阅读说明：本技术 一种转炉冶炼火点区温度连续监测氧枪系统及监测方法 (Converter smelting fire point area temperature continuous monitoring oxygen lance system and monitoring method ) 是由 朱荣 冯超 魏光升 董凯 韩宝臣 朱长富 武文合 姜娟娟 董建锋 吴学涛 苏荣芳 于 2019-10-10 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种转炉冶炼火点区温度连续监测氧枪系统及监测方法,属于钢铁冶金技术领域。该氧枪系统包括氧枪、红外温度监测系统、红外温度传感器保护系统、氧枪供氧系统和氧枪冷却水系统。氧枪供氧系统和氧枪冷却水系统与氧枪连接,红外温度监测系统安装在氧枪内部,红外温度传感器保护系统与红外温度监测系统连接。冶炼开始,氧枪冷却系统、氧枪供氧系统和红外温度传感器保护系统开始运行,冶炼时,红外温度传感器监测火点区温度,并返回4-20mA信号,经处理后反馈,实现火点区温度的连续监测。本发明适用于30-400t转炉冶炼火点区温度的连续监测,可实现转炉冶炼过程复杂情况条件下的火点区温度连续监测,为转炉冶炼模型和冶炼工艺提供实时精确的数据。(The invention provides a system and a method for continuously monitoring the temperature of a converter smelting fire point area, belonging to the technical field of ferrous metallurgy. The oxygen lance system comprises an oxygen lance, an infrared temperature monitoring system, an infrared temperature sensor protection system, an oxygen lance oxygen supply system and an oxygen lance cooling water system. The oxygen lance oxygen supply system and the oxygen lance cooling water system are connected with the oxygen lance, the infrared temperature monitoring system is arranged inside the oxygen lance, and the infrared temperature sensor protection system is connected with the infrared temperature monitoring system. When smelting is started, the oxygen lance cooling system, the oxygen lance oxygen supply system and the infrared temperature sensor protection system start to operate, and during smelting, the infrared temperature sensor monitors the temperature of a fire point area and returns a 4-20mA signal, and the signal is processed and then fed back to realize continuous monitoring of the temperature of the fire point area. The invention is suitable for continuously monitoring the temperature of the smelting fire point area of the converter of 30-400t, can realize the continuous monitoring of the temperature of the fire point area under the condition of complex smelting process of the converter, and provides real-time and accurate data for a smelting model and a smelting process of the converter.)

一种转炉冶炼火点区温度连续监测氧枪系统及监测方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金技术领域，特别是指一种转炉冶炼火点区温度连续监测氧枪系统及监测方法。

背景技术

转炉炼钢过程中，高速氧化性气体与高温金属液发生物理化学反应，高温火点区铁蒸发，产生大量的转炉烟尘，无法采取及时准确的调控措施。

高温火点区温度变化对于转炉烟尘的产生、冶炼自动化模型的建立与优化和冶炼过程的稳定控制均有较大影响，但是由于转炉冶炼过程中伴随高温气-渣-金多相的物理化学变化，造成转炉内环境非常复杂，难以测定火点区温度。

不同冶炼工艺的火点区温度变化不同，因此测定火点区温度变化，调整装料制度、造渣制度和供氧制度可以有效控制火点区温度，减少金属料烧损，同时，可为转炉冶炼模型的建立和冶炼工艺的优化提供实时精确的数据支撑。

发明内容

本发明提供一种转炉冶炼火点区温度连续监测氧枪系统及监测方法，以解决转炉冶炼过程中火点区难以监测的难题。

该氧枪系统包括氧枪、红外温度监测系统、红外温度传感器保护系统、氧枪供氧系统和氧枪冷却水系统，氧枪供氧系统和氧枪冷却水系统分别与氧枪连接，红外温度监测系统安装在氧枪内部，红外温度传感器保护系统与红外温度监测系统连接；

其中，氧枪包括氧枪喷头和氧枪本体，氧枪喷头设置在氧枪本体前端；红外温度监测系统包括红外温度传感器、信号传输电缆、保护套管和计算机处理系统，红外温度传感器设置在氧枪喷头内部，红外温度传感器通过信号传输电缆连接计算机处理系统，信号传输电缆外部包裹保护套管；红外温度传感器保护系统包括储气罐一和输气管路一，储气罐一连接输气管路一，输气管路一连接保护套管的进气口；氧枪供氧系统包括储气罐二和输气管路二，输气管路二一端连接储气罐二，另一端连接氧枪的中心管；氧枪冷却水系统包括冷却水循环系统、进水管路和回水管路，进水管路和回水管路均一端与冷却水循环系统相连，另一端与氧枪相连。

其中，氧枪喷头材质是T1铜、T2铜或Tu1铜中的一种，所述氧枪本体材质为钢或钢和不锈钢混合材质中的一种，氧枪本体的外管为直管或锥体管。

红外温度传感器保护系统的气体流量范围为100-30000Nm³/h。

储气罐二内的气体为O₂或O₂、CO₂和N₂三者的混合气，氧枪供氧系统气体流量范围是5000-95000Nm³/h，气体压力范围是0.5-2.0MPa。

氧枪冷却水系统水流量范围是50-800m³/h，进水温度小于35℃，温升小于20℃。

氧枪喷头的喷孔布置形式为多孔均匀布置+中心孔、多孔多角度布置+中心孔、多孔分层布置+中心孔中的一种，中心孔角度与多孔轴线夹角为0-90°。

储气罐一内气体为N₂、Ar、CO₂或N₂、Ar、CO₂的混合气。

应用该氧枪系统的监测方法，大致为：利用安装在氧枪喷头内部的红外温度传感器测试高速射流与熔池反应液面的高温火点区，红外信号通过信号传输电缆将4-20mA信号传递给计算机处理系统处理成数字信号，实现火点区温度实时连续测量，保护套管在使用过程中喷吹保护气体，对红外温度传感器起冷却保护作用。

