一種煉鋼轉(zhuǎn)爐爐殼溫度與出鋼監(jiān)測(cè)復(fù)合裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是關(guān)于冶金煉鋼自動(dòng)化控制領(lǐng)域，特別涉及一種煉鋼轉(zhuǎn)爐爐殼溫度與出鋼監(jiān)測(cè)復(fù)合裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]轉(zhuǎn)爐煉鋼在我國(guó)鋼鐵冶金彳丁業(yè)中占到85%，節(jié)約成本、提尚鋼鐵品質(zhì)、保障煉鋼生產(chǎn)的安全性是冶金煉鋼亙古不變的議題。
[0003]—方面，轉(zhuǎn)爐爐體由爐殼和爐襯組成，轉(zhuǎn)爐爐襯在煉鋼過程中，直接與鋼水、爐渣和爐氣接觸，不斷受到物理、機(jī)械和化學(xué)的侵蝕作用，當(dāng)爐襯小于安全厚度時(shí)熱量會(huì)從一千六百多度的鋼水快速傳遞到轉(zhuǎn)爐的金屬爐殼，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致穿鋼事故。爐襯的維護(hù)修補(bǔ)不僅可以延長(zhǎng)爐襯壽命，均衡爐襯損毀，提高轉(zhuǎn)爐的作業(yè)率，降低生產(chǎn)成本，而且有利于均衡組織生產(chǎn)，促進(jìn)生產(chǎn)的良性循環(huán)。國(guó)內(nèi)外鋼廠普遍采用了濺渣護(hù)爐及補(bǔ)爐技術(shù)，要掌握最佳的濺渣和補(bǔ)爐時(shí)機(jī)，需要及時(shí)掌握爐襯的形狀和厚度。因此，爐襯厚度的監(jiān)測(cè)工作對(duì)煉鋼生產(chǎn)有著極其重要的作用。
[0004]隨著冶金爐的大型化和冶金技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)冶金爐爐襯及其故障的檢測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)日益得到重視。多年來，現(xiàn)場(chǎng)操作人員一直渴望在操作室里就能看到冶金爐爐襯的燒損情況，準(zhǔn)確掌握爐內(nèi)的耐火材料在役運(yùn)行情況，從而及時(shí)調(diào)節(jié)爐子的操作，選擇適宜的補(bǔ)爐和重砌時(shí)機(jī)，有效地延長(zhǎng)爐子的壽命，由此不斷地探索減少爐襯蝕損的操作工藝；科技人員則從不同途徑探索與現(xiàn)場(chǎng)操作相適應(yīng)的爐襯蝕損與故障的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)方法。
[0005]目前已有的爐襯檢測(cè)方法可歸納為兩大類，即無損檢測(cè)法和有損檢測(cè)法。傳統(tǒng)的無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)的手段主要有:超聲、射線、渦流、磁粉、滲透五大類。但在使用過程中它們會(huì)受到某些因素的制約，如儀器對(duì)檢測(cè)環(huán)境的要求，無法到現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)；被測(cè)物體較大，儀器無法測(cè)量；檢測(cè)時(shí)間很長(zhǎng)，結(jié)果分析很慢等。對(duì)于冶金爐(窯)的非接觸式檢測(cè)法主要有超聲波和紅外診斷法等。有學(xué)者借鑒CT技術(shù)在醫(yī)學(xué)和地質(zhì)斟探上的成功應(yīng)用，開展了用于爐內(nèi)情況檢測(cè)的高爐CT方法研究。利用CT方法可以實(shí)時(shí)地獲得高爐內(nèi)冶煉反應(yīng)區(qū)某個(gè)橫截面中爐料聲速場(chǎng)圖像，從而了解到爐料的徑向分布與圓周分布，觀察到爐料分布的軸對(duì)稱性；如果出現(xiàn)結(jié)瘤時(shí)，可以估計(jì)結(jié)瘤的位置及面積大小，也可以了解結(jié)瘤處橫截面的爐襯侵蝕情況。然而，由于冶金爐內(nèi)的多塵、高溫、煙霧等特殊環(huán)境，而且聲波測(cè)量的誤差較大，故難于準(zhǔn)確檢測(cè)出爐襯的蝕損狀態(tài)。上世紀(jì)中葉，有學(xué)者探索應(yīng)用紅外檢測(cè)方法檢測(cè)冶金及化工爐(窯)設(shè)備耐火材料的蝕損位置和大小等情況，其原理是基于爐襯蝕損導(dǎo)致爐體表面溫度場(chǎng)變化的特征，通過分析表面溫度場(chǎng)的紅外熱圖來確定爐襯的蝕損狀態(tài)。該方法雖屬定性診斷，但因其操作簡(jiǎn)單方便，投入成本低，受到轉(zhuǎn)爐煉鋼行業(yè)的歡迎。
