一种中频感应熔炼炉的除杂装置及除杂方法

摘要

一种中频感应熔炼炉的除杂装置，包括炉体和上盖，所述炉体的底部设有流量可调的吹氩模块，其特征在于：所述炉体上设有振动强度检测模块，所述上盖底部设有超声波施振模块，所述上盖顶部设有固体夹杂捞取移载模块和固体夹杂分析模块，所述固体夹杂捞取移载模块包括支架、机械手、捞盘，所述固定夹杂分析模块包括存放箱、筛网，所述筛网的底部设有重量检测模块和振动模块，所述上盖上还设有气体杂质排放口以及设置在气体杂质排放口处的气体杂质浓度检测模块，还包括主控模块。该中频感应熔炼炉的除杂装置能有效提高杂质析出能力、除杂效果较好。另外还提供一种中频感应熔炼炉的除杂方法。

说明书

技术领域

本发明涉及中频感应熔炼炉技术领域，具体涉及一种中频感应熔炼炉的除杂装置及除杂方法。

背景技术

目前在中频感应熔炼炉内炼钢，一般采用炉底吹氩的方式对钢液进行除杂，其原理是：氩气通过炉底的透气砖吹入钢液，形成大量细小的氩气泡；透气砖除有一定透气性能外，还必须能承受钢液冲刷，具有一定的高温强度和较好的耐急冷急热性能，一般用高铝砖；吹出的氩气泡中pH₂和pN₂趋近于零，而使钢液中溶解的氢和氮进入到氩气泡内而被携带出去，钢液中的氧，包括溶解的氧和氧化物夹杂，在向钢液吹氩过程由于产生细小分散的氩气泡与钢液密切接触，氩气泡表面与非金属氧化物夹杂有机会接触，而氩气泡中pO₂趋于零，氩气泡表面与非金属氧化物夹杂之间的界面张力与pO₂有关，当氩气泡中氧分压趋于零时，氩气泡表面与钢液中氧化物非金属夹杂间界面张力明显减少，而被氩气泡吸附并携带出钢液，而表现出有脱氧和去除氧化物非金属夹杂物的能力。

但是现有的中频感应熔炼炉的除杂装置存在以下技术问题：在开始时，界面上杂质的浓度为零，此时反应动力最大，增加吹氩流量，可以提高除杂能力；但随着时间的推移，界面上杂质的浓度逐渐升高，反应动力变小，反应速度减慢，最终达到平衡，就会停止析出杂质；此时继续增加吹氩流量时，吹氩对钢液的搅动相对较强，不仅会使氮等气体杂质重新吸入降低除杂能力，而且会使已经形成的固体夹杂被细化，影响除杂效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种可有效提高杂质析出能力、除杂效果较好的中频感应熔炼炉的除杂装置。

本发明的技术解决方案是：一种中频感应熔炼炉的除杂装置，包括炉体以及设置在炉体上的上盖，所述炉体的底部设有流量可调的吹氩模块，其特征在于：所述炉体上设有用于检测钢液翻滚程度的振动强度检测模块，所述上盖底部的中间位置设有功率可调的用于对钢液进行超声空化以析出杂质的超声波施振模块，所述上盖顶部设有固体夹杂捞取移载模块和固体夹杂分析模块，所述固体夹杂捞取移载模块包括设置在上盖顶部的支架、设置在支架上且位于上盖左右两侧的两个机械手、以及设置在各机械手末端的捞盘，所述上盖上还设有使两个机械手分别通过的两个自动门，所述固定夹杂分析模块包括设置在上盖顶部的用于承接两个机械手末端的捞盘内的固体夹杂的存放箱、以及设置在存放箱内的筛网，所述筛网的底部设有重量检测模块和振动模块，所述上盖上还设有气体杂质排放口以及设置在气体杂质排放口处的气体杂质浓度检测模块，还包括主控模块，所述吹氩模块、超声波施振模块、振动强度检测模块、机械手、自动门、重量检测模块、振动模块和气体杂质浓度检测模块均与主控模块电连接。

采用上述结构后，本发明具有以下优点：

本发明中频感应熔炼炉的除杂装置利用超声波振动产生的大量空穴与吹氩搅拌引入的氩气泡协同作用，来有效提高杂质析出的动力学条件，使得杂质析出能力增强；并且利用振动强度检测模块来监控钢液的翻滚程度以防止析出的气体杂质重新被吸入和固体夹杂被细化，利用气体杂质浓度检测模块来监控气体杂质的析出情况，利用固体夹杂捞取移载模块来及时捞取固体夹杂防止其被细化，利用固体夹杂分析模块来监控固体夹杂的析出情况，以上监控信息均上传至主控模块，由主控模块根据上述监控信息自动控制吹氩模块的流量和超声波施振模块的功率，从而达到自动控制和精确控制的目的，除杂效果显著提高。

