СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ СОПЛА ФУРМЫ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕРКАЛА РАСПЛАВА ПРИ ЕГО ПРОДУВКЕ В КОВШЕ Российский патент 1997 года по МПК C21C7/72 G01F23/00 

Описание патента на изобретение RU2083685C1

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к способам контроля параметров режима продувки расплавов в ковше газами, например азотом либо аргоном.

Известен способ внепечной обработки стали, при котором продувку металла в ковше нейтральным газом в течении 1 2 мин ведут при положении сопла фурмы на расстоянии днища 0,05 0,1 высоты уровня расплава в ковше, затем фурму перемещают вверх и устанавливают ее сопло в металле на расстоянии от поверхности расплава 0,2 0,3 высоты расплава в ковше и продувку ведут при этом положении фурмы в течение 1 3 мин, после чего фурму перемещают в первоначальное положение и металл продувают в течение 2 5 мин (авт. св. N 1305179, кл. 5 C 21 C 7/064, 1987).

Недостатком способа является то, что к положению сопла фурмы относительно зеркала расплава в ковше (мокрому вылету фурмы Hm) предъявляются жесткие требования. Так, на втором этапе продувки снижение Hm ниже 0,2 уровня расплава в ковше H не позволяет нижним слоям металла в полной мере вовлекаться в зону продувки. Превышение Hm значения 0,3H не позволяет шлаку полностью вовлекаться в контакт с металлом. В то же время за период продувки стали при всем множестве конструкций фурм наблюдается размывание расплавом металла и шлака огнеупорной футеровки фурмы, средств крепления огнеупорных блоков, сопел и т. д. Одновременно наблюдается разрушение футеровки фурмы за счет больших термических ударов при ее вводе-выводе из расплава. Это связано с низким коэффициентом объемного расширения используемых огнеупоров, возникновением значительных внутренних термических напряжений и, как следствие, с растрескиванием футеровки. В результате действия этих факторов участок металлической трубы фурмы обнажается и расплав его размывает. Причем, если размывается средняя часть фурмы, то происходит резкое ее укорочение. Вероятность укорочения фурмы за время продувки одной плавки в зависимости от конструкции фурмы и условий продувки по полученным данным составляет 0,2 0,5. Традиционные же способы замера мокрого вылета фурмы по положению каретки с консолью дают представление лишь о положении сопла идеальной неукороченной фурмы. Если длина фурмы заранее известна, то однозначно такой она будет лишь в начале продувки. Уровень расплава также остается постоянным и меняется в зависимости от геометрии ковша, масс стали и шлака. Способ не позволяет оперативно измерять мокрый вылет фурмы в ходе продувки и поэтому не дает возможность точной установки фурмы в ковше, что снижает эффективность внепечной обработки металла.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ использования устройства для рафинирования расплавов, при котором предварительно идентифицируют зависимость давления перед фурмой от ее мокрого вылета, устанавливают ее с помощью дросселя, с учетом возможного напора в ковше задают постоянное давление инертного газа на выходе стабилизатора, постепенно с низким расходом газа опускают фурму в расплав до требуемого значения мокрого вылета, при этом давление перед фурмой и на выходе редукционного клапана, управляющего основным потоком инертного газа на продувку, постепенно растет в функции мокрого вылета, а сам мокрый вылет оценивают по величине давления, после опускания фурмы величину давления на ее входе запоминают, чем обеспечивают неизменное давление на выходе редукционного клапана, расход инертного газа увеличивают до номинального и не меняют до конца продувки (авт. св. N 1068501, кл. C 21 C 7/072, 1984).

В отличие от традиционного способа замера мокрого вылета по положению каретки, здесь использован способ измерения мокрого вылета по величине давления перед фурмой. Однако после опускания фурмы в расплав предполагается неизменность ее герметических характеристик и вытекающее из этого постоянство мокрого вылета. Фактически же с вероятностью 0,2 0,5 за время продувки наблюдается укорочение фурмы, что ведет к изменению мокрого вылета и режима продувки. К недостаткам способа относится то, что он не позволяет производить оперативное измерение мокрого вылета в течении всего периода продувки, что обуславливает снижение эффективности внепечной обработки металла.

Целью является повышение точности оперативного измерения мокрого вылета фурмы в течении основного периода продувки расплава в ковше при нахождении фурмы в нижнем положении.