[0006]另一方面，轉(zhuǎn)爐煉鋼通過復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)完成鋼水冶煉后，將鋼水轉(zhuǎn)移到大包中，供下一道工藝使用，這一過程稱為出鋼。為了減少鋼渣流入到大包中，影像鋼水品質(zhì)，節(jié)約后期工藝成本，通常會(huì)采取以下兩種方法:1)出鋼前進(jìn)行倒渣操作，減少轉(zhuǎn)爐中的鋼渣總含量；2)控制出鋼過程中流入大包中的鋼渣量。
[0007]目前全國(guó)各大鋼廠主要采用的轉(zhuǎn)爐下渣檢測(cè)方式有三種:人工目測(cè)法、線圈檢測(cè)、紅外熱像檢測(cè)。
[0008]人工目測(cè)法是使用最多的一種檢測(cè)方法，但由于靈敏度低，結(jié)果受操作人員的經(jīng)驗(yàn)及情緒影響較大，所以在提高鋼品質(zhì)和節(jié)約鋼成本的角度考量需要更為準(zhǔn)確和穩(wěn)定的檢測(cè)方式以代替人工。
[0009]線圈檢測(cè)法采用高溫材料將初級(jí)、次級(jí)兩個(gè)線圈隔離，根據(jù)注流中鋼渣的電導(dǎo)率遠(yuǎn)低于鋼水的電導(dǎo)率，測(cè)量電磁場(chǎng)的差別檢測(cè)下渣。此種方法檢測(cè)靈敏度較人工高，但為消耗式測(cè)量，線圈工作在高溫環(huán)境壽命不穩(wěn)定，備件費(fèi)用高。
[0010]紅外檢測(cè)法是根據(jù)鋼水與鋼渣的紅外發(fā)射率不同，通過紅外熱像儀在出鋼末期對(duì)鋼流進(jìn)行照射得到鋼水鋼渣混流圖像，通過視頻處理算法得出鋼渣占鋼流的比例而判斷下渣的方法。紅外檢測(cè)技術(shù)近年來越來越多地在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)獲得廣泛應(yīng)用，由于紅外檢測(cè)有非接觸特性，針對(duì)鋼鐵冶煉的高溫場(chǎng)合具有明顯的優(yōu)勢(shì)。紅外檢測(cè)法具有靈敏度高，安裝操作簡(jiǎn)單，維護(hù)容易，運(yùn)行成本低等特點(diǎn)，已逐步成為轉(zhuǎn)爐出鋼下渣檢測(cè)的主要手段。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0011]本實(shí)用新型的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種簡(jiǎn)單快捷的爐殼溫度監(jiān)測(cè)和出鋼下渣監(jiān)測(cè)的復(fù)合裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的解決方案是:
[0012]提供一種煉鋼轉(zhuǎn)爐爐殼溫度與出鋼監(jiān)測(cè)復(fù)合裝置，轉(zhuǎn)爐煉鋼的主要控制設(shè)備包括轉(zhuǎn)爐PLC控制柜，轉(zhuǎn)爐PLC控制柜能采集轉(zhuǎn)爐耳軸編碼器上的爐體傾角信號(hào)，并能接受外部指令控制現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)爐傾動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行搖爐操作，所述煉鋼轉(zhuǎn)爐爐殼溫度與出鋼監(jiān)測(cè)復(fù)合裝置包括紅外測(cè)溫?cái)z像儀、信號(hào)傳輸單元、信號(hào)采集器、信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換器、工控機(jī)、電動(dòng)云臺(tái)和預(yù)警裝置；
[0013]所述工控機(jī)內(nèi)部裝有模擬量輸入采集卡和數(shù)字量I/O卡，用于接收信號(hào)采集器的模擬量信號(hào)，并輸出控制指令到信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換器；
