用于控制冶金容器中熔化的金屬池起泡的方法及其裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及用于控制冶金容器中熔化的金屬池起泡的方法及其裝置。該方法包括：通過(guò)容器(1)的底部引入攪拌氣體，由固定到容器上或容器的支撐框架上的至少一個(gè)傳感器接收可測(cè)量的機(jī)械振動(dòng)，由高通濾波器(13a)并且優(yōu)選地由低通濾波器(13b)過(guò)濾這樣檢測(cè)的振動(dòng)信號(hào)，采樣并數(shù)字化(15)所述振動(dòng)信號(hào)以便對(duì)其進(jìn)行第二濾波，第二濾波是數(shù)字濾波，并針對(duì)容器的振動(dòng)響應(yīng)被校準(zhǔn)，對(duì)所述響應(yīng)排序，以便對(duì)每個(gè)序列計(jì)算(17)時(shí)間移動(dòng)均方值，從中提取測(cè)量的振動(dòng)信號(hào)的總的有效值RMS(代表“均方根”)，其中使用所述有效值控制提供給所述容器的攪拌氣體的流量。本發(fā)明可用于煉鋼廠(chǎng)的鋼水桶、轉(zhuǎn)爐、RH處理、電弧爐等的攪拌臺(tái)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于控制冶金容器中熔化的金屬池起泡的方法及其裝置
[0001]本申請(qǐng)是國(guó)際申請(qǐng)日為2005年6月14日、國(guó)際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/FR2005/001460、進(jìn)入國(guó)家階段日期為2006年12月28日、國(guó)家申請(qǐng)?zhí)枮?00580021688.0、發(fā)明名稱(chēng)為“用于控制冶金容器中熔化的金屬池起泡的方法和用于實(shí)施所述方法的裝置”的專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及通過(guò)底部吹入攪拌氣體在尤其用于鋼廠(chǎng)的冶金桶中的起泡。更一般地說(shuō)，本發(fā)明涉及在任何的冶金容器中的熔化的金屬池的起泡，所述金屬容器例如是鋼廠(chǎng)轉(zhuǎn)爐、電弧爐或RH容器配備的，盡管如此，仍然記起起泡在當(dāng)今的桶內(nèi)處理站中是最通常進(jìn)行的。

【背景技術(shù)】
[0003]眾所周知，在鋼廠(chǎng)的鋼水桶中的處理(這個(gè)優(yōu)選的應(yīng)用將在后面作為例子)使得能夠進(jìn)各種冶金操作，例如在液態(tài)下鋼的分級(jí)、脫氧、脫氮或脫碳。由于生產(chǎn)率的原因，需要限制金屬在鋼水桶中的駐留時(shí)間，鋼通常被攪拌，以幫助這些不同的操作，這通常還涉及浮在表面上的活性的爐渣。
[0004]因而，當(dāng)其被合適地進(jìn)行時(shí)，桶的攪拌能夠使得分級(jí)是均勻的，同時(shí)能夠使得金屬爐渣的交換被加速，從而更快地接近在這兩個(gè)階段之間的熱動(dòng)平衡。因而有助于冶金操作例如通過(guò)對(duì)和爐渣呈反應(yīng)接觸的上層連續(xù)地供應(yīng)“新鮮”的液體鋼進(jìn)行去除瓦斯或脫碳。還有助于內(nèi)含物的移注，因此參與鑄鋼的最終內(nèi)含物的清潔。因而應(yīng)當(dāng)理解，根據(jù)所考慮的冶金操作，可能具有不同的最佳攪拌強(qiáng)度，作為一個(gè)合適的例子，例如根據(jù)期望的結(jié)果在一個(gè)相同的桶內(nèi)處理的過(guò)程中。
[0005]眾所周知，在鋼水桶中的鋼可以用氣動(dòng)方法(起泡)或用電磁方法攪拌。當(dāng)用氣動(dòng)方法攪拌時(shí)(在鋼水桶中最經(jīng)常的情況)，通常通過(guò)吹入惰性氣體進(jìn)行攪拌，惰性氣體通常是氬氣，借助于鋼水桶底部的注入器，一般是一種多孔的塞子進(jìn)行注入。
[0006]概略地說(shuō)，為了有效，鋼的氣動(dòng)攪拌必須具有足夠的強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)賦予它的作用，不過(guò)，還需要不會(huì)在池的表面引起過(guò)大的漩渦。如果攪拌的強(qiáng)度太弱，則可能在澆注時(shí)不能完成冶金操作。相反，強(qiáng)度過(guò)大的攪拌引起鋼水池的過(guò)大的攪動(dòng)。這可能對(duì)例如內(nèi)含物的清潔是有害的，這是因?yàn)橛梢苯鸩僮鳟a(chǎn)生的內(nèi)含物此時(shí)被漩渦夾帶并保留在液體金屬中，直到澆注而沒(méi)有時(shí)間潷析(decant)。此外，一定量的礦渣可被帶入金屬池中，因而污染最終的鋼。此外，尤其是不在真空下工作時(shí)，如果漩渦破壞漂浮著的礦渣層的連續(xù)性，則具有由直接和空氣中的氧氣實(shí)現(xiàn)接觸而導(dǎo)致鋼再氧化的危險(xiǎn)。在極端情況下，不受控制的攪拌甚至可以引起液體鋼和礦渣的飛濺，這污染了設(shè)備，以至妨礙下一次裝料。
