一种钢水碳含量和温度检测系统的制作方法

本申请涉及转炉炼钢技术领域，更具体地说，涉及一种钢水碳含量和温度检测系统，特别涉及一种基于炉门测枪结构的转炉内温度和碳含量检测系统。

背景技术：

随着我国工业水平的进步，我国的钢产量也越来越大，钢厂现代化技术水平也日益提高，转炉炼钢技术已成为现代化钢厂中一种主要的炼钢技术。转炉炼钢具有生产效率高、原材料适应性好、投资小、见效快等优点，因而在我国炼钢行业中被广泛应用。

然而，随着炼钢技术的发展，人们对钢材质量的要求日益增大，这就需要在转炉炼钢过程中对钢水成分的控制更加精确，现有转炉内测温、取样、定氧、定碳全部由人工完成，人工装卸枪头，人工测温、取样、定氧、定碳。由于存在人为因素的干扰，测得数据的准确性偏低，难以达到炉炼钢过程中对钢水成分的控制精确性的要求。

因此，设计出一种钢水碳含量和温度检测系统，减少人为因素的干扰，提高钢水碳含量和温度测得的准确性，已经成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本申请提供一种钢水碳含量和温度检测系统，其能够提高钢水碳含量和温度测量的准确性，增加转炉炼钢厂的吹炼终点命中率，提高炼钢厂的钢材质量。本申请还提供一种钢水碳含量和温度检测方法，同样具有上述有益效果。

本申请提供的技术方案如下：

一种钢水碳含量和温度检测系统，包括数据采集模块，用于采集钢水的温度和氧电势，获取原始数据并发送至初级处理模块；

初级处理模块，用于将所述原始数据转换为初级分析数据，并发送至数据筛选模块；

数据筛选模块，用于判断所述初级分析数据是否落入预设偏差范围内，并选取落入预设偏差范围内的所述初级分析数据为有效分析数据，将有效分析数据发送至计算分析模块；

计算分析模块，内嵌有碳含量计算模型，用于计算处理所述有效分析数据，得出钢水碳含量。

进一步地，所述计算分析模块内嵌有碳含量计算模型。

进一步地，所述数据采集模块包括温度测量单元和氧电势测量单元。

进一步地，所述数据采集模块还包括时间控制单元，所述时间控制单元用于控制所述温度测量单元和氧电势测量单元在钢水内测定的时间。

进一步地，所述数据采集模块还包括冷端温度测量单元。

进一步地，所述钢水碳含量和温度检测系统还包括自检模块，所述自检模块用于识别钢水碳含量和温度检测系统启动的条件。

进一步地，所述钢水碳含量和温度检测系统还包括报警模块，所述报警模块包括灯光警示单元和声音警示单元，所述灯光警示单元用于当系统出现故障时发光闪烁，所述声音警示单元用于当系统出现故障时发出警示音。

一种钢水碳含量和温度检测方法，包括以下步骤：

设备自检；

确定转炉测枪投入使用的时间；

转炉测枪进行测定操作，获得钢水温度和钢水氧电势的原始数据；

将钢水温度和钢水氧电势的原始数据转换为钢水温度和钢水氧电势的初级分析数据；

判断钢水温度和钢水氧电势的初级分析数据是否落入预设偏差范围内，并选取落入预设偏差范围内的钢水温度和钢水氧电势初级分析数据为钢水温度和钢水氧电势有效分析数据；

将钢水温度和钢水氧电势有效分析数据代入碳含量计算模型进行计算处理，得出钢水碳含量。

进一步地，转炉测枪进行测定操作，获得钢水温度和钢水氧电势的原始数据，具体为：采用探头夹紧机构将探头安装在测枪本体上，导向机构升降电机启动，测枪在所述导向机构的带动下以设定速度下降，将测枪携带的探头插入转炉钢液内，进行测定操作。

