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。本文通過介紹聲納化渣系統(tǒng)原理，系統(tǒng)構(gòu)成，系統(tǒng)功能，實際效果，展示了在計算機指導(dǎo)下的聲納化渣系統(tǒng)在煉鋼過程降低了鋼鐵料的消耗、減少了廢品、縮短了吹煉時間、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。必須快速成渣，才能滿足冶煉周期的要求，同時化渣過程對減少噴濺、降低金屬損失和提高爐襯使用周期都有直接影響。本文運用聲納技術(shù)，在轉(zhuǎn)爐煙道中拾取噪聲，并經(jīng)過電子設(shè)備處理，對氧氣轉(zhuǎn)爐的造渣過程的噪聲進行檢測、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)濟效益和社會效益。

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，造成噪聲強度很高，隨著冶煉過程的進行，渣面逐漸提高，噪聲等級逐步下降。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，噪聲等級在冶煉后期會出現(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?，極易造成鋼水的成分最終出格。

2.氧氣轉(zhuǎn)爐吹煉過程中噪聲的來源。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力學(xué)噪聲及其沖擊鐵液、渣液和固相顆粒時的噪聲；②一氧化碳氣泡破裂和溢出的氣流噪聲；③金屬熔池和渣液與爐壁摩擦的噪聲。在實際檢測過程中，超音速氧氣流股是產(chǎn)生吹煉噪聲的最主要的噪聲源。

3.吹煉噪聲強度與爐渣狀態(tài)的關(guān)系。通過以上分析，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，但是仍能沒過氧氣流；④爐渣返干階段：爐渣熔點偏高，很多高熔點的固體物質(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厚，但不會有溢渣或噴渣產(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)及其保護裝置、水套的供水供氣系統(tǒng)、信號前置放大器、聲處理儀、計算機5部分構(gòu)成。

2.各部分的作用。麥克風(fēng)：采集噪聲信號的換能器。把現(xiàn)場噪聲轉(zhuǎn)換成電信號，必不可少。采用了駐極體麥克風(fēng)。因為采用永磁式的動圈話筒會吸附現(xiàn)場的鐵粉，從而造成設(shè)備壽命極短。

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

信號前置放大器：其作用是把現(xiàn)場采集的微弱噪聲信號放大，降低阻抗。進行遠傳。

聲處理儀：聲納化渣系統(tǒng)的主機，把前置放大器送來的信號和與計算機相應(yīng)通訊需求的信號進行統(tǒng)一。

計算機：對聲納信號的最終處理，作出聲強曲線，與同時的氧量曲線和槍高曲線進行同畫面的比較，以利于工藝操作指導(dǎo)的實用性與科學(xué)性。

四、系統(tǒng)功能

本系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)爐的綜合特性對吹煉過程中的聲音進行頻譜和幅度分析，得到一個音強指數(shù)信號并畫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，進而減少鋼鐵料的損失。

本系統(tǒng)還具有噴濺過程記錄功能，便于日后的分析。

1.數(shù)據(jù)記錄。在每一爐鋼的冶煉過程中，本系統(tǒng)對主要連續(xù)變化量進行曲線記錄。例如：聲強指數(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程中，每一次操作都會被記錄在案。按爐號長期保存，可隨時調(diào)出查詢。

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

五、京唐聲納化渣系統(tǒng)的主要特點

京唐聲納化渣系統(tǒng)與國內(nèi)同類系統(tǒng)相比主要特點如下：

1.采用煙罩采樣方式。目前，國內(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)場各種環(huán)境噪聲會對系統(tǒng)有較大的影響，吹煉過程中降罩、煤氣回收等操作也會使系統(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)具有獨特的傳感器防護結(jié)構(gòu)，減低故障率，并能實現(xiàn)快速檢修，以適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境。

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

六、結(jié)語

實踐證明，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重返干的發(fā)生。根據(jù)煉鋼部對聲納化渣系統(tǒng)調(diào)試階段的操作水平與正式投入運行2個月后的操作水平進行比較可看出，工人的操作水平有了明顯的提高，聲納化渣系統(tǒng)在煉鋼部實現(xiàn)了完美的運用。

參考文獻：

[1]李學(xué)東.化渣噪聲監(jiān)視技術(shù)的研究[D].山東：山東大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，2007

[2]元銳，元玉峰.音頻化渣自動監(jiān)測系統(tǒng)[J].山東冶金，2002，（04）

[3]李學(xué)東，李曉峰.轉(zhuǎn)爐化渣噪聲的隨機分析[J].計算機應(yīng)用及軟件，2007，（07）

[4]陳嘉穎.轉(zhuǎn)爐造渣過程檢測的聲學(xué)原理及應(yīng)用[D].上海：上海大學(xué)煉鋼教研室，1999

作者簡介：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，主要從事機電工程專業(yè)研究