本發(fā)明涉及鋼鐵冶金技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種煉鋼精煉爐鋼水成分分析系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

煉鋼精煉過程中，實現(xiàn)成分的在線檢測是理解并改進(jìn)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(chǎn)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(fā)，鋼水成分檢測分析方法有CS化學(xué)分析法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法ICP-0ES、氣相色譜分析法、質(zhì)譜法ICP-MS等。

其中CS化學(xué)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(fā)射光譜法ICP-0ES在燃燒領(lǐng)域測定物質(zhì)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(guān)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(xiàn)場精煉工藝的要求；質(zhì)譜法ICP-MS按照物質(zhì)荷質(zhì)比進(jìn)行成分分析，成本高，時間長。

也有研究者使用LIBS技術(shù)進(jìn)行AOD爐鋼水Si含量在線檢測，通過自行設(shè)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(jìn)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(fù)雜，不利于現(xiàn)場操作，且其僅限與硅元素的檢測，而沒有其他關(guān)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(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統(tǒng)，該煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效地解決鋼水成分難以精確檢測的問題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統(tǒng)，包括：

信號激發(fā)裝置，用于產(chǎn)生高能脈沖激光；

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

光譜儀，與所述石英光學(xué)探頭電連接，以接收所述石英光學(xué)探頭采集的光譜信號。

優(yōu)選地，上述鋼水成分分析系統(tǒng)中，所述石英光學(xué)探頭設(shè)置于所述精煉爐鋼包的中心位置。

優(yōu)選地，上述鋼水成分分析系統(tǒng)中，所述石英光學(xué)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(yōu)選地，上述鋼水成分分析系統(tǒng)中，所述光譜儀與所述石英光學(xué)探頭通過傳導(dǎo)光纖連接。

優(yōu)選地，上述鋼水成分分析系統(tǒng)中，所述光譜儀與所述石英光學(xué)探頭無線連接。

優(yōu)選地，上述鋼水成分分析系統(tǒng)中，所述底吹透氣元件為套管式透氣磚、環(huán)縫式透氣磚、狹縫式透氣磚或者細(xì)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(yōu)選地，上述鋼水成分分析系統(tǒng)中，還包括與所述光譜儀連接的計算機，以根據(jù)所述光譜儀的檢測結(jié)果處理獲得所述鋼液的成分并輸出。

優(yōu)選地，上述鋼水成分分析系統(tǒng)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(wù)器。

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

應(yīng)用本發(fā)明提供的煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統(tǒng)，將石英光學(xué)探頭安裝在精煉爐鋼包底吹透氣磚或氣體噴槍內(nèi)，將激光導(dǎo)入液態(tài)鋼水表面，激發(fā)出鋼水等離子后利用光學(xué)探頭將光譜信號傳輸?shù)焦庾V儀，連續(xù)檢測煉鋼精煉爐內(nèi)的鋼水成分。在精煉過程中連續(xù)精準(zhǔn)分析所需關(guān)鍵元素的成分，為精煉爐提供了完全動態(tài)工藝控制的可能性。實現(xiàn)了精煉過程在線連續(xù)成分的直接檢測。省去取樣、制樣、送樣、縮短分析時間，響應(yīng)速度快，提升精煉效率。無需昂貴的爐前化驗室及相關(guān)崗位，人員和設(shè)備得到精簡，現(xiàn)場安全性可得到提高?？蓪崿F(xiàn)精煉工藝全部關(guān)鍵元素的分析檢測，鋼水質(zhì)量和穩(wěn)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(xù)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(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明一個具體實施例的鋼水成分分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中石英光學(xué)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(biāo)記如下：

鋼包1，底吹透氣磚2，信號激發(fā)裝置3，光譜儀4，控制系統(tǒng)5，計算機6。

具體實施方式

本發(fā)明實施例公開了一種煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統(tǒng)，以精確檢測鋼水成分。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1-圖3，圖1為本發(fā)明一個具體實施例的鋼水成分分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中石英光學(xué)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(fā)明提供的煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統(tǒng)，包括信號激發(fā)裝置3、石英光學(xué)探頭和光譜儀4。

