專(zhuān)利名稱(chēng)：觀(guān)察鐵水精煉爐內(nèi)部的方法及觀(guān)察爐內(nèi)用的風(fēng)口的制作方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種方法，該方法借助于穿過(guò)如轉(zhuǎn)爐，氬氧脫碳法(AOD)和真空脫氣法(RH法)等的鐵水精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，在非接觸狀態(tài)下，于單管端部，通過(guò)檢測(cè)由熔融金屬輻射的電磁波，穩(wěn)定地觀(guān)察精煉爐中鐵水(其中包括鋼水)的溫變和/或組成。
現(xiàn)有技術(shù)說(shuō)明現(xiàn)有技術(shù)中已有提供一種借助于穿過(guò)爐壁和/或爐底耐火材料的管子，觀(guān)察以轉(zhuǎn)爐為代表的精煉爐中鐵水溫度和組成的方法。
例如，關(guān)于精煉爐中鐵水的溫度，日本未經(jīng)審定的專(zhuān)利公告NO.11-142246中提供了一種采用圖象傳輸光纖(image fiber)的方法，關(guān)于精煉爐中鐵水的組成，提供了一種采用激光束的方法，如日本未經(jīng)審定的專(zhuān)利公告NO.60-42644中所公開(kāi)的。
在上述技術(shù)中，用于觀(guān)察的風(fēng)口必需始終打開(kāi)。一般是在氣體從風(fēng)口供給到鐵水的情況下，在風(fēng)口的端部通過(guò)凝結(jié)而形成一塊固態(tài)鐵，該固態(tài)鐵稱(chēng)作蘑菇形物(mushroom)。由于這種蘑菇形物的形成，變得不能觀(guān)察鐵水的溫度和組成。在風(fēng)口的端部因?yàn)楣┙o氧氣產(chǎn)生放熱反應(yīng)而打開(kāi)的情況下，風(fēng)口的前側(cè)被氧化作用過(guò)程中產(chǎn)生的熱量加熱到很高的溫度。因此，變得不能測(cè)定溫度。此外，變得不能測(cè)定輕元素的含量，因?yàn)檩p元素被氧氣吸收。蘑菇形物的形成不僅受從管子供給的氣體組成和流速很大影響，而且還受鋼水的溫度和成分很大影響。對(duì)此，現(xiàn)有技術(shù)沒(méi)有適當(dāng)控制的方法。如上所述，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，目前還沒(méi)有使觀(guān)察風(fēng)口保持始終打開(kāi)的方案。因此，不能在精煉過(guò)程中穩(wěn)定地對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行觀(guān)察。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供一種方法，該方法根據(jù)精煉狀態(tài)，通過(guò)保持用于觀(guān)察的風(fēng)口始終打開(kāi)，穩(wěn)定地觀(guān)察精煉爐中鐵水(包括鋼水)的溫度和/或組成。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于在該方法中觀(guān)察的風(fēng)口。對(duì)本發(fā)明的敘述如下。
(1)一種觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，包括以下步驟借助于穿過(guò)鐵水精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，通過(guò)在非接觸狀態(tài)下檢測(cè)管子前端處由熔融金屬輻射的電磁波，用一根單管風(fēng)口觀(guān)察精煉爐中鐵水的溫度和/或組成；根據(jù)管子前端處的開(kāi)口狀況，單獨(dú)使用惰性氣體或氧化氣體，或者使用惰性氣體與氧化氣體相互混合的混合氣體。在這種情況下，惰性氣體是Ar，氮?dú)饣駽O，而氧化氣體是氧氣，空氣或CO2。
(2)根據(jù)第(1)項(xiàng)所述觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，其中在管子的開(kāi)口率(％)不高于α情況下，供給惰性氣體與氧化氣體的混合氣體或只供給氧化氣體(開(kāi)口期間)，所述α是根據(jù)方程式(1)用風(fēng)口的內(nèi)徑r(mm)計(jì)算出的。而在開(kāi)口率高于α的情況下，只供給惰性氣體(穩(wěn)定期間)。
α＝765/r2…(1)在這種情況下，當(dāng)在管子前端處待測(cè)的鐵水溫度不低于1800℃時(shí)，可以判定風(fēng)口為開(kāi)口期，并且開(kāi)口期已完成。盡管開(kāi)口率的上限沒(méi)有特別規(guī)定，但優(yōu)選的是開(kāi)口率的上限不大于95％，以便防止風(fēng)口熔化。
(3)一種觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，包括以下步驟借助于穿過(guò)鐵水精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，在非接觸狀態(tài)下，于管子前端處，通過(guò)檢測(cè)由熔融金屬所輻射的電磁波，用一根單管風(fēng)口來(lái)觀(guān)察精煉爐中鐵水的溫度和/或組成；根據(jù)管子前端的開(kāi)口狀況，控制惰性氣體的流速。在這種情況下，惰性氣體是Ar，氮?dú)饣駽O。
(4)按照第(3)項(xiàng)所述的觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，其中根據(jù)鐵水的溫度和成份控制惰性氣體的流速，以便使單管的開(kāi)口率(％)不小于α(所述α是根據(jù)方程式(1)由管子內(nèi)徑r(mm)計(jì)算出來(lái)的)，和不大于95％。
(5)用于觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的風(fēng)口，具有一根單管，該單管借助于穿過(guò)鐵水精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，在非接觸狀態(tài)下，于管子前端處，通過(guò)檢測(cè)由熔融金屬所輻射的電磁波，來(lái)觀(guān)察精煉爐中鐵水的溫度和組成，用于觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的風(fēng)口，包括一種控制功能，通過(guò)該控制功能可以根據(jù)管子前端的開(kāi)口狀態(tài)，單獨(dú)使用惰性氣體或氧化氣體，或者使用惰性氣體與氧化氣體相互混合的混合氣體，風(fēng)口的內(nèi)徑為2-6mm。
(6) 一種觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，在該方法中借助于穿過(guò)熔融金屬精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，在非接觸狀態(tài)下，通過(guò)檢測(cè)管子前端處由鐵水輻射的電磁波；觀(guān)察鐵水精煉爐中鐵水的溫度和/或組成，觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法包括以下步驟用一根雙管風(fēng)口；檢測(cè)內(nèi)管風(fēng)口前端的開(kāi)口率；根據(jù)開(kāi)口率的變化，通過(guò)改變穿過(guò)內(nèi)管和外管供給的氣體流速和/或氣體組成，控制風(fēng)口前端處蘑菇形物尺寸，以便保持用于觀(guān)察所必需的開(kāi)口率。
