一种底吹搅拌过程中熔池熔炼炉内实时监测装置

1.本发明属于冶金工程技术领域，特别是涉及一种底吹搅拌过程中熔池熔炼炉内实时监测装置。


背景技术：

2.目前，冶金行业作为典型的高能耗和高排放产业受到重点关注，明确了冶金行业的节能减排约束性指标，加大淘汰落后产能的力度。因此，新型冶炼节能技术将伴随着技术改造和淘汰落后工艺和设备，成为冶金行业节能减排的关键。
3.富氧熔池熔炼技术是将气体直接鼓入熔池来实现三相间的快速传热传质过程，其关键在于促进造渣反应快速充分的进行。近年来，富氧熔池熔炼技术呈现出良好的发展势头，富氧底吹熔炼技术的发展稍显落后，其所占产能的份额最小，这是其工艺特点所决定的。单纯的底吹搅拌无法知晓熔池温度和熔液分布情况，影响产品质量及溶液不均匀、喷溅严重、寿命短、利用不充分、能耗高。综上所述，现有的熔池熔炼测量方法难以测量气泡在整个熔体过程中的运动状态，而如何精确非侵入式、实时监测气泡运动状态是亟待解决的难题。


技术实现要素：

4.为解决强化供热时炉内流场、温度场不协调，供热不精准，高温环境恶劣的问题，本发明提供一种底吹搅拌过程中熔池熔炼炉内实时监测装置，当气泡群搅拌熔池溶液，驱动熔池内监测机器人形成螺旋运动，充分搅拌过程中机器人实时监控熔池温度和密度以解决上述现有技术存在的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种底吹搅拌过程中熔池熔炼炉内实时监测装置，包括：
6.监测模块，用于采用监测机器人采集均匀性指标；所述均匀性指标包括熔池温度、熔池密度；
7.处理模块，与所述监测模块连接，用于对所述均匀性指标进行分析、评判，获得数据信号；
8.喷吹模块，与所述处理模块连接，用于基于所述数据信号调节喷枪气流量、富氧喷吹量。
9.优选地，所述监测模块置于熔池熔炼炉内，所述熔池熔炼炉包括支撑千斤顶以及设置在所述支撑千斤顶上的炉体；所述炉体的顶部设置有第一进料口、排烟口；
10.所述炉体的第一侧壁设置有第二进料口、炉体水套、出渣口；
11.所述炉体的第二侧壁设置有出铜口；
12.所述炉体的底部包括炉底耐火砖、底吹套件。
13.优选地，所述炉体水套，用于保护所述熔炼炉内壳。
14.优选地，所述监测机器人包括：传感器绝水层、镁铬成分保护套；
15.所述传感器绝水层包括依次连接的电极间隔离电极、测量电极、电极端环形屏蔽电极、信号传输电缆和套管的内管；
16.所述传感器绝水层中内置传感器，所述传感器包括热敏温度传感器及压力传感器，分别用于采集熔池温度、熔池密度。
17.优选地，所述监测机器人在炉内呈螺旋式运动；
18.所述监测机器人外壳材料为镁铬砖。
19.优选地，所述监测机器人与传感器数据收集箱连接，所述传感器数据收集箱用于存储所述均匀性指标。
20.优选地，所述处理模块采用与传感器数据收集箱连接的计算机，所述计算机包括：
21.分析单元，用于基于混沌强化搅拌模型对所述均匀性指标进行分析、评判，获得数据信号；
22.优化单元，用于根据所述数据信号对所述混沌强化搅拌模型进行优化，获得优化后的混沌强化搅拌模型。
23.优选地，所述喷吹模块置于熔炼炉内的底吹套件上，采用喷枪组件，所述喷枪组件包括：依次连接的管体段、冷却水循环系统；
24.所述管体段，包括依次连接的燃料管、第一风管、水冷套管及第二风管。
25.本发明的技术效果为：