进一步地，在确定转炉测枪投入使用的时间之前，进行设备自检。

进一步地，所述设备自检包括以下内容：检查转炉内是否停氧，检查吹氧设备是否回原位。

本发明提供的一种钢水碳含量和温度检测系统，与现有技术相比，通过设置用于判断所述初级分析数据是否落入预设偏差范围内的数据筛选模块，如此，能够排除偏差数据，去掉误差数据的代入对钢水碳含量计算所造成的影响，提高钢水碳含量和温度测量的准确性；此外，计算分析模块内嵌入有碳含量计算模型，精确检测出测枪过程碳含量，使得测枪过程碳含量检测的准确性较之前的测枪仪表测量的结果有着非常显著的提高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本发明实施例提供的钢水碳含量和温度检测系统的示意图；

图2为本发明实施例提供的钢水碳含量和温度检测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请如图1至图2所示，本发明实施例提供一种钢水碳含量和温度检测系统，包括数据采集模块1，用于采集钢水的温度和氧电势，获取原始数据并发送至初级处理模块2；

所述初级处理模块2，用于将所述原始数据转换为初级分析数据，并发送至数据筛选模块3；

所述数据筛选模块3，用于判断所述初级分析数据是否落入预设偏差范围内，并选取落入预设偏差范围内的所述初级分析数据为有效分析数据，将有效分析数据发送至计算分析模块4；

所述计算分析模块4，内嵌有碳含量计算模型5，用于计算处理所述有效分析数据，得出钢水碳含量。

本发明实施例提供的一种钢水碳含量和温度检测系统，与现有技术相比，还包括用于判断初级分析数据是否落入预设偏差范围内的数据筛选模块，如此，能够排除偏差数据，去掉误差数据的代入对钢水碳含量计算造成的影响，提高钢水碳含量和温度测量的准确性；此外，计算分析模块内嵌入有碳含量计算模型，可自动适应转炉内铁水铁水成分变化，精确检测出测枪过程碳含量，使得测枪过程碳含量检测的准确性较之前的测枪仪表测量的结果有着非常显著的提高。

需要说明的是，在本申请中，所涉及的“原始数据”是指数据采集模块直通过传感器探测到钢水中温度和氧电势的直接数据，“初级分析数据”是指“原始数据”经过转换模型转换至可用于计算分析的数据，“有效分析数据”是指“初级分析数据”经过筛选后，排除掉误差较大的数据后剩余的适用于代入模型计算的数据。

本发明实施例中，数据采集模块1包括温度测量单元和氧电势测量单元。

本发明实施例中，数据采集模块1还包括时间控制单元，时间控制单元用于控制温度测量单元和氧电势测量单元在钢水内测定的时间，有利于控制测枪探测炉内钢水温度和氧电势的时间，提高检测数据的精准性。

本发明实施例中，数据采集模块1还包括冷端温度测量单元。

在本实施例中，冷端温度测量单元在此处的作用是测量出冷端温度，用于热电偶测温过程中的冷端温度补偿和校准，其存在的效果是提高测量精度，补偿环境温度对热电偶测量的影响。

本发明实施例中，钢水碳含量和温度检测系统还包括自检模块，自检模块用于识别钢水碳含量和温度检测系统启动的条件，设备自检满足启动条件包括转炉内停氧、吹氧设备回原位、转炉内停止影响测温、取样、定氧、定碳成功率等相关操作。

本发明实施例中，钢水碳含量和温度检测系统还包括报警模块，报警模块包括灯光警示单元和声音警示单元，灯光警示单元用于当系统出现故障时发光闪烁，声音警示单元用于当系统出现故障时发出警示音。

