[发明专利]一种转炉熔池动力学模拟装置及方法

权利要求书

1.一种转炉熔池动力学模拟装置，其特征在于，包括转炉单元(1)、电导率仪(2)、酸度仪(3)、压力应变仪(4)、气体输送阀柜(5)、PLC控制柜(6)、控制器(7)；

所述控制器(7)分别与电导率仪(2)、酸度仪(3)、压力应变仪(4)、PLC控制柜(6)相连，所述电导率仪(2)、酸度仪(3)、压力应变仪(4)分别与转炉单元(1)相连，所述气体输送阀柜(5)连接于转炉单元(1)与PLC控制柜(6)之间，由PLC控制柜(6)控制气体输送阀柜(5)向转炉单元(1)内输送气体；

所述转炉单元(1)包括氧枪(1-1)、氧枪升降系统(1-2)、基座架(1-3)、支撑架(1-4)、旋转耳轴(1-5)、转炉(1-6)；

所述支撑架(1-4)通过旋转耳轴(1-5)固定于基座架(1-3)的安装孔内，所述转炉(1-6)固定于所述支撑架(1-4)内，所述氧枪(1-1)位于转炉(1-6)上端开口处，所述氧枪升降系统(1-2)安装于基座架(1-3)顶端，用于控制氧枪(1-1)的升降；

所述转炉(1-6)包括转炉本体(1-6-1)、上部托圈(1-6-2)、炉底支撑架(1-6-3)；

所述炉底支撑架(1-6-3)位于本体(1-6-1)底部，上部托圈(1-6-2)位于本体(1-6-1)的外侧壁圆周上；

所述转炉本体(1-6-1)上开设有收集槽(1-6-1-1)、导流孔(1-6-1-2)、探头孔一(1-6-1-3)、底吹孔(1-6-1-4)、探头孔二(1-6-1-5)、下水管(1-6-1-6)；所述转炉(1-6)的本体(1-6-1)的外壁面贴有压力应变片；

所述收集槽(1-6-1-1)位于液面上方至转炉(1-6)的炉口之间的位置；所述导流孔(1-6-1-2)位于收集槽(1-6-1-1)下方，与收集槽(1-6-1-1)的间距为；所述下水管(1-6-1-6)位于转炉(1-6)的最低端；所述探头孔一(1-6-1-3)和探头孔二(1-6-1-6)位于转炉(1-6)的底部；所述底吹孔(1-6-1-4)为底吹供气元件安装孔，位于转炉(1-6)底部。

2.根据权利要求1所述的模拟装置，其特征在于，所述气体输送阀柜(5)包括四个底吹支路与一个顶吹支路，所述底吹支路连接至底吹供气元件，所述顶吹支路连接至氧枪(1-1)；

氧枪升降系统(1-2)通过激光测距仪与PLC控制柜(6)连接。

3.根据权利要求2所述的模拟装置，其特征在于，电导率仪探头安装于所述探头孔一(1-6-1-3)内；酸度仪探头安装于探头孔二(1-6-1-6)内；底吹供气元件安装于所述底吹孔(1-6-1-4)内。

4.根据权利要求3所述的模拟装置，其特征在于，所述电导率仪探头连接至电导率仪(2)；所述酸度仪探头连接至酸度仪(3)；所述压力应变片与压力应变仪(4)相连。

5.根据权利要求4所述的模拟装置，其特征在于，所述支撑架(1-4)包括氧枪升降系统平台(1-4-1)、上部托圈法兰(1-4-2)、耳轴(1-4-3)、炉底支撑平台(1-4-4)；

所述炉底支撑架(1-6-3)放置于炉底支撑平台(1-4-4)上，并通过螺栓固定，上部托圈法兰(1-4-2)与转炉(1-6)的上部托圈(1-6-2)通过螺栓连接。

6.根据权利要求3所述的模拟装置，其特征在于，每一个所述底吹支路和顶吹支路均包括依次连接的稳压阀、调节阀、流量计、压力表和切断阀；

所述调节阀与切断阀均为电动阀；所述流量计为远传流量计；所述压力表为远传压力表。

7.一种使用权利要求1-6任一所述转炉熔池动力学模拟装置的模拟方法，包括熔池混匀时间测量、熔池渣-钢传质系数的测量、熔池炉衬耐火材料物理侵蚀的测量；

熔池混匀时间测量；采用电导率仪测量熔池均匀时间的方法进行熔池混匀时间测量，包括以下步骤：

S101：准备饱和食盐水，对仪器进行校准；

S102：向转炉(1-6)的熔池中加入既定量的饱和食盐水；

S103：使用不同的顶吹氧枪枪头、顶吹枪位、顶吹供气强度、底吹供气强度、顶吹供气元件支路数分别进行吹气，使用电导率仪(2)测量熔池中溶液的电导率，待电导率仪(2)所测得的电导率不再变化时，溶液混合均匀，记录溶液均匀混合时间，即为熔池混匀时间；

S104：底吹结束后，测量环形的收集槽(1-6-1-1)内因吹气从转炉(1-6)内溅出的水量，用于测定不同结构顶吹氧枪枪头、枪位、顶吹供气强度对熔池喷溅的影响；

熔池渣-钢传质系数的测量：采用酸度仪(3)测量熔池电压的方法进行熔池渣-钢传质系数的测量；通过测量预先溶解在油中的酸向水的传递速度，来判断外部的动力学因素对传质的影响，通过记录酸度仪测量电位随时间的变化而获得；包括以下步骤：

S201：将溶有饱和苯甲酸的机油加入熔池水面的上方；

S202：选定吹气方式进行吹气，通过记录酸度仪测量电位随时间的变化，测定预先溶解在油中的酸向水的传递速度，当电位不再变化时，记录总的吹气时间，该时间即为熔池渣-钢的传质时间，该时间称为预设时间；

S203：转炉(1-6)倾动向出钢侧倒炉出钢，进行出钢过程观测；

S204：转炉(1-6)倾动向兑铁侧倒炉，进行倒渣过程观测；

熔池炉衬耐火材料物理侵蚀的测量：采用测量压力应变仪(4)压力的方法进行熔池炉衬耐火材料物理侵蚀的测量；测量过程为：将压力应变片预先铺设到转炉(1-6)外壁面，更换不同的吹气方式、强度、供气支路数与分布以测定这些因素对炉衬侵蚀的影响，测量不同工况条件下转炉(1-6)的炉衬受力，为转炉的维护提供技术指导。