一种转炉溅渣护炉控制系统及方法与流程

本发明属于转炉溅渣技术领域，更具体地，本发明涉及一种转炉溅渣护炉控制系统及方法。

背景技术：

全球转炉炼钢技术范围中，采取出钢结束后采用顶枪吹气提供能量将剩余炉渣溅起并粘附在转炉炉衬上，形成附加渣层来保护炉衬的所谓溅渣护炉技术已发展多年，应用十分广泛。但实际实施中各企业的工艺方法、操作模式，炉渣物性及相关设备、设施参数设计等等，有一定的差别，都是完全依靠经验盲目进行溅渣过程控制，无法判断炉渣的物理性质的变化并做出相应的优化控制，导致护炉过程炉渣不能充分利用，往往对炉衬出现局部欠补强和局部过补强，使得炉型不规则程度加剧，炉衬厚度的维护的效果也不能稳定地保证，一方面影响转炉炼钢过程的平顺，另一方面还可能需要额外停炉用耐火材料进行补炉，影响了转炉的成本和有效作业率。

技术实现要素：

本发明提供一种转炉溅渣护炉控制系统，基于音频值来控制溅渣部位，提高溅渣的效率。

本发明是这样实现的，一种转炉溅渣护炉控制系统，所述系统包括：设于转炉内的声纳装置，激光测距仪，激光测距仪、声纳装置与plc控制器连接；

声纳装置基于采集到的噪音信号形成音频曲线，并输出至plc控制器，plc控制器上集成有转炉炼钢二级模型；

激光测距仪检测炉衬各点的厚度，将检测到的炉衬厚度值发送至plc控制器，plc控制器基于声纳装置输出的音频曲线来调节溅渣枪位的位置及氮气的流量，使得炉渣溅渣至炉衬厚度薄的部位。

进一步的，麦克风，设于麦克风上的保护套，麦克风与前置放大器连接，前置放大器与音频处理仪连接，音频处理仪与plc控制器连接，plc控制器与显示器连接；

麦克风将转炉内的噪音音频信号转换成电信号，输出到前置放大器，前置放大器对电信号进行放大，并输出至音频处理仪，音频处理仪将电信号转换成音频信号，形成音频曲线，并发送至plc控制器，plc控制器将溅渣枪的枪位及氮气流量发送至显示器进行显示。

本发明是这样实现的，一种转炉溅渣护炉控制方法，所述方法具体包括如下步骤：

s1、激光测距仪检测炉衬各点的厚度；

s2、当炉衬底部的厚度过薄时，通过转炉炼钢二级模型实现模型控制溅渣枪的枪位及氮气流量，使得音频曲线中的音频值处于低音频区，低音频区的音频区间为20-35hz；

s3、当炉衬的熔池部位的厚度过薄，通过转炉炼钢二级模型实现模型控制溅渣枪的枪位及氮气流量，使得音频曲线中的音频值处于中音频区，中音频区的音频区间为35-70hz。

进一步的，当溅渣枪的枪位设置在2.5-3.5米之间，n2流量60000-63000nm³/h之间时，音频曲线中的音频值处于低音频区；

溅渣枪的枪位是指相对枪位，即溅渣枪距离熔池液面的高度。

进一步的，当溅渣枪的枪位设置在0.5-2.0米之间，n2流量65000-68000nm³/h之间时，音频曲线中的音频值处于中音频区。

本发明提供的转炉溅渣护炉方法具有如下有益技术效果：利用现代计算机技术并结合音频检测技术，探索音频值与溅渣部位的变化规律，基于音频值来调节溅渣枪的枪位及氮气流量，实现间接对炉渣状况和溅渣效果进行监控和判断，从而减少盲目性，提高溅渣的效率和效果，便于转炉炉型控制，有利于延长转炉长寿。

附图说明

图1为本发明实施例提供的转炉溅渣护炉方法流程图；

图2为本发明实施例提供的溅渣前炉衬底部的厚度图；

图3为本发明实施例提供的控制音频曲线的音频值处于低音频区，溅渣后的炉衬底部厚度图；

图4为本发明实施例提供的溅渣前熔池部位的厚度图；

图5为本发明实施例提供的控制音频曲线的音频值处于中音频区，溅渣后的熔池部位的厚度图；

图6为本发明实施例提供的8127炉溅渣护炉数据处理结果；

图7为本发明实施例提供的8247炉溅渣护炉数据处理结果。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

