍·ρ_熔锍+h_渣·ρ_渣 (1)

雷达探尺探测出熔锍喷吹枪与液面高度差为H，存在关系式(2)：

H＝h_熔锍+h_渣 (2)

根据上述式(1)、(2)组成方程组，解方程组求得：

h_熔锍＝(H·ρ_渣﹣P_熔锍)/(ρ_渣﹣ρ_熔锍) (3)

h_渣＝(P_熔锍·ρ_渣﹣H·ρ_熔锍)/(ρ_渣﹣ρ_熔锍) (4)

用上述熔锍喷吹枪与液面高度差H减去渣层厚度h_渣即为界面高度；

2)假定熔锍和渣的密度ρ_熔锍和ρ_渣未知

冶炼渣层内置有冶炼渣层喷吹枪，熔锍喷吹枪未设置熔锍层时，利用恒流稳压检测仪表检测冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力，定义为P_渣,有下式(5)表示：

P_渣＝h_渣·ρ_渣 (5)

雷达探尺可探测出熔锍喷吹枪与液面高度差H，液面与冶炼渣层喷层枪的距离为h_渣，可直接得出ρ_渣；由式(5)得ρ_渣＝P_渣/h_渣代入式(3)(4)内，可计算出熔锍密度ρ_熔锍；

3)假定熔锍喷吹枪置于熔锍层、冶炼渣层内置有冶炼渣层喷吹枪，且熔锍和渣的密度ρ_熔锍和ρ_渣已知

利用恒流压力检测仪表检测熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力，分别是P_熔锍和P_渣，压差△p为式(6)

△p＝p_熔锍-p_渣＝h₁·ρ_熔锍+h₂·ρ_渣 (6)

高度差已知为

△H＝h₁+h₂ (7)

解式(6)(7)组成的方程组，可直接得出界面高度；

4)假定熔锍喷吹枪置于熔锍层、冶炼渣层内置有冶炼渣层喷吹枪，且熔锍和渣的密度ρ_熔锍和ρ_渣未知

利用恒流压力检测仪表检测熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力，两者的压力差△p见式(6)；

雷达探尺可探测出熔锍渣层喷吹枪与渣面高度差h₀

p熔锍＝h₁·ρ_熔锍+(h₂+h₀)·ρ_渣 (8)

解式(5)、(6)、(7)、(8)组成的方程组，可计算出密度ρ_熔锍和ρ_渣以及界面高度。

本发明上述一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置的检测方法包括如下步骤：

1)控制富氧和燃气的进气量，分别向熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪输送气体，具体进气量按照喷吹枪工艺要求输送，气体输送的压力小于0.2MPa以符合液位检测要求；

2)利用恒流压力检测仪表检测熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力，并将压力信号发送至计算变送器；

3)利用雷达探尺设置炉体本体内用于实时检测熔锍喷吹枪与液面高度的差值信号、渣层喷吹枪与液面高度的差值信号，并将实时检测的差值信号发送至计算变送器；

4)计算变送器将接收到的熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力信号、熔锍喷吹枪与液面高度的差值信号、冶炼渣层喷吹枪与液面高度的差值信号经数据转换后，计算得出熔锍和冶炼渣界面的高度

采用本发明的一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置及其检测方法具有如下有益效果：

(1)充分利用熔炼喷吹枪系统喷吹气体稳压、恒流的特点和静压传递原理(帕斯卡定律)的结合，大大优化了检测精度和检测方法，设计更加合理；实现侧吹熔池熔炼锍渣界面实时检测。

(2)雷达探尺使用，明确炉内物位高度，可作为已知量计算渣密度，使得密度值比估算的更精确，界面计算比吹气式界面仪精度更高。

(3)检测方法中通过采用了三种情形下(喷吹枪设在渣层测压、喷吹枪设在在锍层测压、喷吹枪设在锍渣层双枪测压)，可适用于多种侧吹炉型，提高了检测方法的适用性。

(4)该检测装置作为替代卷扬探尺检测锍渣界面的一种新技术，相较于卷扬探尺具有精度高、投资省、操作简便、设备故障率，备件基本无消耗。

附图说明

附图1为本发明一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置的结构示意图。

附图2为本发明熔锍喷吹枪置于熔锍层，冶炼渣层内未设置冶炼渣层喷吹枪时的计算原理示意图。

附图3为本发明熔锍喷吹枪置于熔锍层、冶炼渣层内置有冶炼渣层喷吹枪，且熔锍和渣的密度ρ_熔锍和ρ_渣已知时的计算原理示意图。

附图4为本发明熔锍喷吹枪置于熔锍层、冶炼渣层内置有冶炼渣层喷吹枪，且熔锍和渣的密度ρ_熔锍和ρ_渣未知时的计算原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-4对本发明一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置及其检测方法作以详细说明。

