一种三段式底吹氧枪及其混沌控制方法

技术领域

本发明属于冶金、能源工程技术领域，尤其涉及一种三段式底吹氧枪及其混沌控制方法。

背景技术

氧气底吹熔炼技术是我国独立自主研发的冶炼工艺，因该技术具有原料适应性强，金属捕集率高，渣性能好等优点已被国内外多家企业采用。氧枪是底吹熔炼炉的核心部件之一，在熔炼过程中，气体通过喷枪射入炉内，为反应提供氧化剂和熔体搅拌所需动力，直接影响底吹炉负荷率、作业率、炉寿、炉况及附属设备的能耗。

现有氧枪结构在不停炉熔炼过程中只能通过改变进气量的大小对熔池熔体进行调节，却不能针对熔池熔体的运动状态实现喷吹气体流量的非线性混沌调节，易造成熔体混合搅拌不均匀，熔炼炉作业率低、渣性能差等问题。因此，需要一种能够监测熔体运动状态进而通过控制氧枪结构来使熔池熔体保持混沌状态的装置和方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种三段式底吹氧枪及其混沌控制方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种三段式底吹氧枪，包括：

前段，所述前段包括与供氧设备连通的送氧部、与所述送氧部固定连接的氧枪底座、与供氮设备连通的送氮部，所述送氮部设置在所述送氧部的外侧，所述氧枪底座与所述送氮部连通；

中段，所述中段包括可调节通道，所述可调节通道的进气端与所述前段的出气端连接，所述送氮部与所述送氧部分别与所述可调节通道连通，所述可调节通道连接有驱动组件，所述驱动组件电性连接有元器组件；

后段，所述后段包括固定通道，所述固定通道与所述可调节通道出气端连接，所述固定通道的进气端与所述可调节通道的出气端连通，所述固定通道位于熔炼炉内并且与所述熔炼炉内腔连通；所述熔炼炉内连接有检测元件，所述检测元件与所述元器组件电性连接。

优选的，所述送氧部包括异径管法兰，所述异径管法兰的进气口与所述供氧设备连通，所述异径管法兰的出气端通过螺栓与所述氧枪底座的进气端固定连接，所述氧枪底座内侧固定连接有氧气管，所述氧枪底座与所述氧气管之间形成空腔，所述氧气管出气口与所述可调节通道进气口连通。

优选的，所述送氮部包括氮气管、三通接口；所述氮气管与所述氧气管同轴线且设置在所述氧气管外侧，所述三通接口出气口、氮气管进气口分别与所述空腔连通；所述三通接口进气口与所述供氮设备之间固定连接有带颈平焊法兰，所述氮气管出气口与所述可调节通道进气口连通。

优选的，所述可调节通道包括可旋转式多孔道，所述可旋转式多孔道内开设有同轴线的可调氮气通道与可调氧气通道，所述可调氮气通道设置在所述可调氧气通道外侧，所述可调氮气通道进气口与所述氮气管出气口连通，所述可调氧气通道进气口与所述氧气管出气口连通。

优选的，所述可旋转式多孔道与所述氮气管之间、所述可旋转式多孔道与所述固定通道之间分别连接有轴承，所述可旋转式多孔道的进气端和出气端分别与两个所述轴承的一端转动连接，两个所述轴承的另一端分别与所述氮气管出气端、固定通道进气端固定连接。

优选的，所述固定通道包括固定式多孔道，所述固定式多孔道内开设有同轴线的固定氮气道和固定氧气道，所述固定氮气道设置在所述固定氧气道外侧；所述固定氮气道的进气口与所述可调氮气通道出气口连通，所述固定氧气道的进气口与所述可调氧气通道出气口连通。

