專利名稱：轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及冶金煉鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置。
背景技術(shù)：
[0002]在鋼鐵冶金行業(yè)，轉(zhuǎn)爐煉鋼具有節(jié)奏快、生產(chǎn)周期短、熱效率高等特點，其產(chǎn)量占到我國煉鋼總產(chǎn)量的85%以上。近年來，鋼鐵企業(yè)對提升產(chǎn)品檔次、改善鋼水質(zhì)量、降低冶煉成本的要求越來越高。所以，轉(zhuǎn)爐鋼渣流入鋼水包的問題越來越引起業(yè)界人士的關(guān)注。一方面，從經(jīng)濟角度看，鋼渣層太厚不利于連鑄機的操作，影響經(jīng)濟效益；另一方面，在轉(zhuǎn)爐出鋼過程中，由于大量鋼渣從轉(zhuǎn)爐混入鋼包，鋼水易被非金屬物質(zhì)所污染，因此會影響鋼水的質(zhì)量。為此，研究開發(fā)一種轉(zhuǎn)爐鋼水下渣檢測系統(tǒng)，以盡量減少轉(zhuǎn)爐出鋼后期帶出的鋼渣量具有十分重要的意義。[0003]目前，國內(nèi)外冶金工作者在出鋼下渣檢測技術(shù)方面進行了大量研究和探索，開發(fā)出了一些下渣檢測技術(shù)和方法，主要有電磁感應法和熱圖像法。電磁感應法是利用電磁感應原理，在出鋼口埋入線圈傳感器來檢測爐渣。但該方法存在以下嚴重問題第一，由于受出鋼口形狀的影響，經(jīng)常發(fā)生誤報現(xiàn)象，常導致操作工不得不用肉眼來觀察鋼流下渣情況； 第二，采用新出鋼口時，其功能一般在出了若干爐鋼之后才會正常；第三，由于線圈傳感器暴露在高溫環(huán)境下，加上機械負荷較大，因此設(shè)備維護工作量大且困難。另外，其檢測精度差、漏渣率高、能耗高、操作繁瑣，不能自動控制鋼包的鋼渣厚度，也沒有配套的擋渣手段。 熱圖像檢測方法目前也只是停留在初級階段，即利用熱圖像輔助工人辨別鋼水下渣情況， 這種方法的缺點是1、在轉(zhuǎn)爐出鋼時或加輔料時形成的煙霧會嚴重影響圖像質(zhì)量，進而影響下渣檢測的準確率；2、功能單一，只能檢測轉(zhuǎn)爐出鋼過程中的下渣量情況，對其他重要的工 藝參數(shù)如下渣總量、出鋼總量、溫度趨向分析以及信號反饋等不能實現(xiàn)及時檢測。而能夠?qū)崿F(xiàn)與啟動擋渣裝置聯(lián)動的系統(tǒng)產(chǎn)品，目前更未見到。[0004]總之，現(xiàn)有的出鋼下渣檢測系統(tǒng)都不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)工藝的要求，即使能輔助工人操作，也不能實現(xiàn)鋼水下渣檢測和自動擋渣聯(lián)動，不僅影響產(chǎn)品質(zhì)量，還降低了生產(chǎn)效率。發(fā)明內(nèi)容[0005]本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種檢測準確、操作方便、渣量檢測與擋渣聯(lián)動的轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置。