(7)按照第(6)項(xiàng)所述的觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，還包括以下步驟根據(jù)鐵水的溫度和組成，估計(jì)風(fēng)口前端處蘑菇形物的尺寸；根據(jù)估計(jì)結(jié)果，通過(guò)改變經(jīng)由外管供給的LPG惰性氣體，惰性氣體和氧化氣體的氣體流速和/或氣體組成，控制風(fēng)口前端處蘑菇形物尺寸以便使內(nèi)管的開(kāi)口率(％)保持在不小于α和不大于95％的范圍內(nèi)，該α用方程(5)計(jì)算出來(lái)，α＝850/r2…(5)式中r是內(nèi)管的內(nèi)徑(mm)。
(8)按照第(6)項(xiàng)所述的觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，還包括以下步驟在內(nèi)管的開(kāi)口率低于方程式(5)中α(％)的情況，從內(nèi)管供給惰性氣體與氧化氣體相互混合的混合氣體(％)，或者只供給氧化氣體，以便增加管子開(kāi)口期間的開(kāi)口率；在除管子開(kāi)口期間之外的期間從內(nèi)管只供給惰性氣體。
(9)根據(jù)(6)-(8)項(xiàng)其中之一所述的觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，還包括以下步驟始終從內(nèi)管供給惰性氣體；在內(nèi)管的開(kāi)口率低于方程式(5)中α(％)的情況下，從外管供給惰性氣體與氧化氣體相互混合的混合氣體，或者只供給氧化氣體，以便增加在管子開(kāi)口期間內(nèi)管的開(kāi)口率；在除管子開(kāi)口間期之外的期間，經(jīng)由外管單獨(dú)供給風(fēng)口冷卻氣體，或惰性氣體，或者從外管供給風(fēng)口冷卻氣體與惰性氣體的混合氣體。
(10)一種用于觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的風(fēng)口，該風(fēng)口是一種雙管風(fēng)口，該雙管風(fēng)口借助于穿過(guò)鐵水精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，通過(guò)在非接觸狀態(tài)下，檢測(cè)管子前端處由熔融金屬輻射的電磁波，來(lái)觀(guān)察精煉爐中鐵水的溫度和/或組成，用于觀(guān)察熔融金屬煉爐內(nèi)部的風(fēng)口包括管道系統(tǒng)；和控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)能獨(dú)立地控制氣體流速和/或氣體組成，該氣體流速和/或氣體組成通過(guò)每一內(nèi)管和外管實(shí)施供給。
(11)按照第10項(xiàng)所述的用于觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的風(fēng)口，其中內(nèi)管的內(nèi)徑r為5-20mm。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為觀(guān)察用的風(fēng)口開(kāi)口部分的直徑(K)，在風(fēng)口前端處所形成的蘑菇形物的直徑(M)，及內(nèi)管的內(nèi)徑(r)之間關(guān)系圖。
圖2示出表明參數(shù)α，管子內(nèi)徑(r)和通過(guò)輻射測(cè)定溫度的精度之間關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。
圖3示出在采用其內(nèi)徑為10mm的管子情況下開(kāi)口率和通過(guò)輻射測(cè)定溫度的精度之間關(guān)系圖。
圖4示出本發(fā)明觀(guān)察用單管模式的視圖。
圖5示出本發(fā)明觀(guān)察爐內(nèi)部用的雙管模式的視圖。
最佳實(shí)施例的說(shuō)明本發(fā)明已按照一種新的認(rèn)識(shí)完成，即用于觀(guān)察的風(fēng)口開(kāi)口面積與管子前端處所形成的蘑菇形物尺寸相互有關(guān)，并且當(dāng)控制蘑菇形物尺寸時(shí)可以控制開(kāi)口面積。圖1示出由本發(fā)明人所作的詳細(xì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖，其中使用一種生產(chǎn)能力為1噸的熔化爐。如圖1所示，M/r和K/r相互有很大關(guān)系，其中r是風(fēng)口內(nèi)管的內(nèi)徑，K是用于觀(guān)察的風(fēng)口開(kāi)口部分直徑，而M是在管子前端處所形成的蘑菇形物直徑。也就是說(shuō)，為了將管子的開(kāi)口率控制到是一個(gè)觀(guān)察所必需的數(shù)值，必需通過(guò)改變氣體流速和氣體組成來(lái)控制蘑菇形物的尺寸。
在這種情況下，電磁波是一種用于發(fā)射能的通用名稱(chēng)，如用于輻射測(cè)定的光，及用于激光束發(fā)射分析的光。電磁波的波長(zhǎng)是每個(gè)成分所特有的。在本發(fā)明中采用單管的原因是氣體從單個(gè)氣體發(fā)生系統(tǒng)供給到單管里，因此設(shè)備投資小。在本發(fā)明中又可以采用雙管的原因是成份和氣體流速可以用雙管風(fēng)口獨(dú)立控制。用于內(nèi)管和外管的氣體是一種風(fēng)口冷卻氣體，如LPG惰性氣體，惰性氣體和氧化氣體，它們單獨(dú)使用或混合使用。關(guān)于外管的風(fēng)口冷卻氣體，當(dāng)氣體分解時(shí)，利用風(fēng)口冷卻氣體可以提供積極的冷卻作用。并于外管的惰性氣體，采用氬氣(Ar)，氮?dú)饣蛞谎趸細(xì)怏w。關(guān)于外管的氧化氣體，采用氧氣，空氣或二氧化碳。關(guān)于用于內(nèi)管的惰性氣體，采用Ar，氮?dú)饣蛞谎趸細(xì)怏w。關(guān)于用于內(nèi)管的氧化氣體，采用氧氣，空氣或二氧化碳。
本發(fā)明的第一方面是一種觀(guān)察熔融金屬精煉爐(以轉(zhuǎn)爐，電爐或氫氧脫碳法(AOD)為代表)內(nèi)部的方法，該方法包括以下步驟借助于一根穿過(guò)鐵水精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，通過(guò)在非接觸狀態(tài)下檢測(cè)管子前端處由熔融金屬所輻射的電磁波，用單管來(lái)觀(guān)察精煉爐中鐵水的溫度和/或組成；和按照管子前端的開(kāi)口狀況，單獨(dú)或混合使用惰性氣體或氧化氣體。
在單管中，根據(jù)管子前端處開(kāi)口的狀態(tài)，單獨(dú)或混合使用惰性氣體和氧化氣體。也就是說(shuō)，觀(guān)察是通過(guò)檢測(cè)從一個(gè)界面所輻射的電磁波進(jìn)行，上述界面在管子前端處鐵水表面和從風(fēng)口鼓入的氣泡之間形成。管子前端開(kāi)口率根據(jù)氣體的組成進(jìn)行控制，以便可以把電磁波的強(qiáng)度控制到一個(gè)根據(jù)觀(guān)察方法規(guī)定的足夠高的數(shù)值。在這種情況下，惰性氣體是Ar，氮?dú)饣駽O。氧化氣體是氧氣，空氣或CO2。在管子前端處開(kāi)口率太低的情況下，觀(guān)察精度變差。因此，將氧化氣體與惰性氣體混合，以便在管子前端處形成的蘑菇形物熔化。反之，在管子前端處的開(kāi)口率太高的情況下，風(fēng)口的熔化量大，因此單獨(dú)采用惰性氣體，就可形成蘑菇形物，并且要一直保持觀(guān)察精度不變差。
