专利名称：冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置的制作方法
技术领域：
冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置[0001]技术领域[0002]本实用新型涉及一种冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置，属于工业过程实 时监测控制技术领域。[0003]背景技术[0004]熔池搅拌在冶金过程中的作用主要是提高熔池的传热、传质和冶金反应速率，从 而促进渣与金属混合，加快固体料熔化，缩短冶炼时间，加速有害元素的去除，最终达到提 高产品质量和生产率。然而熔池搅拌过强也会带来不良效果，如炉衬寿命降低，熔池喷溅或 溢出严重，冶炼操作与控制发生困难等。熔池搅拌的方式很多，可以归纳为自然对流搅拌、 人力搅拌、钢流冲击搅拌、机械搅拌、电磁搅拌和气体搅拌等6种。由于火法冶金是高温作 业，最常用和最有效的搅拌方式是电磁搅拌和气体搅拌两种。为促进金属熔池的传质和传 热过程并使金属液成分和温度均匀化而施加某种力以加强熔池流动的操作。搅拌作用的 强弱和效果常常用熔体成分或温度的均匀程度及达到规定均匀程度所需时间来衡量。熔 渣、气体和金属液的反应速率、固体料(废钢或铁合金)熔化的快慢及金属液中成分的均匀 程度等无不与熔池搅拌强度有关，湿法冶金过程的浸出搅拌也涉及到搅拌强度及混合均匀 性。目前，对高温熔池、立式搅拌槽I等非透明设备进行直接测量与观察都是比较困难的， 其中工业性实测法是在工业性生产过程中对熔池搅拌过程中的某些指标或熔体行为进行 直接测量与观察的方法。由于缺乏有效的检测手段，使得这一方法的采用受到很大限制。主 要采用的方法有通过测定渣中FeO等氧化物含量，定性确定熔池搅拌强弱；通过加入某种 溶质元素并取样分析其含量来获得熔池均匀混合时间；采用加入放射性示踪剂的方法取得 熔体中的流场分布等。[0005]目前，公知的工业过程层析成像系统(Process Tomography),是本世纪80年代 中期正式形成和发展起来的一种以多相流为主要研究对象的过程参数(二维或三维分布状 况的)在线实时测量的技术。电阻层析成像(electrical resistance tomography,简称 ERT)系统的主要原理是基于不同媒质具有不同电导率这一性质，通过判断处于敏感场中的 物体电导率分布来推断出物场的媒质分布状况，借助此技术可以实现冶金过程混合效果的 监测及评价。发明内容[0006]针对上述问题，本实用新型提供一种冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置， 把专利一种衡量流体混合效果的方法(200910094915. 2)以软件形式建立混合效果实时监 测评价系统，集成在微型计算机内，可以在火法/湿法冶金过程多相搅拌混合效果实时监 控，实现不透明搅拌槽混合状况的非接触式可视化监控；同时装置简单，操作方便。[0007]本实用新型采用的技术方案装置包括搅拌槽1、电极6、传感器2、电阻层析成像 装置3和微型计算机4 ;电极6均匀固定在搅拌槽I中横截面上，电极引出端7与传感器2 的输入端连接，传感器2的输出端口连接电阻层析成像装置3输入端，电阻层析成像装置3 与微型计算机4连接。[0008]搅拌槽直径小于6米；火法冶金过程电极6固定在炉壁5的横截面上；火法冶金过 程中炉壁5温度超过150度以上，电极6配有传感器2水冷装置，将传感器2置于环形钢管 内，电极6采用钢制材料将传感器2连接在一起，钢管的外面安装一个水冷套管，循环冷却 水10在水冷管内壁8和水冷管外壁9之间流动；湿法冶金过程电极6固定在浸出槽壁11 的横截面上。[0009]传感器2选择接触式或者非接触式的传感器2 ;根据不同搅拌槽I尺寸确定电极6 的个数和电极6的长度；一般情况，电极6的直径为电极6为16个电极6。[0010]本发明的有益效果是可以在冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置，实现不 透明搅拌槽混合状况的非接触式可视化监控；同时装置简单，操作方便。[0011]
