一种控制钢包倒渣量的方法与流程

本发明涉及钢铁冶金技术领域，具体涉及一种控制钢包倒渣量的方法。

背景技术：

在钢铁冶金时，需要较为准确地控制渣量。冶炼渣起着隔离外部空气，防止钢水氧化，减少钢水降温，吸附夹杂物的作用。但冶炼渣的量并不是越多越好，过多的渣量的会增加冶炼成本，增加熔化吸热，增加能源消耗，加重环境污染，甚至适得其反，出现降低冶金质量的情况等。因此，适当的渣量也成为考核冶金水平的一个方面。

冶金工作者开展了大量工作研究冶炼渣的化学成分、配比、加入顺序、添加方式，以实现冶炼渣的控制；在此过程中，必然涉及到渣量的改变和碱度的调整。为了减少下一工序的渣中有害元素向钢水中的扩散、便于下一工序调整碱度或者重新造渣，需要减少钢铁容器中已有冶炼渣的量，尤其是需要减少已经发挥过冶炼作用的冶炼渣的含量。

目前来说，减少冶炼渣的方法主要有捞渣法、倒渣法、真空吸渣法和机械扒渣法等。相对于其他方法，倒渣法不需要额外的设备投资，也不占用有限的冶炼空间，但存在着倒渣量不易控制的缺点。如果在倒渣法中能够实现较为精确地倒渣量控制，对于稳定生产、降本增效来说，均具有一定的经济意义和社会意义。基于此，本发明提供一种控制钢包倒渣量的方法。

技术实现要素：

针对倒渣法倒渣量不易控制的问题，本发明提供一种控制钢包倒渣量的方法，本方法通过测定渣面距离钢包上沿的距离、冶金渣厚度等数据，并根据各数据之间的几何关系确定钢包的倒渣量，实现了对冶金生产中从钢包向外倾倒冶金渣过程的控制。

一种控制钢包倒渣量的方法，所述方法包括以下步骤：

s1：将内径为r的钢包竖直移动到倒渣位置，并保证钢包渣液液面与钢包中轴线垂直；

s2：设定倒渣完成时倒渣位置正上方的测量点m到钢包上表面内沿上一点e的目标距离l0；

s3：倾斜钢包，开始倒渣，不断测定测量点m到钢包上表面内沿上一点e的距离l，并将获得的距离l作为实时参量输入控制系统；

s4：当距离l达到倒渣要求的目标距离l0时，控制系统发出实时信号，钢包停止倾倒。

进一步的，所述s3为在测量点m处设置激光测距仪，采用激光测距仪测定测量点m到钢包上表面内沿上一点e的距离l。

进一步的，所述点e为钢包上表面内沿上的任意一点。

进一步的，所述目标距离l0的确定方法包括以下步骤：

s201：测定倒渣位置正上方的测量点m到钢包上沿的距离hu、测量点m到渣液上液面的距离hu+he0和测量点m到钢包吊耳中心位置所在水平面的距离hu+hb；

通过测量上述距离，可确定渣液上液面到钢包上沿的距离为he0，钢包内部渣液上液面上方空余空间的体积为πr²he0，其中r可由测量得到或由钢包生产厂家提供；

s202：测量初始渣厚hs0；

通过测定初始渣厚hs0计算冶金渣的初始体积为πr²hs0；

s203：根据预留渣渣厚求出倾斜角α，所述预留渣渣厚为hs；

所述预留渣渣厚由技术人员根据实际生产需要决定。在倾倒冶金渣过程中，钢液不流出，仅有冶金渣从钢包的一侧边沿流出，钢包内上部空余空间为斜截直圆柱体，该斜截圆柱的体积ve为钢包倾倒前渣液上液面上方空余空间的体积与所倒出的冶金渣的体积之和，即满足如下关系：

