CN112646947A - 一种转炉炉内炼钢状态监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体提供了一种转炉炉内炼钢状态监测系统及方法，包括用于测量炉内反应参数的副枪TSO模块，还包括炉内反应均匀性检测模块及钢渣高度检测模块；炉内反应均匀性检测模块用于根据炉内的钢渣温度及钢水温度，若钢渣温度及钢水温度之间的温度差值大于均匀性预设值，则输出反应不均匀报警以；钢渣高度检测模块用于根据副枪探头在钢渣渣层及钢水层来回进出时的温度及氧电势变化来获取钢渣渣层的高度，若钢渣渣层高度大于预设高度值时，输出渣面高度过高报警。通过获取副枪测量曲线的取值，判断转炉炉内反应状态是否存在异常，采取相应措施，减少转炉事故。

Description

一种转炉炉内炼钢状态监测系统及方法
技术领域
本发明属于钢铁冶炼技术领域，具体涉及一种转炉炉内炼钢状态监测系统及方法。
背景技术
转炉副枪是转炉计算机动态控制最主要的设备，副枪是一根水冷式三层钢管，其下端有一个一次触发的探头电极夹，用来安装副枪探头。副枪探头目前主要是四种探头：测温探头、测温定氧探头、测温定碳探头、测钢水液面探头。目前，钢厂使用最多的是测温定碳探头(简称TSC)和测温定氧探头(简称TSO)，其中转炉终点普遍使用的是测温定氧探头，一般用来测量终点温度、终点氧含量、终点定碳值，另外测量画面一般会显示副枪高度变化曲线。生产过程中，转炉终点钢渣渣层高度较高时，会影响正常倒炉甚至会导致转炉不能正常出钢；另一方面，转炉因枪位控制不当，导致炉内出现反应不均匀，具体体现在转炉终点TSO测量的钢液温度与钢渣温度差异大。
专利号CN201310231908.9，该专利主要测量的是氧枪喷头与钢水液面的距离，与转炉终点钢渣渣层高度测量无关。专利号CN201310030200.7.该发明专利主要提供转炉副枪液位测量，包括副枪、信号处理器、提升马达、补偿导线、可编程逻辑PLC等，该专利是采用反馈电压来确定熔池液位。专利号CN201710192503.7，该专利主要保护的是氧枪距离钢液面距离的测量，与转炉渣高度测量无关。上述公开技术也没有就如何检测转炉炉内反应均匀性的问题进行探讨。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低的转炉炉内炼钢状态监测系统及方法。以解决上述问题。
为此，本发明提供了一种转炉炉内炼钢状态监测系统，包括用于测量炉内反应参数的副枪TSO模块，所述炉内反应均匀性检测模块及所述钢渣高度检测模块均从所述副枪TSO模块获取相应的炉内反应参数，所述反应参数包括炉内钢渣温度、钢水温度、氧电势及副枪高度；还包括炉内反应均匀性检测模块及钢渣高度检测模块；
所述炉内反应均匀性检测模块用于根据炉内的钢渣温度及钢水温度，若所述钢渣温度及钢水温度之间的温度差值大于均匀性预设值，则输出反应不均匀报警；
所述钢渣高度检测模块用于根据副枪探头在钢渣渣层及钢水层来回进出时的温度及氧电势变化来获取钢渣渣层的高度，若钢渣渣层高度大于预设高度值时，输出渣面高度过高报警。
优选地，所述副枪TSO模块测量时，温度测量曲线会形成一个与X轴接近平行的平台，平台上最稳定的一段值对应纵坐标即为钢水温度，在平台后期A点开始，曲线上升到达顶点B点，然后曲线快速下降，并通过C点，曲线由A上升到B点并下降到达C点，对应的是TSO测量探头由钢液进入钢渣渣层到离开钢渣渣层的时间。
优选地，当B点对应的钢渣温度与A点对应的钢水温度的差值大于均匀性预设值时，则判定转炉炉内反应不均匀，并通过副枪TSO模块进行报警。
