[發(fā)明專利]一種頂吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)控溫系統(tǒng)及其使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410415465.3
• 申請(qǐng)日: 2014-08-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104232832B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田乃良;徐光宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 田乃良;徐光宇
• 主分類號(hào): C21C5/32
• 分類號(hào): C21C5/32;G01J5/00;C21C5/46
• 代理公司: 北京聯(lián)瑞聯(lián)豐知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11411
• 代理人: 鄭自群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及轉(zhuǎn)爐煉鋼控溫領(lǐng)域，具體是指一種頂吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)控溫系統(tǒng)及其使用方法。

背景技術(shù)

由于現(xiàn)有頂吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)適時(shí)測(cè)溫或者溫度的自動(dòng)控制，以至于存在著不合理的繁雜冶煉程序，上述情況進(jìn)而導(dǎo)致了原材料和能源的浪費(fèi)。同時(shí)，頂吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼是由轉(zhuǎn)爐頂部通過(guò)管道向鋼水液面吹氧，這一化學(xué)反應(yīng)會(huì)釋放出大量的熱量。在吹氧進(jìn)行高溫熔煉過(guò)程中，轉(zhuǎn)爐內(nèi)的溫度高達(dá)1600℃，產(chǎn)生很多含有各種雜質(zhì)的高溫高壓氣體，廢氣溫度約為1000℃，壓力約為1.5～2個(gè)大氣壓，需要通過(guò)導(dǎo)管和過(guò)濾冷卻水池，將其冷卻至400℃后排出轉(zhuǎn)爐外。

要想實(shí)現(xiàn)煉鋼過(guò)程中溫度的自動(dòng)控制，首先必須實(shí)現(xiàn)適時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量轉(zhuǎn)爐內(nèi)溫度。目前國(guó)內(nèi)外普遍使用的紅外測(cè)溫儀，但它只能測(cè)出物體發(fā)出的輻射強(qiáng)度和它的溫度之間的關(guān)系，其使用原理是：根據(jù)黑體輻射的定律來(lái)設(shè)計(jì)的，先把實(shí)際物體看成黑體，測(cè)量其溫度，然后再按灰體進(jìn)行輻射率的修正；理想黑體有最大的輻射率，定義其輻射率為1；實(shí)際存在的物體，它的吸收率和輻射率都比理想黑體小，而且是一個(gè)隨被測(cè)物體而變的復(fù)雜函數(shù)，所以現(xiàn)有的紅外測(cè)溫儀都要進(jìn)行輻射率的修正。

現(xiàn)有理論中，理想黑體的物理模型可以用普朗克(Planck)公式來(lái)描述：

其中為黑體輻射功率密度，單位為瓦·厘米²·微米^-1，C₁＝3.7415u10^-12瓦·厘米²為第一輻射常數(shù)，C₂＝1.43879厘米·K為第二輻射常數(shù)，λ為光譜輻射的波長(zhǎng)，單位為微米，T為黑體溫度，單位為K。

在高溫的情況下(λТ<3000μm·K)時(shí)，也常用維恩(wien)公式來(lái)測(cè)溫,維恩公式如下：

其中各量的物理意義與普朗克(Planck)公式相同。實(shí)際物體發(fā)射的輻射功率與溫度為T的黑體發(fā)射的輻射功率相等，T就稱為實(shí)際物體的亮溫。實(shí)際物體發(fā)射的輻射光譜功率分布與溫度為T的黑體發(fā)射的輻射光譜功率分布相等，T就稱為實(shí)際物體的色溫。目前紅外測(cè)溫儀都采用黑體校準(zhǔn)，只能測(cè)出實(shí)際物體的亮溫和色溫，不能測(cè)出實(shí)際物體的真實(shí)溫度。

因此，對(duì)被測(cè)物體輻射率的修正，是基于對(duì)一些金屬在高溫下的輻射率經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的。由于輻射率是灰體材料、溫度和波長(zhǎng)的函數(shù)，很難得到精確值，這就限制了測(cè)溫儀的測(cè)溫精度，輻射率隨溫度和材料成分變化是很大的，要想把各種物體的輻射率修正準(zhǔn)確是很困難的。所以目前紅外測(cè)溫儀測(cè)溫的最大缺陷是輻射率修正不準(zhǔn)，導(dǎo)致測(cè)溫精度不高，適時(shí)進(jìn)行輻射率修正更是難以實(shí)現(xiàn)。目前紅外測(cè)溫儀的測(cè)溫精度在1％左右，不能適時(shí)修正輻射率，使其在轉(zhuǎn)爐煉鋼測(cè)溫中的應(yīng)用受到限制。

同時(shí)，一般情況下，通過(guò)鑒于鋼水溫度和吹氧溫度等而設(shè)定的溫度來(lái)管理轉(zhuǎn)爐內(nèi)的溫度。這種轉(zhuǎn)爐內(nèi)溫度的測(cè)量是通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)爐內(nèi)的鋼水的加熱溫度來(lái)測(cè)量的。然而，由于為頂吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼，測(cè)溫過(guò)程中，由于高溫環(huán)境和轉(zhuǎn)爐頂部高度難以人工操作，且可能會(huì)發(fā)生操作事故。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種頂吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)控溫系統(tǒng)及其使用方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中無(wú)法適時(shí)對(duì)鋼水的溫度進(jìn)行精確測(cè)定和對(duì)鋼水溫度自動(dòng)控制以及人工測(cè)溫的安全隱患的問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種頂吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)控溫系統(tǒng)，頂吹氧轉(zhuǎn)爐的頂部設(shè)置有吹氧導(dǎo)管和廢氣收集導(dǎo)管，吹氧導(dǎo)管連通頂吹氧轉(zhuǎn)爐的內(nèi)外部，位于鋼水液面的上方，廢氣收集導(dǎo)管通過(guò)廢氣冷卻水池與廢氣排出口相通，自動(dòng)控溫系統(tǒng)依次包括光學(xué)接受系統(tǒng)、雙色交叉光路、光電轉(zhuǎn)換單元、A/D模數(shù)變換單元、信息處理單元和自動(dòng)控制系統(tǒng)，頂吹氧轉(zhuǎn)爐的頂部在吹氧導(dǎo)管和廢氣收集導(dǎo)管之間的位置設(shè)置有測(cè)溫窗口，自動(dòng)控溫系統(tǒng)位于測(cè)溫窗口的正上方。

優(yōu)選地，光學(xué)接受系統(tǒng)具有高的距離口徑的S/D比值；雙色交叉光路包括兩種探測(cè)波長(zhǎng)互相疊加；光電轉(zhuǎn)換單元包括和探測(cè)波長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的兩種光電器件。

優(yōu)選地，A/D模數(shù)變換單元具有高精度和快轉(zhuǎn)換速度；信息處理單元包括計(jì)算方法。

優(yōu)選地，自動(dòng)控制系統(tǒng)包括工業(yè)控溫裝置和顯示裝置。

優(yōu)選地，自動(dòng)控溫系統(tǒng)的測(cè)溫精度為1‰，控溫范圍為700℃～3000℃，測(cè)溫時(shí)間間隔為50ms。

一種頂吹氧轉(zhuǎn)爐煉鋼自動(dòng)控溫系統(tǒng)的使用方法，包括如下步驟：

1)利用自動(dòng)控溫系統(tǒng)雙波長(zhǎng)交叉法探測(cè)鋼水的輻射強(qiáng)度；

2)建立鋼水輻射測(cè)溫物理模型，計(jì)算雙波長(zhǎng)交叉法所測(cè)得的鋼水的輻射強(qiáng)度之比與鋼水的溫度之間的關(guān)系。