本發(fā)明的第二方面規(guī)定了在第一方面發(fā)明中的特殊控制方法。在這種情況下，用于觀(guān)察溫度所必需的開(kāi)口面積(其中電磁波的強(qiáng)度高)與用于在激光發(fā)射的光供組成分析情況下觀(guān)察所必需的開(kāi)口面積(其中光的強(qiáng)度低)不同。此外，用于觀(guān)察所必須的開(kāi)口面積根據(jù)風(fēng)口的內(nèi)徑和長(zhǎng)度而不同。一般情況下，當(dāng)考慮規(guī)定大型轉(zhuǎn)爐耐火材料的厚度時(shí)，風(fēng)管的長(zhǎng)度約為1m至2m。在這種情況下，需要6mm2的觀(guān)察面積，這是通過(guò)實(shí)驗(yàn)知道的。這種認(rèn)識(shí)在方程式(1)得以反映在。因此，本發(fā)明的第二方面提供一種觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，其中在管子的開(kāi)口率(％)不高于α的情況下，在開(kāi)口期間，供給一種惰性氣體與氧化氣體的混合氣體，或者只供給氧化氣體，上述α是按照公式(1)通過(guò)管子的內(nèi)徑r計(jì)算出的，而在開(kāi)口率高于α的情況下，在穩(wěn)定期間，只供給惰性氣體。
α＝765/r2…(1)在這種情況下，開(kāi)口率被定義為當(dāng)在管子的前端未被蘑菇形物覆蓋住的開(kāi)口面積除以管子的橫截面積時(shí)所得到的值，其中這個(gè)開(kāi)口率用百分?jǐn)?shù)表示。在開(kāi)口率和反壓之間的關(guān)系在先測(cè)定的情況下，能夠通過(guò)氣體反壓的改變檢測(cè)開(kāi)口率。此外，能通過(guò)用一種圖象傳輸光纖進(jìn)行觀(guān)察直接檢測(cè)開(kāi)口率，該圖象傳輸纖維安裝在殼體側(cè)上風(fēng)口的前端處。
圖2示出一個(gè)例子的關(guān)系圖，其中本發(fā)明應(yīng)用到采用圖象傳輸光纖的輻射測(cè)定上。垂直軸線(xiàn)的精度相當(dāng)于測(cè)得溫度的2σ(σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差)。由于上述原因，當(dāng)α×r2不低于765時(shí)，溫度可以精確地觀(guān)察到。然而，當(dāng)α×r2低于765時(shí)，由于開(kāi)口閉塞而減少了視野。因此，觀(guān)察精度變差。
準(zhǔn)確地說(shuō)，控制按下述方法進(jìn)行。在管子的開(kāi)口率低于觀(guān)察所必需的臨界值情況下，其α×r2的值為765，根據(jù)管子的內(nèi)徑、鐵水的溫度和鐵水中碳的濃度，調(diào)節(jié)氧氣，空氣和CO2的氧化氣體流速及Ar、氮?dú)夂虲O的惰性氣體流速其中的一種或兩種及兩種以上，以便可以控制開(kāi)口率。
在管子前端處所形成的蘑菇形物直徑(該直徑是一個(gè)控制指數(shù))，可以根據(jù)下述每一項(xiàng)的熱平衡計(jì)算。當(dāng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得蘑菇形物直徑與開(kāi)口率之間的關(guān)系時(shí)，就能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行控制。
(1)由于氣體顯熱的冷卻指數(shù)(V1)氣體比熱的函數(shù)；(2)由于氣體潛熱的冷卻指數(shù)(V2)氣體反應(yīng)熱的函數(shù)；(3)鐵水中蘑菇形物的受熱指數(shù)(K)。
當(dāng)假定蘑菇形物是半球形時(shí)，下列的熱平衡成立。
K＝M2×(T-Ts)×Qn＝a+b×(V1+V2)…(2)在上面的方程(2)中，a，b和n是常數(shù)，Q是全部氣體的流速(Nm3/h/t)，T是鐵水的溫度(℃)，和Ts是固相線(xiàn)(Solid line)溫度(℃)。在這種情況下，當(dāng)根據(jù)所用氣體的物理性質(zhì)和反應(yīng)熱通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定形成蘑菇形物的貢獻(xiàn)率時(shí)，可以計(jì)算出V1和V2。Ts可以通過(guò)相圖求出。當(dāng)這些代入方程式(2)，并且各常數(shù)如此確定，以使它們可以與通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的蘑菇形物直徑一致時(shí)，能夠得到實(shí)際裝置使用時(shí)估計(jì)蘑菇形物直徑的公式。在這方面，關(guān)于反應(yīng)熱的貢獻(xiàn)率，本發(fā)明人通過(guò)實(shí)驗(yàn)之后發(fā)現(xiàn)如下結(jié)果。在氧氣(包括空氣中的氧成分)的情況下，貢獻(xiàn)率是通過(guò)反應(yīng)計(jì)算得到的FeO生成反應(yīng)潛熱的70-80％。然而，在CO2情況下，貢獻(xiàn)率僅為通過(guò)反應(yīng)計(jì)算得到的潛熱的2-5％。此外，根據(jù)本發(fā)明人所做的實(shí)驗(yàn)，蘑菇形物直徑M(mm)，管子的內(nèi)徑r(mm)和相當(dāng)于一個(gè)圓的開(kāi)口部分直徑K(mm)具有下列方程式(3)所表示的關(guān)系。
(K/r)＝β-0.165×(M/r)…(3)在上面的方程式中，β是在1.0-1.3范圍內(nèi)。
本發(fā)明的第三方面是觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，該方法包括以下步驟借助于一根穿過(guò)鐵水精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，通過(guò)在非接觸狀態(tài)下檢測(cè)管子前端處熔融金屬所輻射的電磁波，采用單管來(lái)觀(guān)察鐵水的溫度和/或組成；并根據(jù)管子前端的開(kāi)口狀況控制惰性氣體的流速。根據(jù)該方法，當(dāng)惰性氣體的流速受到控制時(shí)，蘑菇形物尺寸也受到控制。當(dāng)管子前端處開(kāi)口率太低時(shí)，觀(guān)察精度變差。因此，當(dāng)降低惰性氣體的流速，以便降低由氣體顯熱所給定的冷卻能力時(shí)，在管子前端處的蘑菇形物熔化。反之，當(dāng)管子前端處的開(kāi)口率太高時(shí)，管子顯著地熔化。因此，當(dāng)增加惰性氣體流速，以便增加由氣體顯熱所給定的冷卻能力時(shí)，在要觀(guān)察精度不變差期間，就形成蘑菇形物。
當(dāng)管子的內(nèi)部必須始終保持在惰性氣體的氛圍中時(shí)，這是必要的，以便在觀(guān)察短波長(zhǎng)光的情況下，所發(fā)射的光能夠透射而不引起衰減。上述短波長(zhǎng)光用激光束從碳或磷中發(fā)射。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，即使管子的內(nèi)部始終保持在惰性氣體的氛圍中，也可以控制開(kāi)口率。
本發(fā)明的第四方面和第五方面描述了第三方面發(fā)明的一種特別的控制方法。本發(fā)明的第四方面提供一種觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，在該方法中根據(jù)鐵水的溫度和組成來(lái)控制惰性氣體的流速，以便單管的開(kāi)口率(％)可以不少于α和不多于95％。上述α是按照方程式(1)由管子的內(nèi)徑r(mm)計(jì)算得到的。當(dāng)開(kāi)口率高于95％時(shí)，在管子前端處所形成的蘑菇形物的尺寸太小。因此，不能保護(hù)管子，并且管子的壽命短。
