一種煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統的制作方法

本發明涉及鋼鐵冶金技術領域，更具體地說，涉及一種煉鋼精煉爐鋼水成分分析系統。

背景技術：

煉鋼精煉過程中，實現成分的在線檢測是理解并改進精煉工藝的重要途徑，成分的精確測量可以減少精煉過程中合金的消耗，大大降低生產成本。從有冶金歷史以來，人們對于熔體中的成分檢測一直在不斷開發，鋼水成分檢測分析方法有CS化學分析法、電感耦合等離子體發射光譜法ICP-0ES、氣相色譜分析法、質譜法ICP-MS等。

其中CS化學分析法以鐵屑為材料，需將金屬樣品研磨成粉狀樣品，時間長；電感耦合等離子體發射光譜法ICP-0ES在燃燒領域測定物質成分，需形成大體積的ICP火焰，含量較高元素需稀釋，不能分析Si和碳等活性元素，而Si和碳是精煉工藝過程中很關鍵的元素；氣相色譜分析法適合氣體或低沸點低分子化合物的分析，且延時較長，無法滿足現場精煉工藝的要求；質譜法ICP-MS按照物質荷質比進行成分分析，成本高，時間長。

也有研究者使用LIBS技術進行AOD爐鋼水Si含量在線檢測，通過自行設計取樣器將熔體取放到爐口樣本池，再使用LIBS儀器對熔體取樣進行成分分析。但在爐口添加樣本池以及取樣到樣板池的方式比較復雜，不利于現場操作，且其僅限與硅元素的檢測，而沒有其他關鍵元素的檢測。

綜上所述，如何有效地解決鋼水成分難以精確檢測等問題，是目前本領域技術人員急需解決的問題。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統，該煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統的結構設計可以有效地解決鋼水成分難以精確檢測的問題。

為了達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統，包括：

信號激發裝置，用于產生高能脈沖激光；

石英光學探頭，設置于精煉爐鋼包的底吹透氣磚或氣體噴槍內，用于將所述高能脈沖激光匯集在所述精煉爐鋼包內的鋼液表面，并采集所述鋼液激發形成等離子體光譜；

光譜儀，與所述石英光學探頭電連接，以接收所述石英光學探頭采集的光譜信號。

優選地，上述鋼水成分分析系統中，所述石英光學探頭設置于所述精煉爐鋼包的中心位置。

優選地，上述鋼水成分分析系統中，所述石英光學探頭與所述底吹透氣磚或氣體噴槍可拆卸的密封固定連接。

優選地，上述鋼水成分分析系統中，所述光譜儀與所述石英光學探頭通過傳導光纖連接。

優選地，上述鋼水成分分析系統中，所述光譜儀與所述石英光學探頭無線連接。

優選地，上述鋼水成分分析系統中，所述底吹透氣元件為套管式透氣磚、環縫式透氣磚、狹縫式透氣磚或者細金屬多孔塞式供氣元件；

所述氣體噴槍為單管式噴嘴或雙層套管式噴嘴。

優選地，上述鋼水成分分析系統中，還包括與所述光譜儀連接的計算機，以根據所述光譜儀的檢測結果處理獲得所述鋼液的成分并輸出。

優選地，上述鋼水成分分析系統中，還包括與所述計算機連接、用于存儲所述鋼液成分的后臺服務器。

本發明提供的煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統，包括信號激發裝置、石英光學探頭和光譜儀。其中，信號激發裝置，用于產生高能脈沖激光；石英光學探頭，設置于精煉爐鋼包的底吹透氣磚或氣體噴槍內，用于將所述高能脈沖激光匯集在所述精煉爐鋼包內的鋼液表面，并采集所述鋼液激發形成等離子體光譜；光譜儀，與所述石英光學探頭電連接，以接收所述石英光學探頭采集的光譜信號。

應用本發明提供的煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統，將石英光學探頭安裝在精煉爐鋼包底吹透氣磚或氣體噴槍內，將激光導入液態鋼水表面，激發出鋼水等離子后利用光學探頭將光譜信號傳輸到光譜儀，連續檢測煉鋼精煉爐內的鋼水成分。在精煉過程中連續精準分析所需關鍵元素的成分，為精煉爐提供了完全動態工藝控制的可能性。實現了精煉過程在線連續成分的直接檢測。省去取樣、制樣、送樣、縮短分析時間，響應速度快，提升精煉效率。無需昂貴的爐前化驗室及相關崗位，人員和設備得到精簡，現場安全性可得到提高。可實現精煉工藝全部關鍵元素的分析檢測，鋼水質量和穩定性得到提升。精煉自動化和檢測水平得到提高，精煉過程連續成分檢測是對精煉工藝的一次大的工藝革新，可提高精煉的自動化水平。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明一個具體實施例的鋼水成分分析系統的結構示意圖；

圖2為圖1中石英光學探頭的安裝示意圖；

圖3為圖1中鋼包底部俯視圖。

附圖中標記如下：

鋼包1，底吹透氣磚2，信號激發裝置3，光譜儀4，控制系統5，計算機6。

具體實施方式

本發明實施例公開了一種煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統，以精確檢測鋼水成分。

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1-圖3，圖1為本發明一個具體實施例的鋼水成分分析系統的結構示意圖；圖2為圖1中石英光學探頭的安裝示意圖；圖3為圖1中鋼包底部俯視圖。

在一個實施例中，本發明提供的煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統，包括信號激發裝置3、石英光學探頭和光譜儀4。

