CN113504725A - 转炉的实时炉渣状态监测装置 - Google Patents

转炉的实时炉渣状态监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种转炉的实时炉渣状态监测装置，通过监测设置在炉口的探测杆的振动状态，计算炉口每一时刻的炉气流量，并根据该炉气流量判定转炉的实时炉渣状态，响应快、精度高，且安装成本低、自动化程度高，能够快速精确的感知转炉内部的炉渣反应情况，为后续决策控制提供精准的有效依据，进一步提高钢水质量、生产效率和安全性。

Description

转炉的实时炉渣状态监测装置
技术领域
本发明涉及冶金行业的检测领域，尤其涉及一种转炉的炉渣状态监测装置。
背景技术
转炉通过化渣有效去除钢水中的硫、磷等有害元素，是炼钢工艺中的主体设备，更是高品质钢生产和成本控制的重要环节。但是，转炉的化渣过程中，可能出现渣液面过低，即炉渣中固相物质比例增加，液相物质比例降低的“返干”现象，造成化渣不充分，影响钢生产质量和生产成本；也可能出现渣液面过高，即固相物质比例降低，液相物质比例增加的“喷溅”现象，造成严重的经济损失和人员损伤。因此，在此过程中，需要根据化渣状态，即转炉内的炉渣状态及时调整氧枪高度、提枪或加入矿石等含铁量高的化渣剂等，防止“返干”和“喷溅”现象的发生。
如何及时了解转炉化渣过程中的当前炉渣状态是冶金行业中的一个重要监测指标。现有技术中的炉渣状态监测装置主要有四：一是，人工判定法：熟练的窑炉工根据转炉内发出的吹炼噪声进行人工判断，但是人的工作状态不稳定，且受外部噪声及炉子形状等外部环境因素影响很大，判定结果不精确；二是，图像分析法：拍摄炉口处的图像或视频，进行图像分析，由于拍摄需要时间，且仅仅是在炉口拍摄，不能及时了解炉内情况，所以判定时间相对滞后；三是炉气分析法：采集炉口的炉气，进行成分分析，与图像分析法一致，判定时间滞后，通常需要延时10分钟以上，且安装成本高；四是，氧枪振动监测法：实时监测氧枪振动状态，但是因氧枪直径大，监测精度不高，判定结果不稳定。
因此，如何提供一种响应快、精度高、成本低的炉渣状态监测装置，是目前冶金行业中的一个重要技术问题。
发明内容
为提供一种响应快、精度高、成本低的炉渣状态监测装置，本发明提供了一种转炉的实时炉渣状态监测装置，包括：
探测杆8，设置在所述转炉的炉口；
传感单元9，与所述探测杆8连接，用于实时监测所述探测杆8的每一时刻的振动状态A(t)；
信号处理单元10，与所述传感单元9连接，用于根据所述探测杆8的每一时刻的振动状态A(t)，计算所述炉口每一时刻的炉气流量B(t)；
控制单元11，与所述信号处理单元10连接，用于根据所述炉口的每一时刻的炉气流量B(t)，判断所述转炉的实时炉渣状态C(t)。
进一步地，所述探测杆8，包括：
探测杆头81、探测杆体82和安装孔83；
所述探测杆头81，设置在所述探测杆体82的前端端部；
所述安装孔83，设置在所述探测杆体的后端端部，用于安装所述传感单元9。
进一步地，所述信号处理单元10，包括采样子单元101、处理子单元102和计算子单元103；
所述采样子单元101，与所述传感单元9和所述处理子单元102连接，用于采样接收所述探测杆8的每一时刻的振动状态A(t)并发送至处理子单元102；
所述处理子单元102，还与所述计算子单元103连接，用于根据所述探测杆8的每一时刻的振动状态A(t)，分析得出所述探测杆8的每一时刻的振动频率P(t)和振动幅度Q(t)；
所述计算子单元103，还与所述控制单元11连接，用于根据所述探测杆8的每一时刻的振动频率P(t)和振动幅度Q(t)，计算所述炉口每一时刻的炉气流量B(t)发送至控制单元11。
进一步地，所述计算子单元103，利用公式1计算炉口每一时刻的炉气流量Bt；
B(t)＝(L1*P(t)+L2*Q(t))/S (1)
其中，B(t)为炉口在时刻t时的炉气流量，L1、L2为修正系数，P(t)为探测杆8在时刻t时的振动频率，Q(t)为探测杆8在时刻t时的振动幅度，S为转炉系数。
进一步地，所述控制单元11，包括：第一计算子单元111、第二计算子单元112、第一判定子单元113、第二判定子单元114、和第三判定子单元115；
所述第一计算子单元111，与所述信号处理单元10和所述第二计算子单元112连接，用于将炉口在时刻t时的炉气流量Bt减去炉口在时刻t-1时的炉气流量Bt-1，得到炉口在时刻t时的炉气瞬时变化量△Bt；