本发明的理论基础是依据吹气式液位/界面仪的使用经验，侧吹喷吹枪供气稳流控制装置(阀组)提供压力传导的气源载体。根据静压传递原理(帕斯卡定律)，液体中某点A的压强为：

P＝ρ·h

需要说明的是：上述式中及下述的计算公式中均省略了重力加速度g，这是因为g＝9.8m/s²,是常数；其中，P是液体中某点A处的压强，ρ是液体的密度，h是某点A处距离液面的高度。假定ρ已知，P与h具有正比例关系，由公式(1)可推出公式

H＝P/ρ

一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置，该检测装置应用于富氧侧吹熔炼炉中，所述富氧侧吹熔炼炉包括炉体本体1、设置于炉体本体底部的基础2、设置于炉体本体内下层熔锍层内的熔锍喷吹枪3和/或设置于炉体本体上层冶炼渣层内的冶炼渣层喷吹枪4；所述熔锍喷吹枪和所述冶炼渣层喷吹枪均通过输气管与富氧和可燃气供气源相连接；该检测装置包括计算变送器6、恒流稳压检测仪表7、雷达探尺8；所述恒流稳压检测仪表、雷达探尺均与计算变送器相连接；所述恒流稳压检测仪表设置于熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的所述输气管上，用于实时检测输气管上的压力信号，并将检测的实时压力信号发送至计算变送器；所述雷达探尺设置炉体本体内用于实时检测熔锍喷吹枪与液面高度的差值信号、冶炼渣层喷吹枪与液面高度的差值信号，并将实时检测的差值信号发送至计算变送器；所述计算变送器将接收到的熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力信号、熔锍喷吹枪与液面高度的差值信号、冶炼渣层喷吹枪与液面高度的差值信号经数据转换后，计算得出熔锍和冶炼渣界面5的高度。

该检测装置包括报警器；所述计算变送器与报警器控制连接。

所述熔锍喷吹枪为布设在熔锍层内的喷吹枪；所述冶炼渣层喷吹枪为布设在冶炼渣层内的喷吹枪；

所述熔锍喷吹枪和所述冶炼渣层喷吹枪均包括喷吹枪本体、设置于喷吹枪本体上的集气筒及设置于该喷吹枪本体上的富氧喷嘴和可燃气喷嘴；所述熔锍喷吹枪和所述冶炼渣层喷吹枪的喷吹枪本体均倾斜设置于炉体本体内；所述集气筒9内设置有可燃气室10和压缩冷却空气室11；在集气筒上连接有可燃气入口12、富氧入口13和压缩冷却空气入口14，富氧入口位于集气筒的一端，可燃气入口和压缩冷却空气入口对应连接在可燃气室和压缩冷却空气室位置；富氧管15穿在可燃气管16内，富氧管和可燃气管均穿在压缩冷却空气管17内，各气管之间均有间隙；富氧管穿过集气筒连接在富氧入口位置的集气筒上，并与富氧入口相通；可燃气管穿过集气筒连接在可燃气室与压缩冷却空气室之间的隔断上；压缩冷却空气管连接在集气筒的最下端；另一端为喷吹枪的输出气端。

所述计算变送器为PLC控制器；所述恒流稳压检测仪表包括布设在输气管上的流量调节阀、稳压阀和检测仪表，所述检测仪表为压力表或者压力传感器；所述雷达探尺布置在炉顶的炉内物料物位检测装置，实时监测炉内渣面液位。雷达探尺是一种检测高温、高粉尘物料物位的装置，作为现有技术中，由冷却隔热系统、雷达变送器等组成。熔锍喷吹枪、冶炼渣层喷吹枪均为现有技术中常见的喷吹枪结构，在此就不再赘述。

所述熔锍和冶炼渣界面的高度的计算方式包括如下：

1)假定熔锍和渣的密度ρ熔锍和ρ渣已知，是常数

熔锍喷吹枪置于熔锍层，冶炼渣层内未设置冶炼渣层喷吹枪时，定义熔锍喷吹枪的枪嘴中心线与界面的距离为h_熔锍，渣层厚度为h_渣；

利用恒流稳压检测仪表检测的熔锍喷吹枪的输气管上压力P_熔锍有如下的关系式(1)：

P_熔锍＝h_熔锍·ρ_熔锍+h_渣·ρ_渣 (1)

