一种钢包倾倒过程中钢液与渣层分离的模拟装置和方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种金属熔体与渣层的分离模拟装置和方法,具体涉 及一种钢包倾倒过程中钢液与渣层分离的实验模拟装置和方法。技术背景
[0002] 钢
铁业是我国工业生产的重要支柱产业之一,我国2018年钢铁 总产量9.28亿吨,每年产生的精炼废渣为1000多万吨,精炼渣的综 合利用率较低,造成了严重的资源浪费和环境负荷。如何将这些精炼 渣进行循环再利用是绿色
冶金的一项重要工作内容。例如,
专利 CN201410152388.7提出了一种将冷却后的精炼渣进行预处理、分离 和多级反应实现精炼渣的全量资源化利用的方法。
[0003] 在钢包浇钢结束后,钢包内通常会残余一定的钢液和顶层的精炼 渣,如LF精炼渣。这些精炼渣具有良好的冶金特性,可以再次倒回 精炼炉的钢包内进行循环利用,即精炼渣的热态回浇利用。例如,专 利CN201410360959.6提出了一种在高温状态下
气化脱硫的方法,从 而增加改热态渣的脱硫能
力。目前,很多钢厂的LF精炼炉采用了该 回浇利用的工艺,并起到了快速造渣、降低成本和资源再利用的良好 效果。然而,每个精炼炉次的回浇余(钢液与精炼渣的混合物)重量 随不同工况条件是变化的,可以是无回浇、部分回浇或者全部回浇。 通过钢厂调研发现,部分回浇的炉次占大多数。
[0004] 作为钢液精炼的一个重要冶金容器,LF炉智能精炼引起了冶金工 作者的广泛关注。LF炉的一个重要任务是造
碱性还原渣实现钢液的脱
氧、脱硫和夹杂物去除的功能。为了实现各种造渣料加入量的精确计 算和智能控制,需要对回浇余倒入精炼炉中钢液和精炼渣各自的重量 进行准确的测量。然而,目前钢铁企业只能通过天车副钩称量出回浇 余的总体重量,无法获得回浇余倒入精炼炉中钢液和精炼渣的各自重 量,亟需相应的技术手段来解析钢包倾倒过程中的钢液与精炼渣的分 离规律以及定量化地表征不同倾倒运动参数下回浇余倒出的钢液-精 炼渣的比例。
发明内容
[0005] 为了解决
现有技术中存在的上述问题,本发明提供了一种钢包倾 倒过程中钢液与渣层分离的模拟装置和方法,旨在根据实际钢包运动 参数准确预测倾倒的回浇余中钢液和精炼渣各自的比例。
[0006] 本发明提供的一种钢包倾倒过程中钢液与渣层分离的模拟装置, 包括:
[0007] 钢包模型,所述钢包模型包括本体和
耳轴,所述耳轴按照实际钢 包与钢包模型比例关系设置于钢包模型两侧;
[0008]
控制器,用于控制钢包倾倒钢液的翻转速度、翻转
角度和倾倒时 间。
[0009] 进一步的,所述钢包模型具有测量体积的刻度线。
[0010] 进一步的,所述模拟装置包括体积测量装置。
[0011] 进一步的,所述钢包模型为有机玻璃材质,所述耳轴为金属材质, 优选钢或
铝合金。
[0012] 进一步的,所述钢包模型还包括翻包耳轴,所述翻包耳轴按照实 际钢包与钢包模型比例关系设置于钢包模型下端部。
[0013] 进一步的,所述模拟装置还包括伺服
电机、滑动滚轮和绳索,所 述绳索的一端与所述翻转耳轴相连,另一端穿过滑动滚轮与
伺服电机 相连。
[0014] 本发明提供的一种钢包倾倒过程中钢液与渣层分离的模拟方法, 采用前述模拟装置,包括如下步骤:
[0015] 1、根据实际测量的钢包尺寸及各部件
位置关系,按相似比例制 备钢包模型;
[0016] 2、根据相似原理选择与钢液、液态渣和固态渣的物理及流动特 性关系近似的液态介质A、液态介质B和固态介质分别代表钢液、液 态渣和固态渣;
[0017] 3、测量统计实际生产中各浇次回浇余的总重量以及钢包倾倒初 始钢液、液态渣和固态渣的厚度,计算出各组成的体积,根据相似原 理确定所述液态介质A、液态介质B和固态介质的体积;
[0018] 4、根据与步骤3中测量统计对应的浇次钢包实际的翻转角度、 翻转速度和倾倒时间,向控制器中编译相应的钢包模型运动参数;
[0019] 5、向钢包模型中倒入步骤3中确定体积的液态介质A、液态介 质B和固态介质,设定控制器为与之对应的钢包模型运动参数,进行 模拟倾倒;
[0020] 6、待倾倒结束后,测量倒出的介质中液态介质A、液态介质B 和固态介质的体积或测量钢包模型中剩余的液态介质A、液态介质B 和固态介质的体积;
[0021] 7、按照不同的工况条件重复步骤5和6即可得到不同工况条件 下钢包模型中剩余的液态介质A、液态介质B和固态介质的体积;