该转炉溅渣护炉系统包括：设于转炉内的声纳装置，激光测距仪，激光测距仪、声纳装置与plc控制器连接；

声纳装置基于采集到的噪音信号形成音频曲线，并输出至plc控制器，plc控制器上集成有转炉炼钢二级模型；

激光测距仪检测炉衬各点的厚度，将检测到的炉衬厚度值发送至plc控制器，plc控制器基于声纳装置输出的音频曲线来调节溅渣枪位的位置及氮气的流量，使得炉渣溅渣至炉衬厚度薄的部位。

本发明实施例中，转炉的炉衬分为两个部位，炉衬底部及熔池部位，熔池部位位于炉衬底部之上，炉衬厚度薄/过薄的部位是指厚度低于预设厚度的部位。

在本发明实施例中，该声纳装置包括：

麦克风，设于麦克风上的保护套，麦克风与前置放大器连接，前置放大器与音频处理仪连接，音频处理仪与plc控制器连接，plc控制器与显示器连接，麦克风保护套用于保护麦克风；

麦克风将转炉内10-200hz的噪音音频信号转换成电信号，输出到前置放大器，前置放大器对电信号进行放大，并输出至音频处理仪，音频处理仪将电信号转换成音频信号，形成音频曲线，并发送至plc控制器，plc控制器将溅渣枪的枪位及氮气流量发送至显示器进行显示。

溅渣护炉通过溅渣枪向渣池喷吹高压氮气，在氮气射流的冲击作用下，渣被气流溅起并随反射气流溅向炉衬。因此，在炉渣的流动性符合要求的前提下，溅渣效果取决于溅渣枪的枪位和气体流量，因为溅渣枪的枪位和气体流量的变化决定了气流冲击渣池时两者的相互作用力，进而影响溅渣。不同强度气流冲击炉底时形成冲击坑形貌不同并且气流冲击产生的音频不同。

由于不同强度气流冲击炉底时形形成冲击坑形貌不同并且气流冲击产生的音频不同。溅渣音频高时，说明气流对炉底渣冲击强度大，导致整个炉衬溅渣量增大，在炉衬上最高溅渣位置上移，同时，耳轴上方部位也随着压力升高溅渣量增大。溅渣音频低时，说明气流对炉底冲击强度小，整个炉衬溅渣量小，在炉衬上最高溅渣位置下移，同时，炉衬底部位溅渣量增大。

图1为本发明实施例提供的转炉溅渣护炉方法流程图，该方法具体包括如下步骤：

s1、激光测距仪检测炉衬各点的厚度；

s2、当炉衬底部的厚度过薄时，通过转炉炼钢二级模型实现模型控制溅渣枪的枪位及氮气流量，使得音频曲线中的音频值处于低音频区，低音频区的音频区间为20-35hz；

溅渣枪位设置在2.5-3.5米之间，该溅渣枪的枪位是指相对枪位，即溅渣枪距离熔池液面的高度，n2流量60000-63000nm³/h之间，当转炉炉衬底部的厚度过薄时，转炉炼钢二级模型调整溅渣枪枪位及氮气流量保证音频曲线的音频值在低音频区间，从使炉渣溅渣至炉衬底部，而达到保护炉衬底部的效果。

图2为溅渣前炉衬底部的厚度，图3为控制音频曲线的音频值处于低音频区，溅渣后的炉衬底部厚度，通过对比图2及图3可知：控制音频曲线的音频值处于低音频区时，对炉底的溅渣效果较好，溅渣前炉底厚度最低值为618mm，最高值为996mm，溅渣后提高到最低值为752mm，最高值为1082mm。

s3、当炉衬的熔池部位的厚度过薄，通过转炉炼钢二级模型实现模型控制溅渣枪的枪位及氮气流量，使得音频曲线中的音频值处于中音频区，中音频区的音频区间为35-70hz；

溅渣枪位设置在0.5-2.0米之间，n2流量65000-68000nm³/h之间，中音频区间代表溅渣炉渣粘结到炉衬上的熔池部位，当转炉熔池较厚度过薄时，转炉炼钢二级模型调整溅渣枪枪位及氮气流量保证音频曲线的音频值在中音频区间，从使炉渣溅渣至熔池部位，而达到保护熔池的效果。

