摘要
“Top Submerged Lance”（TSL）技术广泛应用于有色金属冶炼领域，然而由于该工艺在封闭、高温、高湍流且光学无法穿透的环境中进行，因此难以定量分析熔池内部的动态变化。缺乏直接监测手段限制了将操作条件与气泡运动、气体渗透以及熔池搅动情况联系起来的能力，也阻碍了在真实条件下对多相流控（CFD）模型的验证。本研究提出了一种多模式传感框架，该框架结合了频谱声学分析与安装在喷枪上的惯性运动传感器，用于表征在不同的冷模实验、实验室规模及中试规模系统中的熔池动态行为。通过水-甘油实验，研究人员确定了单个气泡破裂事件的可重复声学特征，这些事件的辐射带宽主要分布在300–900 Hz范围内，而高频成分则延伸至千赫兹区域。使用FeO-SiO?渣的高温实验室实验再现了这些频率特征，并观察到随着深度的增加，声信号会减弱；同时， submerged（浸入熔池中的）喷枪与非submerged（未浸入熔池中的）喷枪在声学特性上存在明显差异。功率谱密度（PSD）分析和累积谱功率分析揭示了气流速度及喷枪浸入深度对声谱功率分布的影响；而惯性测量结果则显示，喷枪受到的垂直加速度会随着背压波动而增加。在中试规模实验中（空气流量为120 Nm3/h，柴油流量为13 L/h），发现喷枪浅浸入熔池时3 kHz以下区域的声谱功率显著增强，而深浸入熔池则提升了惯性传感器检测到的周期性垂直加速度响应。这种声学-惯性联用方法为评估高温TSL条件下的气泡破裂活动、烟羽相互作用以及熔池搅动提供了一个物理上可解释且跨不同规模的分析框架。该方法基于频率特征进行诊断，其结果可系统地与CFD模型预测的烟羽振荡和气泡破裂相关动态进行对比。一旦为特定渣系建立了声学特征频率范围，该方法即可用于过程监控，并能提供与表面搅动或起泡倾向变化相关的间接指标，从而实现基于结构化数据的分析。因此，该框架在冷模实验、高温测量、多相流建模以及实际工业TSL操作之间架起了一座实用的信息桥梁。
