一种大容量铁包铁渣测渣工具及其测量方法与流程

1.本发明属于钢铁冶炼铁渣测量技术领域，涉及一种大容量铁包铁渣测渣工具及其测量方法。


背景技术：

2.随着中国国民经济的发展，已成为世界第一大钢铁生产制造国家，根据国家绿色、环保、清洁能源的要求，钢铁生产由传统的粗钢普钢转向高标轴承、高等级铁路、船舶、航空等高端型钢材。高端型钢材需要纯净的铁水质量、钢水质量。而铁矿石冶金经历复杂的物理化学变化，铁水中受造渣剂等影响，铁水必然会出现铁渣现象，由于铁水渣为低碱度高硫渣，对转炉渣料加入、冶炼过程控制和终点碱度r、s含量和钢铁原材料消耗等各项指标都有很大的影响，如何在大生产中快速检测铁渣含量，为炼铁铁渣控制及时提供数据尤为必要，一种大容量铁包铁渣测量方法目前尚未有报道。
3.目前很多钢厂均在研究如何控制铁矿石如何高效率转化为铁水、铁水成分控制等工作，这些研究工作周期长，功效低，很多的铁渣都是通过扒渣模式或者直接在进入转炉冶炼末期倒渣模式控制钢水质量。对于采用一种大容量铁包铁渣测量方法尚未有报道，已公布的测渣专利办法，在实际操作中测渣精度不高、测量方法不通用，受到很多的局限性。cn110887762a公开了一种测定渣样中金属铁质量分数的方法。通过合理的取渣样，测定渣样中铁质量分数，但该专利针对的是冷态渣样，分析铁含量，且分析铁含量是按照已公布的国家标准进行检测，对大生产过程渣样情况未进行阐述。cn201720402u公开了一种测量钢包顶渣渣厚的装置，采用合理的测量工具设计，通过测渣丝深入钢水中，与钢水接触渣丝熔断，测量粘渣厚度，从而得到渣层厚度，但本办法误差较大，深入钢水的渣丝受渣层厚度不一，无法确定是否进入钢水，且粘渣厚度如何读数未给出明确的方法。cn206695722u公开了一种用于测量铁水含渣量的工具，通过合理的测渣工具设计，降低了人工操作难度，但该专利对铁包测渣渣层厚度读数方法未明确给出。


