轉(zhuǎn)爐煉鋼聲納化渣原理及應(yīng)用

[摘要]轉(zhuǎn)爐煉鋼反應(yīng)速度快、冶煉周期短，冶煉過(guò)程中的化渣效果直接影響到鋼的質(zhì)量與煉鋼效率。本文通過(guò)介紹聲納化渣系統(tǒng)原理，系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)功能，實(shí)際效果，展示了在計(jì)算機(jī)指導(dǎo)下的聲納化渣系統(tǒng)在煉鋼過(guò)程降低了鋼鐵料的消耗、減少了廢品、縮短了吹煉時(shí)間、提高產(chǎn)量等方面起到的作用。

[關(guān)鍵詞聲納 化渣 煉鋼

一、前言

化渣效果是轉(zhuǎn)爐煉鋼的重要指標(biāo)。必須快速成渣，才能滿足冶煉周期的要求，同時(shí)化渣過(guò)程對(duì)減少噴濺、降低金屬損失和提高爐襯使用周期都有直接影響。本文運(yùn)用聲納技術(shù)，在轉(zhuǎn)爐煙道中拾取噪聲，并經(jīng)過(guò)電子設(shè)備處理，對(duì)氧氣轉(zhuǎn)爐的造渣過(guò)程的噪聲進(jìn)行檢測(cè)、處理，監(jiān)控爐渣的變化情況，為爐前操作人員提供直觀醒目的科學(xué)指導(dǎo)和管理信息，大大提高了轉(zhuǎn)爐冶煉水平，具有很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

二、系統(tǒng)原理

1.物理根據(jù)。氧槍噴嘴處氧氣膨脹產(chǎn)生的聲音為主要噪聲源。在吹煉初期，轉(zhuǎn)爐渣面很低，造成噪聲強(qiáng)度很高，隨著冶煉過(guò)程的進(jìn)行，渣面逐漸提高，噪聲等級(jí)逐步下降。如果操作人員操作不當(dāng)，極易產(chǎn)生噴濺，導(dǎo)致大量渣子從轉(zhuǎn)爐噴出，增加鋼鐵料的消耗。同時(shí)，噪聲等級(jí)在冶煉后期會(huì)出現(xiàn)增大的情況，意味著爐內(nèi)渣子的減少，也就是反干現(xiàn)象。如果不采取適當(dāng)?shù)牟僮鞣椒ǎ瑯O易造成鋼水的成分最終出格。

2.氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程中噪聲的來(lái)源。分析氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉情況，可知有三種噪聲與吹煉有關(guān)：①超音速氧氣流股的氣體動(dòng)力學(xué)噪聲及其沖擊鐵液、渣液和固相顆粒時(shí)的噪聲；②一氧化碳?xì)馀萜屏押鸵绯龅臍饬髟肼暎虎劢饘偃鄢睾驮号c爐壁摩擦的噪聲。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，超音速氧氣流股是產(chǎn)生吹煉噪聲的最主要的噪聲源。

3.吹煉噪聲強(qiáng)度與爐渣狀態(tài)的關(guān)系。通過(guò)以上分析，氧氣流股是最主要的噪聲源，爐內(nèi)產(chǎn)生的噪聲的強(qiáng)度與泡沫渣的狀態(tài)有非常緊密的關(guān)系。以下將從5方面介紹爐渣狀態(tài)：①開(kāi)吹階段：氧氣流直接沖擊鐵水液面和固體造渣物；②噴濺階段：泡沫渣從轉(zhuǎn)爐爐口冒出或噴出；③爐渣偏干階段：泡沫渣的液面極低，但是仍能沒(méi)過(guò)氧氣流；④爐渣返干階段：爐渣熔點(diǎn)偏高，很多高熔點(diǎn)的固體物質(zhì)析出，氧氣流在爐膛空間暴露；⑤化渣良好階段：雖然泡沫渣渣層有點(diǎn)厚，但不會(huì)有溢渣或噴渣產(chǎn)生。

三、系統(tǒng)構(gòu)成及作用

1.聲納系統(tǒng)的構(gòu)成。聲納系統(tǒng)由麥克風(fēng)及其保護(hù)裝置、水套的供水供氣系統(tǒng)、信號(hào)前置放大器、聲處理儀、計(jì)算機(jī)5部分構(gòu)成。

2.各部分的作用。麥克風(fēng)：采集噪聲信號(hào)的換能器。把現(xiàn)場(chǎng)噪聲轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，必不可少。采用了駐極體麥克風(fēng)。因?yàn)椴捎糜来攀降膭?dòng)圈話筒會(huì)吸附現(xiàn)場(chǎng)的鐵粉，從而造成設(shè)備壽命極短。