Сущность изобретения заключается в том, что способ оперативного измерения мокрого вылета фурмы при продувке расплава в ковше включает предварительную идентификацию зависимости давления перед фурмой от ее мокрого вылета, оценку по обратной зависимости мокрого вылета по величине давления перед фурмой, опускание фурмы в нижнее положение, дополнительную непрерывную регистрацию давления перед фурмой в течение всего периода продувки, его сглаживание, непрерывное нахождение на сглаженной временной зависимости, с момента опускания фурмы в нижнее положение и до начала ее поднятия, абсолютного минимума давления и оперативное вычисление по нему мокрого вылета.

Датчик давления газа перед фурмой устанавливается на газопроводе между фурмой и регулирующим вентилем. Он преобразует избыточное давление P в эквивалентный сигнал на выходе. С учетом потерь давления Pф на самой фурме и металлостатического Pm избыточное давление
P = Pф+Pм= Pфp•g•Hм, Па (1)
где ρp плотность расплава, кг/м3;
g 9,81 ускорение свободного падения, м/с2;
Hm мокрый вылет, м.

Учитывая малую толщину слоя шлака в сравнении с общей глубиной погружения фурмы в расплав Hm, можно принять ρp≈ ρм, где ρм плотность жидкого металла. С учетом этого выражения

Таким образом, измеряя с помощью регистратора по сигналу от датчика давление P перед фурмой, при известных Pф, Pm и g по формуле (2) можно оперативно оценивать мокрый вылет Hm. Этот подход и использован в способе-прототипе.

Величина потерь давления Pф на фурме складывается из потерь давления Pr на участке газопровода от датчика до пневмозамка соединительного шланга с фурмой и Pt на участке трубы самой фурмы

где λгт коэффициенты сопротивления;
Lг, lт длины участков;
Dr, Dт диаметры участков;
ρиг плотность инертного газа;
Vcpr, Vсрт средние скорости движения газа на участках (см. книгу "Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. Изд. 6-е. М. Наука, 1987, с. 122).

Ввиду близости λг и λт, Dr и Dt, примем λт≈ λг= λ Dr= Dt D.

Тогда

где K1 постоянный коэффициент.

Одним из наиболее "узких" мест газопровода является замок, который зачастую имеет свищи газа. В этом случае Vcpr > Vcpt и уравнение (3) можно представить в виде

где K2 коэффициент, учитывающий наличие свищей в замке.

Как видно из выражения (4), потери давления на фурме не постоянны, а зависят при неизменных длинах lr и lt от давления газа в магистрали, полного гидравлического сопротивления газу, определяющих Vcpt, и геометрических параметров отверстий свищей замка, определяющих K2. Кроме того, величина lt во время продувки, кривизна соединительного шланга могут изменяться, что также влияет на значение Pф. Величина Pф зависит от металлостатического напора, а значит от Hm, поскольку Hm влияет на полное гидравлическое сопротивление сети. В то же время при наличии стабилизатора расхода газа это влияние практически исчезает.

При постоянном давлении газа в магистрали и наличии стабилизатора расхода, основное влияние на Pф оказывают свищи замка, оперативная оценка которых достаточно сложна. В качестве первого приближения Pф можно использовать среднестатистические постоянные потери давления, определяемые экстремальным путем по множеству измерений при незаметалленной фурме.

Существенной помехой для использования выражения (2) при измерении Hm является заметалливание фурмы, т. е. намораживание своеобразной металлической диафрагмы на конце трубы с постепенно, по мере продолжения продувки, уменьшающимся отверстием. Независимо от конструкции фурмы процесс заметаливания происходит безостановочно и после 10 20 мин чистого времени (3 5 плавок) фурма может выйти из строя, так как даже при высоких давлениях пропускает очень мало газа (см. книгу Коган А. Е. Внепечные и ковшевые процессы. Новокузнецк. Изд-во Кузбасского политехнического института. 1990, с. 41 42).

Заметалливание фурмы приводит к непредсказуемым изменениям величины давления P перед фурмой, так как резко увеличивается гидравлическое сопротивление на конце фурмы (может измениться от нуля и вплоть до бесконечности). Одновременно на такую же величину увеличивается Pф. Однако, поскольку оперативный контроль Pф затруднен и зачастую принимается Pф const, то ошибка оценки величины Hm по уравнению (2) может оказаться соизмеримой с истинным значением Hм. Этот фактор одерживает использование выражения (2) для оперативного измерения Hм по величине P.