一种钢水碳含量和温度检测方法，包括以下步骤：

转炉测枪进行测定操作，获得钢水温度和钢水氧电势的原始数据；

将钢水温度和钢水氧电势的原始数据转换为钢水温度和钢水氧电势的初级分析数据；

判断钢水温度和钢水氧电势的初级分析数据是否落入预设偏差范围内，并选取落入预设偏差范围内的钢水温度和钢水氧电势初级分析数据为钢水温度和钢水氧电势有效分析数据；

将钢水温度和钢水氧电势有效分析数据代入碳含量计算模型进行计算处理，得出钢水碳含量。

具体地，在实际应用过程中，本发明所提供的钢水碳含量和温度检测方法具体包括以下步骤：

步骤1：接收到启动信号。

步骤2：设备自检。

步骤3：安装探头；确定测枪系统投入使用的时间；启动设备。

步骤4：测枪导向驱动机构升降电机启动，测枪以设定速度下降，将测枪携带的探头插入转炉钢液内，进行测温、取样、定氧或定碳操作。

步骤5：测枪导向驱动机构升降电机反转启动，将测枪上探头提出钢水，测枪导向驱动机构升降电机启动，测枪下降，同时挡火门下方探头夹紧机构动作进行探头拆除。

步骤6：系统整套动作完成，回复初始位置。

具体地，步骤：转炉测枪进行测定操作，获得钢水温度和钢水氧电势的原始数据，具体为：采用探头夹紧机构将探头安装在测枪本体上，导向机构升降电机启动，测枪在所述导向机构的带动下以设定速度下降，将测枪携带的探头插入转炉钢液内，进行测定操作。

具体地，在确定转炉测枪投入使用的时间之前，进行设备自检。

具体地，设备自检包括以下内容：检查转炉内是否停氧，检查吹氧设备是否回原位。

更为具体地，本实施例中，测枪仪表内嵌有碳含量计算模型，仪表内嵌新型定碳模型可自动适应转炉铁水成份变化，能够精确检测出测枪过程碳含量，从而使测枪过程碳含量检测的准确性较之测枪仪表测量结果有较大提高。

需要说明的是，炉门测枪机构安装在转炉挡火门上，动作灵活，基本不占用炉前空间；炉门测枪通过平移机构使整个核心部件测枪机构能够避开高热区域，通过电动推杆使测枪机构能准确定位到转炉内测温取样的位置。

本实施例中，系统控制柜安装在转炉炼钢平台控制室内，控制室内配有操作台和工控机，设备现场配有现场操作箱，实现自动化控制，降低高温辐射，钢水、钢渣飞溅对工人造成的伤害。

需要说明的是，当测枪测量仪表收到测枪测试结果通讯电文后，碳含量计算模型启动，模块根据液相线参数值及测枪测试结果中的结晶温度，计算过程碳含量ca，同时在仪表显示予以显示。

探头安装机构带动探头安装到测枪本体上，探头插入测枪时，测枪仪表自动识别探头类型，探头随测枪向转炉炉膛内插入，探头插入钢水中，测量过程开启，转炉测枪内的采集模块开始采集数据，测枪仪表根据内嵌定碳模型计算钢水碳含量。

c_s＝10^(2.236-1303/tmp-log(ao_s))ao_s＞150

c_s＝18.266-0.011916*s_tmp1100＜s_tmp＜1536

a0_s＝10^{(1.36+0.0059*(emf+0.54*(tmp-1550)+0.0002*emf*(tmp-1550)))}

根据上述结晶定碳公式结合实际测试数据和化验结果，对定碳模型进行优化和校验，得到新的定碳模型：

c-s＝1.024-0.3263*cos(s-tmp*0.01099)+1.202*sin(s-tmp*0.01099)

其中，emf是氧电势，tmp是钢水温度。emf是氧电势用于氧含a0_s计算，定氧定碳模型是根据氧含量计算碳含量。利用本发明提供的转炉测枪系统测得的钢水碳含量的实验数据如下所示：

在本实施例中，采用机械设备代替人工在炉前操作，减少因高温辐射，钢水、钢渣飞溅对工人造成的伤害，提高生产安全性和测量稳定性。

此外，采用测温枪压缩空气自动冷却，极大提高测枪寿命；测枪装置采用分体式快速拆装结构，维护方便；测温取样测成率高，降低了探头的消耗；操作简单，可靠性高，维修率低，并可增加转炉炼钢过程中测温、取样、定氧、定碳成功率，提高测量精度，增加转炉炼钢厂的吹炼终点命中率，减少相关耗材的损耗。

需要补充说明的是，在本申请中，实现钢水温度和氧电势数据采集的主要部件是转炉测枪，安装在测枪本体上的仪表能够自动识别安装在测枪本体探头型号，安装在测枪本体上的探头可以是测温取样定碳tsc、测温取样定氧tso、测温取样ts探头中的任意一种。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。