[0007] 因而，許多年來(lái)，一直試圖測(cè)量進(jìn)行的攪拌的強(qiáng)度，借以測(cè)量攪拌的質(zhì)量，從而通過(guò)合適的調(diào)節(jié)使其最佳。在本發(fā)明針對(duì)的氣動(dòng)攪拌的情況下，這種測(cè)量最一般地在于，簡(jiǎn)單地跟蹤注入的氣體的流量，從而借助于預(yù)先建立的圖表，借助于對(duì)用于控制壓力的入口閥進(jìn)行所需的操作，使流量保持在鋼水桶中正在進(jìn)行的操作所需的流量范圍內(nèi)。
[0008]不幸的是，這樣收集的流量測(cè)量經(jīng)常不能正確地代表鋼水池的實(shí)際的攪拌。許多因素可以導(dǎo)致這些測(cè)量不正確，尤其是由在鋼水桶的金屬框架及其難熔的包層之間的通路引起的氣體泄露，因此，進(jìn)入鋼水池的攪拌流量不能通過(guò)測(cè)量氣源的流量得知。
[0009]鋼水池的表面的攪動(dòng)的視覺(jué)檢查使得本領(lǐng)域熟練的技術(shù)人員能夠憑經(jīng)驗(yàn)判斷攪拌的質(zhì)量。不過(guò)，這種可能性是很小的，并且對(duì)于緩和的攪拌，例如在處理的最后，由于此時(shí)具有一厚層漂浮的礦渣，無(wú)論如何，是行不通的。
[0010]已知通過(guò)被攪拌的鋼水池的“振動(dòng)”提供一種解決辦法。例如文件USP6264716描述了這樣一種實(shí)時(shí)振動(dòng)分析的程序，其基本原理是簡(jiǎn)單的:在鋼水桶中的被氣動(dòng)地?cái)嚢璧囊簯B(tài)物質(zhì)的池必然產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，其攜帶關(guān)于攪拌的定量的信息，如果知道如何通過(guò)對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行合適的處理來(lái)利用所述振動(dòng)現(xiàn)象的話(huà)。然后分析這個(gè)以前處理的振動(dòng)測(cè)量，這使得能夠?qū)⑵浜鸵粋€(gè)預(yù)定的值的范圍比較，在該范圍之內(nèi)的攪拌被認(rèn)為是最佳的，并相應(yīng)地調(diào)節(jié)攪拌氣源的壓力，以確保合適的吹氣流量，并且不必知道這個(gè)流量。
[0011]實(shí)際上，一種加速計(jì)型的傳感器被置于鋼水桶的壁上，并接收鋼水桶的徑向振動(dòng)。在常規(guī)的濾波之后，收集的信號(hào)經(jīng)過(guò)幅值調(diào)節(jié)、數(shù)字采樣、然后借助于離散傅立葉變換計(jì)算進(jìn)行數(shù)值評(píng)價(jià)。接著，可以把這種傅立葉分析的結(jié)果實(shí)時(shí)地發(fā)送到控制器，控制器除去進(jìn)行已知的麻煩事件(瞬間添加粉末、溫度選擇、添加合金元素等)，根據(jù)由預(yù)先限定的振動(dòng)閾值確定的預(yù)先設(shè)置，必須能夠確保每個(gè)處理步驟的鋼水池的最佳攪拌。選擇地，為了使鋼水桶的溫度對(duì)傳感器的破壞最小，傳感器可以被設(shè)置在不與鋼水桶的框架直接接觸的位置。為此目的，建議增加被插在它們之間的可移動(dòng)的支撐件，或者把傳感器置于氣體注入系統(tǒng)本身上，或者置于用于把鋼水桶連接到其框架的連接殼體上。
[0012]不過(guò)，這種已知的振動(dòng)分析系統(tǒng)并不是完全滿(mǎn)意的。具體地說(shuō)，已經(jīng)證明，檢測(cè)的信號(hào)被和處于鋼水池的非常低的頻率的特定的諧振模式(特別是重力模式)或者電氣低頻干擾有關(guān)的不希望的振動(dòng)分量所污染。此外，用戶(hù)經(jīng)常遇到離散傅立葉變換的頻譜的計(jì)算固有的問(wèn)題。此外，這種系統(tǒng)不允許用戶(hù)在裝置中進(jìn)行關(guān)于多孔塞子的阻塞的狀態(tài)或氣體泄露的反饋，如果具有氣體泄露的話(huà)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]因而本發(fā)明旨在提出另一種解決方法，借助于對(duì)傳感器產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行模擬濾波和數(shù)字濾波，對(duì)鋼水桶起泡進(jìn)行振動(dòng)跟蹤和實(shí)時(shí)控制，還使得能夠檢測(cè)任何泄露或評(píng)價(jià)多孔塞子的阻塞狀態(tài)。