Предлагается непрерывно сглаживать временную зависимость P(t) с момента опускания фурмы в нижнее положение и непрерывно отыскивать на ней абсолютный минимум давления. Первый по времени максимум характеризует значение Hм на тот момент времени. Если в дальнейшем происходит уменьшение P, то данный факт означает укорочение фурмы и P в этот момент отражает истинное значение мокрого вылета Hм. Влияние в это время заметалливания на точность измерения минимально, так как основная часть намороженной диафрагмы при укорочении фурмы отделяется от ее трубы вместе с концом.

Дополнительно введенная в способ непрерывная регистрация величины давления P перед фурмой в течение всего периода продувки позволяет осуществить оперативное изменение мокрого вылета Hм фурмы в любое время продувки, включая период с момента опускания фурмы в нижнее положение и до начала ее поднятия в конце продувки.

Дополнительно введенное непрерывное нахождение абсолютного минимума давления, производимое на сглаженной временной зависимости с момента опускания фурмы в нижнее положение и до начала ее поднятия, позволяет оперативно определять величину Pmin(i) сглаженного давления P в момент очередного укорочения фурмы, т. е. при смене величины Hм.

Дополнительно введенное оперативное вычисление мокрого вылета Hм по непрерывно определяемому абсолютному минимуму давления Pmin(i) позволяет исключить влияние заметалливания фурмы на результаты измерения Hм. Наблюдающееся увеличение P между соседними абсолютными минимумами Pmin(i 1) и Pmin(i) является следствием заметалливания и не отражает изменение Hм.

Таким образом, вновь введенные операции в указанной связи с другими операциями дают возможность избежать влияния заметалливания фурмы на результаты измерения Hм, позволяют, сохранив возможность измерения Hм по величине P на начальном этапе продувки при опускании фурмы в расплав, при нахождении фурмы в нижнем положении оценивать Hм по значениям Pmin и тем самым в этот основной период продувки повысить точность оперативного измерения мокрого вылета фурмы.

На чертеже показан пример устройства для реализации способа.

Устройство для осуществления предлагаемого способа содержит датчик давления 1, регистратор давления 2, сглаживатель 3, выключатель 4; блок определения абсолютного минимума (БОМ) 5; преобразователь 6; идентификатор 7; стабилизатор расхода инертного газа 8. На чертеже также обозначены: 9 фурма; 10 ковш; 11 расплав; 12 каретка; 13 консоль; 14 колонна; Hм - мокрый вылет фурмы.

Инертный газ подается на вход стабилизатора расхода 8, с выхода которого через датчик давления (газоотборную трубу) 1 подается в фурму 9.

Фурма 9 укреплена на кронштейне 14, который в свою очередь крепится на каретке 12, жестко связанной с колонной 13, перемещаемой вверх-вниз с помощью электропривода. Датчик давления 1, регистратор давления 2, сглаживатель 3, выключатель 4, БОМ 5 и преобразователь 6 соединены последовательно. Выход регистратора 2 дополнительно соединен с входом идентификатора 7. На второй вход идентификатора поступает информация с ручного ввода о замеренных метрическим способом значениях Hм. С выхода идентификатора 7 информация поступает в преобразователь 6. Оперативно измеряемый Hм формируется на выходе преобразователя 6.

В качестве регистратора 2 используется самопишущий прибор для измерения давления, например, типа МТС-712. Сглаживатель 3 выполнен, например, на базе операционного усилителя типа К140УД7. ВОМ5, преобразователь 6 и идентификатор 7 выполнены, например, на базе операционных усилителей типа К14ОУД20. В качестве выключателя используется, например, тумблер выключатель типа ТВ1-1.

С помощью данного устройства способ реализуется следующим образом.

Предварительно на идентификаторе 7 идентифицируется имеющая место связь между мокрым вылетом Hм и давлением P на входе фурмы. Для этого фурму с конца размечают по высоте (Hм). Подают инертный газ на фурму 9 через стабилизатор 8. В тракте подачи поддерживается стабильный расход газа. С помощью датчика 1 и регистратора 2 фиксируется давление P газа на входе фурмы. Опуская штангу 13 с закрепленными на ней кареткой 12, консолью 14 и фурмой 9, погружают фурму в расплав 11, находящийся в ковше 10. Вначале устанавливают фурму по зеркалу шлака нижней отметкой (Hm1). Фиксируют давление (P1). Затем опускают фурму на вторую отметку (Hм2) и фиксируют давление (P2). И так далее по всем отметкам. В качестве отметок рекомендуется брать существующие границы огнеупорных блоков фурмы. Измерения повторяют 3 5 раз и усредняют для снижения ошибки идентификации. По полученным данным в идентификаторе 7 устанавливается зависимость Hм f(P) оценки мокрого вылета по величине давления перед фурмой. После экспериментальной проверки воспроизводимости найденной зависимости, а при необходимости настройки параметров полученной модели, она передается в БОМ 6, где далее и реализуется.

