一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法与流程

1.本发明涉及转炉工艺技术领域，尤其涉及一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法。


背景技术：

2.目前转炉炼钢是世界上最主要的炼钢生产方法。转炉炼钢，就是将铁水、废钢等炼成具有所要求化学成分的钢，并使其具有一定的物理化学性能和力学性能。在转炉炼钢工艺中，转炉炉内液面高度需要进行控制，液面高度会影响产品的质量。转炉在出钢过程中炉内温度在1600℃以上，由于温度极高，一般的测量手段无法及时、准确的检测炉内液面高度。
3.现有技术测量液面的方法主要为选择铁丝或者钢筋，提前插入到氧枪喷头中，兑铁后插入到铁水中进行测量。存在以下不足：
4.1、铁丝和钢筋在高温转炉中容易变形，且容易碰到铁水中的渣后造成弯曲；
5.2、测量过程铁丝或钢筋与铁水液面接触情况操作人员看不见，放置时间也不好把握，放置时间短不明显，时间长铁丝容易融化，造成测量不准；
6.3、测量后的铁丝或者钢筋温度较高，取下困难，容易造成人员灼烫伤害。


技术实现要素：

7.本发明要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，提供一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法，可以保障安全的情况下，精准测算得到液面高度、确定好枪位，便于冶炼控制，具有使用方便、实用性强的特点。
8.本发明采用的技术方案是：一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法，通过测厚仪对新炉炉衬数据建立三维模型，得到初始炉衬数据，测算出初始液面高度h1和初始体积v1，然后使用激光测厚仪测量炉龄为n时的炉衬数据，计算n时的体积v2,紧接着计算体积的变化量，通过体积的变化量，计算出液位的变化量
△
h，最后将
△
h加上初始液面高度h1可得到此时的液面高度。
9.作为进一步地改进，该方法包括如下步骤：
10.步骤一：开新炉后，测量新炉数据并采用测厚仪对新炉炉衬数据建立三维模型，得到初始炉衬数据，算出测算出初始液面高度h1和初始体积v1；
11.步骤二：使用激光测厚仪测量炉龄为n时的炉衬数据；
12.步骤三：每天重复步骤2得到实时的炉衬数据，测算体积变化量，通过炉衬体积变化量换算成铁水体积变化量，然后测算出液面高度变化值
△
h；
13.步骤四：将液面高度变化值
△
h加上初始液面高度h1可得到此时的液面高度，根据测算的液面高度调整合适的枪位。
14.进一步地，所述的步骤三中，体积变化量
△
h的测算方式如下：
15.影响液面高度主要有下圆台、球缺、圆柱部分体积变化量；
16.初始体积v1的计算为:v1＝((π
×r圆柱12
×h圆柱1
)-(π
×r圆柱12
×h圆柱1-(π
×r圆柱22
*h
圆柱2
)/3))+((1/3)
×
π
×h下圆
×r下圆12
+r
下圆22
+r
下圆1
×r下圆2
)+((1/3)
×
π
×h球缺2
×
(3
×r球缺-h
球缺
))
17.近似于圆柱部分的底面积为：s＝(π
×r圆柱22
+2/3(π
×r圆柱12-π
×r圆柱22
))(当r变化大时则用激光测厚仪重新测得r
圆柱1，r圆柱2
的数据)
18.v1-v2＝
△
h(π
×r圆柱22
+2/3(π
×r圆柱12-π
×r圆柱22
))
19.通过炉衬体积变化量换算成铁水体积变化量可测算出液面高度变化值
△h20.其中，圆柱部分有夹角为120
°
的凸起部分，圆柱的半径为r
圆柱1
，圆柱的实际高度为h
圆柱1
，凸起部分的半径为r
圆柱2
，凸起部分的实际高度为h
圆柱2
，下圆台上方最大半径为r
下圆1
，下圆台下方最小半径为r
下圆2
，球缺的半径为r
球缺
，球缺的高度为h
球缺
。
21.进一步地，所述的步骤一中，初始炉衬数据的测量方法如下：
22.1)、测量前准备，三根反光条旋转至正面对准炉口，炉内终渣倒尽，将激光测厚仪摆放至炉口2-3米位置；
23.2)、测量过程，将转炉分别摇炉至不同角度，分别测出后大面、前大面、炉底及耳轴炉衬数据；
24.3)、测量结束，将得到的数据进行模型构建得到三维模型，可得到炉衬数据，测算出初始液面高度h1和初始体积v1。
25.进一步地，所述的第二个步骤中，将转炉分别摇炉至75
°
、105
°
、90
°
。
26.有益效果
27.本发明与现有技术相比，具有以下优点：
28.本发明的一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法，通过测厚仪对新炉炉衬数据建立三维模型，得到初始炉衬数据，测算出初始液面高度h1和初始体积v1，然后使用激光测厚仪测量炉龄为n时的炉衬数据，计算n时的体积v2,紧接着计算体积的变化量，通过体积的变化量换算成铁水体积变化量可测算出液面高度变化值
△
h，最后将
△