[0022] 8、根据前述步骤确定的钢包模型中初始的介质A、液态介质B 和固态介质的体积减去剩余的液态介质A、液态介质B和固态介质的 体积即得倒出的介质A、液态介质B和固态介质的体积,建立其与运 动参数的物理模型,即可得出钢包翻转角度、翻转速度和倾倒时间与 钢包回浇余倒出的钢液、液态渣和固态渣间的关系。
[0023] 进一步的,所述液态介质A为
水,所述液态介质B为
硅油或食用 油,所述固态介质为
硬脂酸薄片、
石蜡薄片或木质薄片。
[0024] 进一步的,所述模拟倾倒是利用绳索从钢包模型耳轴吊起钢包模 型,通过控制器控制伺服电机的转速牵引连接钢包模型翻转耳轴的绳 索使钢包模型按照设定的运动参数旋转进而倒出介质。
[0025] 相对于现有技术,本发明采用的模拟装置和方法能精确高效地模 拟出倾倒工况条件如钢包翻转角度、翻转速度和倾倒时间对钢包回浇 余中钢液、液态渣和固态渣相对含量的影响关系,进而能准确预测不 同钢包翻转角度、翻转速度和倾倒时间下钢包回浇余中的
钢水和渣的 比例。
附图说明
[0027] 附图标记:钢包模型1、耳轴2、绳索3、滚动
滑轮4、伺服电机 5、控制器6、体积测量装置7、钢液8、液态渣9、翻转耳轴10
具体实施方式
[0028] 为了更好地说明本发明,便于理解本发明的技术方案,下面对本 发明进一步详细说明。但下述的实施例仅是本发明的简单列举,并不 代表或限制本发明的权利保护范围,本发明保护范围以
权利要求书为 准。下面结合实施例对本发明做进一步的说明。
[0029] 实施例1
[0030] 一种钢包倾倒过程中钢液与渣层分离的模拟装置,包括:
[0031] 钢包模型,所述钢包模型包括本体和耳轴,所述耳轴按照实际钢 包与钢包模型比例关系设置于钢包模型两侧,所述钢包模型为有机玻 璃,所述钢包模型设置有测量体积的刻度线;
[0032] 控制器,用于控制钢包倾倒钢液的翻转速度。
[0033] 采用上述模拟装置进行的钢包倾倒过程中钢液与渣层分离的模 拟方法包括如下步骤:
[0034] 1、根据实际测量的钢包尺寸及各部件位置关系,按相似比例制 备钢包模型;
[0035] 2、根据相似原理选择与钢液、液态渣和固态渣的物理及流动特 性关系近似的水、食用油和硬脂酸薄片分别代表钢液、液态渣和固态 渣;
[0036] 3、测量统计实际生产中各浇次回浇余的总重量以及钢包倾倒初 始钢液、液态渣和固态渣的厚度,计算出各组成的体积,根据相似原 理确定所述水、食用油和硬脂酸薄片的体积;
[0037] 4、根据与步骤3中测量统计对应的浇次钢包实际的翻转角度和 翻转速度,向控制器中编译相应的钢包模型运动参数;
[0038] 5、向钢包模型中倒入步骤3中确定体积的水、食用油和硬脂酸 薄片,设定控制器为与之对应的钢包模型运动参数,进行模拟倾倒;
[0039] 6、待倾倒结束后,读取钢包模型中剩余的水、食用油和硬脂酸 薄片的体积;
[0040] 7、按照不同的工况条件重复步骤5和6即可得到不同工况条件 下剩余的水、食用油和硬脂酸薄片的体积;
[0041] 8、根据前述步骤确定的初始的水、食用油和硬脂酸薄片的体积 减去剩余的水、食用油和硬脂酸薄片的体积即得倒出的水、食用油和 硬脂酸薄片的体积,建立其与运动参数的数学模型,即可得出钢包翻 转角度、翻转速度和倾倒时间对钢包回浇余倒出钢液、液态渣和固态 渣相对含量的影响规律。
[0042] 9、根据模拟实验中获得的不同翻转角度、翻转速度和倾倒时间 下钢包回浇余中钢和渣的比例关系,精确控制实际生产中钢包倾倒的 运动参数,获得所需的钢/渣总量和比例,从而为LF炉智能造渣系统 的开发提供可靠的数据
支撑。
[0043] 实施例2
[0044] 一种钢包倾倒过程中钢液与渣层分离的模拟装置,包括:
[0045] 钢包模型,所述钢包模型包括本体、耳轴和翻包耳轴,所述耳轴 按照实际钢包与钢包模型比例关系设置于钢包模型两侧,所述钢包模 型为有机玻璃,所述耳轴为
铝合金,所述翻包耳轴按照实际钢包与钢 包模型比例关系设置于钢包模型下端部,所述翻包耳轴为铝合金材 质;
[0046] 体积测量装置;
[0047] 控制器,用于控制钢包倾倒钢液的翻转速度。
[0048] 采用上述模拟装置进行的钢包倾倒过程中钢液与渣层分离的模 拟方法包括如下步骤:
[0049] 1、根据实际测量的钢包尺寸及各部件位置关系,按相似比例制 备钢包模型;
[0050] 2、根据相似原理选择与钢液、液态渣和固态渣的物理及流动特 性关系近似的水、甘油和木质薄片分别代表钢液、液态渣和固态渣;