[0014]因而，本發(fā)明的主題是在鋼水桶或另外類(lèi)似的冶金容器中的金屬池的起泡的振動(dòng)控制的方法，按照本發(fā)明的方法，攪拌氣體通過(guò)鋼水桶的底部被引入，由位于鋼水桶或其框架上的至少一個(gè)傳感器采集代表要被測(cè)量的振動(dòng)級(jí)的振動(dòng)，發(fā)出的信號(hào)被采樣并被數(shù)字化，其特征在于，在所述信號(hào)被采樣和數(shù)字化之前，借助于“高通”模擬濾波器處理所述振動(dòng)信號(hào)，并且在所述信號(hào)被采樣和數(shù)字化之后，對(duì)其進(jìn)行第二濾波，這次是對(duì)于特定于所述鋼水桶的振動(dòng)響應(yīng)被校準(zhǔn)的數(shù)字濾波，在對(duì)相繼的數(shù)字化信號(hào)排序之后，對(duì)每個(gè)序列進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)間均方值的計(jì)算，然后由此提取這樣測(cè)量的振動(dòng)信號(hào)的總的RMS(代表“均方根”)有效值，該有效值用于調(diào)節(jié)提供給容器的攪拌氣體的流量。
[0015]優(yōu)選地，收集的振動(dòng)信號(hào)還通過(guò)“低通”模擬濾波被處理，這樣做是為了避免在信號(hào)的數(shù)字化中固有的被稱(chēng)為“混疊”的現(xiàn)象，其可能含有等于采樣頻率的一半的奈魁斯特頻率之外的不可忽略的分量。
[0016]在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)中，用于第二濾波操作的數(shù)字濾波器是脈沖響應(yīng)IR濾波器，最好是無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器(IIR濾波器)，其一般通過(guò)“回歸”線(xiàn)性操作來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如這些回歸濾波器的優(yōu)點(diǎn)是其小的計(jì)算成本、小的延遲以及其相對(duì)穩(wěn)定性，其中所述穩(wěn)定性可以通過(guò)遵守使用的某些預(yù)防措施來(lái)獲得，尤其是關(guān)于IR濾波器的截止頻率和采樣頻率之間的比。
[0017]在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，這樣測(cè)量的振動(dòng)信號(hào)的有效值(或RMS)被實(shí)時(shí)地傳遞給用于自動(dòng)調(diào)節(jié)氣體流量的系統(tǒng)。
[0018]本發(fā)明的主題還在于用于控制冶金容器中的金屬池的氣動(dòng)攪拌的裝置，包括:底部注入器，其借助于具有用于調(diào)節(jié)流量的壓力控制閥和流量計(jì)的管道和增壓攪拌氣體的供應(yīng)源相連；被安裝在容器本身上或支撐著所述容器的框架上的至少一個(gè)振動(dòng)傳感器；以及用于處理由所述傳感器收集的振動(dòng)信號(hào)的單元，所述裝置的特征在于，所述信號(hào)處理單元至少并按照作為處理信號(hào)的順序的這個(gè)相繼的順序包括:高通模擬濾波器，最好還包括低通模擬濾波器，模一數(shù)轉(zhuǎn)換器，針對(duì)所述鋼水桶的振動(dòng)響應(yīng)被校準(zhǔn)的數(shù)字濾波器，以及用于計(jì)算RMS型的滑動(dòng)時(shí)間均方值的計(jì)算機(jī)。
[0019]優(yōu)選地，所述數(shù)字濾波器是無(wú)限脈沖響應(yīng)IIR濾波器。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]下面將逐一地提及并解釋按照本發(fā)明的各個(gè)基本的方面，不過(guò)首先根據(jù)下面參照附圖以舉例方式給出的例子的描述來(lái)理解本發(fā)明，其中:
[0021]圖1是按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的裝置的示意圖；
