CN1261657A - 炼钢中熔渣厚度的测量设备及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于测量熔渣厚度的设备及方法。设备包括电机,用于把浸入棒下放到钢水包中,和将其从中升起,钢水包中装有熔渣和钢水;编码器,输出对应于电机转速和转向的脉冲信号;计数器,实时计数编码器输出的脉冲信号,计算浸入棒的移动距离;测力仪,传感施加在浸入棒上的负荷变化。测力仪转换器,把该负荷变化转变为电信号;处理器控制计算机,通过浸入棒移动距离－负荷变化图,探测大气与熔渣之间以及熔渣与钢水之间的边界面,计算熔渣厚度。

Description

炼钢中熔渣厚度的测量设备及测量方法

本发明涉及测量熔渣厚度的设备及其方法，具体地说，涉及测量炼钢过程中，漂浮在钢水包中的钢水上的熔渣厚度的设备及方法。

熔渣通常是指在转炉生产钢水过程中产生的金属氧化物或非金属氧化物组成的多组分系统材料。熔渣是氧化物、菱铁矿、介质溶剂和难熔材料的熔融物SiO₂、CaO、FeO、MnO和MgO的混合物，该熔融物是由钢水中的硅、镁、磷及硫的氧化产生的。熔渣被用作除去钢中杂质的介质。为实现上述目的可通过吹氧过程中输入包括生石灰、石灰岩等的辅助材料，并收集吹氧过程中产生的氧化物来生产钢水。

在转炉中的大量熔渣流入钢水包的情况下，可能发生回磷和回硫，脱氧剂和合金铁的真实增益率被降低，熔渣成为降低钢的纯度的主要因素。因此，钢水包熔渣的制备及控制被认为是炼钢工业的关键性技术。另一方面，熔渣数量的信息对于获得最佳的熔渣成分是必不可少的。为此，应准确地测量转炉熔渣的流入量，对于先前的测量，要求测量钢水包中的熔渣的厚度。

测量熔渣厚度的常规方法可分为图1A中所示的肉眼测量法，图1B中所示的利用退火钢丝的测量法，以及图1C中所示的利用激光或电磁波的测量法。但是，由于常规方法不准确，并且再现性不够，因此常规方法不适于实际应用。即，肉眼测量法需要有经验的测量人员，并且随着测量人员的不同还会产生偏差。关于利用退火钢丝的测量法，会因退火钢丝浸入钢水包中熔渣的浸入时间和浸入角度的不同，导致厚度测量的偏差。而利用激光或电磁波的测量法，由于激光和电磁波在位于熔渣表面的固化熔渣上会被漫反射，因此也难以准确地测量熔渣的厚度。

为了解决上述问题，本发明申请人的韩国专利129,056号公开了一种用于测量熔渣厚度的设备，如图2所示。这种测量熔渣厚度的设备包括驱动器、测力仪6、指示器及个人计算机。驱动器由等速电机及导轨组成，等速电机具有一个小齿轮。根据该专利发明，当借助等速电机的运转，把浸入棒3下放到钢水包2，浸入棒3通过熔渣和钢水的时候，由测力仪6测量相对于浸入棒下降距离的负荷变动，测量结果传输给计算机，并由计算机在图上绘出。用户可根据绘制的图形获得熔渣的厚度。

但是，由于在把浸入棒3下放到钢水包2中的时候，固态熔渣会被浸入棒3推动，所测得的负荷是变动的，致使测量值不准确。因此，如图3所示，难以探测熔渣与钢水之间的边界面。这种情况下，由于需要反复升高和降低浸入棒3，直到获得正确的图形为止，因此测量变得非常麻烦。

另外，由于在编码器6的输出信号中掺有噪声，使得输出脉冲的数目改变，这样浸入棒3的下降距离不能准确地测得，从而导致测量误差。

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明的一个目的是提供一种用于测量熔渣厚度的设备及其方法，其中，当下放浸入棒时，探测大气与熔渣之间的边界面，当升高浸入棒时，探测熔渣与钢水之间的边界面，能够防止因固态熔渣使得探测熔渣与钢水之间的边界面产生误差，从而可以准确地测量熔渣的厚度。