[0051] 3、测量统计实际生产中各浇次回浇余的总重量以及钢包倾倒初 始钢液、液态渣和固态渣的厚度,计算出各组成的体积,根据相似原 理确定所述水、甘油和木质薄片的体积;
[0052] 4、根据与步骤3中测量统计对应的浇次钢包实际的翻转角度和 翻转速度,向控制器中编译相应的钢包模型运动参数;
[0053] 5、向钢包模型中倒入步骤3中确定体积的水、甘油和木质薄片, 设定控制器为与之对应的钢包模型运动参数进行模拟倾倒;
[0054] 6、待倾倒结束后,读取体积测量装置的水、甘油和木质薄片的 体积;
[0055] 7、按照不同的工况条件重复步骤5和6即可得到不同工况条件 下体积测量装置中水、甘油和木质薄片的体积;
[0056] 8、利用各工况条件下体积测量装置中水、甘油和木质薄片的体 积,建立其与运动参数的数学模型,即可得出钢包翻转角度、翻转速 度和倾倒时间对钢包回浇余倒出的钢液、液态渣和固态渣相对含量的 影响规律。
[0057] 9、根据模拟实验中获得的不同翻转角度、翻转速度和倾倒时间 下钢包回浇余中钢和渣的比例关系,精确控制实际生产中钢包倾倒的 运动参数,获得所需的钢/渣总量和比例,从而为LF炉智能造渣系统 的开发提供可靠的数据支撑。
[0058] 实施例3
[0059] 一种钢包倾倒过程中钢液与渣层分离的模拟装置,包括:
[0060] 钢包模型,所述钢包模型包括本体、耳轴和翻包耳轴,所述耳轴 按照实际钢包与钢包模型比例关系设置于钢包模型两侧,所述钢包模 型为有机玻璃,所述耳轴为铝合金,所述翻包耳轴按照实际钢包与钢 包模型比例关系设置于钢包模型下端部,所述翻包耳轴为铝合金材 质;
[0061] 体积测量装置;
[0062] 控制器,用于控制钢包倾倒钢液的翻转速度;
[0063] 伺服电机,所述伺服电机与控制器相连,以根据控制器的参数指 令进行转动;
[0064] 滑动滚轮;
[0065] 和绳索,所述绳索的一端与所述翻转耳轴相连,另一端穿过滑动 滚轮与伺服电机相连。
[0066] 采用上述模拟装置进行的钢包倾倒过程中钢液与渣层分离的模 拟方法包括如下步骤:
[0067] 1、根据实际测量的钢包尺寸及各部件位置关系,按相似比例制 备钢包模型;
[0068] 2、根据相似原理选择与钢液、液态渣和固态渣的物理及流动特 性关系近似的水、甘油和石蜡薄片分别代表钢液、液态渣和固态渣;
[0069] 3、测量统计实际生产中各浇次回浇余的总重量以及钢包倾倒初 始钢液、液态渣和固态渣的厚度,计算出各组成的体积,根据相似原 理确定所述水、甘油和石蜡薄片的体积;
[0070] 4、根据与步骤3中测量统计对应的浇次钢包实际的翻转角度和 翻转速度,向控制器中编译相应的钢包模型运动参数;
[0071] 5、向钢包模型中倒入步骤3中确定体积的水、甘油和石蜡薄片, 设定控制器为与之对应的钢包模型运动参数对伺服电机的转速和工 作时间进行控制进而控制钢包的翻转速度和翻转角度,向体积测量装 置内进行模拟倾倒;
[0072] 6、待倾倒结束后,读取体积测量装置的水、甘油和石蜡薄片的 体积;
[0073] 7、按照不同的工况条件重复步骤5和6即可得到不同工况条件 下体积测量装置中水、甘油和石蜡薄片的体积;
[0074] 8、利用各工况条件下体积测量装置中水、甘油和石蜡薄片的体 积,建立其与运动参数的数学模型,即可得出钢包翻转角度、翻转速 度和倾倒时间对钢包回浇余倒出的钢液、液态渣和固态渣相对含量的 影响规律。
[0075] 9、根据模拟实验中获得的不同翻转角度、翻转速度和倾倒时间 下钢包回浇余中钢和渣的比例关系,精确控制实际生产中钢包倾倒的 运动参数,获得所需的钢/渣总量和比例,从而为LF炉智能造渣系统 的开发提供可靠的数据支撑。
[0076] 以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具 体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指 出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前 提下,还可以做出若干
变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。 因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。