26.本发明设置在金属熔池炉底的实时监测机器人有利于降低金属混匀时间，促进夹杂物上浮，均匀温度及组分，有利于减小熔池远端死区，扩大了搅拌面积，降低了喷溅高度，提高了传热效能；实时监测机器人采集炉内数据，通过变频技术调控富氧喷吹量，使熔体流动处于混沌状态，实现熔体快速均匀混合，攻克了熔池喷溅严重、富氧利用不充分、难以大型化的技术难题。
附图说明
27.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
28.图1为本发明实施例中的熔炉结构图；
29.其中：1-炉体、2-排烟口、3-一号进料口、4-二号进料口、5-炉体水套、6-出渣口、7-炉底耐火砖、8-支撑千斤顶、9-出铜口、10-底吹套件、11-传感器、12-内部炉底、13-传感器数据收集箱、14-计算机；
30.图2为本发明实施例中的监测机器人结构图；
31.其中：15-套管的内管、16-信号传输电缆、17-传感器绝水层、18-电极间隔离电极、19-测量电极、20-电极端环形屏蔽电极、21-镁铬成分保护套。
具体实施方式
32.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
33.实施例一
34.如图1-2所示，本实施例中提供一种底吹搅拌过程中熔池熔炼炉内实时监测装置，
包括：1-炉体、2-排烟口、3-一号进料口、4-二号进料口、5-炉体水套、6-出渣口、7-炉底耐火砖、8-支撑千斤顶、9-出铜口、10-底吹套件、11-传感器、12-内部炉底、13-传感器数据收集箱、14-计算机、15-套管的内管、16-信号传输电缆、17-传感器绝水层、18-电极间隔离电极、19-测量电极、20-电极端环形屏蔽电极、21-镁铬成分保护套。
35.可实施的，炉内的监测机器人装置主要包括：16-信号传输电缆、17-传感器绝水层、18-电极间隔离电极、19-测量电极、20-电极端环形屏蔽电极、21-镁铬成分保护套，一种底吹搅拌过程中熔池熔炼炉内实时监测机器人探测到信号数据由16-信号传输电缆传输给14-计算机。
36.监测机器人置于熔池熔炼炉内，熔池熔炼炉包括支撑千斤顶8以及设置在支撑千斤顶8上的炉体1，炉体1的顶部设置有一号进料口3、排烟口2；第一侧壁设置有二号进料口4、炉体水套5；第二侧壁设置有出铜口9和出渣口6；内部炉底12包括炉底耐火砖7、底吹套件10。底吹套件10包括喷枪组件，所述喷枪组件穿设在底上，喷枪组件包括管体段及与管体段连通的冷却水循环系统，管体段包括从内到外依次设置的燃料管、第一风管、水冷套管及第二风管。当喷枪开始喷吹，搅拌过程中气泡群湍流时，监测机器人呈螺旋式运动，采集熔池温度和密度来表征溶液均匀性传输给计算机，然后混沌强化搅拌模型对均匀性指标进行分析、评判，所述混沌强化搅拌模型采用混沌强化搅拌程序，然后将数据信号返回到喷枪，喷枪根据均匀性指标来调节气流量的大小和富氧的喷吹量，混合均匀性来强化换热。本实施例提高了富氧底吹熔池熔炼炉的溶液分布均匀性和实时各个区域的温度和密度的监测。
37.可实施的，监测机器人的传感器绝水层17包括：依次连接的电极间隔离电极18、测量电极19、电极端环形屏蔽电极20、信号传输电缆16和套管的内管15；传感器绝水层17中内置传感器11，传感器11包括热敏温度传感器及压力传感器，分别用于采集熔池温度、熔池密度。
38.可实施的，炉内的监测机器人外壳材料为镁铬砖，耐高温1500℃。
39.可实施的，炉内的监测机器人在炉内呈螺旋式运动。
40.可实施的，炉内的监测机器人可探测到炉内熔池温度和密度。