本发明的另一目的是提供一种用于测量熔渣厚度的设备及其方法，防止当测量熔渣厚度时，因钢水包产生的辐射热而导致编码器和测力仪发生故障。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于测量熔渣厚度的设备，它包括一个电机，用于把浸入棒下放到盛有不同比重的熔渣和钢水的钢水包中，和从钢水包中升起浸入棒；一个编码器，输出对应于电机转速和转动方向的脉冲信号；一个计数器，实时计数编码器输出的脉冲信号，并计算浸入棒的移动距离；一个测力仪，传感施加在浸入棒上的负荷的变化；一个测力仪转换器，把传感的负荷变化转变为电信号；和一个处理器控制计算机，通过产生表示相对于浸入棒的移动距离的负荷变化的图，并根据该图，探测大气与熔渣之间的边界面以及熔渣与钢水之间的边界面来计算熔渣的厚度。

另外，本发明提供一种用于测量熔渣厚度的方法，它包括下述步骤：(A)当判断输入了开始测量熔渣厚度的命令时，下放浸入棒；(B)传感浸入棒的下降距离和施加在浸入棒上的负荷的变化，并以图形的形式输出相对于下降距离的负荷变化；(C)探测大气与熔渣之间的边界面；(D)当浸入棒到达预定的最低位置时，尽快升起浸入棒；(E)传感浸入棒的上升距离和施加在浸入棒上的负荷的变化，获得表示相对于上升距离的负荷变化的图形，并输出与步骤(B)中的所述图形结合，表示相对于上升距离的负荷变化的图形；以及(F)利用在步骤(C)获得的大气与熔渣之间边界面的位置值，和在步骤(E)获得的熔渣与钢水之间边界面的位置值，计算熔渣的厚度。

结合附图，根据下面的详细说明，将更清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和其它优点，其中：

图1A是常规的肉眼测量法的透视图；

图1B是利用退火钢丝的常规测量法的示意图；

图1C是利用激光或电磁波的常规测量法的示意图；

图2是用于测量熔渣厚度的另一常规设备的示意图；

图3是根据图2所示的设备，相对于浸入棒的下降距离的负荷变化图；

图4A是本发明的一个实施例的用于测量熔渣厚度的设备的侧视图；

图4B是本发明的测量单元的详细剖视图；

图5是本发明的用于测量熔渣厚度的设备的电气结构的方框图；

图6是本发明的编码器的输出波形图；

图7是本发明的用于测量熔渣厚度的方法的流程图；

图8是本发明的相对于浸入棒的移动距离的负荷变化图；

图9是本发明的熔渣厚度和从转炉排出的熔渣的数量之间的关系图。

图4A是本发明的测量熔渣厚度的设备的侧视图。图4B是本发明的测量单元的详细剖视图。

如图4A所示，根据本发明一个实施例的测量熔渣厚度的设备，包括驱动器、测力仪12、测量单元“A”和个人计算机。驱动器以等速下放和升高浸入棒3，测力仪12是用于测量负荷的传感器，测量单元测量相对于浸入棒3的下降距离的浸入棒3的负荷变动，个人计算机接收来自测量单元的传感信号。

驱动器由等速电机和导轨组成，导轨配有编码器14。等速电机和导轨安装在测量单元的内部。

测量单元“A”包括一个外部保护罩11、测力仪12和测力仪转换器13。测力仪12测量浸入棒3被放入钢水包中和从钢水包中升起时，施加在浸入棒3上的负荷的变动，测力仪转换器13把传感的负荷值转变为电信号，并输出该电信号。另外，测量单元配有氮气供气管16和氮气排气管17。为了冷却测量单元的内部，氮气供气管16供给氮气，氮气排气管17排放氮气。从而，防止了因钢水包2产生的辐射热而引起的测量单元的故障，这样便可正确地测量熔渣的厚度。

另一方面，浸入棒3的长度应大于熔渣层的厚度。浸入棒的下降速度应在浸入棒3不被熔于钢水中的范围内。应确定浸入棒3的重量，以防止浸入棒3被钢水流摇动，并易于操纵。此外，浸入棒3的形状最好为圆柱形，以便当升高和下放浸入棒3时，施加在浸入棒3的表面上的浮力变得均匀。

