发明内容

基于节能和优化结构参数的目标，本发明提供一种利用水冷杆测量钛渣电弧炉熔池深度的装置和方法。

本发明的技术方案如下：

一种利用水冷杆测量钛渣电弧炉熔池深度的装置，包括升降机、水冷杆、温度传感器、流量计、水泵和水箱：所述装置在炉体一侧设置升降机，升降机通过连接臂与冷水杆连接，实现水冷杆的升降，保证水冷杆垂直进入熔池；冷水杆为双层套筒结构，内通冷却水，冷水杆内置进水管和出水管，设有进水口和出水口，其中外侧入水，内侧出水；温度传感器包括放置于冷水杆进水管处的进水管温度传感器和放置于冷水杆出水管处的出水管温度传感器；流量计设置在冷水杆的进水口和出水口处，可清楚看到冷却水流速；冷水杆的进水管和出水管分别在炉体外部与水箱相连实现水循环，水泵连接水箱，实现冷却水的抽取，水箱位于炉体外部，确保冷却水充足，可循环利用。

进一步的，上述的一种利用水冷杆测量钛渣电弧炉熔池深度的装置，水冷杆测量时，水冷杆的外壁面附着三层凝固壳，其中最内层附着凝固壳为钛渣层凝固物，中间层的上部为钛渣层凝固物、下部为铁水层凝固物，最外层为钛渣层凝固物。

进一步的，上述的一种利用水冷杆测量钛渣电弧炉熔池深度的装置，通过改变水流速保证冷却水在水冷杆的进水口和出水口的温度差不超过50℃。

一种利用水冷杆测量钛渣电弧炉熔池深度的方法，包括以下步骤：

步骤1、水冷杆通入冷却水然后伸入钛渣电弧炉熔池，水冷杆依次经过钛渣层和铁水层最终到达熔池底面；

该过程中，水冷杆经过钛渣层，在到达熔池底面的过程中，钛渣层会率先在水冷杆外壁凝固，凝固层高度即为熔池的总高度，此为第一分布层；水冷杆在经过铁水层的过程中，铁水层和钛渣层均会凝固在第一分布层的表面，其中铁水层凝固高度为铁水层深度，钛渣层凝固高度为钛渣层深度，此为第二分布层；水冷杆最后到达熔池底面，水冷杆向上离开熔池的过程中，因经过钛渣层，在第二分布层表面再凝固附着一层钛渣层，此为第三分布层，高度与第一分布层高度是相同；

步骤2、水冷杆上的附着物的总高度即为熔池总深度H1，H1是熔池内渣层深度h1和铁水层深度h2之和，水冷杆取出后，磨碎最外部钛渣层凝固物，在第二层凝固物分布中铁水层凝固物会出现均匀的银色分布，测量铁水层凝固物的长度，该长度即为铁水层深度h2，计算得渣层深度h1＝H1-h2；

步骤3、当水冷杆到达熔池底部时，标记此时水冷杆与炉顶处的平齐位置，该标记距离水冷杆最底部的长度为水冷杆伸入炉体内的总深度H,并测量该位置与出渣口的距离h3，该位置与出铁口的距离h4，计算出渣层液位最高线与出渣口的深度为hs＝H1-H+h3，铁水层液位最高线与出铁口的深度为hfe＝h2+h4-H；

步骤4、通过不同的防爆孔进行测量步骤2、3中的数据，得到渣铁液位关系多组测量结果；

步骤5、针对钛渣电弧炉的实际工艺参数进行数值模拟，得到钛渣电弧炉的熔池形貌示意图，并获取防爆孔位置的熔池深度H1’，将该数据H1’与实际水冷杆测量的熔池总深度H1进行验证对比，若数据误差不超过5％，即可认为数值模拟所得到的数据是准确的，可从计算机上直接通过CFD post软件进行后处理获得各个位置的熔池深度及渣、铁液位深度的数据；若数据误差超过5％，可将熔池形貌示意图进行上下平移，使得H1’＝H1，此时将从计算机上通过后处理得到的熔池深度及渣、铁液位深度数据与平移距离ΔH进行换算，ΔH＝H1’-H1,从而获得各个位置的熔池深度及渣、铁液位深度的数据。

本发明的有益效果为：

(1)本发明所述装置具备安全性，同时装置能使渣铁凝固于水冷杆表面，深度数据更加精确，并且能够因为升降杆的连接臂固定保证水冷杆垂直插入熔池，避免水冷杆斜插造成误差；

(2)通过测量结果了解渣、铁液位深度，从而了解内部渣铁交界面以及铁水底层分别距离出渣口和出铁口的高度，有助于对炉体结构进行优化，使得出渣、出铁更加顺利；

(3)本发明了解高温钛渣电弧炉内熔池深度、形貌，从而优化布料制度，防止堆料，操作简单易行，促进节能，提高生产率，为电弧炉发展提供参数指导；

(4)通过数值模拟的方法来模拟计算熔池深度，并通过水冷杆进行验证，具有可行性、简易性和全面性。