作为优选，所述超声波施振模块通过第一上下驱动模块与上盖的底部相连，所述第一上下驱动模块与主控模块电连接。该设置可使超声波施振模块只在必要的时候与钢液接触，从而能起到保护的作用，使用寿命更长，工作更可靠。

作为优选，所述捞盘为硬质耐高温材料制成的网状结构，所述支架上位于筛网的正上方设有与主控模块电连接的加热烘干模块，所述加热烘干模块通过第二上下驱动模块与支架相连。该网状结构的捞盘可初步去除固体夹杂携带的钢液，加热烘干模块可进一步去除固体夹杂携带的钢液，从而能使固体夹杂析出情况的分析更加准确。

作为优选，所述各机械手的末端还设有与主控模块电连接的图像采集模块。该设置可方便捞盘准确捞取固体夹杂。

本发明要解决的另一技术问题是：提供一种可有效提高杂质析出能力、除杂效果较好的中频感应熔炼炉的除杂方法。

本发明的另一技术解决方案是：一种中频感应熔炼炉的除杂方法，其特征在于：它包括以下步骤：

(1)由主控模块控制超声波施振模块由最低功率开始运行且控制吹氩模块由最低流量开始运行，加档标识位初始化清零；

(2)由气体杂质浓度检测模块实时采集并上传气体杂质浓度信息给主控模块，并由振动强度检测模块实时采集并上传炉内钢液翻滚程度信息给主控模块；

(3)判断第一定时时间T1是否到达主控模块预设的捞取时间A？

若否，则进入步骤(4)；

若是，则第一定时时间T1清零并重新开始计时，由主控模块控制自动门打开，由机械手通过捞盘捞取钢液上面的固体夹杂并放入存放箱内的筛网，控制筛网底部的振动模块开始振动，并在振动完毕后利用重量检测模块采集固体夹杂重量信息并上传主控模块，然后进入步骤(4)；

(4)判断加档标识位是否置位且第二定时时间T2是否到达主控模块预设的加档时间B？

若否，则进入步骤(5)；

若是，则第二定时时间T2清零并重新开始计时，控制超声波施振模块加一档功率运行且控制吹氩模块加一档流量运行，然后进入步骤(5)；

(5)由主控模块根据炉内钢液翻滚程度信息、气体杂质浓度信息、固体夹杂重量信息，判断超声波施振模块和吹氩模块是否需要加档运行？

若是，则进入步骤(6)；

若否，则进入步骤(7)；

(6)加档标识位置位，并由主控模块判断当前超声波施振模块和吹氩模块是否在最高档运行？

若是，则加档标识位清零，由主控模块控制超声波施振模块保持当前功率且吹氩模块保持当前流量，并返回步骤(3)；

若否，则返回步骤(3)；

(7)再次采集炉内钢液翻滚程度信息、气体杂质浓度信息、固体夹杂重量信息，并判断是否需要降档运行？

若否，则由主控模块控制超声波施振模块保持当前功率且吹氩模块保持当前流量，并返回步骤(3)；

若是，则判断当前超声波施振模块和吹氩模块是否在最低档运行？

若是，则由主控模块控制超声波施振模块和吹氩模块均停止运行；

若否，则由主控模块控制超声波施振模块降一档功率运行且吹氩模块降一档流量运行，并返回步骤(3)。

附图说明：

图1为实施例1中频感应熔炼炉的除杂装置的结构示意图；

图2为实施例2中频感应熔炼炉的除杂方法的流程图；

图中：1-炉体，2-上盖，3-吹氩模块，4-振动强度检测模块，5-超声波施振模块，6-支架，7-机械手，8-捞盘，9-自动门，10-存放箱，11-筛网，12-重量检测模块，13-振动模块，14-气体杂质排放口，15-气体杂质浓度检测模块，16-上下驱动模块，17-加热烘干模块，18-图像采集模块，19-主控模块,20-第二上下驱动模块。

具体实施方式

下面结合附图，并结合实施例对本发明做进一步的说明。

实施例1：

一种中频感应熔炼炉的除杂装置，包括炉体1以及设置在炉体1上的上盖2，所述炉体1的底部设有流量可调的吹氩模块3，所述炉体1上设有用于检测钢液翻滚程度的振动强度检测模块4，振动强度检测模块4可设置在炉体1内也可设置在炉体1外，本实施例中将其设置在炉体1外，所述上盖2底部的中间位置设有功率可调的用于对钢液进行超声空化以析出杂质的超声波施振模块5，所述上盖2顶部设有固体夹杂捞取移载模块和固体夹杂分析模块，所述固体夹杂捞取移载模块包括设置在上盖2顶部的支架6、设置在支架6上且位于上盖2左右两侧的两个机械手7、以及设置在各机械手7末端的捞盘8，所述上盖2上还设有使两个机械手7分别通过的两个自动门9，所述固定夹杂分析模块包括设置在上盖2顶部的用于承接两个机械手7末端的捞盘8内的固体夹杂的存放箱10、以及设置在存放箱10内的筛网11，所述筛网11的底部设有重量检测模块12和振动模块13，所述上盖2上还设有气体杂质排放口14以及设置在气体杂质排放口14处的气体杂质浓度检测模块15，筛网11可筛出直径大于预设值的固体夹杂，直径大于预设值的固体夹杂越多，从一定程度上也说明了固体夹杂的析出能力越强，与钢液的翻滚程度和气体杂质浓度结合判断可获得更为准确的结果，还包括主控模块19，所述吹氩模块3、超声波施振模块5、振动强度检测模块4、机械手7、自动门9、重量检测模块12、振动模块13和气体杂质浓度检测模块15均为现有技术，且上述模块均与主控模块19电连接，主控模块19例如单片机或DSP。