另一方面，图5是用于测量熔渣厚度的设备的电气结构的方框图。图6是本发明的编码器的输出波形图。

如图5所示，测量熔渣厚度的设备包括熔渣厚度测量开关18，电机15，编码器14，计数器19，测力仪12，测力仪转换器13，处理器控制计算机40和显示器30。厚度测量开关16[译注：应为18]接收用于开始熔渣厚度测量的起动信号，电机15用于下放和升高浸入棒3，编码器14检测电机15的驱动速度和转动方向，计数器19实时计数并输出编码器14检测的脉冲信号，测力仪12传感浸入棒3的负荷变化，测力仪转换器13把传感的负荷变化转变为电信号，处理器控制计算机40通过产生表示相对于浸入棒3移动距离的负荷变化的图形，并根据该图形检测大气与熔渣之间的边界面，以及熔渣与钢水之间的边界面，计算熔渣的厚度，显示器30在屏幕上输出表示相对于浸入棒3移动距离的负荷变化的图形，并显示熔渣的厚度。

在上述结构中，编码器14检测电机15的转速和转动方向。这时，输出检测的结果，如图6所示。输出信号由三对信号组成，表示根据电机15的转动速度的纯脉冲信号的信号对A和A′，表示电机15的转动方向的信号对B和B′，以及表示电机15的转动方向的信号对C和C′。这样，当信号A和A′比B相信号更早出现时，则判断电机15沿正常方向转动。而当信号B和B′比信号A和A′更早出现时，则判断电机沿相反方向转动。

本发明采用一种方法，这种方法是，在来自编码器14的三对信号通过计数器19被输入，并在计算了这三对信号之间的相差之后，输入脉冲数目，从而可以尽管只有一相中产生了噪声，并且脉冲数目被改变，而剩余信号对未发生改变时，消除因判断这些信号为噪声所造成的浸入棒移动距离的误差。

下面将结合附图说明本发明的一种用于测量熔渣厚度的方法。

图7是测量熔渣厚度的方法的流程图。图8是相对于浸入棒3的移动距离的负荷变化的曲线图。

参见图7和8，下面来说明测量熔渣厚度的方法。当在步骤S10，用户输入熔渣厚度测量开关18的“接通”信号时，电机5沿正常方向运转，以便将浸入棒3下放到步骤S12。这时，编码器14根据电机15的反向转动运转，传感运转速度，并根据传感到的运转速度把经计数器19计数之后的脉冲信号输入处理器控制计算机40。

在步骤S14，当借助电机15的运转下放浸入棒3时，测力仪12传感施加在浸入棒3上的负荷的变化。这时，传感得到的负荷值被转变为电信号，该电信号被输入处理器控制计算机40。随后，处理器控制计算机40根据电机15的运转计算浸入棒的移动距离，并输出表示每个移动时刻下的负荷变化的曲线图，例如图8。

当浸入棒3从初始位置(该位置被设定为基准位置的0毫米)移动到大气与熔渣之间的边界面的时候，由测力仪12在某一误差范围内传感负荷变化。另一方面，在浸入棒3的下端接触大气与熔渣之间的边界面(例如，位于浸入棒3的移动距离为262毫米位置的表面)之后，当浸入棒3被进一步下放时，由于大气与熔渣之间的比重差异产生的浮力，浸入棒3在熔渣中的重量值的降低比浸入棒3在大气中重量值的降低更大。根据大气与熔渣之间比重的差异，确定负荷值降低的梯度。

在步骤S18，处理器控制计算机40计算负荷变化值，并通过确定计算得到的负荷变化值是否对应于大气与熔渣之间的边界面，探测大气与熔渣之间的边界面(指的是图8中的

梯度)。这时，当浸入棒3到达大气与熔渣之间的边界面时，浮力B_alg可由等式1表示，施加在浸入棒3上的真实负荷值W₁可由等式2表示。

[等式1]

B_alg＝πr²t₁d_slag

式中B_alg、π、r、t₁和d_slag分别表示熔渣施加在浸入棒3上的浮力、圆的圆周和其直径之比、浸入棒3的半径、熔渣层的厚度及熔渣层的密度。

[等式2]