所述第二计算子单元112，还与所述第一判定子单元113、第二判定子单元114、和第三判定子单元115连接，用于将炉口在时刻t时的炉气瞬时变化量△Bt与第一预设阈值和第二预设阈值比较，并将比较结果发送至所述第一判定子单元113、第二判定子单元114、和第三判定子单元115；所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值；
所述第一判定子单元113，在所述炉气瞬时变化量△Bt小于所述第一预设阈值时，判定所述转炉的实时炉渣状态为返干状态；
所述第二判定子单元114，在所述炉气瞬时变化量△Bt大于所述第二预设阈值时，判定所述转炉的实时炉渣状态为喷溅状态；
所述第三判定子单元115，在所述炉气瞬时变化量△Bt大于等于所述第一预设阈值，且小于等于所述第二预设阈值时，判定所述转炉的实时炉渣状态为正常状态。
进一步地，所述控制单元11还包括：
信号发送子单元116，与所述第一判定子单元113、第二判定子单元114、、第三判定子单元115和所述转炉连接，用于根据所述转炉的实时炉渣状态C(t)，向所述转炉发出控制信号。
进一步地，所述探测杆8，包括在所述转炉的炉口设置的N个与炉口水平面平行的第一探测杆8A；
所述传感单元9，用于实时监测N个第一探测杆8A的每一时刻的振动状态aN(t)，记振动状态A(t)＝a1(t)，a2(t)……aN(t)；
所述信号处理单元10，用于根据N个第一探测杆的每一时刻的振动状态aN(t)，计算每个第一探测杆处的每一时刻的炉气流量bN(t)；再利用公式2，计算所述炉口的每一时刻的炉气流量B(t)；
B(t)＝K1*b1(t)+K2*b2(t)……KN*bN(t) (2)；
其中，K1、K2……KN为所述第一探测杆的权重系数。
进一步地，所述探测杆，还包括在所述第一探测杆8A上设置的补偿探测杆8B；
所述传感单元9，还用于实时监测所述补偿探测杆8B的每一时刻的振动状态a’N(t)；
所述信号处理单元，用于计算N个第一探测杆8A的每一时刻的补偿更新后的振动状态A(t)＝a1(t)，a2(t)……aN(t)＝a1(t)-a’1(t)，a2(t)-a’2(t)……aN(t)-a’N(t)；再根据N个第一探测杆的每一时刻的补偿更新后的振动状态aN(t)，计算每个第一探测杆处的每一时刻的炉气流量bN(t)；利用公式2，加权计算所述炉口的每一时刻的炉气流量B(t)；
B(t)＝K1*b1(t)+K2*b2(t)……KN*bN(t) (2)。
进一步地，所述探测杆8，还包括在所述转炉的炉口设置的M个与炉口水平面垂直的第二探测杆8C；
所述传感单元9，还用于实时监测所述第二探测杆8C的每一时刻的振动状态a”M(t)；
所述信号处理单元10，还用于根据M个第二探测杆的每一时刻的振动状态a”M(t)，计算每个第二探测杆处的每一时刻的炉气流量b’M(t)；记B’(t)＝b’1(t)，b’2(t)……b’M(t)；利用公式3，加权计算所述炉口的每一时刻的炉气流量B’(t)
B’(t)＝K’1*b’1(t)+K’2*b’2(t)……K’M*b’M(t) 3
利用公式4，计算更新的炉口的每一时刻的炉气流量B(t)。
Figure BDA0003155681230000042
其中K’1、K’2……K’M为所述第二探测杆的权重系数。
进一步地，所述第一探测杆、所述第二探测杆的位置根据高斯勒让德多项式
Figure BDA0003155681230000041
的代数根xN设置。
本发明提供的转炉的实时炉渣状态监测装置，通过监测设置在炉口的探测杆的振动状态实现，响应快、精度高，且安装成本低、自动化程度高，能够快速精确的感知转炉内部的炉渣反应情况，为后续决策控制提供精准的有效依据，进一步提高钢水质量、生产效率和安全性。
附图说明
图1为本发明转炉的实时炉渣状态监测方法的一个实施例的流程图；
图2为本发明转炉的示意图；
图3为本发明探测杆的示意图；
图4为本发明转炉的实时炉渣状态监测方法的步骤S4的一个实施例的流程图；
图5为本发明转炉的实时炉渣状态监测方法的另一个实施例的流程图；
图6为本发明转炉的实时炉渣状态监测方法的另一个实施例的流程图；
图7为本发明转炉的实时炉渣状态监测方法的另一个实施例的流程图；
图8为运用一根第一探测杆监测转炉理想流场和畸变流场的示意图；
图9为运用四根第一探测杆监测转炉理想流场和畸变流场的示意图；
图10为四根第一探测杆的一个实施例的位置示意图；
图11为本发明转炉的实时炉渣状态监测方法的另一个实施例的流程图；