其中，信號激發裝置3，用于產生高能脈沖激光。具體可以為激光器。石英光學探頭，設置于精煉爐鋼包1的底吹透氣元件或氣體噴槍內，用于將高能脈沖激光匯集在精煉爐鋼包1內的鋼液表面，并采集鋼液激發形成等離子體光譜。也就是采用石英光學探頭引導信號激發裝置3產生的激光束匯聚于鋼水表面，對鋼水進行剝蝕并形成等離子體。激發激光后利用石英光學探頭將光譜信號耦合到光譜儀4中，連續檢測煉鋼精煉爐內的鋼水成分。具體石英光學探頭的位置可根據需要進行設置。優選的，在透氣元件制作過程中將光學探頭安裝在精煉爐鋼包1底吹透氣元件或氣體噴槍內。

光譜儀4，與石英光學探頭電連接，以接收石英光學探頭采集的光譜信號。光譜儀4的結構及工作原理請參考現有技術，此處不再贅述。煉鋼精煉爐具體可以包括LF、VOD/CD、CAS等帶透氣磚的爐外精煉爐。

應用本發明提供的煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統，將石英光學探頭安裝在精煉爐鋼包1底吹透氣磚2或氣體噴槍內，將激光導入液態鋼水表面，激發出鋼水等離子后利用光學探頭將光譜信號傳輸到光譜儀4，連續檢測煉鋼精煉爐內的鋼水成分。在精煉過程中連續精準分析所需關鍵元素的成分，為精煉爐提供了完全動態工藝控制的可能性。實現了精煉過程在線連續成分的直接檢測。省去取樣、制樣、送樣、縮短分析時間，響應速度快，提升精煉效率。無需昂貴的爐前化驗室及相關崗位，人員和設備得到精簡，現場安全性可得到提高。可實現精煉工藝全部關鍵元素的分析檢測，鋼水質量和穩定性得到提升。精煉自動化和檢測水平得到提高，精煉過程連續成分檢測是對精煉工藝的一次大的工藝革新，可提高精煉的自動化水平。

優選的，石英光學探頭設置于精煉爐鋼包1的中心位置，也就是設置于精煉爐鋼包1的底部中心的底吹透氣元件或氣體噴槍內，進而減小石英光學探頭安裝對底吹的影響。當然，根據需要也可以將石英光學探頭安裝于精煉爐鋼包1的其他位置。

進一步地，石英光學探頭與底吹透氣元件或氣體噴槍可拆卸的密封固定連接，如卡接。從而在石英光學探頭故障時便于將其拆下進行維修或更換，進而有效節約了后期維護成本。

具體的，光譜儀4與石英光學探頭通過傳導光纖連接，使得信號傳遞更為可靠，根據需要也可以采用其他的無線連接方式連接，此處不再贅述。

根據需要，石英光學探頭設置于底吹透氣元件內時，底吹透氣元件具體可以為套管式透氣磚、環縫式透氣磚、狹縫式透氣磚或者細金屬多孔塞式供氣元件；石英光學探頭設置于氣體噴槍內時，氣體噴槍具體可以為單管式噴嘴或雙層套管式噴嘴。具體上述各類型底吹透氣元件或透氣磚的結構及作用原理等請參考現有技術，此處不再贅述。

在上述各實施例的基礎上，還可以包括與光譜儀4連接的計算機6，以根據光譜儀4的檢測結果處理獲得鋼液的成分并輸出。具體計算域與光譜儀4可以為有線連接，也可以為無線連接，從而將光譜儀4獲得的檢測信號發送至計算機6中，計算機6可對獲取的信息進行處理以獲得精煉過程中關鍵元素的成分等。

為了便于光譜儀4與信號激發裝置3的控制，可以設置控制系統5，光譜儀4、信號激發裝置3均與控制系統5連接，在其控制下運行。具體光譜儀4及信號激發裝置3均可以通過有線或無線的方式與控制系統5電連接。

進一步地，還可以包括與計算機6連接、用于存儲鋼液成分的后臺服務器。也就是對分析獲得的鋼液成分進行遠程存儲，進而便于相關人員遠程對鋼液成分進行監控。也便于后期技術人員方便的讀取鋼液成分，對精煉過程進行分析。

以下以一個優選的實施方式為例進行說明。

在一個優選的實施方式中，煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統包括鋼包1底吹透氣磚2或氣體噴槍、石英光學探頭、信號激發裝置3、信號采集處理裝置、信號傳輸裝置、光譜儀4，鋼包1底吹透氣磚2或氣體噴槍在其通道內安裝有石英光學探頭，在激光器石英光學探頭周圍安裝有冷卻系統；信號采集處理系統包括傳導光纖、多通道光譜儀4及計算機6；信號傳輸系統可以采用有線傳輸或者無線傳輸，有線傳輸采用激光傳導光纖，該激光傳導光纖由透氣磚進入，其激光傳導光纖頭延伸至石英光學探頭。將該精煉爐鋼水成分檢測裝置安裝在LF爐鋼包1內，測試結果如下表所示：

將該精煉爐鋼水成分檢測裝置安裝在VOD爐鋼包1內，測試結果如下表所示：

本發明具有全元素檢測，特別是精煉關鍵元素C、Si、Mn、P、S、Cr、Ni等元素的在線檢測。分析的鋼水成分除了Si、Mn、Cr、Ni、Cu、Al、Nb、Mo、V、Ti等金屬成分以外，重點還能分析C、P、S等鋼中非金屬元素，對控制鋼水質量有重要意義。本發明貼近精煉工藝現場需求，充分利用精煉爐的特點，將石英光學探頭安裝在精煉爐鋼包1底吹透氣磚2或氣體噴槍內，將激光導入液態鋼水表面，激發出鋼水等離子后利用光學探頭將光譜信號傳輸到光譜儀4，連續檢測煉鋼精煉爐內的鋼水成分。在精煉過程中連續精準分析所需關鍵元素的成分，為精煉爐提供了完全動態工藝控制的可能性。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。