[发明专利]一种钢水成分连续检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明专利属于冶炼生产检测设备技术领域，涉及一种钢水成分连续检测系统及方法。

背景技术

现代炼钢过程中必须进行钢水冶炼终点控制，即顶底复吹转炉炼钢吹炼终点(吹氧结束)时使金属的化学成分和温度同时达到计划钢种出钢要求而进行的控制。为实现钢水冶炼终点控制要求，就必须测量钢水温度、化学元素成分及含量，从而实现转炉炼钢终点钢水温度和关键化学元素成分及含量的准确在线检测和控制。当今为了缩短炼钢周期和提高生产率，在转炉冶炼作业生产中，测量钢水温度、化学元素成分及含量一般采用副枪装置+探头快速分析(仅适用于150t吨位以上大型转炉)以及转炉烟气分析方法。

副枪是指氧气顶吹转炉除供氧的氧枪之外，另外装备的一支类似于氧枪可以升降并直接插入熔池内的金属枪。副枪的端部可插装各种功能不同的探头，用以测定冶炼过程中炉内温度、成分等信息，再通过计算机将获得的各种信息进行分析和处理后传送至转炉主控室。由于副枪设备的不同布置，需作横移或旋转，高速升降、探头装卸以及探头仓装料等复合系列动作，机械设备和电气控制复杂、故障率高、投资昂贵。在高位工作环境中，副枪为细长水冷件易变形弯曲，这给探头自动准确接插、副枪各动作精准定位和可靠性，以及设备维护和维修等均带来诸多困难。另外，副枪对转炉钢水的测量是间断和不连续的，这就大大降低转炉动态控制中碳和温度同时达到出钢要求的命中率。此外，根据不同的检测目的，在炼钢生产中，副枪需插装和消耗大量不同功能的昂贵检测探头，并按副枪运行周期进行测量及探头取样分析和数据传送，这些不仅增加了生产成本、需设定副枪相应操作工岗位，而且延长了炼钢冶炼周期，降低了生产率。多年来，世界各国钢厂都在寻求一种可适用于大、小型不同吨位转炉及各类冶金炉，简便可靠，设备和检测成本低廉，能动态显示钢水温度、化学元素成分及含量，从而实现转炉炼钢终点钢水温度和关键化学元素成分及含量的连续、实时、准确无探头在线检测和控制的方法。

奥钢联的VAI-CON Chem测量系统作了这方面的尝试，该系统采用激光感应钢水等离子体光谱线和红外辐射法，连续测试熔池内钢水的化学成分和温度。该检测系统除测量计算机和光纤外，还采用激光系统、透镜和反光镜系统、紫外和红外光谱仪、摄像机等，不仅设备复杂昂贵，精密测量光学元件难以适应炼钢车间高温、烟雾、金属粉尘、震动以及强磁等各种恶劣环境，现场抗干扰较差，而且测量设备安装在冶金炉壳上，工作环境恶劣，影响测量设备寿命。此外，为了便于激光探入，钢水发射光源探测通道为水平设置，如果探测通道惰气(Ar/N₂)因事故停吹，钢水就会发生沿水平光源探测通道外溢事故，以上种种不足可能就是VAI-CON Chem钢水成分连续测量系统至今仍未在各国炼钢厂广泛应用的主要原因。

另外一种型式的钢水成分无探头在线检测系统为转炉烟气分析系统，由烟气取样和气体处理系统、质普分析仪、校验设备以及控制和通讯设备等组成。通过采用质普仪对转炉吹炼中的烟气成分实行连续检测、分析，将烟气分析数据作为动态控制模型的基础，分析结果用于转炉吹炼终点的确定、脱碳速率计算、钢水和渣成分预测、熔池温度预测等。具体检测方法是使用质普仪测量烟气中(如N2)的含量，用于预测钢水中剩余碳含量、终点时磷和锰的含量，也可以用来预测钢水温度。由于炉气取样水冷探头安装在转炉汽化烟道中，烟道内高温、多粉尘并有腐蚀性气体，探头的工作环境非常恶劣，长期运行中极易发生堵塞，直接影响检测和分析结果。另外，烟气分析系统一般安装在靠近取样头的转炉一次除尘烟道上方高位平台的分析小屋里，小屋必须保证隔热、防尘并设有空调通风等设施。考虑到维护人员的安全，分析小屋内还设有CO和O2浓度自动报警仪。转炉烟气分析系统预测的精度同时取决于底吹状况、氧枪高度、渣化学成分、造渣料加入制度、吹炼过程平稳性以及计算和控制模型等多因素影响。此外，该系统检测的转炉钢水温度、化学元素成分及含量均以收集的烟气(如N2)含量进行间接预测，不是直接检测，因此转炉出钢钢水终点温度、化学成分和含量检测精度和命中率较低，检测设备投资和维护工作量较大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钢水成分连续检测系统及方法。该系统可适用于大、小不同型吨位转炉及各类冶金炉，简便可靠，设备和检测成本低廉，能动态和精确显示钢水温度、化学元素成分及含量，从而实现转炉炼钢终点钢水温度和关键化学元素成分及含量的连续、实时、准确无探头在线检测、显示及控制。