图12为本发明转炉的实时炉渣状态监测方法的另一个实施例的流程图；
图13为本发明转炉的实时炉渣状态监测方法中第二探测杆的示意图；
图14为本发明转炉的实时炉渣状态监测装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1-2所示，本发明提供了一种转炉的实时炉渣状态监测方法，可选但不仅限于包括：
S1：在转炉的炉口设置探测杆8。
S2：实时监测探测杆8的每一时刻的振动状态A(t)。
S3：根据探测杆8的每一时刻的振动状态A(t)，计算炉口每一时刻的炉气流量B(t)。
S4：根据炉口的每一时刻的炉气流量B(t)，判断转炉的实时炉渣状态C(t)。
具体的，如图2所示，显示了一个转炉的侧视图，1为转炉；2为氧枪；3为吹炼用气(一般为纯氧)；4为烟罩；5为烟罩废气出口；6为钢水；7为炉气。转炉1化渣过程中，氧枪2向转炉1的钢水6注入吹炼用气3(一般为纯氧)，当吹炼用气3与钢水6中的铁等剧烈反应时，将产生大量炉气7。本发明的设计思路就在于测量该炉气7的推力在炉口所造成的振动，具体的在炉口设置探测杆8(图2所示具体为平行设置的第一探测杆8A和补偿探测杆8B)，通过振动传感器等传感单元9感测炉气7湍流废气推动探测杆8所产生的实时振动状态A(t)，进而将该实时振动状态A(t)通过有线或无线方式传送至信号处理单元10，经信号处理单元10采样分析得到实时炉气流量B(t)，并继续传送至上位机、移动终端等控制单元11，以判定转炉的实时炉渣状态C(t)，为操作工人或控制单元10本身做出决策，控制一级、二级系统12提供有效依据。
在该实施例中，转炉的实时炉渣状态通过监测设置在炉口的探测杆的振动状态实现，响应快、精度高，且安装成本低、自动化程度高，能够快速精确的感知转炉内部的炉渣反应情况，为后续决策控制提供精准的有效依据，进一步提高钢水质量、生产效率和安全性。
具体的，如图3所示，步骤S1中，探测杆8可选但不仅限于包括探测杆头81、探测杆体82和安装孔83，三者可选但不仅限于一体成型或者通过螺钉、螺丝、卡扣等组装而成，其形状、尺寸、大小、材质等可根据转炉1的外径大小、烟罩4的形状尺寸等实际要求自由设定，通过螺丝、螺钉、焊接、固定支撑等方式置于转炉炉口。更为具体的，探测杆8可选但不仅限于为直杆型、S型、L型等，采用耐高温合金或陶瓷材质(耐高温，且刚度不下降)制作而成，还可在其周围设置冷却回路冷却探测杆。该探测杆头81可选但不仅限于制作成如图3所示的形状，其与炉气7的接触面积越大，检测精度将越高。
更为具体的，步骤S2，可选但不仅限于采用传感单元9监测探测杆8的每一时刻的振动状态A(t)。该传感单元9，可选但不仅限于采用压电式、磁电式、电容式振动传感器。以传感单元9选用压电陶瓷式振动传感器为例，当探测杆8受到炉气7的推力时，压电陶瓷受到压缩或者拉升，并将其转化成电信号，反馈其因推力所发生的振动状态A(t)，其检测灵敏度高、响应时间快、安装成本低、自动化程度高。
更为具体的，步骤S3，可选但不仅限于采用信号处理单元10计算炉口每一时刻的炉气流量B(t)。信号处理单元10，可选但不仅限于包括采样子单元、处理子单元和计算子单元，将传感单元9感测的振动状态，进行采集、放大、处理、计算得到实时炉气流量B(t)。更为具体的，信号处理单元10可选但不仅限于在采集到传感单元9的数据信号后，分析得到探测杆8的振动频率P(t)和振动幅度Q(t)；并运用公式(1)计算炉口每一时刻的炉气流量B(t)。
B(t)＝(L1*P(t)+L2*Q(t))/S (1)
其中，B(t)为炉口在时刻t时的炉气流量，L1、L2为修正系数，P(t)为探测杆在时刻t时的振动频率，Q(t)为探测杆在时刻t时的振动幅度，S为转炉系数。其中，修正系数L1、L2，可选但不仅限于为1；转炉系数S反比于炉口直径/转炉吨位，以炉口直径为4500mm，吨位为150T为例，转炉系数可选但不仅限于取8。
更为具体的，如图4所示，步骤S4，可选但不仅限于包括：
S41：将炉口在时刻t时的炉气流量B(t)减去炉口在时刻t-1时的炉气流量B(t-1)，得到炉口在时刻t时的炉气瞬时变化量△B(t)；
S42：将炉口在时刻t时的炉气瞬时变化量△B(t)与第一预设阈值和第二预设阈值比较；第一预设阈值小于第二预设阈值；
S43：若炉气瞬时变化量△B(t)小于第一预设阈值，判定转炉的实时炉渣状态为返干状态；
S44：若炉气瞬时变化量△B(t)大于第二预设阈值，判定转炉的实时炉渣状态为喷溅状态；