h加上初始液面高度h1可得到此时的液面高度，运用此方法解决以往测液面存在的不足，更加简单、安全，并且可以精准测算得到液面高度、确定好枪位，便于冶炼控制，使得生产的产品得到有效的提高，具有实用性强、适用范围广的特点。
附图说明
29.图1为本发明的主剖视结构示意图；
30.图2为本发明中炉内的圆柱部分俯视结构放大示意图。
31.其中：r
圆柱1-圆柱的半径、r
圆柱2-圆柱凸起部分的半径、h
圆柱2-圆柱凸起部分的实际高度、r
下圆1-下圆台上方最大半径、r
下圆2-下圆台下方最小半径、r
球缺-球缺的半径、h
球缺-球缺的高度、1-下圆台、2-球缺、3-圆柱。
具体实施方式
32.下面结合附图中的具体实施例对本发明做进一步的说明。
33.参阅图1-2所示，本发明的一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法，通过测厚仪对新炉炉衬数据建立三维模型，得到初始炉衬数据，测算出初始液面高度h1和初始体积v1，然后使用激光测厚仪测量炉龄为n时的炉衬数据，计算n时的体积v2,紧接着计算
体积的变化量，通过体积的变化量，计算出液位的变化量
△
h，最后将
△
h加上初始液面高度h1可得到此时的液面高度。
34.进一步地，该方法包括如下步骤：
35.步骤一：开新炉后，测量新炉数据并采用测厚仪对新炉炉衬数据建立三维模型，得到初始炉衬数据，算出测算出初始液面高度h1和初始体积v1；
36.步骤二：使用激光测厚仪测量炉龄为n时的炉衬数据；
37.步骤三：每天重复步骤2得到实时的炉衬数据，测算体积变化量，通过炉衬体积变化量换算成铁水体积变化量，然后测算出液面高度变化值
△
h；
38.步骤四：将液面高度变化值
△
h加上初始液面高度h1可得到此时的液面高度，根据测算的液面高度调整合适的枪位。
39.进一步地，步骤三中，体积变化量
△
h的测算方式如下：
40.影响液面高度主要有下圆台1、球缺2、圆柱3部分体积变化量；
41.初始体积v1的计算为:v1＝((π
×r圆柱12
×h圆柱1
)-(π
×r圆柱12
×h圆柱1-(π
×r圆柱22
*h
圆柱2
)/3))+((1/3)
×
π
×h下圆
×r下圆12
+r
下圆22
+r
下圆1
×r下圆2
)+((1/3)
×
π
×h球缺2
×
(3
×r球缺-h
球缺
))。
42.其中的1/3是凸起部分角度确定的，当是120
°
时，120
°
/360
°
＝1/3。
43.近似于圆柱部分的底面积为：s＝(π
×r圆柱22
+2/3(π
×r圆柱12-π
×r圆柱22
))(当r变化大时则用激光测厚仪重新测得r
圆柱1，r圆柱2
的数据)。
44.v1-v2＝
△
h(π
×r圆柱22
+2/3(π
×r圆柱12-π
×r圆柱22
))。
45.通过炉衬体积变化量换算成铁水体积变化量可测算出液面高度变化值
△
h，最后将
△
h加上初始液面高度h1可得到此时的液面高度。
46.其中，圆柱部分有夹角为120
°
的凸起部分，圆柱的半径为r圆柱1，圆柱的实际高度为h圆柱1，圆柱凸起部分的半径为r圆柱2，圆柱凸起部分的实际高度为h圆柱2，下圆台上方最大半径为r下圆1，下圆台下方最小半径为r下圆2，球缺的半径为r球缺，球缺的高度为h球缺。
47.以120吨转炉为例：铁水密度为7138kg/m3，r
圆柱1
为2.218m，r
圆柱2
为2.118m近似于圆柱部分的底面积为：s＝(π
×r圆柱22
+2/3(π
×r圆柱12-π
×r圆柱22
))
48.测算s＝15.001m249.根据激光测厚仪测得炉龄为500时炉衬数值测算变化量为
△
v＝1.285m350.可得液面高度变化值
△
h＝
△
v/s＝0.086m＝86mm
51.120t铁水初始液面深度为1568mm
52.则现液面高度为1654mm。
53.进一步地，步骤一中，初始炉衬数据的测量方法如下：
54.1)、测量前准备，三根反光条旋转至正面对准炉口，炉内终渣倒尽，将激光测厚仪摆放至炉口2-3米位置；
55.2)、测量过程，将转炉分别摇炉至不同角度，分别测出后大面、前大面、炉底及耳轴炉衬数据；
56.3)、测量结束，将得到的数据进行模型构建得到三维模型，可得到炉衬数据，测算出初始液面高度h1和初始体积v1。
57.进一步地，第二个步骤中，将转炉分别摇炉至75
°
、105
°
、90
°
，通过不同角度的测量，可得到更加准确的数据。
58.本发明的一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法在使用过程中，通过测厚仪对新炉炉衬数据建立三维模型，得到初始炉衬数据，测算出初始液面高度h1和初始体积v1，然后使用激光测厚仪测量炉龄为n时的炉衬数据，计算n时的体积v2,紧接着计算体积的变化量，通过体积的变化量换算成铁水体积变化量可测算出液面高度变化值
△
h，最后将
△
h加上初始液面高度h1可得到此时的液面高度，运用此方法解决以往测液面存在的不足，更加简单、安全，并且可以精准测算得到液面高度、确定好枪位，便于冶炼控制，使得生产的产品得到有效的提高，具有实用性强、适用范围广的特点。
59.以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。