优选地，所述温度测量曲线上的A点对应的是副枪探头刚离开钢液进入炉渣的高度，即钢水液面高度，并标记此处温度T1，当副枪继续提升，提至渣层的B点瞬间，对应的温度变成温度T2(最高温度值)，此位置为B点，当副枪继续提升，温度测量曲线上的温度将下降，到达C点的瞬间，对应的温度值将降低到T1，温度曲线A点到C点对应副枪高度值即为钢渣渣层下、上两面的高度值。
优选地，所述炉内反应均匀性检测模块还用于统计不同转炉的炉内反应时，钢渣温度及钢水温度的温度分布差值，并根据该温度分布差值判定炉内反应是否均匀；
若所述温度差值低于80％的温度分布差值，则判定为反应均匀，若所述温度差值不低于80％的温度分布差值，则判定为反应不均匀。
优选地，直接获取钢液液面高度H1，当副枪从钢液层进入到钢渣渣层时，氧电势会有一个阶跃，根据阶跃时刻，记录此时副枪的高度，即为液面高度，并记录此时的温度T1；
当副枪穿过钢渣渣层的过程中，温度不断升高，达到极大值后，又不断下降，当温度下降到T1时，记录此等温时刻的副枪高度H2；
计算得到钢渣渣层厚度Hs＝H2-H1。
本发明还提供了一种转炉炉内炼钢状态监测方法，所述转炉炉内炼钢状态监测方法用于通过如前一项所述的转炉炉内炼钢状态监测系统监测转炉炉内炼钢状态。
本发明的有益效果：本发明提供的这种转炉炉内炼钢状态监测系统及方法，包括用于测量炉内反应参数的副枪TSO模块，还包括炉内反应均匀性检测模块及钢渣高度检测模块；炉内反应均匀性检测模块用于根据炉内的钢渣温度及钢水温度，若钢渣温度及钢水温度之间的温度差值大于均匀性预设值，则输出反应不均匀报警以调整副枪位置和/或调整底吹流量；钢渣高度检测模块用于根据副枪探头在钢渣渣层及钢水层来回进出时的温度及氧电势变化来获取钢渣渣层的高度，若钢渣渣层高度大于预设高度值时，输出渣面高度过高报警。副枪测量过程为探头穿过钢渣渣层插入钢水中，停留再次穿过及离开钢渣渣层，钢渣和钢水的温度、氧电势均有较大变化，可以通过测量温度、测量深度曲线结合起来，来推算转炉内钢渣渣层的高度，进而判断转炉终点是否存在异常，采取相应措施，减少转炉事故。以及提醒岗位注意转炉炉内反应不均匀时，需采取相应预防措施，避免生产事故的发生。并与模型炼钢的操作结果评价相结合，通过自学习进一步改进后续炼钢操作。
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明转炉炉内炼钢状态监测系统及方法的副枪TSO测量曲线取点示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明实施例提供了一种转炉炉内炼钢状态监测系统，包括用于测量炉内反应参数的副枪TSO模块，所述炉内反应均匀性检测模块及所述钢渣高度检测模块均从所述副枪TSO模块获取相应的炉内反应参数，所述反应参数包括炉内钢渣温度、钢水温度、氧电势及副枪高度；其特征在于：还包括炉内反应均匀性检测模块及钢渣高度检测模块；
所述炉内反应均匀性检测模块用于根据炉内的钢渣温度及钢水温度，若所述钢渣温度及钢水温度之间的温度差值大于均匀性预设值，则输出反应不均匀报警；
所述钢渣高度检测模块用于根据副枪探头在钢渣渣层及钢水层来回进出时的温度及氧电势变化来获取钢渣渣层的高度，若钢渣渣层高度大于预设高度值时，输出渣面高度过高报警。
以下具体分别介绍炉内反应均匀性检测模块及钢渣高度检测模块的具体工作原理。如图1所示，副枪TSO在测量时会形成三根曲线：温度测量曲线、定氧曲线、副枪高度曲线。图中最上面的曲线为温度测量曲线，中间一根为定氧曲线，最下面一根为副枪高度曲线(为从高处下降至平台区再上升)。
TSO测量时，温度测量曲线会形成一个与X轴接近于平行的平台，温度就是选取平台上最稳定的一段值，如图上白色段。在平台后期A点开始，曲线会有一个上升，到达顶点B点，然后曲线快速下降。