W₁＝W-B_slag

式中，W₁、W和B_slag分别表示施加在浸入棒3上的真实负荷、浸入棒3的重量及熔渣施加在浸入棒3上的浮力。

当在步骤S20中探测到大气与熔渣之间的边界面时，在步骤S22中，处理器控制计算机40输出用于操纵电机15的信号，以便把浸入棒3从浸入棒3的移动距离为262毫米的位置降低到浸入棒3的移动距离为180毫米的位置。随后，在步骤S24，编码器14根据电机15的运转速度，检测脉冲信号，计数器19计数该脉冲信号，并把对应于浸入棒3的移动距离的该信号输入处理器控制计算机40。于是，在步骤S26，判断从计数器19输入的浸入棒3的移动距离是否是442毫米，根据该442毫米，浸入棒3从大气与熔渣之间的边界面开始的移动距离是180毫米，在该边界面位置，浸入棒3的移动距离为262毫米。当浸入棒3移动大于180毫米的距离时，电机15沿相反方向转动，从而进入步骤S28，升起浸入棒3。

当浸入棒3被升起时，测力仪12传感当浸入棒3被升起时产生的负荷变化。借助测力仪转换器13，将传感到的负荷值输入处理器控制计算机40。这时，浸入棒3处于钢水中，由于钢水与熔渣之间比重的差异，负荷值沿着图8的 梯度改变。图8的梯度

大于浸入棒3处于熔渣层中的梯度。获得表示相对于升高距离的负荷变化的图，并把该负荷变化图与先前获得的表示相对于下降距离的负荷变化的图相结合。

当浸入棒3浸入钢水中时，钢水施加在浸入棒3上的浮力B_metal可由等式3表示，而施加在浸入棒3上的真实负荷W₂可由等式4表示。

[等式3]

B_metal＝πr²t₂d_metal

式中B_metal、π、r、t₂和d_metal分别表示钢水施加在浸入棒3上的浮力、圆的圆周和其直径之比、浸入棒3的半径、浸入棒3的浸入深度及钢水的密度。

[等式4]

W₂＝W-B_slag-B_metal

式中，W₂、W、B_slag和B_metal分别表示施加在浸入棒3上的真实负荷、浸入棒3的重量、熔渣层施加在浸入棒3上的浮力及钢水施加在浸入棒3上的浮力。

另一方面，噪声数据被丢弃，通过比较当升起浸入棒3时检测的负荷图中关于钢水范围的数据，辨别噪声数据。从首先过滤的稳定数据的初始数据向首先过滤的稳定数据的最后数据划一条线。另外，通过把该条线上的值和实际数据的值进行比较，丢弃偏离一定限度的数据。利用其次过滤的稳定数据的最小二乘法，得到钢水的回归方程式。于是，由于是利用钢水的稳定范围内的稳定数据，得到钢水的回归方程式，因此即使存在许多噪声，也可得到钢水的准确回归方程式。

在电机15反向运转使浸入棒3上升，当浸入棒3到达熔渣与钢水之间的边界面时，相对于浸入棒3的负荷值，在熔渣与钢水之间边界面的负荷变化梯度小于由回归方程式计算的在钢水中的负荷变化梯度。这是由于熔渣与钢水之间比重的差异导致施加在浸入棒3上的浮力发生改变而引起的。

另一方面，为什么在升起浸入棒3的时候，探测熔渣与钢水之间边界面的原因是，当下放浸入棒3的时候，固态熔渣被浸入棒3向下推动，从而使得这时不能准确地探测负荷变化的改变。即，当浸入棒3从浸泡在钢水中的位置升起的时候，通过传感施加在浸入棒3上的负荷的变化，准确地探测熔渣与钢水之间的边界面。这是因为当升起浸入棒3时，固态熔渣不会引起负荷变化的误差。