技术特征：
1.一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法，其特征在于，通过测厚仪对新炉炉衬数据建立三维模型，得到初始炉衬数据，测算出初始液面高度h1和初始体积v1，然后使用激光测厚仪测量炉龄为n时的炉衬数据，计算n时的体积v2,紧接着计算体积的变化量，通过体积的变化量，计算出液位的变化量
△
h，最后将
△
h加上初始液面高度h1可得到此时的液面高度。2.根据权利要求1所述的一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤一：开新炉后，测量新炉数据并采用测厚仪对新炉炉衬数据建立三维模型，得到初始炉衬数据，算出测算出初始液面高度h1和初始体积v1；步骤二：使用激光测厚仪测量炉龄为n时的炉衬数据；步骤三：每天重复步骤2得到实时的炉衬数据，测算体积变化量，通过炉衬体积变化量换算成铁水体积变化量，然后测算出液面高度变化值
△
h；步骤四：将液面高度变化值
△
h加上初始液面高度h1可得到此时的液面高度，根据测算的液面高度调整合适的枪位。3.根据权利要求2所述的一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法，其特征在于，所述的步骤三中，体积变化量
△
h的测算方式如下：影响液面高度主要有下圆台(1)、球缺(2)、圆柱(3)部分体积变化量；初始体积v1的计算为:v1＝((π
×
r
圆柱12
×
h
圆柱1
)-(π
×
r
圆柱12
×
h
圆柱1-(π
×
r
圆柱22
*h
圆柱2
)/3))+((1/3)
×
π
×
h
下圆
×
r
下圆12
+r
下圆22
+r
下圆1
×
r
下圆2
)+((1/3)
×
π
×
h
球缺2
×
(3
×
r
球缺-h
球缺
))近似于圆柱部分的底面积为：s＝(π
×
r
圆柱22
+2/3(π
×
r
圆柱12-π
×
r
圆柱22
))(当r变化大时则用激光测厚仪重新测得r
圆柱1，
r
圆柱2
的数据)v1-v2＝
△
h(π
×
r
圆柱22
+2/3(π
×
r
圆柱12-π
×
r
圆柱22
))通过炉衬体积变化量换算成铁水体积变化量可测算出液面高度变化值
△
h其中，圆柱部分有夹角为120
°
的凸起部分，圆柱的半径为r
圆柱1
，圆柱的实际高度为h
圆柱1
，圆柱凸起部分的半径为r
圆柱2
，圆柱凸起部分的实际高度为h
圆柱2
，下圆台上方最大半径为r
下圆1
，下圆台下方最小半径为r
下圆2
，球缺的半径为r
球缺
，球缺的高度为h
球缺
。4.根据权利要求2所述的一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法，其特征在于，所述的步骤一中，初始炉衬数据的测量方法如下：1)、测量前准备，三根反光条旋转至正面对准炉口，炉内终渣倒尽，将激光测厚仪摆放至炉口2-3米位置；2)、测量过程，将转炉分别摇炉至不同角度，分别测出后大面、前大面、炉底及耳轴炉衬数据；3)、测量结束，将得到的数据进行模型构建得到三维模型，可得到炉衬数据，测算出初始液面高度h1和初始体积v1。5.根据权利要求4所述的一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法，其特征在于，所述的第二个步骤中，将转炉分别摇炉至75
°
、105
°
、90
°
。

技术总结
本发明公开了一种基于激光测厚仪测算转炉炉内液面高度的方法，属于转炉工艺技术领域，解决了现有转炉难以测量炉内液面高度的问题。该方法通过测厚仪对新炉炉衬数据建立三维模型，得到初始炉衬数据，测算出初始液面高度H1和初始体积V1，然后使用激光测厚仪测量炉龄为N时的炉衬数据，计算N时的体积V2,紧接着计算体积的变化量，通过体积的变化量，计算出液位的变化量


技术研发人员：饶永 张汉山 潘佳 王世杰
受保护的技术使用者：阳春新钢铁有限责任公司
技术研发日：2023.05.04
技术公布日：2023/10/7