[0022] 圖2是表示在鋼水桶上測(cè)量的振動(dòng)能量Evib P (橫坐標(biāo))和在框架上測(cè)量的振動(dòng)能量Evib B之間的相關(guān)性的曲線(xiàn)；
[0023]圖3是表示作為注入的攪拌気氣的流量Q的函數(shù)的鋼水桶的振動(dòng)能量Evib P (縱坐標(biāo))的曲線(xiàn)；以及
[0024]圖4是作為以對(duì)數(shù)標(biāo)度被置于橫坐標(biāo)上的注入的攪拌氬氣的流量Q的函數(shù)的相關(guān)聯(lián)的起泡指標(biāo)K (縱坐標(biāo))的雙曲線(xiàn)。

【具體實(shí)施方式】
[0025]現(xiàn)在主要參照?qǐng)D1說(shuō)明本發(fā)明的方法，其中示出了鋼廠(chǎng)的鋼水桶1，其含有液體鋼2，液體鋼被礦渣3的連續(xù)的浮層覆蓋。鋼水桶被置于支撐框架9上，準(zhǔn)備隨后被轉(zhuǎn)移到連續(xù)澆注裝置的分配器。在鋼水桶中的液體金屬借助于底部多孔塞子5引入的氬氣流4以氣動(dòng)方式被攪拌。
[0026]攪拌氣體借助于管道6從增壓源20被引入注入器5，管道6具有流量調(diào)節(jié)電子閥7，一般配備有壓力傳感器和流量計(jì)(均未示出)。
[0027] 由注入的氬氣的氣動(dòng)攪拌產(chǎn)生的鋼水桶一金屬池組件的振動(dòng)現(xiàn)象被加速計(jì)型的振動(dòng)傳感器收集。這種傳感器10可被置于鋼水桶I上，可以和殼體直接接觸，或者通過(guò)為此目的提供的連接殼體11被設(shè)置在支撐框架9上，確保例如在起泡時(shí)和鋼水桶呈剛性的機(jī)械連接。本發(fā)明還能夠使傳感器設(shè)置在框架上的任何位置，或者設(shè)置在和鋼水桶呈剛性連接的裝置的任何其它靜止的元件上。在這種情況下，收集的信號(hào)不再直接地是鋼水桶的振動(dòng)信號(hào)，而是由所述裝置傳遞的振動(dòng)信號(hào)。具體地說(shuō)，由圖2的曲線(xiàn)可見(jiàn)，已經(jīng)證明，支撐框架的振動(dòng)能量作為鋼水桶的振動(dòng)能量的函數(shù)而線(xiàn)性地增長(zhǎng)，從而框架振動(dòng)的測(cè)量和鋼水桶的振動(dòng)具有很大的一致性。
[0028]為了確定一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的最佳位置，預(yù)先研究了從鋼水桶的內(nèi)部到外壁或者到起泡臺(tái)上存在的支撐的動(dòng)態(tài)傳遞函數(shù)。這種研究可以在不到一天的時(shí)間內(nèi)利用空的鋼水桶被徹底地進(jìn)行一次，其中利用SMO (單輸入，多輸出)或MMO (多輸入，多輸出)類(lèi)型的頻譜分析。其使得能夠推斷用于所考慮的起泡臺(tái)的傳感器的最佳檢測(cè)位置和最佳檢測(cè)方向。因而，將進(jìn)行這樣一種振動(dòng)測(cè)量，其具有最大的靈敏度并具有與和實(shí)際的起泡相關(guān)聯(lián)的內(nèi)壁載荷的最大一致性。
[0029]當(dāng)選擇的位置之一位于鋼水桶的外表面上時(shí)，振動(dòng)測(cè)量沿縱向進(jìn)行。
[0030]振動(dòng)傳感器10最好是壓電類(lèi)型的。其被手動(dòng)地或自動(dòng)地置于鋼水桶的壁上，并借助于永磁體被保持定位。鋼水桶的外壁能夠達(dá)到高溫，因此選擇的傳感器最好沒(méi)有嵌入的電子元件，以便不用專(zhuān)門(mén)冷卻便可經(jīng)受高達(dá)480°C的高溫。其機(jī)械靈敏度是高的(最小100pC/g)。其被方便地和不同的布線(xiàn)配合，這使其具有非常低的電磁靈敏度并呈現(xiàn)非常低的熱漂移。當(dāng)然，如果選擇把傳感器植入而不直接設(shè)置在鋼水桶本身上，則在傳感器上的熱應(yīng)力通常較小，將能夠使用機(jī)械靈敏度更大的傳感器。如果傳感器位于裝置的靜止元件上，在本例中靜止元件是支撐框架，則其位置和方位用這樣的方式被預(yù)先確定，使得進(jìn)行最佳的振動(dòng)測(cè)量。使用的傳感器11是地震壓電加速計(jì)型的，具有集成的電子元件(ICP)。這種類(lèi)型的傳感器經(jīng)得起120到150°C數(shù)量級(jí)的溫度，并具有非常高的靈敏度:其ICP輸出對(duì)于2000Hz的分析頻率為1000mV/g數(shù)量級(jí)。
