基於在線灰體的aod爐紅外溫度在線檢測方法
2023-05-12 13:56:21 1
專利名稱：基於在線灰體的aod爐紅外溫度在線檢測方法
技術領域：
本發明涉及一種冶金行業煉鋼爐冶煉的檢測系統，特別涉及一種基於在線灰體的AOD爐紅外溫度在線檢測方法。AOD爐冶煉溫度的測量是基於熔池內底槍處的溫度的在線監測而實時進行的，以 降低能源消耗並提高冶煉精度。由於冶煉過程中，底槍處的狀態基本維持恆定，底吹氣體可 以形成在線灰體，因此根據基爾霍夫理論實時測量鐵水腔體的溫度，輔以溫度補償，並計算 出鐵水實時的溫度值。
背景技術：
目前冶煉過程中的溫度測量採用的是間歇式測量方法，這樣可能會造成能源的浪 費並降低冶煉精度。目前冶金行業溫度測量主要以熱電偶測量為主，其主要缺點是不能實現溫度的連 續在線檢測，同時會造成大量的能源浪費，熱電偶測溫時對操作工人的要求較高，需要有經 驗的工人根據火焰顏色，判斷出冶煉階段，再根據需要進行測溫，所以時常無法準確的預報 冶煉終點，以致造成噴濺事故。目前還有使用的方法有藍寶石光纖傳感和黑體腔傳感，它們實施的具體方式是藍寶石光纖傳感，光纖溫度傳感器系統包括端部摻雜質的高溫藍寶石單晶光纖探 頭、Y型石英光纖傳導束、超高亮發光二極體(LED)及驅動電路、光電探測器、螢光信號處理 系統和輻射信號處理系統。在高溫區(400°C以上)，光纖溫度傳感器基於光纖被加熱要引 起熱輻射的原理工作，熱輻射效應光強調製型光纖溫度傳感器屬於被動式光強調製，它不 需要外加光源，而直接由藍寶石光纖製成的黑體腔收集熱輻射，然後通過傳輸光纖送到光 電二極體探測並進行數據處理。熱輻射的強度和波長是溫度的函數，採用帶黑體腔的高溫 單晶藍寶石(α -Α1203)光纖(其熔點溫度為2050°C )，當黑體腔與待測溫度區熱平衡時， 黑體腔就按照黑體輻射定理髮射與待測溫度T相對應的電磁輻射。黑體腔傳感，採用比色法原理進行測溫的光纖溫度傳感器系統，由黑體腔、光纖傳 感器、傳輸光纖、分路器、光電轉換、信號處理組成。溫度傳感器的工作原理，是由黑體輻射 腔感受被測物體的溫度，發射出輻射光波，光纖傳感頭接收到黑體輻射腔發射的輻射光波， 經傳輸光纖傳回至分路器，通過波分復用將輻射光、信號分別轉換成電信號後，由二次儀表 計算出溫度。在實際應用中，上述兩種方法由於製造精度限制了其應用和推廣，同時系統的成 本由於與熱電偶法相當，也是限制其應用的一個主要因素。
發明內容
本發明的目的是提供一種基於在線灰體的AOD爐紅外溫度在線檢測方法，本發明 是基於底槍氣體形成的鐵水腔體對AOD爐溫度進行在線測量，對發射率進行補償，根據溫 度補償對紅外測溫結果進行修正，作為冶煉過程控制和其他終點判斷的重要依據之一。
本發明的方法是將紅外探頭設置在AOD爐的底槍中，對爐溫進行在線測量，得到實時測量溫度值，AOD爐的實際爐溫T符合下述公式formula see original document page 4
式中，Ttl，Tb分別為氣體出口溫度和熔池內液體的溫度；Vtl, Vf分別為出口溫度和熔 池溫度下的氣體體積；η為單位時間內吹入氣體的物質的量；Pa為熔池上方的壓力；Qa為熔 池溫度和Pa下的氣體流量；H為熔池深度。本發明的有益效果是對AOD爐冶煉溫度的測量是基於熔池內底槍處的溫度的在 線監測而實時進行的，降低了能源消耗並提高了冶煉精度。本發明的原理是鐵水腔體的結構如圖2所示，當氣體通過浸入式噴槍噴入熔池時，氣體連續相將 在液體中運動，並且與其周圍介質之間存在一個界面，由於這個界面的不穩定性，在射流與 周圍介質之間發生了能量傳遞過程。射流對周圍介質的卷吸使射流不斷擴張並且使運動速 度降低。經過一定距離後，射流的水平速度分量將低於單個大氣泡在液體中的上升速度值。 此時，射流垂直方向的速度分量佔主導，並且分離出大量大小不一的氣泡，這些氣泡由於受 浮力的作用將上升到熔池的表面。上升的氣泡驅動液體向上運動，同時抽引周圍的介質，從 而在熔池內造成非對稱的循環流。實驗表明，氣體射流噴入液體後，射流核心區的長度一般為6d左右，在這個範圍 內，可以認為腔體內完全由氣相組成。之後在(6_8)d的範圍內，由於氣體對周圍液體的卷 吸作用，不斷有液滴被捲入氣相中，射流軌跡繼續擴張。在氣流由氣體或氣體加液珠組成 的氣體連續相區域被破壞之前，氣流在保存相當大的水平方向動量的情況下就開始形成氣 泡，氣體或氣體加液珠的氣體連續相一旦消失，氣泡上浮運動將逐漸起決定性作用，從而使 流股的軸線軌跡明顯改變方向，出現上圖所示的上升轉折，甚至移向噴嘴方向。