一种测量转炉熔池液面深度和相对位置的装置及方法与流程

本发明属涉及转炉冶炼领域，具体是指一种测量转炉高温金属液面深度和相对位置的装置以及测量方法。

背景技术：

目前，在炼钢生产中，往往需要进行转炉内金属液面基准高度的测量，以便准确知道金属液在转炉内的高度，进而调节顶吹氧枪的工作位置。现有的技术是使用一根长铁棒，在铁棒一端插入圆木块中，再将木块安装在氧枪喷孔内，然后下降氧枪，将氧枪下降一定高度后，使铁棒进入金属液一部分，然后抬起氧枪，通过高温熔体在铁棒上的熔痕进行判别金属液面的高度。这样操作存在着一定的弊端：1）木块和氧枪的金属喷头，热膨胀不同，在高温炉腔内金属喷头会有略微膨胀，木块易从氧枪喷头脱落，造成测量失败；2）转炉炉腔内温度约1000℃，金属液体约1200～1400℃，木块在此温度范围内燃烧非常快，亦容易出现脱落现象；3）在上述2）的条件下，对氧枪的操作要求比较高，既需要要将铁棒浸入金属液内有一定的燃损量，又不能让木块过烧，有一定的操作难度；4）转炉熔池底部有底吹孔，为保持底吹畅通，在整个转炉寿命周期中，氮气或者氩气一直被鼓入金属液体内，金属液体处于紊流状态，金属液的密度比较大，对浸入的铁棒在下降的过程中受到的产生水平方向不可预知的扰动阻力会随着深度的增加而增大，木块对铁棒紧固作用有限，容易偏斜，给测量带来误差；5）金属液的表面有渣层，当渣层结壳时，铁棒在下降的过程中受到的阻力容易偏斜，给测量带来很大的误差，甚至失败；6）由于木块易燃烧的限制，只能测量温度相比钢水要低铁水液面，不能测量钢水液面。

技术实现要素：

针对现有的技术不足，本发明的目的使提供一种能够准确测量高温液体深度、结构简单、安全实用、使用方便、可信度高的测量装置以及其液面测量的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种测量转炉熔池液面深度和相对位置的装置，包括测量杆，测量杆通过螺栓固定在氧枪上，其特征是：在氧枪上设有拉力传感器和位移编码器，在拉力传感器和位移编码器外加装保护罩。

所述测量杆可以是单支、双支、三支或者以上多脚的，本发明所具体实施方式中，是三支脚的。

所述测量杆为金属件，可以是铁质、钢质，但测量杆材质熔点应该等于或者大于所测液体熔点，若小于所测液体熔点，应不超过100℃。

所述金属测量杆横截面可以为圆形、环形、三角形、椭圆形、矩形、正方形、菱形、梯形或者多边形，也可以是l形、h形或者异形。

所述测量杆的长度应该大于熔池理论最高深度。

使用上述装置的测量方法，包括以下步骤：

（1）记录测量杆其测量段的长度；

（2）将测量杆从高温熔体液面上方垂直浸入到高温熔体内，同时保持机构稳定不动；

（3）在上述（2）完成后，将该测量杆保持在高温熔体内3～10秒，使得高温熔体在测量杆上产生熔痕，同时记录位移编码器运行的距离值；

（4）在上述（3）满足条件下，将该测量杆从高温熔体内提出；

（5）读取测量杆熔痕值，由上述该值和（1）中所述测量杆有效段长度、（3）中所述位移编码器的距离值得到测量时氧枪喷头端面距离高温熔体液面的相对距离值，作为工艺操作的参数的基准。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为使用本发明测量装置进行高温熔体液面测量的示意图。

图中：1-转炉，2-高温熔体，3-测量杆，4-螺栓，5-保护罩，6-拉力传感器，7-位移编码器，8-氧枪，9-氧枪上限位，10-测量时氧枪顶端，11-测量时氧枪喷头端面，12-高温熔体液面，13-圆台大端面，14-圆台小端面及球缺端面。

具体实施方式

为了更清晰表达本发明的技术手段,结合具体图例加以说明。

请参阅图1、2所示，一种测量转炉熔池液面深度和相对位置的装置，包括测量杆3，测量杆3通过螺栓4固定在氧枪8上，在氧枪8上设有拉力传感器6和位移编码器7，在拉力传感器和位移编码器外加装保护罩5。

所述测量杆3可以是单支、双支、三支或者以上多脚的，本发明所具体实施方式中，是三支脚的。

所述测量杆3为金属件，可以是铁质、钢质，但测量杆材质熔点应该等于或者大于所测液体熔点，若小于所测液体熔点，应不超过100℃。

所述金属测量杆3横截面可以为圆形、环形、三角形、椭圆形、矩形、正方形、菱形、梯形或者多边形，也可以是l形、h形或者异形。

所述测量杆3的长度应该大于熔池理论最高深度。为了稳固，本发明的三支脚测量杆3平均分布在平面圆周上。本发明所述的三支脚测量杆3在长度方向在按照一定长度距离进行加固措施。本发明实例中在测量杆3长度方向分别在三分之一和三分之二处进行加强。本发明实例中的加强措施是将三支脚彼此用金属杆连接，形成三角平面予以加强。

上述装置的测量方法，包括以下步骤：

（1）将测量杆3从高温熔体液面上方慢速垂直浸入到高温熔体内，到达要求时保持机构稳定不动。测量液面深度时，注意观察拉力传感器6的拉力值，如果拉力值突降，说明已经接触底部，需将测量杆3略拉起，当拉力值恢复到突降前的拉力值范围时停止提升，保持测量杆稳定；仅测量熔体液面位置时，将测量杆3下降到高温熔体液面下即可，保持测量杆稳定；

（2）在上述（1）完成后，将测量杆3保持在熔体内3-10秒，使得高温熔体充分在测量杆3上产生熔痕；同时记录下行时的位移编码器7的变化值a，即氧枪上限位9和测量时氧枪顶端10的距离；

（3）在上述（2）满足条件下，将测量杆3从高温熔体内快速提出；

（4）读取测量杆3上熔体熔痕范围值d。

具体为，

高温熔体在转炉内的所占体积v分为三部分，

v球缺＝（1）

v圆台＝（2）

v圆柱＝（3）

高温熔体质量m＝（4）

其中，为圆周率，取3.1416；为球缺体高；为圆台小端面及球缺端面14的半径；为球缺体的高；为圆台体的高；为圆台大端面13、圆柱体的端面的半径；为圆柱体的高；为高温熔体密度；

由公式（4）可以计算出，新炉理论熔池液面高度e0,

e0=(5)

测量高温熔体深度时，应满足

n=(6)

故可以得到，在测量杆下降到距离条件下，

=n-(7)

根据公式（7）的结果可计算，在条件下，

（i=1、2、3...）（8）

其中，n为测量杆有效测量距离；为测量时氧枪喷头端面11距离高温熔体液面12的距离，为首次测量结果，为根据首次测量结果规定的相对位置；为测量杆在高温熔体内的长度，该值由测量观测得到；为安全系数，1<<3；为达到相应位置而设定的相对调整量。

采用了上述高温熔体液面测量装置以及其液面深度的测量方法，可以简单快速安全测量出高温熔体的液面相对位置，对冶金行业转炉炼钢工艺操作提供了有力保障。

在此说明书中，本发明已经参照特定实施例在原理和操作方法上做了描述，但是还能作出各种修改和变换用在其他相关的技术领域而不背离本发明的范围，均同理包括在本发明的专利保护范围内，说明书以及附图应该被认为是说明性的而非限制性的。