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

光譜儀4，與石英光學(xué)探頭電連接，以接收石英光學(xué)探頭采集的光譜信號。光譜儀4的結(jié)構(gòu)及工作原理請參考現(xiàn)有技術(shù)，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(yīng)用本發(fā)明提供的煉鋼精煉爐的鋼水成分分析系統(tǒng)，將石英光學(xué)探頭安裝在精煉爐鋼包1底吹透氣磚2或氣體噴槍內(nèi)，將激光導(dǎo)入液態(tài)鋼水表面，激發(fā)出鋼水等離子后利用光學(xué)探頭將光譜信號傳輸?shù)焦庾V儀4，連續(xù)檢測煉鋼精煉爐內(nèi)的鋼水成分。在精煉過程中連續(xù)精準(zhǔn)分析所需關(guān)鍵元素的成分，為精煉爐提供了完全動態(tài)工藝控制的可能性。實現(xiàn)了精煉過程在線連續(xù)成分的直接檢測。省去取樣、制樣、送樣、縮短分析時間，響應(yīng)速度快，提升精煉效率。無需昂貴的爐前化驗室及相關(guān)崗位，人員和設(shè)備得到精簡，現(xiàn)場安全性可得到提高。可實現(xiàn)精煉工藝全部關(guān)鍵元素的分析檢測，鋼水質(zhì)量和穩(wěn)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(xù)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(yōu)選的，石英光學(xué)探頭設(shè)置于精煉爐鋼包1的中心位置，也就是設(shè)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(nèi)，進(jìn)而減小石英光學(xué)探頭安裝對底吹的影響。當(dāng)然，根據(jù)需要也可以將石英光學(xué)探頭安裝于精煉爐鋼包1的其他位置。

進(jìn)一步地，石英光學(xué)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(xué)探頭故障時便于將其拆下進(jìn)行維修或更換，進(jìn)而有效節(jié)約了后期維護(hù)成本。

具體的，光譜儀4與石英光學(xué)探頭通過傳導(dǎo)光纖連接，使得信號傳遞更為可靠，根據(jù)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(jù)需要，石英光學(xué)探頭設(shè)置于底吹透氣元件內(nèi)時，底吹透氣元件具體可以為套管式透氣磚、環(huán)縫式透氣磚、狹縫式透氣磚或者細(xì)金屬多孔塞式供氣元件；石英光學(xué)探頭設(shè)置于氣體噴槍內(nèi)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(jié)構(gòu)及作用原理等請參考現(xiàn)有技術(shù)，此處不再贅述。

在上述各實施例的基礎(chǔ)上，還可以包括與光譜儀4連接的計算機6，以根據(jù)光譜儀4的檢測結(jié)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(fā)送至計算機6中，計算機6可對獲取的信息進(jìn)行處理以獲得精煉過程中關(guān)鍵元素的成分等。

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

進(jìn)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(wù)器。也就是對分析獲得的鋼液成分進(jìn)行遠(yuǎn)程存儲，進(jìn)而便于相關(guān)人員遠(yuǎn)程對鋼液成分進(jìn)行監(jiān)控。也便于后期技術(shù)人員方便的讀取鋼液成分，對精煉過程進(jìn)行分析。

以下以一個優(yōu)選的實施方式為例進(jìn)行說明。

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

本發(fā)明具有全元素檢測，特別是精煉關(guān)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(zhì)量有重要意義。本發(fā)明貼近精煉工藝現(xiàn)場需求，充分利用精煉爐的特點，將石英光學(xué)探頭安裝在精煉爐鋼包1底吹透氣磚2或氣體噴槍內(nèi)，將激光導(dǎo)入液態(tài)鋼水表面，激發(fā)出鋼水等離子后利用光學(xué)探頭將光譜信號傳輸?shù)焦庾V儀4，連續(xù)檢測煉鋼精煉爐內(nèi)的鋼水成分。在精煉過程中連續(xù)精準(zhǔn)分析所需關(guān)鍵元素的成分，為精煉爐提供了完全動態(tài)工藝控制的可能性。

本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)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(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)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(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)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。