在本發(fā)明的第五方面中，碳的濃度可以用一種方法估計(jì)。在該方法中，碳的濃度是在裝入的熔融鐵水的碳濃度的基礎(chǔ)上，由供給的氧量和脫碳效率計(jì)算出來(lái)的。上述供給的氧量和脫碳效率是通過(guò)實(shí)驗(yàn)已知的。此外，碳的濃度還可以用一種方法估計(jì)。在這種方法里，碳的濃度從廢氣分析和鐵水的直接取樣結(jié)果估計(jì)。或者，碳的濃度可以通過(guò)把上述方法結(jié)合起來(lái)估計(jì)。溫度可以通過(guò)直接連續(xù)測(cè)量法或半連續(xù)測(cè)量法估計(jì)。此外，溫度可以用一種方法估計(jì)，在該方法中，溫度是從通過(guò)實(shí)驗(yàn)已知的升溫效率計(jì)算出來(lái)的。或者，溫度可以通過(guò)將上述方法結(jié)合起來(lái)估計(jì)。根據(jù)鐵水的溫度和組成來(lái)控制惰性氣體流速的原因是蘑菇形物的尺寸受鐵水溫度和鐵水固相線(xiàn)溫度之間的溫差影響很大。另外，根據(jù)鐵水的溫度和組成來(lái)控制惰性氣體流速的原因是需要檢測(cè)鐵水/溫度和固相線(xiàn)溫度之間的溫差，上述固相線(xiàn)溫度由鐵水的組成(碳的濃度)決定；和另外必需根據(jù)溫差值來(lái)增加和降低流速。
另外，在這種情況下，在管子前端處的蘑菇形物直徑(這是一個(gè)控制指標(biāo)(index))可以用每一條的熱平衡計(jì)算。當(dāng)求得蘑菇形物的直徑和開(kāi)口率之間的實(shí)驗(yàn)關(guān)系時(shí)，蘑菇形物的直徑就能進(jìn)行控制。
(1)利用氣體顯熱的冷卻指數(shù)(V1)氣體比熱的函數(shù)(2)蘑菇形物從鐵水中的受熱指數(shù)(K)假定蘑菇形物是半球形時(shí)，下列的熱平衡成立K＝M2×(T-Ts)×Qn＝a+b×V1…(4)在上面的方程式(4)中，a，b和n是常數(shù)，Q是全部氣體的流速(Nm3/h/t)，T是鐵水的溫度(℃)，和Ts是固相線(xiàn)(Solid line)溫度(℃)。在這種情況下，V1可以根據(jù)所用氣體的物理性質(zhì)計(jì)算。Ts可以通過(guò)相圖求得。當(dāng)將這些代入方程式(4)時(shí)，各常數(shù)如此確定，以使它們適合于通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到的蘑菇形物直徑。這樣，就能得到實(shí)際裝置使用時(shí)估計(jì)蘑菇形物直徑的公式。蘑菇形物的直徑M與開(kāi)口部分一個(gè)等效圓直徑K之間的關(guān)系可以用方程式(3)計(jì)算。
關(guān)于風(fēng)口，如圖4中實(shí)施例所示，本發(fā)明提供一種用于觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的風(fēng)口，該風(fēng)口是一根單管，它借助于穿過(guò)鐵水精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，通過(guò)在非接觸狀態(tài)下檢測(cè)管子前端處熔融金屬所輻射的電磁波，來(lái)觀(guān)察精爐爐中鐵水的溫度和/或組成，用于觀(guān)察熔融金屬內(nèi)部的風(fēng)口包括一種控制功能，利用該控制功能可以根據(jù)管子前端開(kāi)口的狀況單獨(dú)使用惰性氣體或氧化氣體，或?qū)⑺鼈兓旌鲜褂谩?br> 在這種情況下，關(guān)于觀(guān)察用管子的內(nèi)徑，管道的內(nèi)徑為2-6mm。在管子內(nèi)徑小于2mm的情況下，當(dāng)保證用于觀(guān)察所必需的開(kāi)口面積時(shí)，不能形成蘑菇形物。因此風(fēng)口的壽命很短。在管子內(nèi)徑大于6mm的情況下，氣體的流速增加，而費(fèi)用提高，這是不經(jīng)濟(jì)的。
下面，將對(duì)其中采用本發(fā)明的雙管風(fēng)口的情況進(jìn)行說(shuō)明。
按照本發(fā)明的第六方面，對(duì)電磁波進(jìn)行檢測(cè)，電磁波由在管子前端處的鐵水表面和吹入風(fēng)口的氣泡之間形成的界面發(fā)出。在這種情況下，必須通過(guò)內(nèi)管和外管中氣體的組成和流速，來(lái)控制內(nèi)管前端處的開(kāi)口率，以便由界面所發(fā)射的電磁波強(qiáng)度可以高到足夠用于觀(guān)察方法所要求的強(qiáng)度。因此，開(kāi)口率通過(guò)氣體反壓的變化和用圖象傳輸纖維進(jìn)行觀(guān)察的結(jié)果來(lái)檢測(cè)。根據(jù)這種檢測(cè)到的開(kāi)口率，改變內(nèi)管和外管中氣體的流速和/或組成，以便改變蘑菇形物的尺寸。這樣，就保持了用于觀(guān)察所必需的開(kāi)口率。
本發(fā)明的第七方面是本發(fā)明上述第六方面的一種特別的控制方法。根據(jù)本發(fā)明的第七方面，當(dāng)根據(jù)鐵水的溫度和組成控制外管的冷卻能力時(shí)，使風(fēng)口的開(kāi)口率始終保持在一個(gè)數(shù)值，該數(shù)值高于觀(guān)察期內(nèi)所必需的臨界值。當(dāng)根據(jù)蘑菇形物的尺寸改變外管的惰性氣體和氧化氣體的氣體流速和/或氣體組成時(shí)，管子的開(kāi)口率保持在不少于α(％)和不大于95％的范圍內(nèi)，上述氣體流速和/或氣體組成通過(guò)每個(gè)風(fēng)口供給，而蘑菇形物的尺寸則根據(jù)鐵水的溫度和組成估計(jì)。
α＝850/r2…(5)式中r是內(nèi)管的內(nèi)徑(mm)。因?yàn)閮?yōu)選r不小于3mm，所以α設(shè)定在低于95％的數(shù)值處。此外，還優(yōu)選始終將惰性氣體供給到內(nèi)管中。在這種情況下，開(kāi)口率定義為管子前端處的開(kāi)口區(qū)面積除以風(fēng)口橫截面積時(shí)所得到的數(shù)值(％)。其中管子前端處的開(kāi)口區(qū)面積不為蘑菇形物所覆蓋。
在電磁波的強(qiáng)度高情況(如觀(guān)察溫度情況)下，開(kāi)口率的臨界值與在電磁波的強(qiáng)度低情況(例如由用于成分分析的激光所發(fā)射的光情況)下的開(kāi)口率的臨界值不同。此外，根據(jù)管子的內(nèi)徑和長(zhǎng)度不同，開(kāi)口率的臨界值也是不同的。一般情況下，當(dāng)給定大型轉(zhuǎn)爐的耐火材料厚度時(shí)，管子的長(zhǎng)度約為1m至2m。在這種情況下，要求用于觀(guān)察的面積不少于6mm2，該面積是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知的。這種認(rèn)識(shí)構(gòu)成方程式(5)。在內(nèi)徑是r(mm)的管子中，為了在管子的前端處提供R mm2的觀(guān)察面積，開(kāi)口率必須是一個(gè)不少于α的數(shù)值，該α值用方程式(6)計(jì)算得到。