雷达探尺探测出熔锍喷吹枪与液面高度差为H，存在关系式(2)：

H＝h_熔锍+h_渣 (2)

根据上述式(1)、(2)组成方程组，解方程组求得：

h_熔锍＝(H·ρ_渣﹣P_熔锍)/(ρ_渣﹣ρ_熔锍) (3)

h_渣＝(P_熔锍·ρ_渣﹣H·ρ_熔锍)/(ρ_渣﹣ρ_熔锍) (4)

用上述熔锍喷吹枪与液面高度差H减去渣层厚度h_渣即为界面高度；

2)假定熔锍和渣的密度ρ_熔锍和ρ_渣未知

冶炼渣层内置有冶炼渣层喷吹枪，熔锍喷吹枪未设置熔锍层时，利用恒流稳压检测仪表检测冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力，定义为P_渣,有下式(5)表示：

P_渣＝h_渣·ρ_渣 (5)

雷达探尺可探测出熔锍喷吹枪与液面高度差H，液面与冶炼渣层喷层枪的距离为h_渣，可直接得出ρ_渣；由式(5)得ρ_渣＝P_渣/h_渣代入式(3)(4)内，可计算出熔锍密度ρ_熔锍；

3)假定熔锍喷吹枪置于熔锍层、冶炼渣层内置有冶炼渣层喷吹枪，且熔锍和渣的密度ρ_熔锍和ρ_渣已知

利用恒流压力检测仪表检测熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力，分别是P_熔锍和P_渣，压差△p为式(6)

△p＝p_熔锍-p_渣＝h₁·ρ_熔锍+h₂·ρ_渣 (6)

高度差已知为

△H＝h₁+h₂ (7)

解式(6)(7)组成的方程组，可直接得出界面高度；

4)假定熔锍喷吹枪置于熔锍层、冶炼渣层内置有冶炼渣层喷吹枪，且熔锍和渣的密度ρ_熔锍和ρ_渣未知

利用恒流压力检测仪表检测熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力，两者的压力差△p见式(6)；

雷达探尺可探测出熔锍渣层喷吹枪与渣面高度差h₀

p熔锍＝h₁·ρ_熔锍+(h₂+h₀)·ρ_渣 (8)

解式(5)、(6)、(7)、(8)组成的方程组，可计算出密度ρ_熔锍和ρ_渣以及界面高度。

本发明上述一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置的检测方法包括如下步骤：

1)控制富氧和燃气的进气量，分别向熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪输送气体，具体进气量按照喷吹枪工艺要求输送，气体输送的压力小于0.2MPa以符合液位检测要求；

2)利用恒流压力检测仪表检测熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力，并将压力信号发送至计算变送器；

3)利用雷达探尺设置炉体本体内用于实时检测熔锍喷吹枪与液面高度的差值信号、渣层喷吹枪与液面高度的差值信号，并将实时检测的差值信号发送至计算变送器；

4)计算变送器将接收到的熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力信号、熔锍喷吹枪与液面高度的差值信号、冶炼渣层喷吹枪与液面高度的差值信号经数据转换后，计算得出熔锍和冶炼渣界面的高度。

本发明解决了侧吹熔炼生产过程中熔锍与冶炼渣的界面检测存在的不足，简化了熔锍与渣界面检测的检测过程，保证了侧吹熔炼过程的安全性，提高了对侧吹熔炼熔锍/渣界面实时动态掌控水平。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置，其特征在于：该检测装置应用于富氧侧吹熔炼炉中，所述富氧侧吹熔炼炉包括炉体(1)、设置于炉体本体底部的基础(2)、设置于炉体下层熔锍层内的熔锍喷吹枪(3)和/或设置于炉上层冶炼渣层内的冶炼渣层喷吹枪(4)；所述熔锍喷吹枪和所述冶炼渣层喷吹枪均通过输气管与富氧和可燃气供气源相连接；该检测装置包括计算变送器(6)、恒流稳压检测仪表(7)、雷达探尺(8)；所述恒流稳压检测仪表、雷达探尺均与计算变送器相连接；所述恒流稳压检测仪表设置于熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的所述输气管上，用于实时检测输气管上的压力信号，并将检测的实时压力信号发送至计算变送器；所述雷达探尺设置炉体本体内用于实时检测熔锍喷吹枪与液面高度的差值信号、冶炼渣层喷吹枪与液面高度的差值信号，并将实时检测的差值信号发送至计算变送器；所述计算变送器将接收到的熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力信号、熔锍喷吹枪与液面高度的差值信号、冶炼渣层喷吹枪与液面高度的差值信号经数据转换后，计算得出熔锍和冶炼渣界面(5)的高度。