探頭保護(hù)套：現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度高，為了保證探頭的正常工作必須加裝保護(hù)套。保護(hù)套包含供水和供氣系統(tǒng)。

信號(hào)前置放大器：其作用是把現(xiàn)場(chǎng)采集的微弱噪聲信號(hào)放大，降低阻抗。進(jìn)行遠(yuǎn)傳。

聲處理儀：聲納化渣系統(tǒng)的主機(jī)，把前置放大器送來(lái)的信號(hào)和與計(jì)算機(jī)相應(yīng)通訊需求的信號(hào)進(jìn)行統(tǒng)一。

計(jì)算機(jī)：對(duì)聲納信號(hào)的最終處理，作出聲強(qiáng)曲線，與同時(shí)的氧量曲線和槍高曲線進(jìn)行同畫(huà)面的比較，以利于工藝操作指導(dǎo)的實(shí)用性與科學(xué)性。

四、系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)爐的綜合特性對(duì)吹煉過(guò)程中的聲音進(jìn)行頻譜和幅度分析，得到一個(gè)音強(qiáng)指數(shù)信號(hào)并畫(huà)出一條紅色的變化曲線，可幫助操作人員提前判斷噴濺或返干即將發(fā)生，因而可以盡早采取相應(yīng)措施，避免或減輕噴濺的發(fā)生，進(jìn)而減少鋼鐵料的損失。

本系統(tǒng)還具有噴濺過(guò)程記錄功能，便于日后的分析。

1.數(shù)據(jù)記錄。在每一爐鋼的冶煉過(guò)程中，本系統(tǒng)對(duì)主要連續(xù)變化量進(jìn)行曲線記錄。例如：聲強(qiáng)指數(shù)、氧氣流量、氧槍高度、噴濺狀態(tài)等。

2.操作記錄。在每一爐鋼的冶煉過(guò)程中，每一次操作都會(huì)被記錄在案。按爐號(hào)長(zhǎng)期保存，可隨時(shí)調(diào)出查詢。

3.記錄的查詢。表的下方有幾個(gè)操作鍵，點(diǎn)擊“上一爐”或“下一爐”鍵表的內(nèi)容就會(huì)換成上一爐（或下一爐）鋼的操作記錄。點(diǎn)擊“曲線”鍵就會(huì)出現(xiàn)本爐鋼的冶煉過(guò)程曲線圖，圖中注明了各曲線的名稱、單位和標(biāo)尺。

五、京唐聲納化渣系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

京唐聲納化渣系統(tǒng)與國(guó)內(nèi)同類(lèi)系統(tǒng)相比主要特點(diǎn)如下：

1.采用煙罩采樣方式。目前，國(guó)內(nèi)轉(zhuǎn)爐聲納化渣系統(tǒng)都采用爐口側(cè)面采樣方式，由安裝位置所決定，現(xiàn)場(chǎng)各種環(huán)境噪聲會(huì)對(duì)系統(tǒng)有較大的影響，吹煉過(guò)程中降罩、煤氣回收等操作也會(huì)使系統(tǒng)的特性發(fā)生改變。而煙罩采樣有利于減少上述影響因素的作用，使系統(tǒng)有更穩(wěn)定的性能；

2.采樣裝置防護(hù)方式。由于煙罩采樣裝置工作環(huán)境要惡劣得多，本系統(tǒng)具有獨(dú)特的傳感器防護(hù)結(jié)構(gòu)，減低故障率，并能實(shí)現(xiàn)快速檢修，以適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。

3.采樣軟件實(shí)用性和擴(kuò)展性。本系統(tǒng)配備有正版軟件，使用方便靈活，功能可擴(kuò)展能力強(qiáng)，有利于生產(chǎn)應(yīng)用和功能開(kāi)發(fā)。

六、結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，聲納化渣技術(shù)可以優(yōu)化生產(chǎn)操作，降低爐渣較大量噴濺和減少嚴(yán)重返干的發(fā)生。根據(jù)煉鋼部對(duì)聲納化渣系統(tǒng)調(diào)試階段的操作水平與正式投入運(yùn)行2個(gè)月后的操作水平進(jìn)行比較可看出，工人的操作水平有了明顯的提高，聲納化渣系統(tǒng)在煉鋼部實(shí)現(xiàn)了完美的運(yùn)用。

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作者簡(jiǎn)介：楊林（1984.11-）：男，漢族，河北省唐山市人，大學(xué)本科學(xué)歷，首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司，助理工程師，主要從事機(jī)電工程專業(yè)研究