[0012]图1为火法冶金过程实用新型结构示意图；[0013]图2为火法冶金过程中电极固定位置示意图；[0014]图3为传感器水冷装置示意图；[0015]图4为湿法冶金过程实用新型结构示意图；[0016]图5为湿法冶金过程电极固定位置示意图。[0017]图中1_搅拌槽、2-传感器、3-电阻层析成像装置、4-微型计算机、5-炉壁、6-电 极、7-电极引出端、8-水冷管内壁、9-水冷管外壁、10-循环冷却水、11-浸出槽壁。
具体实施方式
[0018]
以下结合附图和实施例子对该工艺及装置的特征作进一步的说明。[0019]本实用新型的工作原理在冶金过程搅拌槽I内安装电极6，电极6采集信息经 过传感器2传入到电阻层析成像装置3，电阻层析成像装置3经过处理出入微型计算机4， 微型计算机4利用内置的混合效果实时监测评价系统进行处理，使技术指标通过在线实时 的显示在电脑屏幕，用户可以随时监测搅拌设备内的混合状况，并根据数据曲线变化图，选 择历史数据中综合指标最小的工况中的操作条件，以便达到满意的混合效果。[0020]所述的搅拌槽I直径小于6米，当直径大于6米是，电场比较弱，效果不好，因此当 搅拌槽I直径小于6米是效果最好。[0021]所述的混合效果实时监测评价系统是以现有专利一种衡量流体混合效果的方法 (200910094915. 2)软件形式建立的，通过公知的电阻层析成像技术获得火法/湿法冶金过 程多相搅拌混合的实时图像，然后利用目前国外现有的CHomP程序计算获得搅拌混合图像 的O维贝蒂数和I维贝蒂数，其中公知的O维贝蒂数的含义是混合过程图像中块的个数，而 I维贝蒂数则表示混合过程图像中洞的个数。运用公知的0-1检验混沌的技术计算获得O 到I之间的数值，接近于I则代表混合是混沌混合。最后通过混合效果的评价系统将监测 及评价结果实时的在电脑显示屏显示出来。[0022]混合效果实时监测评价系统的原理是对于获得的O维贝蒂数和I维贝蒂数时间 序列分别计算其平稳序列的平均值(分别记为BO和BI)、偏离各自平均值的幅度(分别记为 AO和Al)以及0-1检验的数值(分别记为ZO和Z1)，然后计算I维贝蒂数平稳时间序列的 平均值与偏离各自平均值的幅度的乘积(即B1XA0XA1)跟O维贝蒂数平稳时间序列的平 均值BO与0-1检验的数值ZO和Zl三者乘积的比值，即(BI X AO XAl) / (BO X ZO X Zl )，以此综合指标作为评价火法/湿法冶金过程多相混合效果的指标，该综合技术指标的数值大小越小则代表混合效果越好。[0023]实施例1 :火法冶金过程[0024]如图1所示装置包括搅拌槽1、电极6、传感器2、电阻层析成像装置3和微型计算机4 ；电极6均勻固定在搅拌槽I中的横截面上，电极引出端7与传感器2的输入端连接， 传感器2的输出端口连接电阻层析成像装置3输入端，电阻层析成像装置3与微型计算机 4采用常规连接，微型计算机4内置混合效果实时监测评价系统。[0025]如图2所示火法冶金过程电极6固定在炉壁5的横截面上。[0026]如图3所示火法冶金过程中炉壁5温度超过150度以上，电极6配有传感器2水冷装置，将传感器2置于环形钢管内，电极6采用钢制材料将传感器2连接在一起，钢管的外面安装一个水冷套管，循环冷却水10在水冷管内壁8和水冷管外壁9之间流动；根据不同冶金过程的搅拌槽I尺寸确定电极6的个数和电极6的长度，本实施例电极6的直径为 1mm,电极6为16个电极6 ;传感器2选择接触式。[0027]通过电阻层析成像技术获得搅拌槽I熔池搅拌的实时图像，运用CHomP程序和0_1 检验混沌技术计算获得混合图像的O维贝蒂数、I维贝蒂数和0-1检验数值。同时，利用本专利的评价系统计算其平稳时间序列的O维贝蒂数平均值、I维贝蒂数平均值和0-1检验数值，其中在t=100s时刻，O维贝蒂数平均值B0=1000，偏离平均值幅度为A0=25，O维贝蒂数平均值Bl=300，偏离平均值幅度为Al=20，0-1检验数值Z0=0. 89，Zl=O. 94，则计算其综合评价指标数值为(BI X AO X Al)/ (BO X ZO X Zl) ^ 179. 29，并将其数值实时显示在电脑屏幕。数值越小，混合效果越好。根据记录的混合效果数据选取数值最小的工况的操作条件及搅拌强度，以获得最好的混合效果。[0028]实例2 :湿法冶金过程[0029]如图4所示装置包括搅拌槽1、电极6、传感器2、电阻层析成像装置3和微型计算机4 ;电极6均匀固定在搅拌槽I中所要测量的横截面上，电极引出端7与传感器2的输入端连接，传感器2的输出端口连接电阻层析成像装置3输入端，电阻层析成像装置3与微型计算机4采用常规连接，微型计算机4内置混合效果实时监测评价系统。