优选的，所述固定式多孔道位于所述熔炼炉内。

优选的，所述异径管法兰的出气端与所述氧枪底座进气端之间设置有紫铜密封垫。

优选的，所述轴承内设置有油封。

一种混沌控制方法，具体步骤包括：

首先从所述熔炼炉中获取溶体运动状态；

其次基于所述溶体运动状态，判断溶体的混沌状态；

然后基于所述溶体的混沌状态信息，获取混沌程序命令；

最后基于所述混沌程序命令，通过所述氧枪控制气体流量的变化，实现气体流量的非线性变化。

本发明具有如下技术效果：供氧设备向送氧部输送氧气，供氮设备向送氮部输送氮气；通过检测元件，可以监控熔炼炉内的熔体运动状态，并向元器组件反馈运动状态信号，使元器组件能够根据信号向可调节通道发出控制指令，进而控制可调节通道的开度；当氧气和氮气通过可调节通道后，进入固定通道的气体流量便实现了非线性变化，强化熔池熔炼，而非线性变化在一定程度上能够起到防止喷枪在熔炼过程中阻塞的问题，提高氧枪使用寿命及工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为三段式底吹氧枪主视方向剖视图；

图2为图1中A的局部放大图；

图3为图1中B-B的剖视图；

图4为可旋转式多孔道与固定式多孔道配合示意图；

图5为混沌控制方法流程图；

其中，1、异径管法兰；2、紫铜密封垫；3、氧枪底座；4、氮气管；5、氧气管；6、可旋转式多孔道；601、可调氮气通道；602、可调氧气通道；7、轴承；8、固定式多孔道；9、带颈平焊法兰；10、螺栓；11、三通接口；12、空腔；13、熔炼炉；14、压力监测器；15、示波器；16、PID控制器；17、PLC控制器；18、驱动组件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1-5所示，本发明提供了一种三段式底吹氧枪，包括：

前段，所述前段包括与供氧设备连通的送氧部、与所述送氧部固定连接的氧枪底座3、与供氮设备连通的送氮部，所述送氮部设置在所述送氧部的外侧，所述氧枪底座3与所述送氮部连通；

中段，所述中段包括可调节通道，所述可调节通道的进气端与所述前段的出气端连接，所述送氮部与所述送氧部分别与所述可调节通道连通，所述可调节通道连接有驱动组件，所述驱动组件电性连接有元器组件；

后段，所述后段包括固定通道，所述固定通道与所述可调节通道出气端连接，所述固定通道的进气端与所述可调节通道的出气端连通，所述固定通道位于熔炼炉13内并且与所述熔炼炉13内腔连通；所述熔炼炉13内连接有检测元件，所述检测元件与所述元器组件电性连接。所述供氧设备向所述送氧部输送氧气，所述供氮设备向所述送氮部输送氮气；通过所述检测元件，可以监控熔炼炉13内的熔体运动状态，并向所述元器组件反馈运动状态信号，使所述元器组件能够根据所述信号向所述可调节通道发出控制指令，进而控制所述可调节通道的开度；当氧气和氮气通过所述可调节通道后，进入所述固定通道的气体流量便实现了非线性变化，而所述非线性变化在一定程度上能够起到防止喷枪在熔炼过程中阻塞的问题，提高氧枪使用寿命及工作效率。

进一步优化方案，所述送氧部包括异径管法兰1，所述异径管法兰1的进气口与所述供氧设备连通，所述异径管法兰1的出气端通过螺栓10与所述氧枪底座3的进气端固定连接，所述氧枪底座3内侧固定连接有氧气管5，所述氧枪底座3与所述氧气管5之间形成空腔12，所述氧气管5出气口与所述可调节通道进气口连通。

进一步优化方案，所述送氮部包括氮气管4、三通接口11；所述氮气管4与所述氧气管5同轴线且设置在所述氧气管5外侧，所述三通接口11出气口、氮气管4进气口分别与所述空腔12连通；所述三通接口11进气口与所述供氮设备之间固定连接有带颈平焊法兰9，所述氮气管4出气口与所述可调节通道进气口连通。

进一步优化方案，所述可调节通道包括可旋转式多孔道6，所述可旋转式多孔道6内开设有同轴线的可调氮气通道601与可调氧气通道602，所述可调氮气通道601设置在所述可调氧气通道602外侧，所述可调氮气通道601进气口与所述氮气管4出气口连通，所述可调氧气通道602进气口与所述氧气管5出气口连通。所述可调氮气通道601与所述氮气管4、所述可调氧气通道602与所述氧气管5对应设置，通过调整所述可旋转式多孔道6的开度来控制氧气和氮气的气流量。