α＝R/(π×(r/2)2)×100＝127×R/r2(％)…(6)在這種情況下，當(dāng)將一個(gè)不小于6mm2的數(shù)值代入R時(shí)，就可以得到方程式(5)。在開(kāi)口率低于α的情況下，由于在管子前端處開(kāi)口的面積小，所以觀(guān)察精度變差。在開(kāi)口率高于95％的情況下，因?yàn)樵诠茏忧岸颂幩纬傻哪⒐叫挝锍叽缣?，所以不能保護(hù)風(fēng)口。因此，風(fēng)口的壽命很短。圖3示出利用輻射測(cè)定溫度的精度一個(gè)例子的結(jié)果，其中使用了內(nèi)徑為10mm的圖象傳輸光纖。垂直軸線(xiàn)的精度相當(dāng)于測(cè)得溫度的2σ(σ是標(biāo)準(zhǔn)偏差)。由于上述原因，可以理解，當(dāng)開(kāi)口率不少于8.5％(相當(dāng)于方程式(5)中的α)時(shí)，溫度可以精確地觀(guān)察。然而，當(dāng)開(kāi)口率低于8.5％時(shí)，由于被風(fēng)口堵塞而減少了視野。因此，觀(guān)察精度變差。反之，當(dāng)開(kāi)口率高于95％時(shí)，開(kāi)口率如此之高；以致蘑菇形物不能充分形成，并且風(fēng)口因熔化而損壞。
本發(fā)明已經(jīng)根據(jù)新的認(rèn)識(shí)達(dá)到在管子前端處所形成的蘑菇形物尺寸，與用于觀(guān)察的風(fēng)口的開(kāi)口面積密切相關(guān)，該蘑菇形物尺寸受外管氣體的影響比受內(nèi)管氣體的影響更多。因而，為了控制管子的開(kāi)口率，需控制外管氣體的流速和/或組成。外管風(fēng)口冷卻氣體的一個(gè)例子是LPG氣體。內(nèi)部氣體的一些例子是Ar，氮?dú)夂鸵谎趸細(xì)怏w。氧化氣體的一些例子是氧氣，空氣和二氧化碳?xì)怏w。更具體地說(shuō)，為了使開(kāi)口率高于α，采取下列措施(1)-(4)的其中之一來(lái)升高風(fēng)口外管前端的溫度，以便使蘑菇形物熔化。在這種情況下，內(nèi)管始終充滿(mǎn)惰性氣體。因此，在測(cè)定電磁波時(shí)，不會(huì)造成任何問(wèn)題。
(1)降低惰性氣體的流速。
(2)將氧化氣體與惰性氣體混合。
(3)在惰性氣體與氧化氣體相互混合的混合氣體中，當(dāng)全部流速保持恒定不變時(shí)，增加氧化氣體的混合比，或者當(dāng)惰性氣體的流速保持恒定不變時(shí)，增加氧化氣體的流速。
(4)只將氧化氣體吹入風(fēng)口。
反之，當(dāng)使開(kāi)口率不大于95％時(shí)，采取下列措施(1)-(3)的至少其中之一來(lái)降低風(fēng)口外管前端的溫度，以便形成蘑菇形物并保護(hù)風(fēng)口。在這種情況下，內(nèi)管始終充滿(mǎn)惰性氣體。因此，在測(cè)定電磁波時(shí)不會(huì)造成任何問(wèn)題。
(1)增加惰性氣體的流速。
(2)將風(fēng)口冷卻氣體與惰性氣體混合。
(3)在惰性氣體與風(fēng)口冷卻氣體相互混合的混合氣體中，當(dāng)全部流速保持恒定不變時(shí)，增加風(fēng)口冷卻氣體的混合比，或者當(dāng)惰性氣體的流速保持恒定不變時(shí)，增加風(fēng)口冷卻氣體的流速。
因?yàn)樾纬赡⒐叫挝锏那闆r受鐵水的組成和溫度的影響很大，所以必需根據(jù)鐵水的組成和溫度對(duì)其控制。最合理的是利用鐵水組成和溫度的測(cè)定結(jié)果，該結(jié)果是通過(guò)觀(guān)察用風(fēng)口得到的電磁波測(cè)得。然而，可以用這樣的方法來(lái)估計(jì)碳濃度，在該方法中，碳濃度由供給的氧量和脫碳氧化效率計(jì)算出來(lái)，以裝入鐵水的碳濃度為依據(jù)，脫碳氧化效率是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知的。另外，還可以用另一種方法來(lái)估計(jì)碳濃度，在該方法中，碳濃度是從廢氣分析或鐵水直接取樣的結(jié)果估計(jì)的?？梢杂蒙鲜龇椒ǖ钠渲兄换蛘邔⑸鲜龇椒ńY(jié)合起來(lái)估計(jì)碳濃度。此外，可以用這樣的方法來(lái)估計(jì)溫度，在該方法中，溫度是根據(jù)裝入鐵水的溫度，從升溫效率計(jì)算出來(lái)的，該升溫效率是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得知的。
具體地說(shuō)，根據(jù)圖1中所示的關(guān)系，把管子前端處所形成的蘑菇形物的直徑M控制為M/r。蘑菇形物的直徑M可以用這種方式估計(jì)，以便蘑菇形物的直徑M由下面(1)-(4)中每一條的熱平衡的計(jì)算。
(1)根據(jù)外管氣體顯熱的冷卻指數(shù)(V1)外管氣體比熱的函數(shù)。
(2)根據(jù)外管氣體顯熱的冷卻指數(shù)(V2)外管氣體反應(yīng)熱的函數(shù)。
(3)根據(jù)內(nèi)管氣體顯熱的冷卻指數(shù)(V3)內(nèi)管氣體比熱的函數(shù)。
(4)蘑菇形物從鐵水中的受熱指數(shù)(K)。
當(dāng)假定蘑菇形物是半球形時(shí)，下面的熱平衡成立。
K＝M2×(T-Ts)×Qn＝a+b×(V1+V2+V3) …(7)在上面的方程式(7)中，a，b和n是常數(shù)，Q是整個(gè)氣體的流速(Nm3/h/t)，T是鐵水的溫度(℃)，Ts是固相線(xiàn)(Solid line)溫度(℃)。在這種情況下，當(dāng)形成蘑菇形物的貢獻(xiàn)率根據(jù)所用氣體的物理性質(zhì)和反應(yīng)熱由實(shí)驗(yàn)決定時(shí)，V1，V2和V3可以計(jì)算出來(lái)。Ts可以根據(jù)相圖求出。把這些代入方程式(7)，并且各常數(shù)如此確定，以便它們可以適合于由實(shí)驗(yàn)得到的蘑菇形物的直徑。這樣，能夠得到使用實(shí)際裝置時(shí)用于估計(jì)蘑菇形物直徑的公式。
本發(fā)明的第八方面提供一種當(dāng)風(fēng)口堵塞時(shí)通過(guò)從內(nèi)管供給氧化氣體打開(kāi)風(fēng)口的方法。也就是說(shuō)，本發(fā)明提供一種觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，該方法還包括以下步驟從內(nèi)管供給一種其中惰性氣體與氧化氣體混合的混合氣體，或者只含氧化氣體，以便在管子的開(kāi)口率低于方程式(5)中α(％)情況下，增加風(fēng)口開(kāi)口期的開(kāi)口率；在除了用于風(fēng)口開(kāi)口期之外的期間，只從內(nèi)管供給惰性氣體。在這種情況下，風(fēng)管開(kāi)口期定義為在開(kāi)口率變成低于α以便實(shí)施打開(kāi)開(kāi)口動(dòng)作時(shí)到開(kāi)口率變成不小于95％的數(shù)值時(shí)的時(shí)間間隔。根據(jù)發(fā)明人的認(rèn)識(shí)，在開(kāi)口率由于管子前端的溫度高而不能測(cè)定的情況下，可以判斷，當(dāng)管子前端的溫度已經(jīng)升到不低于1800℃的溫度時(shí)，風(fēng)口已經(jīng)打開(kāi)，并且風(fēng)口開(kāi)口期可以結(jié)束。關(guān)于打開(kāi)開(kāi)口的措施，可以實(shí)施下面措施(1)和(2)的其中之一或者下面措施(1)和(2)二者，以便管子前端的溫度升高，而使蘑菇形物熔化。
(1)內(nèi)管裝惰性氣體和氧化氣體相互混合的混合氣體。當(dāng)全部流速保持不變時(shí)，增加氧化氣體的混合比?；蛘撸?dāng)惰性氣體的流速保持不變時(shí)，增加氧化氣體的流速。
(2)從內(nèi)管中只吹入氧化氣體。