当在步骤S3[译注：应为S34]判断检测到熔渣与钢水之间的边界面时，在步骤S36，通过电机15的反方向运转，使浸入棒3通过熔渣与钢水之间的边界面，并被升高到熔渣层。之后，当判断由于电机15的反向运转，浸入棒3通过大气与熔渣之间的边界面，并返回初始位置时，在步骤S40，处理器控制计算机40停止电机15的运转。在步骤S42，根据下放和升高浸入棒3时检测到的负荷变化图，计算熔渣的厚度。这时，熔渣的厚度是通过从到熔渣与钢水之间的边界面的移动距离中减去到大气与熔渣之间的边界面的移动距离而得到的值，即从82毫米中减去350毫米得到的82毫米[译注：斜体数值有误，原文如此]。

另一方面，在测量熔渣厚度的设备中，当测量熔渣的厚度时，由于通过氮气供气管16和氮气排气管17连续供给氮气，因此可防止因产生自钢水包2的辐射热，而导致编码器14和测力仪12发生故障。

图9表示了熔渣的厚度和从转炉排出的熔渣数量之间的关系。如图9所示，根据由本发明的方法获得的熔渣厚度的真实值，和从转炉排出的熔渣的测量值，熔渣的厚度和从转炉排出的熔渣数量之间的关系可由一次方程式表示(例如，y＝0.8x-13.83，其中y和x分别表示从转炉排出的熔渣的数量和熔渣的厚度)。这样，利用本发明的设备和上面的一次方程式，可容易地得到从转炉排出的熔渣的数量。

如上所述，本发明提供了一种用于测量熔渣厚度的设备及其方法，其中当下放浸入棒时，探测大气与熔渣之间的边界面，当升起浸入棒时，探测熔渣与钢水之间的边界面，从而可以防止因固态熔渣引起的探测熔渣与钢水之间边界面的误差，能够准确地测量熔渣的厚度。

另外，本发明提供一种用于测量熔渣厚度的设备及其方法，具中当放下和升起浸入棒时，该设备和方法分别自动操作和自动执行，从而改进精度和可靠性，并防止人工操作设备和执行方法时可能发生的安全问题。此外，本发明提供一种用于测量熔渣厚度的设备及其方法，可以消除因高热引起的噪声，并在两级过滤测量数据，从而能够得到准确的测量结果。

虽然已公开的本发明的最佳实施例是出于举例说明的目的，但是要认识到，在不脱离本发明附加的权利要求中公开的范围和精神的情况下，本领域中的技术人员能够作出各种修改、添加和替换。

Claims (3)

1.一种用于测量熔渣厚度的设备，它包括：

一个电机，用于把浸入棒下放到钢水包中，并从钢水包中升起浸入棒，钢水包中装有比重不同的熔渣和钢水；

一个编码器，输出对应于电机转速和转动方向的脉冲信号；

一个计数器，实时计数编码器输出的脉冲信号，并计算浸入棒的移动距离；

一个测力仪，传感施加在浸入棒上的负荷的变化；

一个测力仪转换器，把传感的负荷变化转变为电信号；

一个处理器控制计算机，通过产生表示相对于浸入棒的移动距离的负荷变化的图，并根据该图，探测大气与熔渣之间的边界面以及熔渣与钢水之间的边界面，计算熔渣厚度。

2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于：所述的电机，所述的测力仪和所述的测力仪转换器均安装在一个保护罩内部，以便屏蔽产生自钢水包的辐射热，在所述的保护罩上安装用于向所述的保护罩内部供给氮气的氮气供气管，和用于从所述的保护罩内部排出氮气的氮气排气管。

3.一种用于测量熔渣厚度的方法，它包括下述步骤：

(A)当判断输入了开始测量熔渣厚度的命令时，下放浸入棒；

(B)传感浸入棒的下降距离和施加在浸入棒上的负荷的变化，并以图形的形式输出相对于下降距离的负荷变化；

(C)探测大气与熔渣之间的边界面；

(D)当浸入棒到达预定的最低位置时，尽快升起浸入棒；

(E)传感浸入棒的上升距离和施加在浸入棒上的负荷的变化，获得表示相对于上升距离的负荷变化的图形，并输出与步骤(B)中的所述图形结合后的表示相对于上升距离的负荷变化的图形；和

(F)利用在步骤(C)获得的大气与熔渣之间边界面的位置值，和在步骤(E)获得的熔渣与钢水之间边界面的位置值，计算熔渣的厚度。

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