[0006]為此，本實用新型的技術(shù)方案如下[0007]一種轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置，包括下渣檢測單元和擋渣單元，所述下渣檢測單元包括防護套、成像單元、報警裝置、顯示器和工控機，所述防護套安裝在轉(zhuǎn)爐附近的適當位置處，防護套前端設(shè)有紅外防護窗口 ；所述成像單元設(shè)置在所述防護套內(nèi)，并由紅外熱成像儀和鏡頭組成，用于對轉(zhuǎn)爐出鋼口處的鋼流進行紅外視頻采集和出鋼過程監(jiān)控；所述顯示器為工控機的對話窗口，用于顯示交流信息；所述工控機用于對紅外熱成像儀輸出的紅外視頻圖像信號進行計算處理，完成工藝參數(shù)的測定并根據(jù)設(shè)定的工藝參數(shù)指示所述報警裝置發(fā)出報警信號并向擋渣單元發(fā)出控制信號，[0008]所述擋渣單元包括擋渣器及用于對擋渣器的動作進行控制的氣動控制單元，所述氣動控制單元根據(jù)所述工控機發(fā)出的控制信號控制擋渣器的動作，通過擋渣器將鋼渣吹回轉(zhuǎn)爐內(nèi)。[0009]所述擋渣器安裝在轉(zhuǎn)爐爐體上，由擋渣器殼體及設(shè)置在擋渣器殼體內(nèi)的氣缸、傳動機構(gòu)和擋渣噴嘴組成，在接到所述工控機發(fā)出的控制信號后，所述氣缸通過傳動機構(gòu)帶動擋渣吹嘴快速旋轉(zhuǎn)至工作位置，將鋼渣吹回轉(zhuǎn)爐內(nèi)。[0010]所述氣動控制單元包括室內(nèi)控制器、現(xiàn)場閥箱和現(xiàn)場操作箱，所述室內(nèi)控制器對所述各單元的電源進行控制、顯示系統(tǒng)參數(shù)狀況、接收所述下渣檢測單元的反饋信號并控制所述擋渣器執(zhí)行擋渣操作；所述現(xiàn)場閥箱用于擋渣動作的程序控制和擋渣器殼體內(nèi)部的冷卻，其向所述擋渣器的殼體提供吹掃冷卻用的壓縮空氣，向擋渣單元中的氣動控制單元輸送氣動控制氣體，向擋渣吹嘴輸送擋渣用氮氣；所述現(xiàn)場操作箱用于手動控制擋渣器完成擋渣操作。[0011]所述紅外熱成像儀輸出的視頻數(shù)據(jù)信號通過一網(wǎng)絡(luò)光端機傳到所述的工控機，以保證成像質(zhì)量。[0012]所述紅外防護窗口允許8 14 μ m的中遠紅外線通過，在所述紅外防護窗口附近安裝有高溫衰減片，所述紅外熱成像儀和鏡頭的響應波段為8 14μπι。[0013]防護套的紅外防護窗口處采用雙氣簾防護結(jié)構(gòu)，該雙氣簾防護結(jié)構(gòu)使用的壓縮空氣工作壓力為O. 4 O. 6MPa，入口處溫度為O 35°C。[0014]另外，所述防護套通過一安裝支架及設(shè)置在該安裝支架上的半固定云臺安裝到轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場。[0015]本實用新型利用紅外熱成像技術(shù)和計算機圖形處理技術(shù)進行鋼水下渣檢測，當檢測到下渣時，立即發(fā)出警報；當鋼水中的渣含量達到設(shè)定的工藝上限時，系統(tǒng)就立即發(fā)出聲光報警，同時輸出控制信號給氣動擋渣單元；氣動擋渣單元在得到系統(tǒng)的報警信號后，立即啟動擋渣程序并自動進行擋渣操作。[0016]該裝置實現(xiàn)了鋼水下渣檢測和自動擋渣聯(lián)動，具有實時監(jiān)測、檢測準確、效果明顯和操作簡便的特點，對改善·鋼水純凈度、提高鋼水質(zhì)量和降低噸鋼成本等具有重要意義。在提聞鋼水的純凈度和鋼水質(zhì)量、提聞鋼水的收率的同時，還提聞了生廣效率。另外，還減少了鋼包粘渣，延長了鋼包及出鋼口耐火材料的使用壽命。
具體實施方式
[0017]
以下結(jié)合附圖對本實用新型的轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置的結(jié)構(gòu)進行詳細說明。[0018]如