[0031]把傳感器設(shè)置在鋼水桶的支撐框架9上的優(yōu)點(diǎn)是避免了為安裝和除去在鋼水桶上的傳感器所需的操作。此外，還使得能夠使用具有較高靈敏度的傳感器，這是因?yàn)榇藭r(shí)需要傳感器在較低的溫度下工作。此外，傳感器一般借助于永磁體被保持，也減少了由于發(fā)熱而固定不牢的危險(xiǎn)。
[0032]由傳感器10 (或11)收集的振動(dòng)信號(hào)在信號(hào)處理單元12中被處理。
[0033]此外，可以在單元12的上游方便地提供撥動(dòng)開(kāi)關(guān)21，通過(guò)選擇，用于連接在鋼水桶上安裝的傳感器10上或者連接到在框架上安裝的傳感器11。
[0034]首先，通過(guò)跟隨有低通模擬濾波器13b的高通模擬濾波器13a (或者反之亦然)對(duì)信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理。高通模擬濾波器13a使得能夠消除上述的和構(gòu)成所考慮的鋼水池的金屬質(zhì)量的振動(dòng)模式(重力模式)有關(guān)的甚低頻分量。其次使得能夠除去與市電的頻率(即50Hz及其一次諧波，在歐洲)有關(guān)的低頻干擾。低通模擬濾波器13b就其本身來(lái)說(shuō)使得能夠避免熟知的在隨后進(jìn)行的信號(hào)的數(shù)字化處理中固有的混疊現(xiàn)象。換句話(huà)說(shuō)，雖然嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，對(duì)于本發(fā)明的第一實(shí)現(xiàn)，低通濾波器13b不是必不可少的，但是對(duì)于后面的數(shù)字化處理部分是有益的，不這樣做將是一種遺憾。
[0035]這些模擬濾波13a，13b可以使用無(wú)源的模擬濾波器以非常簡(jiǎn)單的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們以電子方式基于最低階(order)被配置。優(yōu)選地，建議使用8階，借以使得能夠獲得48dB/倍頻程的濾波器斜率，假定階次增加I個(gè)單位相當(dāng)于在低截止頻率和高截止頻率的任何一側(cè)上濾波器的斜率增加6dB。用這種方式，拒絕不希望的頻率分量的程度將是滿(mǎn)意的。
[0036]就高通模擬濾波器的截止頻率的選擇而言，它在對(duì)各種起泡方式獲得的振動(dòng)頻譜進(jìn)行分析和專(zhuān)家評(píng)價(jià)之后被進(jìn)行。具體地說(shuō)，在最高的攪拌強(qiáng)度下的起泡必須使得能夠容易而正確的識(shí)別存在有害的重力模式，如果它們不被有效地濾除，其分量可能完全淹沒(méi)和正常的起泡現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)的頻率分量。
[0037]低通模擬濾波器的截止頻率的選擇，部分地，應(yīng)當(dāng)符合與解決混淆問(wèn)題相關(guān)的信號(hào)處理的慣用規(guī)則，眾所周知，混淆問(wèn)題的解決和信號(hào)的數(shù)字化有關(guān):在任何模一數(shù)轉(zhuǎn)換之前，實(shí)際上應(yīng)當(dāng)保證要被數(shù)字化的信號(hào)不含奈魁斯特頻率(等于采樣頻率除以2)之外的頻率分量。如果由于任何原因，應(yīng)用一種低通模擬濾波器，其證明這是不可能的，則需要注意應(yīng)當(dāng)進(jìn)行信號(hào)的過(guò)采樣(over-sampling)處理,從而確保在奈魁斯特頻率附近的頻譜分量自然地非常小。
[0038]然后，經(jīng)過(guò)這樣的濾波的信號(hào)在模一數(shù)轉(zhuǎn)換器15中被數(shù)字化。為此，它們一般首先在采樣級(jí)14被采樣，然后在數(shù)字化級(jí)15’被數(shù)字化。由于它們?cè)诖酥耙呀?jīng)經(jīng)過(guò)高通模擬濾波，數(shù)字化系統(tǒng)15可以把整個(gè)編碼動(dòng)態(tài)集中在表示起泡現(xiàn)象的信號(hào)的有用的分量上。
[0039]此后，借助于計(jì)算機(jī)17對(duì)先前經(jīng)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)數(shù)字濾波器16濾波的數(shù)字化的信號(hào)進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)間均方值即所謂的“滑動(dòng)RMS平均值”(RMS代表“均方根”)的計(jì)算。前面的模擬預(yù)濾波13a，13b還使得能夠把“有用”的高頻分量包括在這個(gè)均方值的計(jì)算中，這些高頻分量和否則將被在信號(hào)的背景噪聲中淹沒(méi)的起泡現(xiàn)象有關(guān)。這些分量的頻譜實(shí)際上是寬帶型的，具有范圍高達(dá)2000Hz甚至更高的有用分量。