[0014]所述信號(hào)傳輸單元為網(wǎng)絡(luò)光端機(jī)，包括發(fā)送端和接收端，且發(fā)送端的一端采用光纜和接收端的一端連接，發(fā)送端的另一端與紅外測(cè)溫?cái)z像儀的信號(hào)輸出端相連，接收端的另一端連接到工控機(jī)的以太網(wǎng)接口；
[0015]所述信號(hào)米集器的輸入端與電動(dòng)云臺(tái)和轉(zhuǎn)爐PLC控制柜相連，輸出端與工控機(jī)的模擬量輸入采集卡相連，用于工控機(jī)采集電動(dòng)云臺(tái)在垂直和水平方向的位置角度信號(hào)，以及轉(zhuǎn)爐爐體位置的傾角信號(hào)；
[0016]所述信號(hào)輸出轉(zhuǎn)換器的輸入端連接到工控機(jī)的數(shù)字量I/O卡，輸出端連接到轉(zhuǎn)爐PLC控制柜、電動(dòng)云臺(tái)的控制端、預(yù)警裝置的輸入端，用于將工控機(jī)輸出的控制指令轉(zhuǎn)換成外部設(shè)備的執(zhí)行指令，即控制電動(dòng)云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)、轉(zhuǎn)爐PLC控制柜控制轉(zhuǎn)爐搖爐、預(yù)警裝置進(jìn)行聲光預(yù)警；
[0017]所述電動(dòng)云臺(tái)的水平方向上安裝有步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速機(jī)構(gòu)和光電編碼器(優(yōu)選為一個(gè)步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速機(jī)構(gòu)和一個(gè)光電編碼器)，電動(dòng)云臺(tái)的垂直方向上也安裝有步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速機(jī)構(gòu)和光電編碼器(優(yōu)選為一個(gè)步進(jìn)電機(jī)、齒輪減速機(jī)構(gòu)和一個(gè)光電編碼器)；所述步進(jìn)電機(jī)用于執(zhí)行工控機(jī)輸出的云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)控制命令，將云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到指定的位置；所述齒輪減速機(jī)構(gòu)用于進(jìn)行降速；所述光電編碼器用于標(biāo)記當(dāng)前云臺(tái)在水平或者垂直方向上的位置角度信息，并將位置角度反饋給工控機(jī)進(jìn)行位置識(shí)別和反饋控制；
[0018]所述紅外測(cè)溫?cái)z像儀安裝在電動(dòng)云臺(tái)上，能利用電動(dòng)云臺(tái)帶動(dòng)進(jìn)行方向定位，進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)測(cè)量采集；
[0019]所述預(yù)警裝置能在接收到執(zhí)行指令時(shí)，進(jìn)行聲光預(yù)警。
[0020]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述紅外測(cè)溫?cái)z像儀采用測(cè)量波段在7.5?14 μπκ最高量程為2000°C的高溫型紅外測(cè)溫?cái)z像儀。
[0021]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述電動(dòng)云臺(tái)采用高精度電動(dòng)云臺(tái)，電動(dòng)云臺(tái)的位置角度控制精度為16"。
[0022]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步進(jìn)電機(jī)采用高細(xì)分驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，是3200脈沖/轉(zhuǎn)以上的步進(jìn)電機(jī)。
[0023]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述齒輪減速機(jī)構(gòu)的減速比不小于25:1。