圖1所示，本實用新型的轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置主要由出鋼下渣檢測單元和擋渣單元組成。[0019]下渣檢測單元包括防護套1、成像單元、報警裝置2、顯示器3、工控機4。防護套I 通過安裝支架9及設(shè)置在該安裝支架9上的半固定云臺10安裝到轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場。防護套I安裝在轉(zhuǎn)爐附近的適當位置處，雖然圖中未示，在防護套I前端設(shè)有紅外防護窗口，成像單元設(shè)置在防護套I內(nèi)，并由紅外熱成像儀和鏡頭組成，用于對轉(zhuǎn)爐出鋼口處的鋼流進行紅外視頻采集和出鋼過程監(jiān)控；顯示器3為工控機4的對話窗口，用于顯示交流信息；工控機4 用于對紅外熱成像儀輸出的紅外視頻圖像信號進行計算處理，完成工藝參數(shù)的測定并根據(jù)設(shè)定的工藝參數(shù)指示所述報警裝置發(fā)出報警信號并向擋渣單元發(fā)出控制信號。[0020]擋渣單元包括擋渣器8和用于對擋渣器的動作進行控制的氣動控制單元，該氣動控制單元包括現(xiàn)場閥箱6、現(xiàn)場操作箱7以及室內(nèi)控制器5，根據(jù)所述工控機發(fā)出的控制信號控制擋渣器的動作，通過擋渣器將鋼渣吹回轉(zhuǎn)爐內(nèi)。[0021]具體地說，擋渣器8安裝在轉(zhuǎn)爐爐體上，由擋渣器殼體及設(shè)置在擋渣器殼體內(nèi)的氣缸、傳動機構(gòu)和擋渣噴嘴組成，在接到所述工控機發(fā)出的控制信號后，所述氣缸通過傳動機構(gòu)帶動擋渣吹嘴快速旋轉(zhuǎn)至工作位置，將鋼渣吹回轉(zhuǎn)爐內(nèi)。[0022]傳動機構(gòu)包括主動軸、被動軸、擺動臂、噴嘴和柔性連接管件等。擋渣器8是轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置的擋渣執(zhí)行機構(gòu)，當大量的爐渣將要從出鋼口流出前，利用高壓氣體驅(qū)動擋渣器殼體內(nèi)的氣缸，使擺動臂旋轉(zhuǎn)，在極短的時間內(nèi)將擺動臂前端的噴嘴插入出鋼口內(nèi)，通過由噴嘴內(nèi)噴出的高壓氮氣將爐渣擋回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，完成氣動擋渣任務。[0023]由于擋渣器安裝在轉(zhuǎn)爐爐體上，其工作環(huán)境溫度很高，且粉塵量大，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計、材質(zhì)選擇、高溫軸承選用以及風冷設(shè)計等方面都給予了充分考慮，另外還通過高溫涂料增加擋渣裝置的高溫性能，以適應轉(zhuǎn)爐極為惡劣的工作環(huán)境。擋渣器軸承為高溫軸承，耐熱溫度達80(TC。擋渣器本體、氣缸、主動軸、被動軸、擺動臂和噴嘴等均采用壓縮氣體進行冷卻，壓縮氣體氣體工作壓力為O. 4 O. 6MPa，溫度O 40°C。擋渣使用的氣體為氮氣，工作壓力為1. O 1. 5MPa，溫度O 40°C。[0024]室內(nèi)控制器5對所述各單元的電源進行控制、顯示系統(tǒng)參數(shù)狀況、接收所述下渣檢測單元的反饋信號、控制 所述擋渣器執(zhí)行擋渣操作以及顯示系統(tǒng)參數(shù)狀況等(溫度、壓力、供電)，自動擋渣程序是通過控制器內(nèi)的PLC實現(xiàn)的。[0025]現(xiàn)場閥箱6是氣動擋渣器的現(xiàn)場控制設(shè)備，內(nèi)裝各種氣動電磁閥、PLC程序控制器、壓力傳感器元件、氣體過濾裝置以及截止閥等元件，主要承擔擋渣動作的程序控制和擋渣器箱體內(nèi)部的冷卻功能。