进一步优化方案，所述可旋转式多孔道6与所述氮气管4之间、所述可旋转式多孔道6与所述固定通道之间分别连接有轴承7，所述可旋转式多孔道6的进气端和出气端分别与两个所述轴承7的一端转动连接，两个所述轴承7的另一端分别与所述氮气管4出气端、固定通道进气端固定连接。

进一步优化方案，所述固定通道包括固定式多孔道8，所述固定式多孔道8内开设有同轴线的固定氮气道和固定氧气道，所述固定氮气道设置在所述固定氧气道外侧；所述固定氮气道的进气口与所述可调氮气通道601出气口连通，所述固定氧气道的进气口与所述可调氧气通道602出气口连通。通过所述检测元件对所述熔炼炉13内熔体变化的监控信息，所述固定氮气道和所述固定氧气道将流量变化的氧气和氮气输送至所述熔炼炉13。

进一步优化方案，所述固定式多孔道8位于所述熔炼炉13内。

进一步优化方案，所述异径管法兰1的出气端与所述氧枪底座3进气端之间设置有紫铜密封垫2，防止漏气。

进一步优化方案，所述轴承7内设置有油封。

进一步优化方案，所述检测元件为压力监测器14。用来检测所述熔炼炉13内的熔体运动状态，并反馈熔体运动状态。

进一步优化方案，所述元器组件包括示波器15、PID控制器16、PLC控制器17、驱动组件18。

一种混沌控制方法，具体步骤包括：

a氧气和氮气分别从所述送氧部和所述送氮部进入三段式底吹氧枪；

b氧气和氮气在所述可调节通道的作用下，以非线性变化的形式喷入所述熔炼炉13内；

c通过所述熔炼炉13内的所述检测元件，获取熔体运动状态信息，并将所述熔体运动状态转化为电信号传递至所述元器组件；

d所述元器组件根据所述检测元件的电信号，判断并获取所述熔炼炉13内的混沌状态信息；

e所述元器组件根据所述混沌状态信息发出混沌程序命令；

f所述混沌程序命令通过所述元器组件控制所述可调节通道的旋转角度，即所述可调节通道开度，由此实现气体流量的非线性变化；

g所述混沌程序命令基于Logistic映射产生混沌序列来实现，该序列具有遍历性和不可预测性，其公式为：

x

本实施例的工作过程如下：所述压力监测器14、示波器15、PID控制器16、PLC控制器17、驱动组件18之间电性连接。

首先通过所述供氧设备和所述供氮设备，将氧气和氮气分别从所述异径管法兰1和所述带颈平焊法兰9进输送入三段式底吹氧枪；氧气和氮气在所述可旋转式多孔道6的作用下，以非线性变化的形式喷入所述熔炼炉13内；而所述可旋转式多孔道6是通过以下方式进行调节的：

所述熔炼炉13内设置有所述压力监测器14，通过所述压力监测器14对所述熔炼炉13内部情况的监控，获取熔体运动状态信息，并将所述熔体运动状态转化为电信号传递至所述示波器15，获取所述示波器15波形变化信息；所述PID控制器16根据所述波形变化信息，判断所述熔炼炉13内熔体的混沌状态，继而所述PID控制器16根据所述混沌状态发出混沌程序命令，所述混沌程序命令传递至所述PLC控制器17，所述PLC控制器17将所述混沌程序命令转化为启动信号传递至所述驱动组件18，使所述驱动组件18获取到所述可旋转式多孔道6旋转信号，所述旋转信号包括具体的旋转角度信号即所述可旋转式多孔道6开度，改变所述可调氮气通道601与所述氧气管5之间、所述可调氧气通道602与所述氮气管4之间的气体流量，由此经过所述固定式多孔道8气体流量实现非线性变化。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。