[發(fā)明專利]一種冶金用超音速噴槍喉口結構的連續(xù)監(jiān)測與評估方法

在審

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• 申請日: 2022-12-05
• 公開（公告）號: CN116042953A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發(fā)明（設計）人: 劉福海;朱榮;董凱;魏光升;馮超;劉潤藻;夏韜;董建峰;程鈺;孫晨;牟潤
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C21C5/46
• 分類號: C21C5/46;C21C5/52;G06T7/62
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種冶金用超音速噴槍喉口結構的連續(xù)監(jiān)測與評估方法，涉及冶金超音速噴吹技術領域。本發(fā)明針對不同冶金爐超音速噴槍設計參數(例如拉瓦爾噴管喉口直徑、拉瓦爾噴管設計馬赫數、拉瓦爾噴管射流流量)在智能結構判斷單元中形成超音速噴槍喉口結構的評估標準，采用內置于超音速噴槍的光感識別元件連續(xù)拍攝超音速噴槍喉口特征圖譜，經由數據轉化單元分析超音速噴槍喉口特征圖譜生成超音速噴槍喉口特征數據，根據超音速噴槍喉口特征數據的變化程度由智能結構判斷單元完成超音速噴槍喉口結構的評估分析。本發(fā)明可在冶金爐冶煉周期內，監(jiān)控超音速噴槍喉口結構變化程度，實現冶金爐超音速噴槍的高效運行，提高冶金爐超音速噴吹工藝的技術指標與經濟效益。

技術領域

本發(fā)明涉及冶金超音速噴吹技術領域，特別是指一種冶金用超音速噴槍喉口結構的連續(xù)監(jiān)測與評估方法。

背景技術

超音速噴吹技術是冶金煉鐵與煉鋼領域主要的氣體噴吹技術，通過拉瓦爾噴管可將氣體高壓內能轉變?yōu)闅怏w高速動能，可顯著增大氣體初始沖擊、穿透、攪拌能力，強化射流接觸面積與熔池攪拌強度，提高冶金生產經濟效益與技術指標。為降低爐內強熱輻射與熱交換效應導致的噴頭結構熔損，冶金用超音速噴槍常采用純銅槍頭制造與水冷結構保護的方法，以提高超音速噴槍使用壽命。

目前，拉瓦爾噴管核心破損結構集中在出口位置與喉口位置。出口位置的熱侵蝕破壞主要原始是，超音速噴吹過程中氣體輸送流量小于其設計流量，導致在拉瓦爾噴管出口處形成收縮激波，誘使高溫爐氣被卷吸到拉瓦爾噴管內部。拉瓦爾噴管出口內壁面在高溫爐氣的持續(xù)加熱下，其出口結構逐漸熔損破壞。該破壞模式由非標準的供氣操作導致，可通過設置合理的供氣模式避免拉瓦爾出口結構的破損。

由于紫銅材料結構強度低、耐沖蝕能力差，在高壓射流膨脹擠壓或高速粉劑沖刷磨損的長期作用下，拉瓦爾噴管喉口受到持續(xù)性破壞，其尺寸持續(xù)增大，降低了超音速噴槍的生產應用效果。該破壞模式由紫銅自身材料屬性導致，難以通過合理的工藝設計避免拉瓦爾喉口結構的損傷。

目前，現場僅通過冷卻水水壓變化或定期更換超音速噴頭，以保證超音速噴管的穩(wěn)定、高效應用。該方法是一種基于現場生產經驗主觀性的結構評估方法，僅能在最低程度上保證冶煉工藝的安全進行，無法有效評估超音速噴槍的工作狀態(tài)。因此，超音速噴槍現有工況評價技術難以高效匹配冶金爐復雜的生產工藝，提高了冶金超音速噴吹設備的運行與維護成本。

圖像識別技術的快速發(fā)展，為連續(xù)測量冶金用超音速噴槍喉口特征形貌提供了可靠的技術手段，通過對超音速噴槍局部結構進行優(yōu)化設計，可有效的創(chuàng)建光感識別監(jiān)測信號傳輸通道，實現拉瓦爾噴管喉口投影邊界的安全、穩(wěn)定、連續(xù)地測量。本發(fā)明利用圖像識別技術連續(xù)測量超音速噴槍的喉口投影邊界尺寸，并基于根據超音速噴槍喉口尺寸結構狀態(tài)變化程度完成其工作效能評估。

發(fā)明內容

冶金爐體內部高溫熔體與爐氣呈現極高的熱侵蝕性，在冶金爐內部增設監(jiān)控設備測量超音速噴槍喉口特征圖像面臨極大的技術難度與維護成本。而超音速噴槍內部受水冷結構保護，為監(jiān)控設備提供了穩(wěn)定的常溫環(huán)境，極大的提高了監(jiān)控設備運行的安全性與穩(wěn)定性。

而超音速噴槍內部在噴吹純氣體過程中，可將含塵爐氣吹離拉瓦爾噴管形成無色透明的光路通道，為光感識別監(jiān)測信號提供穩(wěn)定的光學通道；在超音速“粉-氣”混合噴吹模式下，基于冶金爐冶煉生產技術特點，在單爐吹煉末期停止粉劑供給，以提高粉劑利用效率，并僅進行超音速純氣噴吹，進而再次為光感識別監(jiān)測信號形成穩(wěn)定的光學通道。

同時，超音速噴槍出口均面向高溫、強光的冶金熔體，提供了可與超音速噴槍內部常暗環(huán)境進行對比的穩(wěn)定高亮背景，進一步提高了光感識別監(jiān)測設備測量結果的準確性，增強了圖像識別技術處理結果的可靠性。

本發(fā)明的目的是克服現有技術的不足，提供了一種冶金用超音速噴槍喉口結構的連續(xù)監(jiān)測與評估方法，利用光感監(jiān)測與圖像識別技術連續(xù)、準確地獲取超音速噴槍喉口變化程度，基于超音速噴槍工況評估標準，進行超音速噴槍喉口尺寸結構的評估分析，實現超音速噴槍的穩(wěn)定、高效運行，進而提高冶金爐超音速噴吹工藝的生產經濟效益與技術指標。