41.可实施的，炉内的监测机器人可传递信号给传感器数据收集箱13，计算机14接收传感器数据收集箱13中的信号，并通过混沌强化搅拌的程序根据均匀性指标进行分析、评判，对程序进行优化并调控喷头的气流量和富氧气体。
42.本实施例将物料通过一号进料口3送入炉体的熔池区，可将底吹运动至熔池所有区，将混合有燃料的富氧气体中的多种喷射到熔池区，使熔体涡动和翻腾，熔体翻腾形成大量分散气泡，让熔池区产生剧烈搅拌的效果。一段时间后，喷入反应所需氧气，调节炉体内部的气氛保证烟气达标排放，从而实现生产的安全环保与连续稳定。本实施例可应用于铜矿中：氧气与铜矿中硫的反应充分、达到了自热熔炼，铜的能耗由4149kgce降至1466kgce，下降了64.7％。底吹熔池熔炼炉搅拌监测机器人对原料适应性与炉况调整能力更强，有更好的热力学和动力学条件，生产作业率提高，有色金属与贵金属回收率提高，环保效果更好，投资和生产运营成本降低。
43.本实施例的实时监测机器人在应用时可与钢包吹氩工艺相结合，在气泡群搅拌作用下，监测机器人能够均匀温度及组分，更好的控制氩气泡在钢液中的停留时间，扩大氩气泡在钢液中的分布范围，减小氩气泡上方对渣层的冲击，达到更好的冶金效果。
44.实施例二
45.本实施例应用于云南某公司艾萨炉，当喷枪开始喷吹，搅拌过程中气泡群湍流时，机器人呈螺旋式运动，采集艾萨炉温度和密度来表征溶液均匀性传输给计算机，然后混沌强化搅拌的程序根据均匀性指标进行分析、评判，然后将数据信号返回到喷枪，喷枪根据均匀性指标来调节气流量的大小和富氧的喷吹量，混合均匀性来强化换热。加热温度均匀性可精确到5℃以内，成材率提高了10.3％，能耗降低了18.2％，年均节能总量720余万吨标煤，获得经济效益890万元/年，减少2991万的碳排放，比常规情景减少29.49％，碳交易额可达18余亿元。
46.实施例三
47.本实施例应用于四川某公司冶炼厂底吹熔池熔炼炉，熔池熔炼炉喷枪开始喷吹，搅拌过程中气泡群湍流时，机器人呈螺旋式运动，采集熔池温度和密度来表征溶液均匀性传输给计算机，然后混沌强化搅拌的程序根据均匀性指标进行分析、评判，然后将数据信号返回到喷枪，喷枪根据均匀性指标来调节气流量的大小和富氧的喷吹量，混合均匀性来强化换热。协同炉渣成分、烟气分析、出炉产品性能分析以及间隔采样分析结果，在提高熔池混合均匀度的同时减少了熔体喷溅，炉体寿命由两年提高到三年零四个月，产能提高了14.63％，年均节能总量520余万吨标煤，获得经济效益约713万元/年，减少1681万的碳排放，比常规情景减少19.24％，碳交易额可达9余亿元。
48.本实施例工作原理类似于胃镜胶囊，当喷枪开始喷吹，搅拌过程中气泡群湍流时，探测仪精从进料口4进入熔池，呈螺旋式运动，采集熔池温度和浓度来表征溶液均匀性，将数据信号传输给传感器数据收集箱13，传感器数据收集箱13采集完毕传输给数据处理与显示的计算机14，然后混沌强化搅拌的程序根据指标进行分析、评判，然后将数据信号返回到喷枪10，喷枪10根据数据处理与显示的计算机14做出的诊断来调节气流量的大小和富氧的喷吹量。探测仪精准识别熔液分布情况和温度的均匀，伴随气泡生长、聚并和气泡流动搅拌混合均匀性来强化换热。本发明提高了富氧底吹熔池熔炼炉的溶液分布均匀性和实时各个区域的温度和密度的监测。
49.以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。