При продувке расплава в рабочем режиме подают инертный газ на фурму 9 через стабилизатор 8. Опускают фурму в расплав, фиксируя с помощью датчика 1 и регистратора 2 давление P газа на выходе фурмы. Глубину погружения фурмы также контролируют по полученной зависимости Hм f(P). После погружения фурмы в нижнее положение включают выключатель 4 и осуществляется оперативное определение абсолютного минимума сглаженного значения давления P. Последнее значение абсолютного, с момента опускания фурмы, минимума поступает в преобразователь 6, где по зависимости Hм f(P) определяется Hм.

При появлении заметалливания фурмы P увеличивается, но Hм фиксируется независимо от степени заметалливания, по величине давления до ее интенсивного образования по последнему абсолютному минимуму P. Падения P, связанные с частичным разрешением заметалливания не учитываются, так как при этом проявившийся минимум давления не является абсолютным и больше зафиксированного последнего. При разматывании и отделении части фурмы, она укорачивается, уменьшая Hм. Это отражается в снижении P ниже предыдущего абсолютного минимума. Блок 5 определяет, что последний минимум является абсолютным с момента опускания фурмы в нижнее рабочее положение, запоминает и непрерывно выдает его значение в блок 6 для определения Hм вплоть до появления нового абсолютного минимума.

Весь процесс реализации способа можно выполнять в автоматизированном режиме на аналоговой или цифровой технике. В последнем случае устройство ввода, представленное на чертеже дополняется аналого-цифровым преобразователем, установленным после блока 2.

Пример.

В Акционерном обществе "Кузнецкий металлургический комбинат" на двух установках продувки стали азотом (УПСА) в 100-тонных ковшах электросталеплавильного цеха 2 используется автоматизированная система управления и контроля. Она выполнена на промышленном контроллере на базе КТС ЛИУС-2 и позволяет реализовать функции блоков 3 7 чертежа. При этом информация о Hм может оперативно представляться оператору УПСА на экране дисплея.

Способ позволяет повысить точность оперативного измерения мокрого вылета фурмы в течение основного периода продувки расплава в ковше при нахождении фурмы в нижнем положении.

Похожие патенты RU2083685C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПЕРАТИВНОЙ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ФУРМЫ ПРИ ПРОДУВКЕ РАСПЛАВА В КОВШЕ 1996
  • Свекров В.М.
  • Веревкин В.И.
  • Буторин В.К.
  • Кошелев А.Е.
  • Штайгер А.Ф.
  • Обшаров М.В.
RU2101366C1
СПОСОБ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА В КОВШЕ ПРИ ПЕРЕМЕННОМ ПОЛОЖЕНИИ ФУРМЫ 1995
  • Лебедев В.И.
  • Веревкин В.И.
  • Буторин В.К.
  • Кошелев А.Е.
  • Штайгер А.Ф.
RU2113505C1
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ ФУРМЫ ПРИ ПРОДУВКЕ РАСПЛАВА ГАЗОМ В КОВШЕ 1996
  • Лебедев В.И.
  • Веревкин В.И.
  • Буторин В.К.
  • Кошелев А.Е.
  • Свекров В.М.
  • Штайгер А.Ф.
  • Обшаров М.В.
RU2100448C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАЛИЧИЯ СВИЩЕЙ В ФУРМЕ ПРИ ПРОДУВКЕ РАСПЛАВА ГАЗОМ В КОВШЕ 1996
  • Веревкин В.И.
  • Буторин В.К.
  • Кошелев А.Е.
  • Щелоков Е.А.
  • Штайгер А.Ф.
  • Обшаров М.В.
  • Потешкин Е.Г.
RU2113507C1
СПОСОБ УСТАНОВКИ ФУРМЫ ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА В КОВШЕ В ПОЛОЖЕНИИ ПРОДУВКИ 1996
  • Веревкин В.И.
  • Кошелев А.Е.
  • Свекров В.М.
  • Штайгер А.Ф.
  • Грошев И.В.
  • Щелоков Е.А.
  • Обшаров М.В.
RU2113506C1
ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА МЕТАЛЛА ГАЗОМ 1996
  • Абрамович С.М.
  • Веревкин В.И.
  • Козырев Н.А.
  • Штайгер А.Ф.
  • Обшаров М.В.
RU2113502C1
ФУРМА ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА В КОВШЕ 1995
  • Веревкин В.И.
  • Буторин В.К.
  • Кошелев А.Е.
  • Свекров В.М.
  • Козырев Н.А.
  • Грошев И.В.
  • Обшаров М.В.
RU2098490C1
СПОСОБ РАЗМЕТАЛЛИВАНИЯ ФУРМЫ ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА ГАЗОМ 2005
  • Веревкин Валерий Иванович
  • Турчанинов Евгений Борисович
  • Турчанинов Александр Евгеньевич
  • Зельцер Самоил Рафаилович
  • Галицкая Любовь Владимировна
  • Денисов Григорий Васильевич
RU2292401C1
СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ 1997
  • Комратов Ю.С.
  • Кузовков А.Я.
  • Аршанский М.И.
  • Чернушевич А.В.
  • Ильин В.И.
  • Минеев В.Н.
  • Когородский В.Г.
  • Югов П.И.
  • Зинько Б.Ф.
  • Лебедев В.И.
RU2124567C1
СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРАХ С ОГРАНИЧЕННЫМ РАСХОДОМ СКРАПА 1994
  • Рябов В.В.
  • Королев М.Г.
  • Савченко В.И.
  • Югов П.И.
  • Зинько Б.Ф.
RU2064507C1