[0040]使用的數(shù)字濾波器16例如是IR(脈沖響應(yīng))濾波器，最好是IIR(無(wú)限脈沖響應(yīng))型的。它們的模板(最好是帶通型的)根據(jù)特定于所用的每種類(lèi)型的鋼水桶的振動(dòng)響應(yīng)被校準(zhǔn)。對(duì)于給定的鋼水桶類(lèi)型，這種校準(zhǔn)在對(duì)各種起泡方式獲得的常規(guī)的振動(dòng)頻譜進(jìn)行徹底的研究之后進(jìn)行。在另一方面，事前的專(zhuān)家評(píng)價(jià)使得能夠在頻域中識(shí)別和確定和正常的起泡現(xiàn)象相關(guān)的區(qū)域，以便提倡最適合于提取特定于每種類(lèi)型的鋼水桶的這些頻率特征的有用分量的過(guò)濾模板。在計(jì)算機(jī)內(nèi)的計(jì)算程序中具有各種模板，使得對(duì)于所用類(lèi)型的鋼水桶的振動(dòng)特征能夠選擇最合適的濾波:巴特沃斯濾波器，貝塞耳濾波器，0.5分貝的切比雪夫?yàn)V波器，2分貝的切比雪夫?yàn)V波器。當(dāng)然也可以編程其它的模板。不管數(shù)字濾波的選擇，優(yōu)選地選擇現(xiàn)有的數(shù)字濾波程序中可得到的最大階次的，例如10階的，使得獲得“最陡”的可能的濾波器斜率。這些濾波器的主要特征是:
[0041]一貝塞耳濾波器:其特征在于對(duì)階躍斜坡的響應(yīng)中具有小的“過(guò)調(diào)”。在另一方面，其在截止頻率的斜率小，這具有把位于相關(guān)的帶通濾波器的截止頻率附近的頻譜分量結(jié)合在經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)中的效果。
[0042]一巴特沃斯濾波器:其特征在于在帶通濾波器的頻帶內(nèi)具有非常小的脈動(dòng)，并在截止頻率具有“中等”陡度的斜率。在另一方面，在其對(duì)階躍斜坡的響應(yīng)中其具有非常大的過(guò)調(diào)效果。
[0043]一切比雪夫?yàn)V波器:其特征在于在截止頻率具有非常大的斜率，并可以根據(jù)在相關(guān)帶通濾波器的頻帶中的脈動(dòng)比被參數(shù)化。現(xiàn)有的程序使得能夠把這些脈動(dòng)比限定為0.5分貝或2分貝的值。
[0044]在這些數(shù)字濾波之后在持續(xù)時(shí)間T的時(shí)間跨度上實(shí)時(shí)地正確地計(jì)算RMS型的滑動(dòng)時(shí)間均方值。持續(xù)時(shí)間T可以由用戶(hù)充分地參數(shù)化(作為原始的采樣間隔At的N倍:T=N.Λ t)。然后對(duì)于N個(gè)采樣的一個(gè)新的時(shí)間片，重復(fù)這個(gè)計(jì)算，該時(shí)間片是通過(guò)前一個(gè)時(shí)間片的時(shí)間平移獲得的:這個(gè)時(shí)間平移的值可以參數(shù)化，不過(guò)，最好選擇等于采樣時(shí)間間隔At。然后對(duì)隨后的所有時(shí)間片繼續(xù)這個(gè)過(guò)程，直到鋼水桶中的起泡處理結(jié)束。這樣對(duì)于所有采樣間隔At和對(duì)于持續(xù)時(shí)間T = N.At的時(shí)間片計(jì)算的每個(gè)時(shí)間，便獲得了 RMS平均，借以最終提供作為時(shí)間的函數(shù)的振動(dòng)量的滑動(dòng)RMS平均值K(t)。對(duì)于4000Hz的采樣頻率fe, N的一個(gè)典型的值是4000次采樣，即Λ t = 1/fe，因而T = I秒。
[0045]這個(gè)RMS均方值的計(jì)算實(shí)際上是這樣進(jìn)行的:對(duì)于給定的N個(gè)采樣的時(shí)間片(即在時(shí)間N.At上)，對(duì)以前濾波的振動(dòng)信號(hào)的N次采樣的所有值的平方求和，然后使所述求和的結(jié)果除以采樣的數(shù)量N，因而獲得在相關(guān)的時(shí)間片中的振動(dòng)能量的平均值。最后，計(jì)算這個(gè)能量平均值的方根，借以對(duì)于所考慮的時(shí)間片以及由各個(gè)模擬和數(shù)字濾波限定的頻帶，提供大小和有效的信號(hào)值相等的數(shù)量，被稱(chēng)為RMS值(均方根值或均方值)。計(jì)算的這個(gè)振動(dòng)級(jí)的均方值，在下面用K表示，可以作為鋼水桶內(nèi)的起泡的品質(zhì)的簡(jiǎn)單而有效的指示。實(shí)際上，鋼水桶的振動(dòng)與注入鋼水中的氬氣的流量的增加相關(guān)聯(lián)地被放大，這是可以接受的。