S45：若炉气瞬时变化量△B(t)大于等于第一预设阈值，且小于等于第二预设阈值，判定转炉的实时炉渣状态为正常状态。
值得注意的，该采用炉气瞬时变化量△B(t)作为评判依据的实施方式仅为本实施例的优选示例，并不以此为限，本领域技术人员可选但不仅限于采用炉气瞬时流量等作为评判依据。第一预设阈值、第二预设阈值本领域技术人员可根据炉口尺寸、转炉吨位等实际情况设定。具体的，第二预设阈值，可选但不仅限于等于常数1+系数1*实时检测量的平均值；注：常数1一般取0.1，系数1一般取1.5；第二预设阈值，可选但不仅限于等于系数2*第二阈值；注：系数2一般取0.3。
更为优选的，如图5所示，本发明的实时炉渣状态监测方法，还包括：
S5：根据转炉的实时炉渣状态C(t)，对转炉发出控制信号。
具体的，如图6所示，步骤S5，可选但不仅限于包括：
S51：在转炉的实时炉渣状态为返干状态时，降低转炉的氧枪流量；
S52：在转炉的实时炉渣状态为喷溅状态时，提高转炉的氧枪流量；
S53：在转炉的实时炉渣状态为正常状态时，保持转炉的氧枪流量。
在该实施例中，本发明的实时炉渣状态监测方法，增设了根据转炉实时炉渣状态控制转炉的操作步骤，形成实时炉渣状态与转炉操作的闭环控制，能够进一步提高钢水质量、生产效率和生产安全性，降低生产成本。值得注意的该控制方式除了S51-S53示例的调整氧枪流量的方式外，还可选但不仅限于包括报警提醒(红灯、闪烁灯、警报声等)、提枪、增加或减少矿石等含铁量高的化渣剂等。
更为具体的，如图7所示，
步骤S1，可选但不仅限于包括：
S11：在转炉的炉口设置N个与炉口水平面平行的第一探测杆8A；
步骤S2，可选但不仅限于包括：
S21：实时监测N个第一探测杆的每一时刻的振动状态aN(t)，记振动状态A(t)＝(a1(t)，a2(t)……aN(t))；
步骤S3，可选但不仅限于包括：
S31：根据N个第一探测杆的每一时刻的振动状态aN(t)，计算每个第一探测杆处的每一时刻的炉气流量bN(t)；记B(t)＝(b1(t)，b2(t)……bN(t))。具体bN(t)的计算方法与公式如上述步骤S3所示，采用公式(1)。
S32：利用公式(2)，加权计算炉口的每一时刻的炉气流量B(t)；
B(t)＝K*B(t)＝K1*b1(t)+K2*b2(t)……KN*bN(t) (2)；
其中K1～KN为第一探测杆的权重系数。
在该实施例中，将设置在炉口的探测杆进一步改进为N个与炉口水平面平行的第一探测杆8A(如图8-9所示)，其原因在于：现实情况下，转炉内部并非理论上的理想流场(左图)，绝大部分时间下是畸变流场(右图)，单纯采用一根探测杆并不能很好的反应转炉内部的实际情况。具体的，如图8所示，当在炉口设置一根平行探测杆8A时，若转炉内部是左图所示的理想流场，即转炉内各处的炉气流量相等时，那么一根探测杆8A能够很好的反应当前炉气流量；但是若转炉内部是右图所示的畸变流场，即转炉内各处的炉气流量不相等时，那么一根探测杆8A测出来的仍然是理想流场的状态，不能很好的反应当前畸变流场下的炉气流量。如图9所示，当在炉口设置N根(图9所示的4根)与炉口水平面平行的第一探测杆8A时，不管是遇到理想流场还是畸变流场(如图9右图所示)，都能很好的反应当前炉气流量变化。可见，该实施方案，能够大大提高该实时炉渣状态监测方法的精确度。值得注意的，该N个与炉口水平面平行的第一探测杆8A的具体数量、形状、位置可由本领域技术人员根据转炉尺寸、精度要求等任意设定。
更为具体的，N个第一探测杆8A的具体设置位置及权重系数K1～KN可选但不仅限于采用高斯积分勒让德多项式(2n-1阶代数精度)、梯形公式(最高代数精度为1阶)、辛普森公式(最高代数精度为3阶)等。由于梯形公式、辛普森公式等插值型积分要求探测杆位置固定甚至等距，但高斯积分勒让德多项式对于探测杆的位置选择比较自由且积分精度高，因此下述实施例以高斯勒让德多项式设置探测杆及权重系数K1～KN为例作详细说明。
具体的，计算高斯勒让德多项式
Figure BDA0003155681230000091
的代数根xN，即积分节点位置，作为N个第一探测杆8A与与之平行的炉口中轴线的距离DN来设置N个第一探测杆8A的位置(如图10，以4根第一探测杆8A为例)，更为具体的使得第一探测杆与中轴线的距离DN*N＝xN*炉口半径R；以积分系数
Figure BDA0003155681230000092
作为权重系数。
以图10，N＝4，炉口半径R为196.75为例：
Figure BDA0003155681230000093