氣體分三路供給，一路是壓縮空氣，用于擋渣器殼體內(nèi)部部件的吹掃冷卻，使擋渣器在高溫環(huán)境下能夠穩(wěn)定工作；第二路是控制氮氣，用于氣動電磁閥的控制，以控制擋渣機構(gòu)按規(guī)定的程序完成擋渣；第三路是擋渣用氮氣，用于擋渣時將鋼渣吹回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，防止鋼渣流入鋼包。[0026]現(xiàn)場操作箱7是用于搖爐工手動控制擋渣的電氣控制設(shè)備。當操作人員獲取擋渣操作指令或下渣檢測系統(tǒng)發(fā)出的反饋信號時，搖爐工可通過現(xiàn)場操作箱7控制擋渣器完成擋渣任務。[0027]紅外熱成像儀和紅外鏡頭構(gòu)成系統(tǒng)的成像單元，用于對轉(zhuǎn)爐出鋼口處的鋼流進行紅外視頻采集，監(jiān)控出鋼過程。紅外視頻信號通過光纜傳輸設(shè)備輸送給工控機。優(yōu)選的是， 紅外熱成像儀輸出的視頻數(shù)據(jù)信號通過一網(wǎng)絡(luò)光端機傳到所述的工控機，以保證成像質(zhì)量。[0028]在本實用新型的一個實施例中，所述紅外防護窗口允許8 14 μ m的中遠紅外線通過，在所述紅外防護窗口附近安裝有高溫衰減片，所述紅外熱成像儀和鏡頭的響應波段為8 14 μ m。[0029]防護套I的紅外防護窗口處采用雙氣簾防護結(jié)構(gòu)，在保證耐高溫性能的同時，確保紅外防護窗口不結(jié)灰，以保證所采集的紅外圖像的清晰度。在壓縮空氣供應正常的條件下，攝像機能在300°C高溫環(huán)境正常工作。所使用的壓縮空氣的工作壓力為O. 4 O. 6MPa， 入口處溫度0-35 °C。[0030]工控機4是視頻圖形專用處理設(shè)備，通過工控機處理技術(shù)分辨鋼水中夾帶的鋼渣，并以兩種明顯不同的顏色表示鋼水和鋼渣，使操作人員直接看到鋼水中的下渣過程和數(shù)量。同時，實現(xiàn)下渣總量、出鋼量及溫度的在線實時檢測。顯示器3為工控機的對話窗口， 顯示交流信息。[0031]報警裝置4是下渣檢測單元的自動報警裝置，通過對轉(zhuǎn)爐出鋼過程的下渣量進行實時檢測，當鋼水中的渣含量達到工藝上限時，工控機立即發(fā)出報警，并輸出反饋信號給報警裝置。報警裝置在得到反饋信號后，立即發(fā)出聲光報警，提醒抬爐工進行抬爐操作，避免更多的鋼渣流入鋼包中。一般情況下，報警裝置宜安裝在抬爐操作室。該裝置通過把紅外熱成像技術(shù)與計算機圖形數(shù)據(jù)處理技術(shù)有機地結(jié)合在一起，形成智能化的出鋼過程下渣檢測技術(shù)。在轉(zhuǎn)爐出鋼下渣檢測過程中，紅外熱成像儀實時監(jiān)測出鋼的鋼流表面。根據(jù)紅外線范圍內(nèi)鋼渣的放射率較鋼水高的原理，即使鋼水和熔渣有相同的溫度，紅外傳感器仍能判定鋼渣的溫度較鋼水高，從而檢測到鋼渣。
權(quán)利要求1.一種轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置，其特征在于包括下渣檢測單元和擋渣單元， 所述下渣檢測單元包括防護套、成像單元、報警裝置、顯示器和工控機，所述防護套安裝在轉(zhuǎn)爐附近的適當位置處，防護套前端設(shè)有紅外防護窗口 ；所述成像單元設(shè)置在所述防護套內(nèi)，并由紅外熱成像儀和鏡頭組成，用于對轉(zhuǎn)爐出鋼口處的鋼流進行紅外視頻采集和出鋼過程監(jiān)控；所述顯示器為工控機的對話窗口，用于顯示交流信息；所述工控機用于對紅外熱成像儀輸出的紅外視頻圖像信號進行計算處理，完成工藝參數(shù)的測定并根據(jù)設(shè)定的工藝參數(shù)指示所述報警裝置發(fā)出報警信號并向擋渣單元發(fā)出控制信號， 