СПОСОБ КОНТРОЛЯ ОКИСЛЕННОСТИ ШЛАКОВОЙ ВАННЫ ПРОЦЕССА ЖИДКОФАЗНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА РОМЕЛТ Российский патент 1999 года по МПК C21B13/00 G01N33/20 

Изобретение относится к металлургии, преимущественно к технологиям прямого получения металла, где образуется шлаковая (оксидная, оксигалогенидная фазы), главным образом к процессу жидкофазного восстановления РОМЕЛТ.

Под термином "окисленность шлаковой ванны" понимают концентрацию оксидов FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃ в шлаковой фазе, выраженную в процентах по массе. На сегодняшний день в металлургии используют различные способы контроля данного параметра, а именно химические и рентгеновские методы, основанные на анализе отобранных из пирометаллургических агрегатов проб шлака.

Наиболее близким к изобретению является способ контроля состава шлаковой ванны в процессе ПЖВ, согласно которому отбирают пробы шлака и анализируют их на содержание различных элементов (см. Плавка в жидкой ванне, под ред. А. В.Ванюкова, М., Металлургия, 1988, с. 48, 39).

Недостатком известного способа является, в частности, дискретность контроля.

Задачей, решаемой изобретением, является осуществление непрерывного контроля окисленности шлака в период работы агрегата с одновременным определением концентрации оксидов железа в шлаковой ванне.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе контроля окисленности шлаковой ванны процесса жидкофазного восстановления железа, включающем анализ содержания элементов в шлаке, электрод электрически изолируют от "земли", погружают под слой спокойного шлака и измеряют индуктивность контура: электрод-шлаковая ванна-корпус агрегата при различных частотах рабочего напряжения, определяют окисленность шлака по величине измеренной индуктивности.

Другое отличие состоит в том, что окисленность определяют по появлению локального максимума на кривой L - ω , которому соответствуют резонансные частоты, лежащие в интервале 0,5-1,0 КГц.

Наличие в шлаковом расплаве оксидов переходных d-элементов, к которым относится железо, приводит к значительному изменению электромагнитных свойств расплава, в частности к возрастанию магнитной проницаемости, количественной мерой которой является измеряемая индуктивность L. Индуктивность электрической цепи электрод- шлаковая ванна - корпус агрегата оказывается весьма чувствительной к изменению концентрации оксидов железа. Это обусловлено тем, что оксиды железа обладают магнитоупорядоченной структурой, закись железа FeO является антиферромагнетиком, магнетит Fe₃O₄ типичный ферромагнетик и окись железа Fe₂OH₃ также обладает ферромагнитными свойствами. Хотя в расплаве магнитные моменты и значительно разупорядочены тепловыми колебаниями, тем не менее, наведенные магнитные моменты сохраняют свою преимущественную направленность вдоль действия поля. Остальные компоненты шлаковой фазы SiO₂, CaO, Al₂O₃, MgO не обладают магнитной упорядоченностью и являются парами и диамагнетиками.

При прохождении переменного тока через электрическую цепь с активными (R) и реактивными (L) элементами при определенной частоте переменного тока возникает резонанс. Очевидно, что резонансная частота зависит и от концентрации магнитоупорядоченных компонент (FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃). Экспериментально установлено, что концентрация оксидов железа влияет на величину измеряемой индуктивности двояким образом. Во-первых, увеличение концентрации данных оксидов приводит к повышению индуктивности. Во-вторых, при определенных (резонансных) частотах подаваемого напряжения на кривых L - ω возникают локальные максимумы.

На фиг. 1 схематически изображена электрическая цепь измерительный прибор 1 - электрод 2 - шлаковая ванная агрегата жидкофазного восстановления РОМЕЛТ 3 - корпус печи ("земля") 4 - измерительный прибор (мост переменного тока) 1 и эквивалентная электрическая схема замещения 5; на фиг. 2 - кривые зависимости измеряемой индуктивности от частоты подаваемого напряжения и концентрации оксидов железа в шлаке.

Электрическую цепь измерительный прибор - электрод - шлаковая ванна - корпус печи ("земля") - измерительный прибор можно описать эквивалентной электрической схемой замещения, которая отражает основные свойства указанной электрической цепи, а именно активное сопротивление R характеризует омическое сопротивление переменному току соединительных проводов, электрода, шлаковой ванны, футеровки и корпуса агрегата РОМЕЛТ. Индуктивность L отражает магнитные свойства шлаковой ванны, определяемой в основном наличием оксидов железа.

Пример. На агрегате РОМЕЛТ вели процесс восстановления Лебединской руды Кузнецким углем марки ОС в шлаковом расплаве. При этом из пустой породы руды и золы угля образуется шлаковая ванна следующего химического состава: SiO₂ - 42.3 - 43.5%; CaO - 29.6 - 31.2%; MgO - 5.3 -5.6%; Al₂O₃ 13.9 - 14.6%. Температура шлаковой ванны в период плавки составляет около 1400^oC. Контроль окисленности формирующейся шлаковой ванны осуществляют по результатам измерения индуктивности жидкого шлака на различных частотах. Электрод, изолированный от "земли", приводят в соприкосновение с жидкой шлаковой ванной путем погружения его под слой спокойного расплава. На электрод подают переменное напряжение, генерируемое мостом переменного тока, сначала невысокой частоты около 0.5 Кгц, затем последовательно, увеличивая подаваемую частоту до значений 1.0 КГц. При прохождении электрического сигнала через цепь измерительный прибор - электрод - шлаковая ванна - корпус агрегата ("земля") - измерительный прибор производят отсчет главной измеряемой величины - индуктивности L. При этом в зависимости от концентрации оксидов железа на кривых L - ω образуется локальный максимум, которому соответствует определенная резонансная частота.

Таким образом, фиксируя на кривой изменения индуктивности резонансную частоту, можно определить окисленность шлаковой ванны, выраженную в весовых процентах в любой момент времени.

В таблице приведены некоторые сравнительные характеристики заявляемого способа и прототипа.

Изобретение относится к металлургии, главным образом к технологиям прямого получения металла. Задача, решаемая изобретением, - обеспечить непрерывность и длительность контроля с одновременным определением концентрации оксидов железа в шлаке. Это достигается тем, что в шлак погружают электрод, изолированный от "земли", и измеряют индуктивность контура электрод-шлаковая ванна - корпус агрегата ("земля") при различных частотах. По величине индуктивности определяют окисленность шлака. Задача также решается за счет того, что окисленность определяют по положению локального максимума на кривой индуктивность - частота. 1 з.п.ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ контроля окисленности шлаковой ванны процесса жидкофазного восстановления железа, включающий анализ содержания элементов в шлаке, отличающийся тем, что изолируют электрод от "земли" и погружают его под слой спокойного шлака, измеряют индуктивность L контура: электрод-шлаковая ванна-корпус агрегата, при различных частотах ω рабочего напряжения, определяют окисленность шлака по величине измеренной индуктивности. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что окисленность определяют по положению локального максимума на кривой L - ω, которому соответствуют резонансные частоты, лежащие в интервале 0,5 - 1,0 КГц.