Figure BDA0003155681230000094
进而根据公式DN*N＝xN*炉口半径，可知D1＝66.7，D2＝169.05，D3＝-169.05，D4＝-66.7；
Figure BDA0003155681230000101
一般情况下，N取值为1-4，可采用表1调取D1-DN设置第一探测杆8A，以及其对应的权重系数K1-KN。
表1第一探测杆8A的设置位置及权重系数表
Figure BDA0003155681230000102
更为具体的，如图2、11所示，步骤S1，还可选但不仅限于包括：
S12：在第一探测杆上设置补偿探测杆8B。
步骤S2，还包括：
S22：实时监测补偿探测杆的每一时刻的振动状态a’N(t)。
步骤S3，还包括在步骤S31前增加：
S30：将N个第一探测杆的每一时刻的振动状态aN(t)减去与之对应的补偿探测杆的每一时刻的振动状态a’N(t)，得到补偿更新后的N个第一探测杆的每一时刻的振动状态，记振动状态A(t)＝(a1(t)，a2(t)……aN(t))＝(a1(t)-a’1(t)，a2(t)-a’2(t)……aN(t)-a’N(t))。后续接S31、S32，与先前实施方案唯一不同的是此时的aN(t)，是更新后的aN(t)，即aN(t)-a’N(t)。
在该实施例中，增设的补偿探测杆8B能够监测第一探测杆8A因转炉自振、环境因素等所产生的自身振动a’N(t)，利用差分原理aN(t)-a’N(t)补偿共地振动，进一步提高第一探测杆8A反应其单单因炉气的推力这一个因素所产生振动的能力，进而真实反应炉气流量B(t)，提高其检测精度。
具体的，该补偿探测杆8B可选但不仅限于直接设置在第一探测杆8A的端部，或者与第一探测杆8A共安装点而间接设置在第一探测杆8A的端部。更为具体的，由于安装在每个探测杆8上的传感单元9(如振动传感器)不完全相同，可选但不仅限于采用加权方法对补偿探测杆8B的振动状态做进一步处理，使得更新后的N个第一探测杆的每一时刻的振动状态，记振动状态A(t)＝(a1(t)，a2(t)……aN(t))＝(a1(t)-U1a’1(t)，a2(t)–U2a’2(t)……aN(t)–UNa’N(t))。其中，UN为每个传感单元9的权重系数，其具体取值范围可选但不仅限于为0-1。
更为具体的，如图12-13所示，
步骤S1，还可选但不仅限于包括：
S13：在转炉的炉口设置M个与炉口水平面垂直的第二探测杆8C；
步骤S2，还可选但不仅限于包括：
S23：实时监测第二探测杆的每一时刻的振动状态a”M(t)；(即用a1(t)-aN(t)代表第一探测杆的振动状态，a’1(t)-a’N(t)代表补偿探测杆的振动状态，a”1(t)-a”M(t)代表第二探测杆的振动状态)；
步骤S3，还可选但不仅限于包括：
S33：根据M个第二探测杆的每一时刻的振动状态a”M(t)，计算每个第二探测杆处的每一时刻的炉气流量b’Mt)；记B’(t)＝(b’1(t)，b’2(t)……b’M(t))。具体b’M(t)的计算方法与公式如上述步骤S3所示，采用公式(1)。
S34：利用公式(2)，加权计算炉口的每一时刻的炉气流量B’(t)；
B’(t)＝K’*B’(t)＝K’1*b’1(t)+K’2*b’2(t)……K’M*b’M(t) (3)；
其中K’1～K’M为第二探测杆的权重系数。具体的，M个第二探测杆8C的设置位置和权重系数选取方式可选但不仅限于采用如第一探测杆8B的设置位置和权重系数选取方式。
S35：利用公式(4)，计算更新的炉口的每一时刻的炉气流量B(t)。
Figure BDA0003155681230000111
在该实施例中，增设M个与炉口水平面垂直的第二探测杆8C的目的在于，当炉内存在横向旋涡时，N个第一探测杆8A(不管是有无补偿探测杆8B)反应出的炉口的每一时刻的炉气流量B(t)是平行于炉口平面的水平分量和垂直于炉口平面的垂直分量的矢量合成流量，而我们在将炉气流量B(t)与第一预设阈值、第二预设阈值比较时，希望计算出的是单纯的炉气流量B(t)的垂直分量，即垂直吹向第一探测杆8A引起振动的瞬时流量。因此，需要增设第二探测杆8C，同样的在炉内存在横向涡流时，M个第二探测杆8C反应出的每一时刻的炉气流量B’(t)是平行于炉口平面的水平分量和垂直于炉口平面的垂直分量的矢量合成流量，需要先矢量计算很像涡流下，炉气流量平行于炉口平面的水平分量
Figure BDA0003155681230000121
Figure BDA0003155681230000122