2.根据权利要求1所述的一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置，其特征在于：所述计算变送器为PLC控制器；所述恒流稳压检测仪表包括布设在输气管上的流量调节阀、稳压阀和检测仪表，所述检测仪表为压力表或者压力传感器；所述雷达探尺布置在炉顶的炉内物料物位检测装置，实时监测炉内渣面液位。

3.根据权利要求2所述的一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置，其特征在于：所述熔锍和冶炼渣界面的高度的计算方式包括如下：

1)假定熔锍和渣的密度ρ熔锍和ρ渣已知，是常数

熔锍喷吹枪置于熔锍层，冶炼渣层内未设置冶炼渣层喷吹枪时，定义熔锍喷吹枪的枪嘴中心线与界面的距离为h_熔锍，渣层厚度为h_渣；

利用恒流稳压检测仪表检测的熔锍喷吹枪的输气管上压力P_熔锍有如下的关系式(1)：

P_熔锍＝h_熔锍·ρ_熔锍+h_渣·ρ_渣 (1)

雷达探尺探测出熔锍喷吹枪与液面高度差为H，存在关系式(2)：

H＝h_熔锍+h_渣 (2)

根据上述式(1)、(2)组成方程组，解方程组求得：

h_熔锍＝(H·ρ_渣﹣P_熔锍)/(ρ_渣﹣ρ_熔锍) (3)

h_渣＝(P_熔锍·ρ_渣﹣H·ρ_熔锍)/(ρ_渣﹣ρ_熔锍) (4)

用上述熔锍喷吹枪与液面高度差H减去渣层厚度h_渣即为界面高度；

2)假定熔锍和渣的密度ρ_熔锍和ρ_渣未知

冶炼渣层内置有冶炼渣层喷吹枪，熔锍喷吹枪未设置熔锍层时，利用恒流稳压检测仪表检测冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力，定义为P_渣,有下式(5)表示：

P_渣＝h_渣·ρ_渣 (5)

雷达探尺可探测出熔锍喷吹枪与液面高度差H，液面与冶炼渣层喷层枪的距离为h_渣，可直接得出ρ_渣；由式(5)得ρ_渣＝P_渣/h_渣代入式(3)(4)内，可计算出熔锍密度ρ_熔锍；

3)假定熔锍喷吹枪置于熔锍层、冶炼渣层内置有冶炼渣层喷吹枪，且熔锍和渣的密度ρ_熔锍和ρ_渣已知

利用恒流压力检测仪表检测熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力，分别是P_熔锍和P_渣，压差△p为式(6)

△p＝p_熔锍-p_渣＝h₁·ρ_熔锍+h₂·ρ_渣 (6)

高度差已知为

△H＝h₁+h₂ (7)

解式(6)(7)组成的方程组，可直接得出界面高度；

4)假定熔锍喷吹枪置于熔锍层、冶炼渣层内置有冶炼渣层喷吹枪，且熔锍和渣的密度ρ_熔锍和ρ_渣未知

利用恒流压力检测仪表检测熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力，两者的压力差△p见式(6)；

雷达探尺可探测出熔锍渣层喷吹枪与渣面高度差h₀；

p_熔锍＝h₁·ρ_熔锍+(h₂+h₀)·ρ_渣 (8)

解式(5)、(6)、(7)、(8)组成的方程组，可计算出密度ρ_熔锍和ρ_渣以及界面高度。

4.一种根据权利要求3所述的一种可实现侧吹熔炼炉熔锍和渣界面的检测装置的检测方法，其特征在于：该检测方法包括如下步骤：

1)控制富氧和燃气的进气量，分别向熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪输送气体，具体进气量按照喷吹枪工艺要求输送，气体输送的压力小于0.2MPa以符合液位检测要求；

2)利用恒流压力检测仪表检测熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力，并将压力信号发送至计算变送器；

3)利用雷达探尺设置炉体本体内用于实时检测熔锍喷吹枪与液面高度的差值信号、渣层喷吹枪与液面高度的差值信号，并将实时检测的差值信号发送至计算变送器；

4)计算变送器将接收到的熔锍喷吹枪和冶炼渣层喷吹枪的输气管上的压力信号、熔锍喷吹枪与液面高度的差值信号、冶炼渣层喷吹枪与液面高度的差值信号经数据转换后，计算得出熔锍和冶炼渣界面的高度。

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