通過實驗觀 察，在(8-10)d處，氣泡大量生成，射流明顯向上彎曲。可以看出，底吹氣體在進入鐵水後形成一個氣體腔，如圖1所示，這個氣體腔中的 6d這個範圍內的氣體完全是氣相的，就是說是一個理想的灰體，為溫度檢測提供了一個理 想的空間。首先，了解AOD爐的工藝和生產流程，其次根據AOD的結構特點，研究底槍處的氣 體狀態，進一步分析氣液界面的結構和輻射特性，依據基爾霍夫理論建立在線灰體進行測 溫。基爾霍夫理論的原理是，在密閉等溫腔體內任意面元上的輻射，是等溫腔體在此溫度下 的黑體輻射。當一個腔體完全等溫時，對於一個固定安放的探測器，腔體的積分發射率不隨 腔體的溫度和波長而變化，基本保持為一個常數。此時的等溫腔體是一個理想的灰體。紅外溫度測量需要進行發射率的修正，建立了在線灰體之後，由於灰體的發射率 可以基本保持為一個固定的常數，所以當用比色測溫法進行處理時，誤差要遠遠小於普通 比色測溫法的測量精度。所以發射率的修正就不再是主要問題，而是底吹氣體的降溫作用， 由於底吹氣體在室溫吹入，對與它接觸的鐵水腔體要產生一個持續的降溫作用，基於功能 關係建立溫度補償公式對溫度進行補償。底吹氣體的功主要包括如下幾個部分(1)膨脹功，即氣體在噴嘴附近由於溫度升高引起體積膨脹而作功；(2)浮力功，即氣泡在上浮過程中因浮力和膨脹作功；(3)動力功，即噴吹時氣體流股的動能作功；
(4)靜壓力功，即氣體噴出時殘餘靜壓力使氣體膨脹作功。各個功可以表示為膨脹功W1
formula see original document page 5式中，Ttl，Tb分別為氣體出口溫度和熔池內液體的溫度；Vtl, Vf分別為出口溫度和熔 池溫度下的氣體體積；η為單位時間內吹入氣體的物質的量；Pa為熔池上方的壓力；Qa為熔 池溫度和Pa下的氣體流量；H為熔池深度。浮力功W2:formula see original document page 5動力功W3:formula see original document page 5
靜壓力功W4:formula see original document page 5
根據功能關係，溫度補償公式如下formula see original document page 5
有了上述溫度補償模型，可以根據參數的實時測量值Tb，算出鐵水溫度值T。
圖1是AOD爐的結構及紅外底槍測溫原理圖。圖2是鐵水腔體的結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明之方法是將紅外探頭設置在AOD爐的底槍中，對 爐溫進行在線測量，得到實時測量溫度值，AOD爐的實際爐溫T符合下述公式 formula see original document page 5式中，Ttl，Tb分別為氣體出口溫度和熔池內液體的溫度；Vtl, Vf分別為出口溫度和熔 池溫度下的氣體體積；η為單位時間內吹入氣體的物質的量；Pa為熔池上方的壓力；Qa為熔 池溫度和Pa下的氣體流量；H為熔池深度。
權利要求
一種基於在線灰體的AOD爐紅外溫度在線檢測方法，該方法是將紅外探頭設置在AOD爐的底槍中，對爐溫進行在線測量，得到實時測量溫度值，AOD爐的實際爐溫T符合下述公式 T= T b+ lg HT 0 C l D C 1 Tb + 1 2 g,0 u 0 2- lgH 式中，T0，Tb分別為氣體出口溫度和熔池內液體的溫度；V0，Vf分別為出口溫度和熔池溫度下的氣體體積；n為單位時間內吹入氣體的物質的量；Pa為熔池上方的壓力；Qa為熔池溫度和Pa下的氣體流量；H為熔池深度。
全文摘要
本發明公開了一種基於在線灰體的AOD爐紅外溫度在線檢測方法，該方法是將紅外探頭設置在AOD爐的底槍中，對爐溫進行在線測量，得到實時測量溫度值，AOD爐的實際爐溫T符合下述公式式中，T0，Tb分別為氣體出口溫度和熔池內液體的溫度；V0，Vf分別為出口溫度和熔池溫度下的氣體體積；n為單位時間內吹入氣體的物質的量；Pa為熔池上方的壓力；Qa為熔池溫度和Pa下的氣體流量；H為熔池深度；本發明對AOD爐冶煉溫度的測量是基於熔池內底槍處的溫度的在線監測而實時進行的，降低了能源消耗並提高了冶煉精度。
文檔編號G01J5/00GK101806628SQ20101015127
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月21日 優先權日2010年4月21日
發明者張德江, 林曉梅, 陳戈華 申請人:長春工業大學