技术实现要素：

4.发明目的：针对现有技术存在的，本发明提供一种大容量铁包铁渣测渣工具及其测量方法，该方法成功解决了110t大容量铁包铁水热辐射大，人员扒渣操作难度大，铁渣测量效率低、操作风险大、数据反馈不及时、数据读取不准确等技术难点。
5.技术方案：为了实现上述目的，本发明所述一种大容量铁包铁渣测渣工具，包括依次连接的手握柄、测渣杆、平衡棒、渣层显示棒；所述渣层显示棒是由直径φ10-14mm、长度80-100cm、材质hrb400螺纹钢且端部削成角度为50
°‑
70
°
圆锥形。
6.其中，所述渣层显示棒的直径太大，易造成渣层显示棒重量增大，人工操作难度大，直径太小，易造成渣层显示棒容易熔化，故直径定为φ10-14mm。渣层显示棒端部角度太大，端部太钝，不易插入铁渣内，角度太小，造成端部强度不够，插入铁渣发生弯曲，影响测量结果，故角度定为50
°‑
70
°
。同时长度太长，人工移动费劲，长度太短，很难插入铁包铁渣
内，故长度定为80-100cm，最优具体值可以定为90cm。
7.作为优选，所述渣层显示棒是由直径φ12mm、长度90cm、材质hrb400螺纹钢且端部削成角度为60
°
圆锥形工具构造。
8.其中，所述手握柄采用扇形手握柄，材质为45#钢，扇形便于手握，不易脱落。
9.其中，所述测渣杆采用耐高温的钢管，为便于拿起，横向长度控制2-3m，垂直长度控制在1-2m。
10.其中，所述平衡棒采用材质hrb400螺纹钢焊接成等腰三角形，便于固定测渣显示棒及辨别插入铁包终止线。
11.作为优选，渣层显示棒采用hrb400螺纹钢，是考虑hrb400螺纹钢对温度有优良的敏感性，铁水温度高，铁渣温度低，这样在螺纹钢有明显的温度差颜色即靠近铁水部分是光亮的红黄色，而靠近铁渣是黑色，这样就很容易判断铁渣分界线。由于渣比较硬，将渣层显示棒端部削成60
°
圆锥形，便于插入铁包耐高温，同时清晰地显示对铁水和渣分界线。
12.本发明所述大容量铁包铁渣测量方法，包括如下步骤：
13.(1)铁包的选择：110t大容量铁包，规则的圆柱形；
14.(2)测渣步骤：将测渣工具垂直放入装铁水的铁包中，拿出测渣工具，快速找出铁水与铁渣的分界线，快速用钢尺测量渣层厚度，记录渣层厚度数据，代入公式计算渣的重量；其中由于铁水温度高，铁渣温度低，在渣层显示棒上与铁水接触的部分为红色，与渣接触的部分为黑色，明显颜色差即为铁水和铁渣的分界线。
15.(3)比对数据：对已测过渣的铁包进行扒渣，铁渣冷后，过磅称重，比对测渣与扒渣的重量差值。同时通过验证测渣时间缩短情况、渣重结果出报告时间缩短情况，数据准确性情况，操作效率提升情况作为参考面。
16.其中，为确保铁渣密度一致性，步骤(1)中铁包里的铁水选择不能涵盖：放有撇渣器、放有废钢。
17.其中，步骤(2)中测渣工具垂直放入装铁水的铁包10-15s中，拿出测渣工具。由于铁包铁水温度在1500℃左右，放入铁包时间过长，渣层显示棒已被熔化，放入时间过短，渣层显示棒中渣层分界线显示模糊，不清晰，故放入装铁水的铁包时间定为10-15s，最优时间为12s。
18.其中，步骤(2)中在5s内快速用钢尺测量渣层厚度。避免渣层显示棒时间太长，分界线就模糊了，影响渣层厚度测量，控制时间，准确判断测量结果。
19.设计原理：本发明考虑到大容量铁包铁渣测量方法，不仅对铁包铁渣测量方法进行了分析，还对铁渣渣层厚度的读取方法进行了分析。该方法操作简便、读数科学有效，经过扒渣测量重量验证测渣数据的准确性。本发明针对大容量铁包铁渣测量方法与传统扒渣测量渣重进行对比，设计了一种大容量铁包铁渣测量方法。渣的覆盖形状是圆盘或者压扁的圆柱体，渣层厚度*渣的底面积＝渣的体积，渣的体积*渣的密度＝渣的重量，而传统测渣重，是将铁包里的渣通过扒渣工具将渣扒到渣盆里，然后过磅称渣重。本发明选用装铁水容量为110t的大铁包，采用采用直径φ12mm、长度80-100cm、材质hrb400螺纹钢且端部削成角度为60
°
圆锥形测渣层厚度工具，实现了采用测渣层厚度代替传统的扒渣测渣的重量方法。其实际水平达到：测渣时间缩短≥10min/次、渣重结果出报告时间缩短＞6h/次，数据准确性＞98％，操作效率提升＞99％/次。
20.本发明通过多次试验，铁渣中渣的密度已被确定，根据公式：重量＝体积
×
密度，体积＝底面积
×