[0046]再往深的說(shuō)，已經(jīng)證明，這種放大按照對(duì)數(shù)型的平均曲線(xiàn)進(jìn)行，如圖3所示。還已經(jīng)證明，除去氬氣的實(shí)際流量之外，影響振動(dòng)信號(hào)的唯一的明顯的因素是多孔塞子和泄露的狀態(tài)。在實(shí)驗(yàn)期間還已經(jīng)確定，礦渣的數(shù)量和流變能力對(duì)振動(dòng)信號(hào)沒(méi)有影響，鋼水桶的尺寸和等級(jí)的成分也是如此。
[0047]具體地說(shuō)，計(jì)算出的振動(dòng)能量的均方值K服從一個(gè)定律，按照該定律，K = ALog(Qgas)+B，Qgas是注入到鋼水中的氣體的數(shù)量。圖4的曲線(xiàn)清楚地表明了上述的事實(shí)。按照兩個(gè)例子并排地，氣體流量Q以對(duì)數(shù)標(biāo)度被表示為橫坐標(biāo)，K作為縱坐標(biāo)被給出。
[0048]左部表示在具有水的(熔融的金屬用水代替)實(shí)物模型上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)；
[0049]右部表示在90噸的鋼廠(chǎng)鋼水桶上進(jìn)行的工業(yè)實(shí)驗(yàn)。
[0050]在實(shí)驗(yàn)室中(左部)，在所涉及的流量范圍內(nèi)，測(cè)量的點(diǎn)呈準(zhǔn)完全直線(xiàn)。只有非常平坦的趾部證明了這樣的事實(shí):非常小的初始流量(小于81/min)對(duì)鋼水桶的振動(dòng)狀態(tài)沒(méi)有實(shí)際的影響。
[0051]在工廠(chǎng)中(右部)，測(cè)量的點(diǎn)實(shí)質(zhì)上呈完全的直線(xiàn)(圖中表示為粗體的)。在每一側(cè)都觀(guān)察到一些分散點(diǎn)，不過(guò)其被限制在0.02個(gè)單位寬的完全直的帶內(nèi)。這證明了在工業(yè)環(huán)境中具有不可避免的干擾，但是這些干擾確實(shí)沒(méi)有以任何方式影響處理的可利用性。
[0052]借助于起泡的這個(gè)第一簡(jiǎn)單的指示，可以建立用于提供多孔塞子的堵塞狀態(tài)的證據(jù)的第二指示。為此，由用于多孔塞子5的源閥門(mén)7的壓力調(diào)節(jié)器和流量計(jì)(均未示出)提供的信號(hào)被收集，從而獲得表示在理論上注入鋼水桶的氬氣的流量的圖表。這通過(guò)和傳感器10(或11)進(jìn)行的鋼水桶的振動(dòng)信號(hào)的測(cè)量相結(jié)合來(lái)獲得。借助于操作臺(tái)18，這些不同的數(shù)據(jù)然后被傳遞給計(jì)算機(jī)17(其包括專(zhuān)用于相關(guān)的工廠(chǎng)的生產(chǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)一在本例中為鋼水桶內(nèi)處理臺(tái))，從而在計(jì)算機(jī)內(nèi)被分析，因而使得能夠?qū)崟r(shí)地檢測(cè)氣體泄漏或多孔塞子的局部堵塞。計(jì)算機(jī)可以方便地和用于通過(guò)調(diào)節(jié)流量閥7的開(kāi)度自動(dòng)地控制氬氣的流量的系統(tǒng)19相連，從而改變攪拌氣流。
[0053]在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)期間，在處理的末尾以低流量進(jìn)行的9次注入當(dāng)中有3次，該系統(tǒng)使得能夠檢測(cè)只用流量/壓力跟蹤是檢測(cè)不到的泄漏或多孔塞子的不良的操作。
[0054]此外，使用更靈敏的傳感器使得能夠把起泡檢測(cè)閾值降低到小于401/min的氬氣的實(shí)際流量。因而，在鋼處理的后期，能夠編程一個(gè)足夠溫和的攪拌，以便幫助覆蓋的礦渣中的內(nèi)含物的移注，使得所述礦渣的顆粒不會(huì)被帶到鋼水池中。
[0055]因而，例如對(duì)于傳統(tǒng)鐵氧體級(jí)的金屬薄板，按照本發(fā)明的鋼水桶內(nèi)的起泡控制使得能夠通過(guò)在鋼水桶內(nèi)的處理結(jié)束時(shí)進(jìn)行溫和起泡的編程來(lái)減少氧化的線(xiàn)(oxidizedline)的形成率。事實(shí)上以前已經(jīng)確定，這些缺陷是由在內(nèi)含物的鋼中以及鋼水桶的礦渣中的截留引起的。