ve＝πr³tanα＝πr²(hs0-hs)+πr²he0，

可得tanα＝(he0+hs0-hs)/r，求得α＝arctan[(he0+hs0-hs)/r]；

s204：在钢包倾斜α角度状态下，根据目标距离l0与角度α之间存在的余弦定理关系：

l0²＝(r/sinθ)²+(hu+hb)²–2(r/sinθ)(hu+hb)cos(α+θ)，

即l0²＝(r/sinθ)²+(hu+hb)²–2(r/sinθ)(hu+hb)cos{arctan[(he0+hs0-hs)/r]+θ}，确定l0的值，

其中，θ为钢包吊耳中心位置所在水平面与钢包中轴线的交点b到钢包上表面内沿任一点e的连线与钢包内壁的夹角。

进一步的，所述s201为在测量点m处设置激光测距仪，采用激光测距仪测定测量点m到钢包上沿的距离hu、测量点m到渣液上液面的距离hu+he0和测量点m到钢包吊耳中心位置所在水平面的距离hu+hb。

进一步的，所述s202为根据测量点m到渣液上液面的距离hu+he0，将渣厚装置探头移动到渣液上液面处，并逐渐向钢水深度方向移动，测得初始渣厚hs0。

渣厚装置测定初始渣厚hs0的原理为：渣厚装置的探头从渣液上液面处开始下行，在此过程中不断检测液态渣电阻，当渣厚装置的探头检测到的电阻值发生骤减时，说明渣厚装置的探头达到渣钢界面位置。

进一步的，所述控制钢包倒渣量的方法还包括以下步骤：

s5：将钢包竖直，测定倾倒后的渣厚hs’，比较渣厚hs’和预留渣厚hs的值，检验倒渣过程是否正常进行。

进一步的，所述s5为将钢包竖直，测定此时测量点m到渣液上液面的距离hu+he，根据测得距离将渣厚装置的探头移动到渣液上液面位置，并逐渐向钢水深度方向移动，测得倾倒后的渣厚hs’，比较渣厚hs’和预留渣厚hs的值，检验倒渣过程是否正常进行。

本发明提供的控制钢包倒渣量的方法涉及的钢包测量装置包括钢包和控制系统，所述钢包为顶部开口、底部有底的圆桶形结构，钢包外壁上对称设置有两个吊耳，钢包正上方设有激光测距仪，钢包和激光测距仪分别与控制系统电连接；所述钢包上方还设有渣厚装置，渣厚装置包括探头和升降杆，升降杆的一端与探头连接，升降杆的另一端与控制系统电连接。

该装置结构简单，激光测距仪可对钢包中渣液面距钢包上沿或测量点的距离进行测定，渣厚装置可利用不同介质中电阻的变化测定钢包中冶金渣的渣厚，有利于准确地掌握钢包倒渣过程中液位、渣厚等参数，能有效指导钢包倒渣的顺利、精准进行，促使钢包倒渣过程的自动化。

本发明的有益效果在于，

本发明提供一种控制钢包倒渣量的方法，本方法将难以测量的角度数值转化为容易测量的距离数值，通过对距离参数的控制实现对倒渣量的控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本方法涉及的钢包测量装置的结构示意图；

图2是钢包倒渣前竖直状态下的结构示意图；

图3是钢包倾斜α角度状态下的结构示意图；

图4是钢包倒渣后竖直状态下的结构示意图。

图中，1-钢包，2-吊耳，3-渣液，4-钢水，5-激光测距仪，6-升降杆，7-探头，8-控制系统。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

实施例1钢包测量装置

如图1所示，钢包1为顶部开口、底部有底的圆桶形结构，钢包1外壁上对称设置有两个吊耳2，钢包1正上方设有激光测距仪5，钢包1和激光测距仪5分别与控制系统8电连接；钢包1上方还设有渣厚装置，渣厚装置包括升降杆6和探头7，升降杆6的一端与探头7连接，升降杆6的另一端与控制系统8电连接。