本发明中频感应熔炼炉的除杂装置利用超声波振动产生的大量空穴与吹氩搅拌引入的氩气泡协同作用，来有效提高杂质析出的动力学条件，使得杂质析出能力增强；并且利用振动强度检测模块4来监控钢液的翻滚程度以防止析出的气体杂质重新被吸入和固体夹杂被细化，利用气体杂质浓度检测模块15来监控气体杂质的析出情况，利用固体夹杂捞取移载模块来及时捞取固体夹杂防止其被细化，利用固体夹杂分析模块来监控固体夹杂的析出情况，以上监控信息均上传至主控模块19，由主控模块19根据上述监控信息自动控制吹氩模块3的流量和超声波施振模块5的功率，从而达到自动控制和精确控制的目的，除杂效果显著提高。

作为优选，所述超声波施振模块5通过第一上下驱动模块16与上盖2的底部相连，所述第一上下驱动模块16与主控模块19电连接，所述第一上下驱动模块16例如气缸。该设置可使超声波施振模块5只在必要的时候与钢液接触，从而能起到保护的作用，使用寿命更长，工作更可靠。

作为优选，所述捞盘8为硬质耐高温材料制成的网状结构，所述支架6上位于筛网11的正上方设有与主控模块19电连接的加热烘干模块17，所述加热烘干模块17通过第二上下驱动模块20与支架6相连，所述加热烘干模块17为现有技术，所述第二上下驱动模块20例如气缸。该网状结构的捞盘8可初步去除固体夹杂携带的钢液，加热烘干模块17可进一步去除固体夹杂携带的钢液，从而能使固体夹杂析出情况的分析更加准确。

作为优选，所述各机械手7的末端还设有与主控模块19电连接的图像采集模块18，图像采集模块18例如摄像头。该设置可方便捞盘8准确捞取固体夹杂。

实施例2：

一种中频感应熔炼炉的除杂方法，基于实施例1的中频感应熔炼炉的除杂装置，该方法包括以下步骤：

(1)由主控模块19控制超声波施振模块5由最低功率开始运行且控制吹氩模块3由最低流量开始运行，加档标识位初始化清零；

(2)由气体杂质浓度检测模块15实时采集并上传气体杂质浓度信息给主控模块19，并由振动强度检测模块4实时采集并上传炉内钢液翻滚程度信息给主控模块19；

(3)判断第一定时时间T1是否到达主控模块19预设的捞取时间A？

若否，则进入步骤(4)；

若是，则第一定时时间T1清零并重新开始计时，由主控模块19控制自动门9打开，由机械手7通过捞盘8捞取钢液上面的固体夹杂并放入存放箱10内的筛网11，控制筛网11底部的振动模块13开始振动，并在振动完毕后利用重量检测模块12采集固体夹杂重量信息并上传主控模块19，然后进入步骤(4)；

(4)判断加档标识位是否置位且第二定时时间T2是否到达主控模块19预设的加档时间B？

若否，则进入步骤(5)；

若是，则第二定时时间T2清零并重新开始计时，控制超声波施振模块5加一档功率运行且控制吹氩模块3加一档流量运行，然后进入步骤(5)；

(5)由主控模块19根据炉内钢液翻滚程度信息、气体杂质浓度信息、固体夹杂重量信息，判断超声波施振模块5和吹氩模块3是否需要加档运行？

若是，则进入步骤(6)；

若否，则进入步骤(7)；

(6)加档标识位置位，并由主控模块19判断当前超声波施振模块5和吹氩模块3是否在最高档运行？

若是，则加档标识位清零，由主控模块19控制超声波施振模块5保持当前功率且吹氩模块3保持当前流量，并返回步骤(3)；

若否，则返回步骤(3)；

(7)再次采集炉内钢液翻滚程度信息、气体杂质浓度信息、固体夹杂重量信息，并判断是否需要降档运行？

若否，则由主控模块19控制超声波施振模块5保持当前功率且吹氩模块3保持当前流量，并返回步骤(3)；

若是，则判断当前超声波施振模块5和吹氩模块3是否在最低档运行？

若是，则由主控模块19控制超声波施振模块5和吹氩模块3均停止运行；

若否，则由主控模块19控制超声波施振模块5降一档功率运行且吹氩模块3降一档流量运行，并返回步骤(3)。