具体步骤如下：

S1：转炉兑铁后，摇正炉口，打开氧枪冷却水系统并下降氧枪，氧枪降至炉口下方后打开红外温度监测系统、红外温度传感器保护系统和氧枪供氧系统，继续下降氧枪至冶炼枪位；

S2：利用红外温度传感器测定冶炼不同时期的火点区温度，4-20mA电信号通过信号传输电缆传输至计算机处理系统处理成数字信号，并记录数据；

S3：冶炼结束后，提升氧枪至炉口下方时关闭红外温度监测系统、红外温度传感器保护系统和氧枪供氧系统，提升氧枪至冷却烟罩上方后关闭氧枪冷却水系统。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，为转炉冶炼火点区温度的测定提供了一种方法和氧枪系统；上述方案根据火点区温度变化的监测数据，为转炉冶炼的装料制度和造渣制度优化、冶炼工艺的选择、金属料烧损及铁蒸发的减少和转炉冶炼CO₂或N₂的混入比例提供了数据支撑，结合监测数据采取有效方法，减少冶炼烟尘排放量和钢铁料消耗。

附图说明

图1为本发明的转炉冶炼火点区温度连续监测氧枪系统结构示意图；

图2为本发明的转炉冶炼火点区温度连续监测氧枪系统中氧枪喷头结构示意图。

其中：1-1：氧枪喷头；1-2：氧枪本体；2-1：红外温度传感器；2-2：信号传输电缆；2-3：保护套管；2-4：计算机处理系统；3-1：储气罐一；3-2：输气管路一；4-1：储气罐二；4-2：输气管路二；5-1：冷却水循环系统；5-2：进水管路；5-3：回水管路。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种转炉冶炼火点区温度连续监测氧枪系统及监测方法。

如图1所示，该氧枪系统包括氧枪、红外温度监测系统、红外温度传感器保护系统、氧枪供氧系统和氧枪冷却水系统，氧枪供氧系统和氧枪冷却水系统分别与氧枪连接，红外温度监测系统安装在氧枪内部，红外温度传感器保护系统与红外温度监测系统连接；

其中，氧枪包括氧枪喷头1-1和氧枪本体1-2，氧枪喷头1-1设置在氧枪本体1-2前端；红外温度监测系统包括红外温度传感器2-1、信号传输电缆2-2、保护套管2-3和计算机处理系统2-4，如图2所示，红外温度传感器2-1设置在氧枪喷头1-1内部，红外温度传感器2-1通过信号传输电缆2-2连接计算机处理系统2-4，信号传输电缆2-2外部包裹保护套管2-3；红外温度传感器保护系统包括储气罐一3-1和输气管路一3-2，储气罐一3-1连接输气管路一3-2，输气管路一3-1连接保护套管2-3的进气口；氧枪供氧系统包括储气罐二4-1和输气管路二4-2，输气管路二4-2一端连接储气罐二4-1，另一端连接氧枪的中心管；氧枪冷却水系统包括冷却水循环系统5-1、进水管路5-2和回水管路5-3，进水管路5-2和回水管路5-3均一端与冷却水循环系统5-1相连，另一端与氧枪相连。

应用该氧枪系统的方法大致为：利用安装在氧枪喷头1-2内部的红外温度传感器2-1测试高速射流与熔池反应液面的高温火点区，红外信号通过信号传输电缆2-2将4-20mA信号传递给计算机处理系统2-4处理成数字信号，实现火点区温度实时连续测量，保护套管2-3在使用过程中喷吹保护气体，对红外温度传感器2-1起冷却保护作用。

下面结合具体实施例予以说明。

1)本方法应用于300t转炉冶炼火点区温度的监测，选用氧枪的外管直径402mm，中心管外径273mm，O₂与CO₂混合气流量53000Nm³/h，CO₂混合比例5％，供气压力1.0MPa，氧枪喷头为5孔均匀布置+中心孔，中心孔角度与喷孔轴线平行，角度15°，中心孔直径20mm，CO₂流量2000Nm³/h；

2)转炉兑铁后，炉口摇到垂直位置，准备冶炼操作；

3)接通红外温度传感器24VDC电源，数据信号显示正常后，打开氧枪冷却水系统，开始下降氧枪至炉口下500mm处打开氧枪供氧系统和红外温度传感器保护气，继续下降氧枪并确认点火后，按照冶炼工艺要求调整氧枪枪位，红外温度传感器发射至火点区位置，通过信号传输电缆将0-20mA电信号传递至计算机处理系统，经处理后转化为数字信号并自动保存，实现火点区温度实时连续监测，根据火点区温度变化情况，动态调节CO₂混入比例、氧枪枪位和造渣剂加入时间点及加入量，实现减少铁烧损，提高金属料收得率。

4)冶炼结束后，提升氧枪至炉口500mm处，关闭氧枪供氧系统和红外温度传感器的保护气，继续提升氧枪至冷却烟罩上方后，关闭氧枪冷却水系统和断开红外温度传感器24VDC电源，将转炉摇至出钢角度，准备出钢。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。