[0024]作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述工控機(jī)中還預(yù)裝有煉鋼轉(zhuǎn)爐爐殼溫度與出鋼監(jiān)測(cè)模塊，能通過采集紅外測(cè)溫?cái)z像儀的溫度測(cè)量數(shù)據(jù)、電動(dòng)云臺(tái)的水平和垂直角度、轉(zhuǎn)爐爐體傾角，進(jìn)行計(jì)算分析，輸出控制指令，達(dá)到爐殼溫度與出鋼監(jiān)測(cè)的目的(煉鋼轉(zhuǎn)爐爐殼溫度與出鋼監(jiān)測(cè)模塊能采用杭州譜誠(chéng)泰迪實(shí)業(yè)有限公司的轉(zhuǎn)爐爐殼溫度與出鋼監(jiān)測(cè)軟件實(shí)現(xiàn))。
[0025]本實(shí)用新型的煉鋼轉(zhuǎn)爐爐殼溫度與出鋼監(jiān)測(cè)復(fù)合裝置，具備兩種功能:
[0026]爐殼溫度監(jiān)測(cè):測(cè)量并存儲(chǔ)轉(zhuǎn)爐爐殼溫度場(chǎng)分布信息，為轉(zhuǎn)爐爐襯厚度和侵蝕狀況提供數(shù)據(jù)支持，供技術(shù)人員進(jìn)行查詢、分析和風(fēng)險(xiǎn)控制；
[0027]出鋼監(jiān)測(cè):監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)爐出鋼過程中的鋼流溫度場(chǎng)，分析其鋼渣成分含量，當(dāng)鋼渣含量超過設(shè)定警戒值時(shí)，發(fā)出聲光預(yù)警。
[0028]其中，所述爐殼溫度監(jiān)測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)具體包括下述步驟:
[0029]a、建立溫度位置變換模型，即建立紅外測(cè)溫?cái)z像儀視場(chǎng)內(nèi)溫度測(cè)量點(diǎn)與實(shí)際轉(zhuǎn)爐爐殼上物理位置測(cè)量點(diǎn)的對(duì)應(yīng)關(guān)系模型，該模型是基于云臺(tái)水平水平角、云臺(tái)垂直角、轉(zhuǎn)爐傾角3個(gè)角度變量而建立的紅外測(cè)溫?cái)z像儀視場(chǎng)測(cè)點(diǎn)與爐殼位置的矩陣變換；
[0030]b、開始爐殼溫度監(jiān)測(cè)，通過預(yù)先設(shè)定云臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡和步距角，控制轉(zhuǎn)爐搖爐，采集云臺(tái)水平角、垂直角、轉(zhuǎn)爐傾角信息，通過溫度位置關(guān)系變化模型得到全方位的轉(zhuǎn)爐爐殼溫度分布數(shù)據(jù)，并進(jìn)行存儲(chǔ)，供后續(xù)歷史查詢與分析；
[0031]c、爐殼溫度監(jiān)測(cè)完畢，裝置自動(dòng)控制云臺(tái)回到出鋼監(jiān)測(cè)位置。
[0032]本實(shí)用新型的原理:利用紅外測(cè)溫?cái)z像儀非接觸多點(diǎn)測(cè)溫的特性和鋼水鋼渣不同的紅外熱輻射特性的差異，通過高精度電動(dòng)云臺(tái)控制紅外測(cè)溫?cái)z像儀的監(jiān)控方位，采集云臺(tái)的垂直、水平角度、轉(zhuǎn)爐爐體角度信，建立溫度位置變換模型和出鋼監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)爐殼溫度監(jiān)測(cè)和出鋼下渣監(jiān)測(cè)的目的。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0034]本實(shí)用新型能自動(dòng)監(jiān)測(cè)爐殼溫度，生成監(jiān)測(cè)報(bào)告，便于及時(shí)掌握轉(zhuǎn)爐爐襯侵蝕情況；
[0035]本實(shí)用新型能自動(dòng)監(jiān)測(cè)出鋼下渣，減少出鋼下渣量，降低生產(chǎn)成本和工人勞動(dòng)強(qiáng)度；
[0036]本實(shí)用新型具有圖形化的測(cè)量結(jié)果顯示功能，用戶使用更加直觀便捷；
[0037]本實(shí)用新型能自動(dòng)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，便于進(jìn)行歷