副枪测量结束，从测量位开始提升，提升到A点，即曲线上的A点，对应的是探头刚离开钢液进入炉渣的高度(测液位高度采用此值)，此处的温度是钢渣相邻处的温度T1，由于渣层温度高于钢水温度，随后温度上升明显。渣层内部，存在一个温度最高点T2，此温度对应B点。
当副枪继续提升，提出渣层的瞬间，对应的温度T3，T3接近T1，此处取温度值T1，此位置为C点。温度曲线A点到C点对应副枪高度值就是渣层下、上两面的高度值。通过这种方法能输出转炉终点渣层高度值，并能计算渣层厚度，如果渣层高度高于某个设定的临界值，在系统中出现渣面高报警显示，提醒操作者渣层高度过高，要采取降低渣面的措施再倒炉或出钢并注意倒炉安全。
转炉渣层高度的测量时通过副枪TSO测量来完成的，并不增加转炉的操作，可根据实际需要设定渣层厚度的报警值，在电脑中显示出来，提醒岗位注意渣层高度过高，需采取相应预防措施，以避免生产事故的发生。还可以与模型炼钢的操作结果评价相结合，通过自学习进一步改进后续炼钢操作。
如图1所示，副枪TSO模块测量时，温度测量曲线会形成一个与X轴接近平行的平台，温度就是选取平台上最稳定的一段值，如图上白色段。在平台后期A点开始，曲线会有一个上升，到达顶点B点，然后曲线快速下降。一般情况下，转炉渣层温度会略高于钢水温度，但如果渣层温度比钢水温度高太多，我们就可以判定转炉炉内反应不均匀。这种不均匀，多是由于转炉枪位控制不当，导致炉内搅拌不充分造成的。当渣层温度大于钢水温度超过规定值时，通过副枪计算机系统发出报警信号，提醒岗位及时采取措施，避免发生生产安全事故。
转炉炉内反应均匀性能通过副枪TSO测量来完成，并不增加转炉的操作，在副枪系统中设定均匀性的报警值，在电脑中显示出来，提醒岗位注意转炉炉内反应不均匀，需采取相应预防措施，避免了生产事故的发生。并与模型炼钢的操作结果评价相结合，通过自学习进一步改进后续炼钢操作。
在一个具体地实施场景中：
(1)炉内反应均匀性检测模块：钢渣和钢水的温度、氧电势均有较大变化，可以通过测量温度推算转炉炉内钢渣与钢水之间的温度差异，并据此判断转炉终点时炉内反应是否均匀。在强烈的氧枪气流及底吹气流搅拌作用下，钢液内部及钢渣内部应该是相对比较均匀的。钢渣温度和钢液温度差异值不应该太大。以300t转炉为例，钢渣温度和钢液温度差异值一般小于25℃，即可判定搅拌较好，反应比较均匀；若大于25℃，说明搅拌较弱，可调整枪位，或调整底吹流量。
因转炉大小和炉型的差异，这个温度差异值会有区别，具体到每座转炉，需要做统计对比，取低于80％的温度分布差值，判定为搅拌均匀，反应均匀；若高于80％的温度的分布，则判定反应不均匀。
(2)钢渣高度检测模块：可以通过测量温度、测量深度曲线结合起来，来推算转炉内钢渣渣层的高度，进而判断转炉终点是否存在异常。具体怎么推算高度，给一个具体实施例，结合具体数据或公式进行说明即可。
测量的液面高度H1，这个已经是常用的测量，当副枪从钢液穿过钢渣渣层的时候，氧电势会有一个阶跃，根据阶跃时刻，记录此时副枪的高度，即为液面高度。并记录此时的温度T1。
在副枪提升过程中，刚进入渣面，温度为T1，因炉渣里温度略高于钢液，在穿过钢渣渣层的过程中，温度不断升高，达到极大值后，又不断下降，当温度下降到T1时，记录此等温时刻的副枪高度H2，钢渣渣层厚度Hs＝H2-H1，Hs，过大，则倒炉出钢存在风险；Hs，的合理值因转炉大小和炉型的差异，需要具体统计。