所述擋渣單元包括擋渣器及用于對擋渣器的動作進行控制的氣動控制單元，所述氣動控制單元根據(jù)所述工控機發(fā)出的控制信號控制擋渣器的動作，通過擋渣器將鋼渣吹回轉(zhuǎn)爐內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置，其特征在于所述擋渣器安裝在轉(zhuǎn)爐爐體上，由擋渣器殼體及設(shè)置在擋渣器殼體內(nèi)的氣缸、傳動機構(gòu)和擋渣噴嘴組成，在接到所述工控機發(fā)出的控制信號后，所述氣缸通過傳動機構(gòu)帶動擋渣吹嘴快速旋轉(zhuǎn)至工作位置，將鋼渣吹回轉(zhuǎn)爐內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置，其特征在于所述氣動控制單元包括室內(nèi)控制器、現(xiàn)場閥箱和現(xiàn)場操作箱， 所述室內(nèi)控制器對所述各單元的電源進行控制、顯示系統(tǒng)參數(shù)狀況、接收所述下渣檢測單元的反饋信號并控制所述擋渣器執(zhí)行擋渣操作； 所述現(xiàn)場閥箱用于擋渣動作的程序控制和擋渣器殼體內(nèi)部的冷卻，其向所述擋渣器的殼體提供吹掃冷卻用的壓縮空氣，向擋渣單元中的氣動控制單元輸送氣動控制氣體，向擋渣吹嘴輸送擋渣用氮氣； 所述現(xiàn)場操作箱用于手動控制擋渣器完成擋渣操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置，其特征在于所述紅外熱成像儀輸出的視頻數(shù)據(jù)信號通過一網(wǎng)絡(luò)光端機傳到所述的工控機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置，其特征在于所述紅外防護窗口允許8 14 y m的中遠紅外線通過，在所述紅外防護窗口附近安裝有高溫衰減片，所述紅外熱成像儀和鏡頭的響應波段為8 14ii m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置，其特征在于所述防護套的紅外防護窗口處采用雙氣簾防護結(jié)構(gòu)，該雙氣簾防護結(jié)構(gòu)使用的壓縮空氣工作壓力為.0.4 0. 6MPa，入口處溫度為0 35°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置，其特征在于所述防護套通過一安裝支架及設(shè)置在該安裝支架上的半固定云臺安裝到轉(zhuǎn)爐現(xiàn)場。
專利摘要本實用新型公開了一種轉(zhuǎn)爐出鋼過程檢測與控制裝置，包括下渣檢測單元和擋渣單元，下渣檢測單元包括防護套、成像單元、報警裝置、顯示器和工控機。防護套安裝在轉(zhuǎn)爐附近，前端設(shè)有紅外防護窗口；成像單元設(shè)置在防護套內(nèi)，用于對轉(zhuǎn)爐出鋼口處的鋼流進行紅外視頻采集和出鋼過程監(jiān)控；顯示器用于顯示交流信息；工控機用于對紅外熱成像儀輸出的紅外視頻圖像信號進行計算處理，完成工藝參數(shù)的測定并根據(jù)設(shè)定的工藝參數(shù)指示所述報警裝置發(fā)出報警信號并向擋渣單元發(fā)出控制信號，擋渣單元包括擋渣器及用于對擋渣器的動作進行控制的氣動控制單元，氣動控制單元控制擋渣器的動作，將鋼渣吹回轉(zhuǎn)爐內(nèi)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測，檢測準確、效果明顯且操作簡便。
文檔編號C21C5/30GK202830072SQ20122040423
公開日2013年3月27日 申請日期2012年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月15日
發(fā)明者張海根 申請人:天津市三特電子有限公司