[0030]如图5所示湿法冶金过程电极6固定在浸出槽壁11的横截面上。[0031]传感器2选择非接触式的传感器2;根据不同冶金过程的搅拌槽I尺寸确定电极6 的个数和电极6的长度，本实施例中电极6的直径为2mm,电极6为15个电极6。[0032]通过电阻层析成像技术获得浸出槽矿浆搅拌的实时图像，运用免费的CHomP程序和0-1检验混沌技术计算获得混合图像的O维贝蒂数、I维贝蒂数和0-1检验数值。同时， 利用本专利的评价系统计算其平稳时间序列的O维贝蒂数平均值、I维贝蒂数平均值和0-1 检验数值，其中在t=100s时刻，O维贝蒂数平均值BO=IlOO,偏离平均值幅度为A0=35，0维贝蒂数平均值Bl=400，偏离平均值幅度为Al=30，0-1检验数值Z0=0. 99，Zl=O. 91，则计算其综合评价指标数值为(BI XAOXAl)/ (B0XZ0XZ1) ^ 423. 81，并将其数值实时显示在电脑屏幕，数值越小，混合效果越好。根据记录的混合效果数据选取数值最小的工况的操作条件及搅拌强度，以获得最好的混合效果。[0033]本实用新型通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本实用新型范围的情况下， 还可以对本实用新型专利进行各种变换及等同代替。因此，本实用新型专利不局限于所公开的具体实施过程、，而应当包括落入本实用新型专利权利要求范围内的全部实施方案。
权利要求1.一种冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置，其特征在于装置包括搅拌槽、电极、传感器、电阻层析成像装置和微型计算机；电极均匀固定在搅拌槽中横截面上，电极引出端与传感器的输入端连接，传感器的输出端口连接电阻层析成像装置输入端，电阻层析成像装置与微型计算机连接。
2.根据权利要求1所述的一种冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置，其特征在于搅拌槽直径小于6米。
3.根据权利要求1所述的一种冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置，其特征在于火法冶金过程电极固定在炉壁的横截面上。
4.根据权利要求1所述的一种冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置，其特征在于火法冶金过程中炉壁温度超过150度以上，电极配有传感器水冷装置，传感器置于环形钢管内，钢管的外面安装一个水冷套管，循环冷却水在水冷管内壁和水冷管外壁之间流动。
5.根据权利要求1所述的一种冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置，其特征在于湿法冶金过程电极固定在浸出槽壁的横截面上。
6.根据权利要求1所述的一种冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置，其特征在于传感器选择接触式或者非接触式的传感器。
7.根据权利要求1所述的一种冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置，其特征在于根据不同冶金过程的搅拌槽尺寸确定电极的个数和电极的长度。
8.根据权利要求1所述的一种冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置，其特征在于电极的直径为电极为16个电极。
专利摘要本实用新型涉及一种冶金过程多相搅拌混合效果实时监控装置，属于工业过程实时监测控制技术领域。装置包括搅拌槽、电极、传感器、电阻层析成像装置和微型计算机；电极均匀固定在搅拌槽中横截面上，电极引出端与传感器的输入端连接，传感器的输出端口连接电阻层析成像装置，电阻层析成像装置与微型计算机采用常规连接，微型计算机内置混合效果实时监测评价系统；本实用新型可以对冶金过程多相搅拌混合效果实时监控，实现不透明搅拌槽混合状况的非接触式可视化监控；同时装置简单，操作方便。
文档编号G01N27/08GK202854086SQ20122015754
公开日2013年4月3日 申请日期2012年4月16日 优先权日2012年4月16日
发明者王 华, 徐建新, 胡建杭, 桑秀丽, 王仕博, 卿山, 范国锋, 肖汉杰 申请人:昆明理工大学