再利用公式(3)进一步更新计算得到再次更新后的炉气流量B(t)，该更新后的炉气流量，则仅仅为炉气流量的垂直分量，即垂直吹向第一探测杆8A引起振动的瞬时流量。因此，该增设第二补偿探测杆8C的实施方案，进一步提高了该转炉的炉渣状态监测方法的精度和判定准确性。
另一方面，如图2、14所示，本发明还提供了一种转炉的实时炉渣状态监测装置，包括：
探测杆8，设置在转炉的炉口；传感单元9，与探测杆8连接，用于实时监测探测杆8的每一时刻的振动状态A(t)；信号处理单元10，与传感单元9连接，用于根据探测杆8的每一时刻的振动状态A(t)，计算炉口每一时刻的炉气流量B(t)；控制单元11，与信号处理单元10连接，用于根据炉口的每一时刻的炉气流量B(t)，判断转炉的实时炉渣状态C(t)。
在该实施例中，本发明提供的转炉的实时炉渣状态监测装置，通过监测设置在炉口的探测杆的振动状态实现，响应快、精度高，且安装成本低、自动化程度高，能够快速精确的感知转炉内部的炉渣反应情况，为后续决策控制提供精准的有效依据，进一步提高钢水质量、生产效率和安全性。值得注意的，该装置与上述方法对应，探测杆8、传感单元9、信号处理单元10与控制单元11等各部件，所选实施例及其作用和技术效果与上述方法对应，在此不再赘述。值得注意的，信号处理单元10与控制单元11可选但不仅限于采用独立的控制芯片或处理器，或者采用结合的移动终端或上位机，本领域技术人员能够理解的实现方式均可，并不依此示例为限。
具体的，如图3所示，探测杆8，可选但不仅限于包括：
探测杆头81、探测杆体82和安装孔83；
探测杆头81，设置在探测杆体82的前端端部；
安装孔83，设置在探测杆体的后端端部，用于安装传感单元9。
更为具体的，如图14所示，信号处理单元10，可选但不仅限于包括采样子单元101、处理子单元102和计算子单元103；
采样子单元101，与传感单元9和处理子单元102连接，用于采样接收探测杆8的每一时刻的振动状态A(t)并发送至处理子单元102；
处理子单元102，还与计算子单元103连接，用于根据探测杆8的每一时刻的振动状态A(t)，分析得出探测杆8的每一时刻的振动频率P(t)和振动幅度Q(t)；
计算子单元103，还与控制单元11连接，用于根据探测杆8的每一时刻的振动频率P(t)和振动幅度Q(t)，计算炉口每一时刻的炉气流量B(t)发送至控制单元11。
更为具体的，计算子单元103，利用公式1计算炉口每一时刻的炉气流量Bt；
B(t)＝(L1*P(t)+L2*Q(t))/S (1)
其中，B(t)为炉口在时刻t时的炉气流量，L1、L2为修正系数，P(t)为探测杆8在时刻t时的振动频率，Q(t)为探测杆8在时刻t时的振动幅度，S为转炉系数。
更为具体的的，控制单元11，可选但不仅限于包括：第一计算子单元111、第二计算子单元112、第一判定子单元113、第二判定子单元114、和第三判定子单元115；
第一计算子单元111，与信号处理单元10和第二计算子单元112连接，用于将炉口在时刻t时的炉气流量Bt减去炉口在时刻t-1时的炉气流量Bt-1，得到炉口在时刻t时的炉气瞬时变化量△Bt；
第二计算子单元112，还与第一判定子单元113、第二判定子单元114、和第三判定子单元115连接，用于将炉口在时刻t时的炉气瞬时变化量△Bt与第一预设阈值和第二预设阈值比较，并将比较结果发送至第一判定子单元113、第二判定子单元114、和第三判定子单元115；第一预设阈值小于第二预设阈值；
第一判定子单元113，在炉气瞬时变化量△Bt小于第一预设阈值时，判定转炉的实时炉渣状态为返干状态；
第二判定子单元114，在炉气瞬时变化量△Bt大于第二预设阈值时，判定转炉的实时炉渣状态为喷溅状态；
第三判定子单元115，在炉气瞬时变化量△Bt大于等于第一预设阈值，且小于等于第二预设阈值时，判定转炉的实时炉渣状态为正常状态。
更为具体的，控制单元11还可选但不仅限于包括：
信号发送子单元116，与第一判定子单元113、第二判定子单元114、、第三判定子单元115和转炉连接，用于根据转炉的实时炉渣状态C(t)，向转炉发出控制信号。
更为具体的，探测杆8，可选但不仅限于包括在转炉的炉口设置的N个与炉口水平面平行的第一探测杆8A；
传感单元9，用于实时监测N个第一探测杆8A的每一时刻的振动状态aN(t)，记振动状态A(t)＝a1(t)，a2(t)……aN(t)；
信号处理单元10，用于根据N个第一探测杆的每一时刻的振动状态aN(t)，计算每个第一探测杆处的每一时刻的炉气流量bN(t)；再利用公式2，计算炉口的每一时刻的炉气流量B(t)；