在這種情況下，在內(nèi)管中進(jìn)行打開(kāi)開(kāi)口措施的原因是它能增加氣體流速，以使開(kāi)口可以在一短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行。具體地說(shuō)，正如在圖1中可以看到的，當(dāng)M/r不大于2時(shí)，K/r變得不小于1。K/r為1意味著開(kāi)口直徑和風(fēng)口直徑彼此相同。也就是說(shuō)，風(fēng)口完全打開(kāi)。因而，在風(fēng)口堵塞情況下，由于使K/r變成不小于1，采取措施使M/r不大于2，以便可以打開(kāi)風(fēng)口。蘑菇形物直徑M的估計(jì)可以用下列每一條中所述的熱平衡計(jì)算(1)根據(jù)外管氣體顯熱的冷卻指數(shù)(V1’)外管氣體比熱的函數(shù)(2)根據(jù)外管氣體潛熱的冷卻指數(shù)(V2’)外管氣體反應(yīng)熱的函數(shù)(3)根據(jù)內(nèi)管氣體顯熱的冷卻指數(shù)(V3’)內(nèi)管氣體比熱的函數(shù)(4)根據(jù)內(nèi)管氣體潛熱的冷卻指數(shù)(V4’)內(nèi)管氣體反應(yīng)熱的函數(shù)(5)蘑菇形物從鐵水中的受熱指數(shù)(K’)當(dāng)假定蘑菇形物是半球形時(shí)，下面的熱平衡成立K’＝M2×(T-Ts)×Qn＝a’+b’×(V1’+V2’+V3’+V4’) …(8)在上面的方程(8)中，a’，b’和n是常數(shù)，Q是全部氣體流速(Nm3/h/t)，T是鐵水的溫度(℃)，Ts是固相線(xiàn)(Solid line)溫度(℃)。Ts是由鐵水成份決定的。在這種情況下，當(dāng)形成蘑菇形物的貢獻(xiàn)率根據(jù)所用氣體的物理性質(zhì)和反應(yīng)熱用實(shí)驗(yàn)確定時(shí)，可以計(jì)算出V1’，V2’，V3’和V4’。Ts可以根據(jù)相圖求得。這時(shí)將這些數(shù)值代入方程式(8)，并如此確定常數(shù)，以便它們可以適合于由實(shí)驗(yàn)得到的蘑菇形物的直徑。當(dāng)實(shí)際裝置使用時(shí)，也可以獲得估計(jì)蘑菇形物直徑的方程。根據(jù)本發(fā)明人的研究，發(fā)現(xiàn)下述問(wèn)題。由內(nèi)管氧氣產(chǎn)生的加熱值對(duì)蘑菇形物直徑的貢獻(xiàn)率僅為3％，而內(nèi)管氣體顯熱對(duì)蘑菇形物直徑的貢獻(xiàn)率僅為30％。
本發(fā)明的第九方面是在風(fēng)口堵塞時(shí)所用的另一種開(kāi)口方法。觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法包括以下步驟始終從內(nèi)管供給惰性氣體；從外管供給惰性氣體與氧化氣體混合的混合氣體，或者只供給氧化氣體，以便在風(fēng)口的開(kāi)口率低于方程式(5)中α(％)的情況下，增加風(fēng)口開(kāi)口期中的開(kāi)口率；從外管單獨(dú)供給風(fēng)口冷卻氣體或惰性氣體，或在除了風(fēng)口開(kāi)口期之外的期間中從外管供給風(fēng)口冷卻氣與惰性氣體相互混合的混合氣體。關(guān)于打開(kāi)風(fēng)口的行動(dòng)，實(shí)施下列措施(1)-(3)的其中之一，以便使風(fēng)口前端處的溫度升高并使蘑菇表物熔化。
(1)在外管中將氧氣與惰性氣體混合。
(2)將外管中的風(fēng)口冷卻氣體轉(zhuǎn)換為氧化氣體。
(3)只把氧化氣體供給到外管。
始終將惰性氣體供給內(nèi)管并且開(kāi)口由外管氣體形成的原因說(shuō)明如下。例如，當(dāng)觀(guān)察短波長(zhǎng)的光時(shí)，所發(fā)射的光大部分被管子中的氧吸收，上述短波長(zhǎng)光通過(guò)激光器的作用由碳或磷發(fā)射。因此，為了透過(guò)所發(fā)出的光而不衰減，必需始終用惰性氣體充滿(mǎn)內(nèi)管。根據(jù)本發(fā)明人所作的研究，發(fā)現(xiàn)即使在始終從內(nèi)管供給惰性氣體時(shí)，控制從外管供給的氣體組成時(shí)，也能打開(kāi)風(fēng)口。
具體地說(shuō)，在與上述第(8)方面所述的發(fā)明方法同樣的方法中，根據(jù)圖1所示的關(guān)系，把在風(fēng)口前端處所形成的蘑菇形物的直徑M控制為M/r不大于2。蘑菇形物的直徑M可以用這種方法估計(jì)，以便通過(guò)下列各條(1)-(4)其中每一條的熱平衡來(lái)計(jì)算蘑菇形物的直徑M。
(1)根據(jù)外管氣體顯熱所產(chǎn)生的冷卻指數(shù)(V1”)外管氣體比熱的函數(shù)(2)根據(jù)外管氣體潛熱所產(chǎn)生的冷卻指數(shù)(V2”)外管氣體反應(yīng)熱的函數(shù)(3)根據(jù)內(nèi)管氣體顯熱所產(chǎn)生的冷卻指數(shù)(V3”)內(nèi)管氣體比熱的函數(shù)(4)蘑菇形物從鐵水中的受熱指數(shù)(K”)當(dāng)假定蘑菇形物是半球形時(shí)，下面的熱平衡成立。
K”＝M2×(T-Ts)×Qn＝a”+b”×(V1”+V2”+V3”) …(9)在上面的方程(9)中，a”，b”和n是常數(shù)，Q是全部氣體的流速(Nm3/h/t)，T是鐵水的溫度(℃)，Ts是固相線(xiàn)(Solid line)溫度(℃)。在這種情況下，當(dāng)根據(jù)所用氣體的物理性質(zhì)和反應(yīng)熱用實(shí)驗(yàn)確定形成蘑菇形物的貢獻(xiàn)率時(shí)，可以計(jì)算出V1”，V2”和V3”。Ts可以根據(jù)相圖求得。當(dāng)把這些這些代入方程式(9)，并如此確定各常數(shù)，以便它們可以適合于由實(shí)驗(yàn)得到的蘑菇形物的直徑時(shí)，能夠得到當(dāng)使用實(shí)際裝置時(shí)估計(jì)蘑菇形物直徑的公式。根據(jù)本發(fā)明人所進(jìn)行的研究，由外管氧氣的加熱值對(duì)蘑菇形物直徑的貢獻(xiàn)率為75％，而外管氣體顯熱對(duì)蘑菇形物直徑的貢獻(xiàn)率是100％。
本發(fā)明的第十方面提供一種風(fēng)口，用于實(shí)施觀(guān)察本發(fā)明的熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法。采用雙管風(fēng)口來(lái)觀(guān)察溫度的原因是單獨(dú)控制內(nèi)管和外管中氣體的組成和流速。在這種雙管風(fēng)口中，檢測(cè)內(nèi)管風(fēng)口前端處的開(kāi)口率，并根據(jù)檢測(cè)所得到的信息來(lái)控制內(nèi)管和外管中氣體的流速和/或組成。為了實(shí)施上述操作，風(fēng)口如圖5所示構(gòu)成。風(fēng)口由一同心雙管結(jié)構(gòu)組成，該雙管結(jié)構(gòu)包括穿過(guò)精煉爐耐火材料的內(nèi)管1和外管2。在這種結(jié)構(gòu)中，內(nèi)管1和外管2相互獨(dú)立。通過(guò)內(nèi)管供氣管道9和外管供氣管道10可以單獨(dú)控制氣體的流速和/或組成，內(nèi)管供氣管道9和外管供氣管道10單獨(dú)連接到控制裝置，以便控制氣體的組成和流速。在這種情況下，用于觀(guān)察的風(fēng)口內(nèi)徑規(guī)定為5-20mm。在用于觀(guān)察的風(fēng)口內(nèi)徑小于5mm情況下，在保證觀(guān)察所必需的開(kāi)口面積時(shí)，不能形成蘑菇形物，并且風(fēng)口的壽命縮短。在用于觀(guān)察的風(fēng)口內(nèi)徑大于20mm情況下，氣體的流速增加，并且成本升高，這是不經(jīng)濟(jì)的。
