转炉炼钢声纳化渣原理及应用

[摘要]转炉炼钢反应速度快、冶炼周期短，冶炼过程中的化渣效果直接影响到钢的质量与炼钢效率。本文通过介绍声纳化渣系统原理，系统构成，系统功能，实际效果，展示了在计算机指导下的声纳化渣系统在炼钢过程降低了钢铁料的消耗、减少了废品、缩短了吹炼时间、提高产量等方面起到的作用。

[关键词声纳 化渣 炼钢

一、前言

化渣效果是转炉炼钢的重要指标。必须快速成渣，才能满足冶炼周期的要求，同时化渣过程对减少喷溅、降低金属损失和提高炉衬使用周期都有直接影响。本文运用声纳技术，在转炉烟道中拾取噪声，并经过电子设备处理，对氧气转炉的造渣过程的噪声进行检测、处理，监控炉渣的变化情况，为炉前操作人员提供直观醒目的科学指导和管理信息，大大提高了转炉冶炼水平，具有很大的经济效益和社会效益。

二、系统原理

1.物理根据。氧枪喷嘴处氧气膨胀产生的声音为主要噪声源。在吹炼初期，转炉渣面很低，造成噪声强度很高，随着冶炼过程的进行，渣面逐渐提高，噪声等级逐步下降。如果操作人员操作不当，极易产生喷溅，导致大量渣子从转炉喷出，增加钢铁料的消耗。同时，噪声等级在冶炼后期会出现增大的情况，意味着炉内渣子的减少，也就是反干现象。如果不采取适当的操作方法，极易造成钢水的成分最终出格。

2.氧气转炉吹炼过程中噪声的来源。分析氧气转炉吹炼情况，可知有三种噪声与吹炼有关：①超音速氧气流股的气体动力学噪声及其冲击铁液、渣液和固相颗粒时的噪声；②一氧化碳气泡破裂和溢出的气流噪声；③金属熔池和渣液与炉壁摩擦的噪声。在实际检测过程中，超音速氧气流股是产生吹炼噪声的最主要的噪声源。

3.吹炼噪声强度与炉渣状态的关系。通过以上分析，氧气流股是最主要的噪声源，炉内产生的噪声的强度与泡沫渣的状态有非常紧密的关系。以下将从5方面介绍炉渣状态：①开吹阶段：氧气流直接冲击铁水液面和固体造渣物；②喷溅阶段：泡沫渣从转炉炉口冒出或喷出；③炉渣偏干阶段：泡沫渣的液面极低，但是仍能没过氧气流；④炉渣返干阶段：炉渣熔点偏高，很多高熔点的固体物质析出，氧气流在炉膛空间暴露；⑤化渣良好阶段：虽然泡沫渣渣层有点厚，但不会有溢渣或喷渣产生。

三、系统构成及作用

1.声纳系统的构成。声纳系统由麦克风及其保护装置、水套的供水供气系统、信号前置放大器、声处理仪、计算机5部分构成。

2.各部分的作用。麦克风：采集噪声信号的换能器。把现场噪声转换成电信号，必不可少。采用了驻极体麦克风。因为采用永磁式的动圈话筒会吸附现场的铁粉，从而造成设备寿命极短。

探头保护套：现场环境温度高，为了保证探头的正常工作必须加装保护套。保护套包含供水和供气系统。

信号前置放大器：其作用是把现场采集的微弱噪声信号放大，降低阻抗。进行远传。

声处理仪：声纳化渣系统的主机，把前置放大器送来的信号和与计算机相应通讯需求的信号进行统一。

计算机：对声纳信号的最终处理，作出声强曲线，与同时的氧量曲线和枪高曲线进行同画面的比较，以利于工艺操作指导的实用性与科学性。

四、系统功能

本系统根据转炉的综合特性对吹炼过程中的声音进行频谱和幅度分析，得到一个音强指数信号并画出一条红色的变化曲线，可帮助操作人员提前判断喷溅或返干即将发生，因而可以尽早采取相应措施，避免或减轻喷溅的发生，进而减少钢铁料的损失。

本系统还具有喷溅过程记录功能，便于日后的分析。

1.数据记录。在每一炉钢的冶炼过程中，本系统对主要连续变化量进行曲线记录。例如：声强指数、氧气流量、氧枪高度、喷溅状态等。

2.操作记录。在每一炉钢的冶炼过程中，每一次操作都会被记录在案。按炉号长期保存，可随时调出查询。

3.记录的查询。表的下方有几个操作键，点击“上一炉”或“下一炉”键表的内容就会换成上一炉（或下一炉）钢的操作记录。点击“曲线”键就会出现本炉钢的冶炼过程曲线图，图中注明了各曲线的名称、单位和标尺。

五、京唐声纳化渣系统的主要特点

京唐声纳化渣系统与国内同类系统相比主要特点如下：

1.采用烟罩采样方式。目前，国内转炉声纳化渣系统都采用炉口侧面采样方式，由安装位置所决定，现场各种环境噪声会对系统有较大的影响，吹炼过程中降罩、煤气回收等操作也会使系统的特性发生改变。而烟罩采样有利于减少上述影响因素的作用，使系统有更稳定的性能；

2.采样装置防护方式。由于烟罩采样装置工作环境要恶劣得多，本系统具有独特的传感器防护结构，减低故障率，并能实现快速检修，以适应恶劣的工作环境。

3.采样软件实用性和扩展性。本系统配备有正版软件，使用方便灵活，功能可扩展能力强，有利于生产应用和功能开发。

六、结语

实践证明，声纳化渣技术可以优化生产操作，降低炉渣较大量喷溅和减少严重返干的发生。根据炼钢部对声纳化渣系统调试阶段的操作水平与正式投入运行2个月后的操作水平进行比较可看出，工人的操作水平有了明显的提高，声纳化渣系统在炼钢部实现了完美的运用。

参考文献：

[1]李学东.化渣噪声监视技术的研究[D].山东：山东大学计算机科学与技术学院，2007

[2]元锐，元玉峰.音频化渣自动监测系统[J].山东冶金，2002，（04）

[3]李学东，李晓峰.转炉化渣噪声的随机分析[J].计算机应用及软件，2007，（07）

[4]陈嘉颖.转炉造渣过程检测的声学原理及应用[D].上海：上海大学炼钢教研室，1999

作者简介：杨林（1984.11-）：男，汉族，河北省唐山市人，大学本科学历，首钢京唐钢铁联合有限责任公司，助理工程师，主要从事机电工程专业研究