Реферат патента 1997 года СПОСОБ ОПЕРАТИВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ СОПЛА ФУРМЫ ОТНОСИТЕЛЬНО ЗЕРКАЛА РАСПЛАВА ПРИ ЕГО ПРОДУВКЕ В КОВШЕ

Изобретение относится к металлургическому производству и предназначено для измерения положения фурмы в ковше. Предварительно на основе эксперимента описывают зависимость давления перед фурмой от глубины погружения фурмы в расплав. Давление регистрируют в течении всего периода продувки. Оценку положения фурмы относительно зеркала металла осуществляют непрерывно по обратной зависимости: при опускании фурмы в нижнее положение - в функции измеренного давления, а в нижнем положении фурмы - по последнему абсолютному минимуму сглаженной временной зависимости давления. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 083 685 C1

Способ оперативного измерения положения сопла фурмы относительно зеркала расплава при его продувке в ковше, включающей предварительную идентификацию зависимости давления газа перед фурмой от положения сопла фурмы относительно зеркала расплава, определение по обратной зависимости положения сопла фурмы по величине давления газа перед фурмой, отличающийся тем, что давление газа перед фурмой измеряют, сглаживают во времени и регистрируют в течение всего периода продувки, на сглаженной временной зависимости определяют минимальное значение давления газа, по которому определяют положение сопла фурмы относительно зеркала расплава.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1997 года RU2083685C1

Печь для непрерывного получения сернистого натрия 1921
  • Настюков А.М.
  • Настюков К.И.
SU1A1
Способ внепечной обработки стали 1985
  • Тарасов Василий Михайлович
  • Лепорский Сергей Владимирович
  • Рожков Игорь Михайлович
  • Новиков Виктор Николаевич
  • Симонов Игорь Николаевич
  • Коротков Анатолий Андреевич
  • Гордиенко Михаил Силович
  • Плохих Владимир Андреевич
  • Манжула Александр Петрович
  • Вистаровский Николай Трофимович
  • Рудчук Евгений Яковлевич
SU1305179A1
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов 1917
  • Гордон И.Д.
SU2A1
Устройство для рафинирования расплавов 1982
  • Найдек Владимир Леонтьевич
  • Личак Александр Иванович
  • Наривский Анатолий Васильевич
  • Казанский Владимир Викторович
  • Ганжа Николай Сергеевич
  • Сытников Анатолий Васильевич
SU1068501A1
Выбрасывающий ячеистый аппарат для рядовых сеялок 1922
  • Лапинский(-Ая Б.
  • Лапинский(-Ая Ю.
SU21A1

RU 2 083 685 C1

Авторы

Веревкин В.И.

Буторин В.К.

Кошелев А.Е.

Штайгер А.Ф.

Грошев И.В.

Обшаров М.В.

Потешкин Е.Г.

Даты

1997-07-10Публикация

1995-03-15Подача