生产时，钢包1内部装有渣液3和钢水4，渣液3具有一定的厚度，与钢水4和空气间分别存在着渣钢界面和渣气界面。钢包移动时，钢包的吊耳2由行车通过钢索、钢链等连接方式受力施加力量，发生升降、平移、沿耳子轴线倾斜。激光测距仪5可测量钢包1壁上和内部空间内多个位置点的距离，渣厚装置可测量探头7所在位置的电阻值，通过升降杆6的伸缩，探头7可实现上下移动，根据探头7所在位置电阻值的变化能够判断探头7所在位置。例如，渣厚装置的探头7由空中移动到渣空界面处，电阻值由断路状态的无穷大变为一定数值；探头7逐渐向钢水4深度方向移动，探头7会不断检测液态渣的电阻，当电阻值发生骤减时，说明探头7位于渣钢界面处。探头7从渣气界面移动到渣钢界面移动的距离即为冶金渣的厚度。

实施例2一种控制钢包倒渣量的方法

如图2-4所示，控制钢包倒渣量的方法包括以下步骤：

s1：将内径为r的钢包1竖直移动到倒渣位置，并保证钢包渣液3液面与钢包1中轴线垂直；

s2：设定倒渣完成时倒渣位置正上方的测量点m到钢包1上表面内沿上任一点e的目标距离l0；

目标距离l0的确定方法包括以下步骤：

s201：在测量点m处设置激光测距仪5，采用激光测距仪5测定倒渣位置正上方的测量点m到钢包1上沿的距离hu、测量点m到渣液3上液面的距离hu+he0和测量点m到钢包吊耳2中心位置所在水平面的距离hu+hb；

通过测量上述距离，可确定渣液3上液面到钢包1上沿的距离为he0，钢包1内部渣液3上液面上方空余空间的体积为πr²he0，其中r可由测量得到或由钢包生产厂家提供；

s202：根据测量点m到渣液3上液面的距离hu+he0，将渣厚装置探头7移动到渣液3上液面处，并逐渐向钢水4深度方向移动，测得初始渣厚hs0；

通过测定初始渣厚hs0计算冶金渣的初始体积为πr²hs0；

s203：根据预留渣渣厚求出倾斜角α，所述预留渣渣厚为hs；

所述预留渣渣厚由技术人员根据实际生产需要决定。在倾倒冶金渣过程中，钢液不流出，仅有冶金渣从钢包1的一侧边沿流出，钢包1内上部空余空间为斜截直圆柱体，该斜截圆柱的体积ve为钢包1倾倒前渣液3上液面上方空余空间的体积与所倒出的冶金渣的体积之和，即满足如下关系：

ve＝πr³tanα＝πr²(hs0-hs)+πr²he0，

可得tanα＝(he0+hs0-hs)/r，求得α＝arctan[(he0+hs0-hs)/r]；

s204：在钢包1倾斜α角度状态下，根据目标距离l0与角度α之间存在的余弦定理关系：

l0²＝(r/sinθ)²+(hu+hb)²–2(r/sinθ)(hu+hb)cos(α+θ)，

即l0²＝(r/sinθ)²+(hu+hb)²–2(r/sinθ)(hu+hb)cos{arctan[(he0+hs0-hs)/r]+θ}，确定l0的值，

其中，θ为钢包吊耳2中心位置所在水平面与钢包1中轴线的交点b到钢包1上表面内沿任一点e的连线与钢包1内壁的夹角；

s3：倾斜钢包1，开始倒渣，在测量点m处设置激光测距仪5，采用激光测距仪5不断测定测量点m到钢包1上表面内沿上任一点e的距离l，并将获得的距离l作为实时参量输入控制系统8；

s4：当距离l达到倒渣要求的目标距离l0时，控制系统8发出实时信号，钢包1停止倾倒。

实施例3一种控制钢包倒渣量的方法

在实施例2的基础上，控制钢包倒渣量的方法还包括以下步骤：

s5：将钢包1竖直，测定此时测量点m到渣液3上液面的距离hu+he，根据测得距离将渣厚装置的探头7移动到渣液3上液面位置，并逐渐向钢水4深度方向移动，测得倾倒后的渣厚hs’，比较渣厚hs’和预留渣厚hs的值，检验倒渣过程是否正常进行。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。