本发明的有益效果：本发明提供的这种转炉炉内炼钢状态监测系统及方法，包括用于测量炉内反应参数的副枪TSO模块，还包括炉内反应均匀性检测模块及钢渣高度检测模块；炉内反应均匀性检测模块用于根据炉内的钢渣温度及钢水温度，若钢渣温度及钢水温度之间的温度差值大于均匀性预设值，则输出反应不均匀报警；钢渣高度检测模块用于根据副枪探头在钢渣渣层及钢水层来回进出时的温度及氧电势变化来获取钢渣渣层的高度，若钢渣渣层高度大于预设高度值时，输出渣面高度过高报警。副枪测量过程为探头穿过钢渣渣层插入钢水中，停留再次穿过及离开钢渣渣层，钢渣和钢水的温度、氧电势均有较大变化，可以通过测量温度、测量深度曲线结合起来，来推算转炉内钢渣渣层的高度，进而判断转炉终点是否存在异常，采取相应措施，减少转炉事故。以及提醒岗位注意转炉炉内反应不均匀时，需采取相应预防措施，避免了生产事故的发生。并与模型炼钢的操作结果评价相结合，通过自学习进一步改进后续炼钢操作。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种转炉炉内炼钢状态监测系统，包括用于测量炉内反应参数的副枪TSO模块，所述炉内反应均匀性检测模块及所述钢渣高度检测模块均从所述副枪TSO模块获取相应的炉内反应参数，所述反应参数包括炉内钢渣温度、钢水温度、氧电势及副枪高度；其特征在于：还包括炉内反应均匀性检测模块及钢渣高度检测模块；
所述炉内反应均匀性检测模块用于根据炉内的钢渣温度及钢水温度，若所述钢渣温度及钢水温度之间的温度差值大于均匀性预设值，则输出反应不均匀报警；
所述钢渣高度检测模块用于根据副枪探头在钢渣渣层及钢水层来回进出时的温度及氧电势变化来获取钢渣渣层的高度，若钢渣渣层高度大于预设高度值时，输出渣面高度过高报警。
2.根据权利要求1所述的转炉炉内炼钢状态监测系统，其特征在于：所述副枪TSO模块测量时，温度测量曲线会形成一个与X轴接近平行的平台，平台上最稳定的一段值对应纵坐标即为钢水温度，在平台后期A点开始，曲线上升到达顶点B点，然后曲线快速下降，并通过C点，曲线由A上升到B点并下降到达C点，对应的是TSO测量探头由钢液进入钢渣渣层到离开钢渣渣层的时间。
3.根据权利要求2所述的转炉炉内炼钢状态监测系统，其特征在于：当B点对应的钢渣最高温度与A点对应的钢水温度的差值大于均匀性预设值时，则判定转炉炉内反应不均匀，并通过副枪TSO模块进行报警。
4.根据权利要求2所述的转炉炉内炼钢状态监测系统，其特征在于：所述温度测量曲线上的A点对应的是副枪探头刚离开钢液进入炉渣的高度，即钢水液面高度，并标记此处温度T1，当副枪继续提升，提至渣层的B点瞬间，对应的温度变成温度T2(最高温度值)，此位置为B点，当副枪继续提升，温度测量曲线上的温度将下降，到达C点的瞬间，对应的温度值将降低到T1，温度曲线A点到C点对应副枪高度值即为钢渣渣层下、上两面的高度值。
5.根据权利要求1所述的转炉炉内炼钢状态监测系统，其特征在于：所述炉内反应均匀性检测模块还用于统计不同转炉的炉内反应时，钢渣温度及钢水温度的温度分布差值，并根据该温度分布差值判定炉内反应是否均匀；
若所述温度差值低于80％的温度分布差值，则判定为反应均匀，若所述温度差值不低于80％的温度分布差值，则判定为反应不均匀。
6.根据权利要求1所述的转炉炉内炼钢状态监测系统，其特征在于：直接获取钢液液面高度H1，当副枪从钢液层进入到钢渣渣层时，氧电势会有一个阶跃，根据阶跃时刻，记录此时副枪的高度，即为液面高度，并记录此时的温度T1；
当副枪穿过钢渣渣层的过程中，温度不断升高，达到极大值后，又不断下降，当温度下降到T1时，记录此等温时刻的副枪高度H2；
计算得到钢渣渣层厚度Hs＝H2-H1。
7.一种转炉炉内炼钢状态监测方法，其特征在于：所述转炉炉内炼钢状态监测方法用于通过如权利要求1至6任一项所述的转炉炉内炼钢状态监测系统监测转炉炉内炼钢状态。
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