實(shí)例在本實(shí)例中，采用氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，其生產(chǎn)能力為3噸。采用一根單管風(fēng)口作為觀(guān)察用的風(fēng)口，該單管風(fēng)口的直徑為4mm，安裝在爐底處。(在這種情況下，公式(1)中的α是47.8。)從風(fēng)口只供給氮?dú)?。或者，供給一種其中Ar和氧氣互相混合的混合氣體。將含有[C]4.2％，[Mn]0.16％，[Si]0.21％和[P]0.085％的鐵水裝入爐中，并將氧氣供給到爐中用于脫碳。當(dāng)開(kāi)始供氧氣時(shí)，鐵水的溫度是1315℃。在本實(shí)例中，％意思是指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，在下面的說(shuō)明中同樣是指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。在吹風(fēng)時(shí)的組成是[C]0.04％，[Mn]0.07％，[Si]0.01％和[P]0.017％，和溫度是1637℃。用一圖象傳輸光纖穿過(guò)觀(guān)察用的風(fēng)口進(jìn)行輻射溫度的測(cè)定。同時(shí)，通過(guò)相關(guān)的風(fēng)口照射激光束，并觀(guān)察由碳發(fā)射的光，以便測(cè)定碳濃度。通過(guò)圖象傳輸光纖觀(guān)察中所得到的圖象測(cè)定開(kāi)口率。根據(jù)開(kāi)口率的變化，控制氣體的組成和流速。
實(shí)例1在表1所列條件下，控制Ar流速用于每個(gè)碳濃度和溫度。結(jié)果，在整個(gè)精煉期間自始至終都能進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度測(cè)定和碳濃度分析。
表1
實(shí)例2在開(kāi)始時(shí)升溫速率低。因此，在碳[C]為0.05％和溫度＝1600℃(如表2中的(1)所列)時(shí)風(fēng)口被堵塞。因此，在表2中的(2)所列條件下控制氣體的組成和流速。結(jié)果，風(fēng)口再次打開(kāi)。在那之后，整個(gè)精煉期間中自始至終都能進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度測(cè)定和碳濃度分析。
表2
對(duì)照例1
在對(duì)照例1中，是在表3所列條件下完成操作，同時(shí)保持Ar的流速恒定不變而不考慮碳濃度和溫度。結(jié)果，在精煉結(jié)束時(shí)開(kāi)口率降低，并且不能進(jìn)行觀(guān)察。
表3
實(shí)例3在例3中，采用一種氧氣頂吹轉(zhuǎn)爐，它的生產(chǎn)能力是3噸。利用一根雙管風(fēng)口作為觀(guān)察用的風(fēng)口，該雙管風(fēng)口的內(nèi)管風(fēng)口內(nèi)徑為10-15mm，并且它的內(nèi)管和外管之間的間隔為1mm，雙管風(fēng)口安裝在爐底處。從內(nèi)管供給氮?dú)夂?或氧氣，而從外管供給氮?dú)?，氧氣和LPG的其中一種或者供給它們之中的不少于兩種。將含有[C]4.2％，[Mn]0.16％，[Si]0.21％和[P]0.085％的鐵水裝入爐中，并向爐中供氧用于脫碳。當(dāng)開(kāi)始供氧時(shí)，鐵水的溫度是1315℃。在本實(shí)例中，％意思是指質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，在吹氣時(shí)的組成是[C]0.04％，[Mn]0.07％，[Si]0.01％和[P]0.017％，溫度是1637℃。利用一個(gè)圖象傳輸光纖穿過(guò)觀(guān)察用的風(fēng)口實(shí)施輻射溫度的測(cè)定。同時(shí)，激光束通過(guò)內(nèi)管照射，并觀(guān)察由碳發(fā)射的光，以便測(cè)定碳的濃度。利用在內(nèi)管里圖象傳輸光纖觀(guān)察中所得到的圖象測(cè)定開(kāi)口率。根據(jù)開(kāi)口率的變化，改變內(nèi)管和外管中氣體的組成和流速，以便控制在內(nèi)管風(fēng)口前端蘑菇形物的尺寸。
采用一種雙管風(fēng)口，該雙管風(fēng)口的內(nèi)管風(fēng)口內(nèi)徑為15mm。在表4所列條件下，根據(jù)測(cè)得的開(kāi)口率變化，同時(shí)對(duì)每個(gè)碳濃度和溫度都估計(jì)蘑菇形物尺寸，適當(dāng)?shù)乜刂仆夤苤械獨(dú)獾牧魉?。結(jié)果，在整個(gè)精煉期間都能進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度測(cè)定(在表4上示出2×σ)和碳濃度分析。在這方面，內(nèi)管的流速保持在高達(dá)臨界流速1.5倍的數(shù)值下恒定不變。在這方面，由于內(nèi)徑是15mm，所以公式(5)中的α是3.8％。
表4
在這種情況下，用下面的公式計(jì)算出臨界流速(FNm3/h/t)F＝5.5×(ρg/ρ1)-5/8×(1+H/1.48)3/8×(r/1000)5/2…(10)在上面公式中，ρg是氣體密度(kg/m3)，ρ1是鐵水密度(kg/m3)，和H是熔池(bath)深度(m)。
實(shí)例4在實(shí)例4中，前提條件(precondition)設(shè)到與實(shí)例3的前提條件相同，并采用一根雙管風(fēng)口，該雙管風(fēng)口的內(nèi)管風(fēng)口內(nèi)徑為10mm。在表5所列的條件下，根據(jù)測(cè)得的開(kāi)口率的變化，適當(dāng)控制外管氣體的組成和流速，同時(shí)對(duì)每次碳濃度和溫度估計(jì)蘑菇形物尺寸。結(jié)果，在整個(gè)精煉期間自始至終都能進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度測(cè)定和碳濃度分析。在這方面，將內(nèi)管流速設(shè)定在一不變的數(shù)值處，該數(shù)值高達(dá)臨界流速的1.5倍。在公式(5)中，由于內(nèi)徑是10mm，所以α是8.5％。
表5
實(shí)例5在實(shí)例5中，把前提條件設(shè)到與實(shí)例3的前提條件相同，并采用一根雙管風(fēng)口，該雙管風(fēng)口的內(nèi)管風(fēng)口內(nèi)徑為10mm。然而，在開(kāi)始時(shí)升溫速率低，并且在碳[C]約為2.4％和溫度約為1400℃(由表6中的(1)列出)時(shí)風(fēng)口堵塞。因此，在表6中的(1)或(2)條件下改變外管氣體的組成和流速。并控制內(nèi)管風(fēng)口前端處蘑菇形物的尺寸。結(jié)果，在整個(gè)精煉期間都能進(jìn)行準(zhǔn)確的溫度測(cè)定和碳濃度分析。表6
對(duì)照例2在對(duì)照例2中，采用一根雙管風(fēng)口，該雙管風(fēng)口的內(nèi)管風(fēng)口內(nèi)徑為15mm，并且在表7所列的條件下進(jìn)行操作，其中使外管中的氮?dú)饬魉俦３植蛔?，而不考慮碳濃度和溫度。結(jié)果，在精煉中，開(kāi)口率減小，因此變得不能進(jìn)行觀(guān)察。此外，在精煉結(jié)束時(shí)，蘑菇形物熔化，并且觀(guān)察用的風(fēng)口因熔融而損壞。表7
工業(yè)應(yīng)用按照本發(fā)明，不論什么時(shí)間，都能根據(jù)精煉的狀態(tài)，通過(guò)打開(kāi)觀(guān)察用的風(fēng)口，穩(wěn)定地觀(guān)察精煉爐中鐵水的溫度和/或組成。
權(quán)利要求