图4为溅渣前熔池部位的厚度，图5为控制音频曲线的音频值处于中音频区，溅渣后的熔池部位的厚度，对熔池的溅渣效果较好，溅渣前熔池厚度最低值为512mm，最高值为763mm，溅渣后提高到最低值为546mm，最高值为835mm。

在本发明实施例中，步骤s2与步骤s3并无先后顺序之分。

本发明提供的转炉溅渣护炉方法具有如下有益技术效果：利用现代计算机技术并结合音频检测技术，探索音频值与溅渣部位的变化规律，基于音频值来调节溅渣枪的枪位及氮气流量，实现间接对炉渣状况和溅渣效果进行监控和判断，从而减少盲目性，提高溅渣的效率和效果，便于转炉炉型控制，有利于延长转炉长寿。

溅渣枪的枪位及氮气流量的探索过程具体如下：

首先利用物理模型对溅渣过程动力学进行研究，探明了氧枪枪位、压力、渣量、炉渣粘度和氧枪喷孔角度对溅渣声音音频值的影响；同时利用数学模型和现有数据库对炉渣模型进行了一系列研究，得出了溅渣过程中氧枪枪位、压力、渣量、炉渣粘度和氧枪喷孔角度对和之间音频值的关系；在此基础上，根据现场条件制定了溅渣方案，进行了一系列的现场实验。

对于溅渣效果的检测采用每炉实验溅渣前后进行测厚，研究溅渣效果。或连续多炉实验，对首尾两炉溅渣后测厚研究炉衬侵蚀程度。数据分析方法为对溅渣前后熔池测量结果求差，分析炉壁不同部位的增厚程度，以此判断溅渣效果。图6为1号炉8127炉次数据处理结果。其中正值代表增厚，负值代表熔池剥落。此炉溅渣层厚度均匀，效果较好。图7为1号8247炉溅渣效果，从图中可以看出，熔池增厚不明显，表明熔池效果较差，同时，出钢口附近及其下部位置出现渣层剥落现象，个别炉次剥落范围和厚度均较大。综合实验结果发现，此现象在整个实验过程中较为普遍，其原因可能为：溅渣层熔点较低，溅在炉壁上以后，摇炉测厚时并没有完全凝固，强度不够，在重力作用下剥落。然后分析溅渣音频曲线，1号炉8127炉次音频曲线基本分布在中音频区。1号炉8147炉次音频曲线基本分布在低音频区。

物理模拟其实就是保证原型与模型几何相似、动力相似且相似准数相等，将转炉原型按一定的比例缩小，以常温液体代替原型中的介质，通过测定各个参数，找出模型与原型的联系规律。在炼钢过程中所使用的物理模拟主要是指水模拟，即用水的流动来模拟转炉中渣的流动。根据相似原理，如果该现象满足相似第二定理，则根据模型所推导出来的定律可以应用于原型。然而，实际的过程是相当复杂的。对于相似的动力学，水模拟实验必须确保模型和原型中的的雷诺数(re)和费鲁德数(fr)相等。当模型与实体之间的几何相似比不是1：1时，实现起来是非常困难。为了进行模型研究，我们必须采用近似模型的研究方法。我们通常所说的近似模型法就是在利用模型进行研究时，在保证起主导作用的准数相等的时候，要考虑到其它准数也要近似相等的方法。

溅渣护炉通过氧枪向渣池喷吹高压氮气，在氮气射流的冲击作用下，渣被气流溅起并随反射气流溅向炉壁。因此，在炉渣的流动性符合要求的前提下，溅渣效果取决于溅渣枪位和气体流量，因为枪位和气体流量的变化决定了气流冲击渣池时两者的相互作用，进而影响溅渣。不同强度气流冲击熔池时熔池形成冲击坑形貌不同。气流的强度的不同导致音频不同，是气体流量和枪位共同作用的结果。同时，由于氧枪位置、气体流量和炉型等并非处于绝对对称的状况，因此，现场操作过程中，统一参数稳定工况操作状况下，熔池冲击坑形状和熔渣飞溅状况也在一定程度上呈非稳定状况，

由于物理实验中溅渣状况在一定程度上处于非稳定状态，因此，很难对不同操作状况下溅渣状况进行量化分析，因此，利用摄像机对不同操作条件下的溅渣效果进行记录，再对转炉不同部位溅渣效果进行分析。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。