高，铁包是圆柱体，铁渣分布在上层，形成的是压扁的圆柱体，高即为铁渣的深度即只要测量深度就可以计算体积，从而得到渣的重量，而这结果和扒渣后渣的重量机会相等，说明了方法的可行性，从而替代了劳动强度高、风险大、投资大的传统扒渣办法。
21.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
22.(1)测渣工具制作简易，测渣过程可单人操作，降低劳动强度，提高工作效率；
23.(2)本测量方法与传统操作方法对比，测渣时间缩短≥10min/次、渣重结果出报告时间缩短＞6h/次，数据准确性＞98％，操作效率提升＞99％/次；
24.(3)该发明方法成功解决了110t大容量铁包铁水热辐射大，人员扒渣操作难度大，铁渣测量效率低、操作风险大、数据反馈不及时、数据读取不准确等技术难点。本发明大大缩短测渣工序时间、降低了劳动强度外，对大容量铁包铁水高温热辐射安全风险的降低起到了非常重要的作用，同时科学简易地铁渣测量方法，也为铁矿石冶炼铁渣控制、铁渣分析和铁水纯净度评价提供了很好的数据支撑。
附图说明
25.图1为法制作的简易测渣工具示意图；
26.图2为实际渣层厚度读数图。
具体实施方式
27.以下结合附实施例对本发明作进一步说明。
28.实施例1
29.测渣工具的制作：依次包括手握柄1、测渣杆2、平衡棒3、渣层显示棒4，并通过焊接连接起来。其中渣层显示棒是由直径φ12mm、长度90cm、材质hrb400螺纹钢且端部削成角度为60
°
圆锥形工具；手握柄1采用扇形手握柄，材质为45#钢；测渣杆2采用耐高温的钢管，横向长度2.5m，垂直长度1.5m；平衡棒3采用材质hrb400螺纹钢焊接成等腰三角形。
30.测渣工具如图1所示。
31.后续实施例均采用该测渣工具。
32.实施例2
33.(1)铁包的选择：110t大容量铁包，规则的圆柱形，为确保铁渣密度一致性，铁包里的铁水选择不能涵盖：放有撇渣器、放有废钢；
34.(3)测渣步骤：测渣工具(实施例1)垂直放入装铁水的铁包12s，拿出测渣工具，快速找出铁水与铁渣的分界线，5s内快速用钢尺测量渣层厚度，图2是试验例3测渣层厚度数据照片，记录渣层厚度数据，代入公式计算渣的重量，公式：重量＝体积
×
密度，体积＝底面积
×
高，铁包是圆柱体，圆柱体的直径是已知的，底面积就是圆的面积，底面积根据铁包内径获得。
35.(4)比对数据：对已测过渣的铁包进行扒渣，铁渣冷后，过磅称重，比对测渣与扒渣的重量差值。其中，扒渣过程为常规过程，是将铁包里的渣通过扒渣工具将渣扒到空的渣盆里，然后过磅称渣重。
36.试验例1
37.采用实施例2的测定方法对不同批次的大容量铁包进行测定，并对比扒渣；扒渣和本发明方法的测渣层厚度时间对比如下表1所示；扒渣和本发明方法测渣重量对比如表2所示；扒渣和本发明方法测渣重量所用时间对比如表3所示。
38.表1
[0039][0040][0041]
表2
[0042][0043]
表3
[0044][0045]
注：测渣时间缩短＝扒渣时间-测渣时间；渣层体积＝3.14
×
(铁包内径/2)
×
(铁包内径/2)
×
渣层厚度；铁渣密度和铁包内径是钢厂冶金固有数据(铁包的尺寸根据购买实
际内径，通过铁包内径和渣层厚度计算出渣层体积，铁渣密度是钢厂多次测量得到的固有数据，本发明中为2.35t/m3。)；铁渣理论重量＝渣层体积
×
铁渣密度；数据准确性％＝铁渣理论重量
×
100/扒渣后渣过磅重量；铁渣理论重量计算时间＝设计表格，并将渣层体积、渣层厚度、铁渣密度数据输入总时间；拔渣后渣重过磅时间＝扒渣后渣冷却时间 渣过磅时间；渣重结果出报告时间缩短＝扒渣后渣重过磅时间-铁渣理论重量计算时间；操作效率提升％＝渣重结果出报告时间缩短
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100/扒渣后渣重过磅时间。
[0046]
由上述表1-3可以可知，采用本发明设计的测渣层厚度工具，测量大容量铁包铁渣，相比传统扒渣测铁包铁渣，从操作人员安全性、工作效率提升有很明显的效果，相关的指标提升,其实际水平达到：测渣时间缩短≥10min/次、渣重结果出报告时间缩短＞6h/次，数据准确性＞98％，操作效率提升＞99％/次；本发明方法所获得的这些指标数据一方面充分说明了该检测方法可靠性、替代传统方法均非常高，另一方面为上道工序及时获取铁渣数据、改良铁渣控制提供了数据支撑，本测渣工具设计简易可行，为工厂大生产检测设备投资降本起到了积极作用。