一种电炉冶炼钛渣的冶炼终点判断系统及方法与流程

技术特征：

1.一种电炉冶炼钛渣的冶炼终点判断系统，其特征在于，包括用于冶炼钛渣的电炉、定氧测定装置、数据采集器和运算器；

所述的定氧测定装置位于所述电炉的上方，包括定氧探头、测枪和升降驱动器；该测枪竖直设置，下端与所述定氧探头连接，上端与所述升降驱动器连接；所述升降驱动器用于带动所述的测枪在竖直方向往复运动；

所述的测枪为空心管，所述的数据采集器通过设置在该空心管中的导线与所述定氧探头连接，用于收集并记录所述定氧探头测定的浓氧差电势信息和温度信息，并将其传输给所述运算器；所述运算器与所述数据采集器连接，用于计算氧势，并将其与运算器的数据库中的信息相比较，以判断冶炼终点；

所述的电炉顶部设有检测导管，用以供所述定氧探头进入以完成检定。

2.根据权利要求1所述的电炉冶炼钛渣的冶炼终点判断系统，其特征在于，所述的定氧探头包括耐高温砂体、用于检定浓氧差电势和温度的检测头；所述的耐高温砂体呈管状，其内部穿有导线，该所述耐高温砂体的上端设置有接插件，用于与所述测枪的下端形成可拆卸连接；所述的检测头固定在该耐高温砂体的下端。

3.根据权利要求2所述的电炉冶炼钛渣的冶炼终点判断系统，其特征在于，所述的检测头包括保护套、浓氧差电势检定管和温度检定管；所述的保护套呈一端敞口的筒形，其封闭端固定在所述的耐高温砂体的下端，该筒形的开口端朝下且设置有密封层，以使该筒形内部形成保护腔；

所述的浓氧差电势检定管呈密封的中空试管形，在该浓氧差电势检定管中还设置有竖直的铂丝，该铂丝的下端位于该浓氧差电势检定管的中间，其上端穿出所述的浓氧差电势检定管，并与设置在耐高温砂体中的导线连接；在所述的浓氧差电势检定管内部还填充有Cr和Cr₂O₃粉末，作为负极Cr/Cr₂O₃参比电极；所述的浓氧差电势检定管嵌在所述的密封层上，所述的浓氧差电势检定管上部位于所述的保护腔中，下部位于保护腔外；

所述的温度检定管为弯曲部设置在下方的U形管，该U管的一个直管的长度大于另一个，其中较长的直管为长管，较短的直管为短管；所述长管的上端位于所述的保护腔中；所述短管的上端固定于所述的密封层中；所述的U管中设置有热电偶，该热电偶的一端从短管的管壁穿出并穿入所述的浓氧差电势检定管中，与所述的铂丝连接在一起；该热电偶的另一端从长管的顶部穿出，并与设置在耐高温砂体中的导线连接。

4.根据权利要求3所述的电炉冶炼钛渣的冶炼终点判断系统，其特征在于，浓氧差电势检定管的管体为ZrO₂-CaO制成，所述的温度检定管由氮化硼制成，所述的密封层由氧化铝制成；所述的保护腔中填充有耐高温水泥。

5.根据权利要求1所述的电炉冶炼钛渣的冶炼终点判断系统，其特征在于，所述的数据采集器为定氧仪表分析仪；所述的运算器为计算机。

6.根据权利要求2所述的电炉冶炼钛渣的冶炼终点判断系统，其特征在于，所述的测枪外部包覆有CE纸管，以保护测枪。

7.一种电炉冶炼钛渣的冶炼终点判断方法，其特征在于，该方法基于权利要求3所述的电炉冶炼钛渣的冶炼终点判断系统，包括以下步骤：

1)测定温度、浓氧差电势：在传统冶炼周期结束前1h，启动升降驱动器带动测枪沿竖直方向从检测导管降入电炉中，使检测头插入熔渣表面以下200～300mm，测定10组以上的温度、浓氧差电势信息并传输给所述的数据采集器，所述的数据采集器收集并记录所述定氧探头测定的浓氧差电势信息和温度信息并传输给所述运算器；

2)计算氧势：运算器运用钛渣氧势数学模型对接收到的各组温度、浓氧差电势信息进行连续计算以得到相应个数的钛渣氧势值，作为测定点；

3)判断冶炼终点：将步骤2)得到的测定点与数据库中存储的阀值范围比较，当至少有5个测定点连续稳定在阀值范围内时，即可判断达到冶炼终点。

8.根据权利要求7所述的电炉冶炼钛渣的冶炼终点判断方法，其特征在于，步骤2)中所述的钛渣氧势数学模型的公式为：

$E=\frac{RT}{F}ln\frac{P_{O_2}^{II1/4}+P_e^{1/4}}{P_{O_2}^{I1/4}+P_e^{1/4}}$

式中，E为氧浓差电势，单位为V，由浓氧差电势检定管测得；R为气体常数，8.314J/(K·mol)；T为热力学温度，单位为K，由温度检定管测得；F为法拉第常数，96485C/mol；为待测钛渣氧分压，即钛渣氧势，无量纲；为负极Cr/Cr₂O₃参比电极氧分压，由参比电极材料决定，为一定值；Pe为电子空穴导电特征氧分压。

9.根据权利要求8所述的电炉冶炼钛渣的冶炼终点判断方法，其特征在于，Pe的计算式为：

lgP_e＝-73.63+0.031/T。

10.根据权利要求7所述的电炉冶炼钛渣的冶炼终点判断方法，其特征在于，步骤1)所述的测定预定组数的温度、浓氧差电势信息的操作为：当电炉炉内温度为1600℃～1800℃时，测定预定组数为15组；测定时启动升降驱动器带动测枪沿竖直方向将检测头插入熔渣表面以下200～300mm并保持7s～9.5s，然后启动升降驱动器带动测枪沿竖直方向向上运动，将检测头从检测导管取出；

前30min每间隔6min进行一次上述操作；30min以后，每间隔3min进行一次上述操作。