1.一種觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，該方法包括以下步驟用一單管風(fēng)口，借助于穿過(guò)鐵水精練爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，在非接觸狀態(tài)下，通過(guò)檢測(cè)在管子前端處由熔融金屬輻射的電磁波，來(lái)觀(guān)察精練爐中鐵水的溫度和/或組成；根據(jù)管子前端的開(kāi)口狀況單獨(dú)使用惰性氣體或氧化氣體，或者使用惰性氣體和氧化氣體相互混合的混合氣體。
2.按照權(quán)利要求1所述的觀(guān)察熔融金屬精練爐內(nèi)部的方法，其特在于在管子的開(kāi)口率(％)不高于α的情況下供給惰性氣體與氧化氣體的混合氣體或只供給氧化氣體，上述α是根據(jù)方程式(1)用管子的內(nèi)徑r(mm)計(jì)算出來(lái)的，而在開(kāi)口率高于α的情況下，只供給惰性氣體，α＝765/r2…(1)
3.一種觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，包括以下步驟用一根單管風(fēng)口，借助于穿過(guò)鐵水精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，在非接觸狀態(tài)下，通過(guò)檢測(cè)在管子前端處由熔融金屬輻射電磁波，來(lái)觀(guān)察精煉爐中鐵水的溫度和/或組成；根據(jù)管子前端的開(kāi)口狀況控制惰性氣體的流速。
4.按照權(quán)利要求3所述的觀(guān)察熔融金屬精練爐內(nèi)部的方法，其特征在于根據(jù)鐵水的溫度和組成控制惰性氣體的流速，以便單管的開(kāi)口率(％)可以不小于α，并且不大于95％，上述α是根據(jù)方程式(1)由管子的內(nèi)徑r(mm)計(jì)算出來(lái)的。
5.用于觀(guān)察熔融金屬精煉內(nèi)部的風(fēng)口，該風(fēng)口具有一根單管，借助于穿過(guò)鐵水精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，在非接觸狀態(tài)下，通過(guò)檢測(cè)在管子前端處由熔融金屬輻射的電磁波，來(lái)觀(guān)察精煉爐中鐵水的溫度和/或組成，觀(guān)察熔融金屬精煉爐的風(fēng)口包括一種控制功能，它可以根據(jù)風(fēng)口管子前端的開(kāi)口狀態(tài)，單獨(dú)使用惰性氣體或氧化氣體，或者使用惰性氣體與氧化氣體相互混合的混合氣體，單管風(fēng)口的內(nèi)徑為2-6mm。
6.一種觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，在該方法中，借助于穿過(guò)熔融金屬精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，在非接觸狀態(tài)下，通過(guò)檢測(cè)管子前端處由鐵水輻射的電磁波，觀(guān)察鐵水精煉爐中鐵水的溫度和/或組成，觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的所述方法包括以下步驟用一根雙管風(fēng)口；檢測(cè)內(nèi)管風(fēng)口前端處的開(kāi)口率；根據(jù)開(kāi)口率的變化，通過(guò)改變穿過(guò)內(nèi)管和外管供給風(fēng)口的氣體流速和/或氣體組成，控制風(fēng)口前端處蘑菇形物的尺寸，以便保持觀(guān)察所必需的開(kāi)口率。
7.按照權(quán)利要求6所述的觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，其特征在于，還包括以下步驟根據(jù)鐵水的溫度和組成，估計(jì)風(fēng)口前端處蘑菇形物的尺寸；根據(jù)估計(jì)結(jié)果，通過(guò)改變穿過(guò)外管供給的LPG惰性氣體，惰性氣體和氧化氣體的氣體流速和/或氣體組成，控制風(fēng)口前端處蘑菇形物的尺寸，以便保持內(nèi)管的開(kāi)口率(％)在不小于α和不大于95％的范圍，該α用方程式(5)計(jì)算出來(lái)。α＝850/r2…(5)式中r是內(nèi)管的內(nèi)徑(mm)
8.按照權(quán)利要求6所述的觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，其特征在于，還包括以下步驟在內(nèi)管的開(kāi)口率低于方程式(5)中α(％)的情況下，從內(nèi)管供給惰性氣體與氧化氣體的混合氣體，或者只供給氧化氣體，以便增加管子開(kāi)口期間的開(kāi)口率；在除管子開(kāi)口期間之外的期間，從內(nèi)管只供給惰性氣體。
9.按照權(quán)利要求6至8其中之一所述的觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法，其特征在于，還包括以下步驟始終從內(nèi)管供給惰性氣體；在內(nèi)管的開(kāi)口率低于方程式(5)中α(％)的情況下，從外管供給惰性氣體和氧化氣體相互混合的混合氣體，或者只供給氧化氣體，以便在管子開(kāi)口期間增加內(nèi)管的開(kāi)口率；在除管子開(kāi)口期間之外的期間，通過(guò)外管只供給風(fēng)口冷卻氣體或惰性氣體，或者從外管供給風(fēng)口冷卻氣體與惰性氣體的混合氣體。
10.一種用于觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的風(fēng)口，其特征為，該風(fēng)口是雙管風(fēng)口，該風(fēng)口借助于穿過(guò)鐵水精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子，通過(guò)在非接觸狀態(tài)下檢測(cè)管子前端處由熔融金屬輻射的電磁波，來(lái)觀(guān)察精煉爐中鐵水的溫度和/或組成，觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的所述風(fēng)口包括管道系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)能獨(dú)立控制氣體流速和/或氣體組成，該氣體流速和/或氣體組成通過(guò)每一內(nèi)管和外管實(shí)施供給。
11.按照權(quán)要求10所述的觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部用的風(fēng)口，其特征在于內(nèi)管的內(nèi)徑r為5-20mm。
全文摘要
一種觀(guān)察熔融金屬精煉爐內(nèi)部的方法,該方法包括:采用一根單管風(fēng)口或雙管風(fēng)口,借助于穿過(guò)鐵水精煉爐爐壁和/或爐底耐火材料的管子,通過(guò)在非接觸條件下檢測(cè)風(fēng)口前端處由熔融金屬輻射的電磁波,來(lái)觀(guān)察精煉爐中熔融金屬的溫度和/或組成;根據(jù)單管風(fēng)口或雙管風(fēng)口前端的開(kāi)口狀況,單獨(dú)使用惰性氣體或氧化氣體,或者使用惰性氣體或氧化氣體的混合氣體。本方法允許觀(guān)察用風(fēng)口對(duì)于精煉狀況保持常開(kāi),從而可以對(duì)精煉爐內(nèi)部熔融金屬的溫度和/或成份作經(jīng)常的觀(guān)察。
文檔編號(hào)F27B3/28GK1383454SQ01801695
公開(kāi)日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2001年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月12日
發(fā)明者北村信也, 山崎強(qiáng) 申請(qǐng)人:新日本制鐵株式會(huì)社