B(t)＝K1*b1(t)+K2*b2(t)……KN*bN(t) (2)；
其中，K1、K2……KN为第一探测杆的权重系数。
更为具体的，探测杆8，还可选但不仅限于包括在第一探测杆8A上设置的补偿探测杆8B；
传感单元9，还用于实时监测补偿探测杆8B的每一时刻的振动状态a’N(t)；
信号处理单元，用于计算N个第一探测杆8A的每一时刻的补偿更新后的振动状态A(t)＝a1(t)，a2(t)……aN(t)＝a1(t)-a’1(t)，a2(t)-a’2(t)……aN(t)-a’N(t)；再根据N个第一探测杆的每一时刻的补偿更新后的振动状态aN(t)，计算每个第一探测杆处的每一时刻的炉气流量bN(t)；利用公式2，加权计算炉口的每一时刻的炉气流量B(t)；
B(t)＝K1*b1(t)+K2*b2(t)……KN*bN(t) (2)。
更为具体的，探测杆8，还可选但不仅限于包括在转炉的炉口设置的M个与炉口水平面垂直的第二探测杆8C；
传感单元9，还用于实时监测第二探测杆8C的每一时刻的振动状态a”M(t)；
信号处理单元10，还用于根据M个第二探测杆的每一时刻的振动状态a”M(t)，计算每个第二探测杆处的每一时刻的炉气流量b’M(t)；记B’(t)＝b’1(t)，b’2(t)……b’M(t)；利用公式3，加权计算炉口的每一时刻的炉气流量B’(t)
B’(t)＝K’1*b’1(t)+K’2*b’2(t)……K’M*b’M(t) (3)
利用公式4，计算更新的炉口的每一时刻的炉气流量B(t)。
Figure BDA0003155681230000151
其中K’1、K’2……K’M为第二探测杆的权重系数。
更为具体的，第一探测杆8A、第二探测杆8C的位置根据高斯勒让德多项式
Figure BDA0003155681230000152
的代数根XN设置。
值得注意的，上述转炉的实时炉渣状态监测装置与上述转炉的实时炉渣状态监测方法对应，其各部件结构材质及作用、技术效果等均与其对应，在此不再赘述。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种转炉的实时炉渣状态监测装置，其特征在于，包括：
探测杆(8)，设置在所述转炉的炉口；
传感单元(9)，与所述探测杆(8)连接，用于实时监测所述探测杆(8)的每一时刻的振动状态A(t)；
信号处理单元(10)，与所述传感单元(9)连接，用于根据所述探测杆(8)的每一时刻的振动状态A(t)，计算所述炉口每一时刻的炉气流量B(t)；
控制单元(11)，与所述信号处理单元(10)连接，用于根据所述炉口的每一时刻的炉气流量B(t)，判断所述转炉的实时炉渣状态C(t)。
2.根据权利要求1所述的实时炉渣状态监测装置，其特征在于，所述探测杆(8)，包括：
探测杆头(81)、探测杆体(82)和安装孔(83)；
所述探测杆头(81)，设置在所述探测杆体(82)的前端端部；
所述安装孔(83)，设置在所述探测杆体的后端端部，用于安装所述传感单元(9)。
3.根据权利要求1所述的实时炉渣状态监测装置，其特征在于，所述信号处理单元(10)，包括采样子单元(101)、处理子单元(102)和计算子单元(103)；
所述采样子单元(101)，与所述传感单元(9)和所述处理子单元(102)连接，用于采样接收所述探测杆(8)的每一时刻的振动状态A(t)并发送至处理子单元(102)；
所述处理子单元(102)，还与所述计算子单元(103)连接，用于根据所述探测杆(8)的每一时刻的振动状态A(t)，分析得出所述探测杆(8)的每一时刻的振动频率P(t)和振动幅度Q(t)；
所述计算子单元(103)，还与所述控制单元(11)连接，用于根据所述探测杆(8)的每一时刻的振动频率P(t)和振动幅度Q(t)，计算所述炉口每一时刻的炉气流量B(t)发送至控制单元(11)。
4.根据权利要求3所述的实时炉渣状态监测装置，其特征在于，所述计算子单元(103)，利用公式(1)计算炉口每一时刻的炉气流量B(t)；
B(t)＝(L1*P(t)+L2*Q(t))/S (1)
其中，B(t)为炉口在时刻t时的炉气流量，L1、L2为修正系数，P(t)为探测杆(8)在时刻t时的振动频率，Q(t)为探测杆(8)在时刻t时的振动幅度，S为转炉系数。
5.根据权利要求1所述的实时炉渣状态监测装置，其特征在于，所述控制单元(11)，包括：第一计算子单元(111)、第二计算子单元(112)、第一判定子单元(113)、第二判定子单元(114)、和第三判定子单元(115)；