[0056]本發(fā)明在鋼廠(chǎng)的鋼水桶臺(tái)架金屬起泡領(lǐng)域找到了其優(yōu)選的應(yīng)用。不過(guò)，如上所述，本發(fā)明可以用普通的方式應(yīng)用于含有氣動(dòng)攪拌的液體金屬的冶金容器的振動(dòng)能量的任何測(cè)量，例如轉(zhuǎn)爐或煉鋼電弧爐或RH容器。
[0057]顯然，本發(fā)明不限于所述的例子，只要遵循所附權(quán)利要求中給出的本發(fā)明的限定，便可以作出許多改變或等同物。
【權(quán)利要求】
1.一種在鋼水桶或其它類(lèi)似的冶金容器中的金屬池的起泡的振動(dòng)控制的方法，按照本方法，攪拌氣體通過(guò)鋼水桶的底部被引入，由位于鋼水桶或其框架上的至少一個(gè)傳感器采集代表要被測(cè)量的振動(dòng)量的振動(dòng)，發(fā)出的信號(hào)被采樣并被數(shù)字化，其特征在于，在所述信號(hào)被采樣一數(shù)字化之前，借助于“高通”模擬濾波器處理所述振動(dòng)信號(hào)，并且在所述信號(hào)被采樣一數(shù)字化之后，對(duì)其進(jìn)行第二濾波，這次是特定于所述鋼水桶的振動(dòng)響應(yīng)被校準(zhǔn)的數(shù)字濾波，在對(duì)相繼的數(shù)字化信號(hào)排序之后，對(duì)每個(gè)序列進(jìn)行滑動(dòng)時(shí)間均方值的計(jì)算，然后由此提取這樣測(cè)量的振動(dòng)信號(hào)的總的均方根有效值，該有效值用于調(diào)節(jié)提供給容器的攪拌氣體的流量。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，收集的振動(dòng)信號(hào)還通過(guò)“低通”模擬濾波被處理。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，使用無(wú)限脈沖響應(yīng)IIR濾波器進(jìn)行所述的第二數(shù)字濾波。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，振動(dòng)信號(hào)的所述時(shí)間均方值被傳遞給自動(dòng)控制攪拌氣體的流量的系統(tǒng)。
5.如前面任何一個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述冶金容器是鋼廠(chǎng)的鋼水桶。
6.一種用于控制鋼水桶或其它類(lèi)似的冶金容器中金屬池起泡的裝置，所述鋼水桶或冶金容器配備有底部注入器，其借助于具有用于調(diào)節(jié)流量的設(shè)備的管道和要被注入的增壓攪拌氣體的供應(yīng)源相連，所述裝置包括:被安裝在該容器本身上或支撐框架上的至少一個(gè)振動(dòng)傳感器(10或11);以及用于處理由所述傳感器收集的振動(dòng)信號(hào)的單元，其特征在于，所述信號(hào)處理單元(12)至少并按照作為處理振動(dòng)信號(hào)的順序的這個(gè)相繼的順序包括:高通模擬濾波器(13a)，數(shù)字化器(15)，針對(duì)所述鋼水桶的振動(dòng)響應(yīng)被校準(zhǔn)的數(shù)字濾波器(16)，以及用于計(jì)算均方根型的滑動(dòng)時(shí)間均方值的計(jì)算機(jī)(17)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述單元(12)還包括低通模擬濾波器(13b)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述數(shù)字濾波器是無(wú)限脈沖響應(yīng)IIR型的數(shù)字濾波器(16)。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，其還包括用于自動(dòng)控制要注入的攪拌氣體的流量的系統(tǒng)(17，19)。
【文檔編號(hào)】F27D21/00GK104073601SQ201410276687
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2005年6月14日 優(yōu)先權(quán)日:2004年7月2日
【發(fā)明者】馬克·波蒂, 查爾斯·普塞, 帕特里克·維塔, 弗朗西斯·蘇林, 克勞德·伯托萊蒂, 伊維斯·伯內(nèi)克, 丹尼爾·伯奈特, 埃里克·卡里奧利 申請(qǐng)人:阿塞洛法國(guó)公司