所述第一计算子单元(111)，与所述信号处理单元(10)和所述第二计算子单元(112)连接，用于将炉口在时刻t时的炉气流量B(t)减去炉口在时刻t-1时的炉气流量B(t-1)，得到炉口在时刻t时的炉气瞬时变化量△B(t)；
所述第二计算子单元(112)，还与所述第一判定子单元(113)、第二判定子单元(114)、和第三判定子单元(115)连接，用于将炉口在时刻t时的炉气瞬时变化量△B(t)与第一预设阈值和第二预设阈值比较，并将比较结果发送至所述第一判定子单元(113)、第二判定子单元(114)、和第三判定子单元(115)；所述第一预设阈值小于所述第二预设阈值；
所述第一判定子单元(113)，在所述炉气瞬时变化量△B(t)小于所述第一预设阈值时，判定所述转炉的实时炉渣状态为返干状态；
所述第二判定子单元(114)，在所述炉气瞬时变化量△B(t)大于所述第二预设阈值时，判定所述转炉的实时炉渣状态为喷溅状态；
所述第三判定子单元(115)，在所述炉气瞬时变化量△B(t)大于等于所述第一预设阈值，且小于等于所述第二预设阈值时，判定所述转炉的实时炉渣状态为正常状态。
6.根据权利要求5所述的实时炉渣状态监测装置，其特征在于，所述控制单元(11)还包括：
信号发送子单元(116)，与所述第一判定子单元(113)、第二判定子单元(114)、、第三判定子单元(115)和所述转炉连接，用于根据所述转炉的实时炉渣状态C(t)，向所述转炉发出控制信号。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的实时炉渣状态监测装置，其特征在于，
所述探测杆(8)，包括在所述转炉的炉口设置的N个与炉口水平面平行的第一探测杆(8A)；
所述传感单元(9)，用于实时监测N个第一探测杆(8A)的每一时刻的振动状态aN(t)，记振动状态A(t)＝(a1(t)，a2(t)……aN(t))；
所述信号处理单元(10)，用于根据N个第一探测杆的每一时刻的振动状态aN(t)，计算每个第一探测杆处的每一时刻的炉气流量bN(t)；再利用公式(2)，计算所述炉口的每一时刻的炉气流量B(t)；
B(t)＝K1*b1(t)+K2*b2(t)……KN*bN(t) (2)；
其中，K1、K2……KN为所述第一探测杆的权重系数。
8.根据权利要求7所述的实时炉渣状态监测装置，其特征在于，
所述探测杆，还包括在所述第一探测杆(8A)上设置的补偿探测杆(8B)；
所述传感单元(9)，还用于实时监测所述补偿探测杆(8B)的每一时刻的振动状态a’N(t)；
所述信号处理单元，用于计算N个第一探测杆(8A)的每一时刻的补偿更新后的振动状态A(t)＝(a1(t)，a2(t)……aN(t))＝(a1(t)-a’1(t)，a2(t)-a’2(t)……aN(t)-a’N(t))；再根据N个第一探测杆的每一时刻的补偿更新后的振动状态aN(t)，计算每个第一探测杆处的每一时刻的炉气流量bN(t)；利用公式(2)，加权计算所述炉口的每一时刻的炉气流量B(t)；
B(t)＝K1*b1(t)+K2*b2(t)……KN*bN(t) (2)。
9.根据权利要求8所述的实时炉渣状态监测装置，其特征在于，
所述探测杆(8)，还包括在所述转炉的炉口设置的M个与炉口水平面垂直的第二探测杆(8C)；
所述传感单元(9)，还用于实时监测所述第二探测杆(8C)的每一时刻的振动状态a”M(t)；
所述信号处理单元(10)，还用于根据M个第二探测杆的每一时刻的振动状态a”M(t)，计算每个第二探测杆处的每一时刻的炉气流量b’M(t)；记B’(t)＝(b’1(t)，b’2(t)……b’M(t))；利用公式(3)，加权计算所述炉口的每一时刻的炉气流量B’(t)
B’(t)＝K’1*b’1(t)+K’2*b’2(t)……K’M*b’M(t) (3)
利用公式(4)，计算更新的炉口的每一时刻的炉气流量B(t)。
Figure FDA0003155681220000041
其中K’1、K’2……K’M为所述第二探测杆的权重系数。
10.根据权利要求9所述的实时炉渣状态监测装置，其特征在于，所述第一探测杆、所述第二探测杆的位置根据高斯勒让德多项式
Figure FDA0003155681220000042
的代数根XN设置。
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