Устройство для контроля износа футеровки кислородного конвертера Советский патент 1983 года по МПК C21C5/30 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю состояния огнеупорной футеровки металлургического агрегата, и может быть использовано в сталеплавильном производстве.

Известно устройство для контроля износа футеровки кислородного конвертера, содержащее два датчика температуры, заложенных в футеровку, датчик резкого изменения температуры, блок измерения температуры, блоки определения промежутков времени между резким изменением температурного режима агрегата и изменением температур в фиксированных точках футеровки и блок деления и указания, причем выходы первого и второго датчиков температур подключены ко входам датчика резкого изменения температуры и блока измерения температуры соответственно, выходы которых соответственно подключены ко входам блоков определений промежутков времени между резким изменением температурного режима агрегата и изменением температуры в фиксированных точках футеровки, а выходы двух последних блоков подключены к первому и второму входам блока деления и указания l 3К недостаткам известного устройства относится низкая надежность, обусловленная необходимостью повторной закладки датчиков температур в футеровку при ремонте сталеплавильного агрегата между кампаниями, а также осуществлением электрической связи между электродами, расположенными на подвижном сталеплавильном агрегате, например кислородном конвертере, и аппаратурой контроля износа футеровки. Действ1/1тельно, попадание расплавленного металла и шлака во время выбросов, переливов шлако-металлической эмульсии на электрическую проводку, связывающую датчики температур, расположенные на подвижном сталеплавильном агрегате, напримеркослородном конверторе, и аппаратурой контроля износа футеровки,расположенной на центральном пульте управления конвертером, может привести к.выходу устройства из строя,

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее установленные в футеровке электроды, источник питания, блок определения среднего значения электропроводности участков футеровки, блок определения максимального значения электропроводности футеровки, усилитель с узлом сравнения, регистрирующий прибор и сигнализатор, причем один из полюсов источника питания соедине с частью электродов через последовательно включенные блоки определения среднего и максимального значений электропроводности участков футеровки, а другая часть электродов непосредственно соединена с другим полюсом источника питания, выходы блоков определения среднего и максимального значений электропроводности участков футеровки поделюченй ко входам усилителя с узлом сравнения, а выход последнего через регистпирующий прибор подключен ко входу сигнализатора.

Устройство работает следующим образом.

. От источника питания протекает ток через замкнутую измерительную цепь: общий вывод части электродов- . датчиков, участки футеровки, металл, изолюованные электроды-датчиХи,блрк определения максимального значения

электропроводности футеровки, .йшэк-, определения среднего значения электропроводности футеровки. Выходные сигналы указанных блоков подаются на усилитель с узлом сравнения, где происходит сравнение сигналов и усиление их разности. Регистрирующий прибор контролирует выходное напряжение усилителя, которое подается на сигнализатор 2 .

В случае нормального состояния футеровки тока проводимости участка футеровки равны или отличаются на небольшую величину, поэтому на выходе усилителя устанавливается минимальное напряжение и сигнализатор выключен.

Если при некотором участке футеровки появляется локальное разрушени заполненное металлом, то токи проводимости между общим выводом электродов-датчиков и ближайшими к участкам разрушения футеровки электродами увеличивается. Это вызывает-увеличение выходных сигналов блоков определения максимального и среднего значения электропроводимости учасков футеровки. Степень увеличения сигналов различна, поэтому на выход усилителя напряжение увеличивается. При дальнейшем разрушении футеровки вылодное напряжение усилителя достигает -порога чувствительности сигнализатора i который выдает световой и звуковой сигналы и в случае необходимости оператор останавливает процесс в агрегате. . При использований этого устройства требуется повторная закладка электродов в футеровку при ремонте сталеплавильного агрегата между кампаниями а также осуществление многопроводной электрической связк между электродами, расположенными на подвижном.сталеплавильном агрегате, например, кислородном конвертере и anпаратурой контроля износа футеровки. Кроме того, попадание расплавленного металла и шлака ,во время выбросов, переливов шлако-мета/1лической эмулы сии на электрическую проводку, саязываю(цую электроды, расположенные на подвижном сталеплавильном агрегате, например кислородном конвертере, и аппаратуру контроля износа футеровки, расположенную на центральном пулы те управления конвертером, может привести к выходу устройства из строя т.е. известное устройство имеет низкую надежность. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение надежности устройства. Поставленная цель достигается тем, что в устройствоJ содержащее источник питания, два электрода, регистрирующий прибор, сигнализатор, введены вычислительный блок, добавочное сопро тивление, коммутатор, преобразователь напряжение-ток, при этом первый элект род подсоединен к первому входу преобразователя напряжение-ток, второй вход которого, заземлен, второй электрод подсоединен к первому входу коммутатора, а второй вход коммутатора через добавочное сопротивление подсоединен к первому выходу ника питания, другой выход последнего заземлен, выход преобразователя напряжение-ток подсоединен ко входу вычислительного блока, первый, второй И третий выходы вычислительного блока

подсоединены, соответственно, ко аХодам регистрирующего прибора, сигнализаторс1 и управляющему входу коммутатора, причем в качестве двух электро дов используется фурма и корпус кон- 55 вертера.

На фиг.1 изоб{ ажена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.210

цифровой преобразователь 12 со входами первого бесконтактного модуля 1 управления, второго бесконтактного модуля 15 управления и третьего бесконтактного модуля 16 управления, а выход первого бесконтактного модуля I уп|эавления соединен со входом преобразователя код-ток 17 5 эквивалентная схема электрической цепи фурма-земля-корпус-футеровкарасплав-фурма; на фиг.З - структура одного из вариантов вычислительного блока; на фиг. - диаграмма изменение, сопротивления футеровки конвертера. Устройство содержит первый электрод 1, вторс электрод 2, коммутатор 3, добавочное сопротивяе-; ние , источник 5 питания, преобразователь 6 напряжение-ток вычислительный блок 7, регистрирующий прибор 8, сигнализатор 9- . Первый электрод 1 может быть пред-. ставлен, например, в виде кислородной фурмы,второй электрод может быть представлен, например, в виде корпуса кислородного конвертера, Коммутатор 3 может быть представлен в виде серийно выпускаемого модуля управления бесконтактного (МУБ ), например, типа А641-8, добавочное сопротивление t может быть представлено в виде -резистора, например, типа тВО-60-20м110 OIO.itSj.OBS ТУ, при этом величина добавочного сопротивления выбирается равной .величине сопротивления участка электрической цепи корпус-земля, так как при к-з величина общего сопротивления участка электрической цепи корпус-земля уменьшится в два раза, т,е, достигается максимальное изменение величины общего сопротивления электрической цепи фурма-зeмля-кoprfyc-фyтepoвкa-pacплaвфурма,и источник 5 питания представляет собой источник постоянного тока,например, типа БП5 на напряжение 1В и ток до 2А.Преобразователь 6 напряжение-ток представляет собой j например, серийно-выпускаемый нормирующий измерительный преобразователь типа НП-5-&1. Вычислительный блок 7 может быть представлен, например, в виде серийно изготавливаемого ЭВМ СМ-1. Вычислительный блок 7 содержит, например модуль 10 нормализации, выход которого соединен с бесконтактным коммутатором 11, .связанным через аналогоS102Регистрирующий прибор 8 может быт представлен в виде самопишущего прибора, например типа КСП-. Сигнализатор 9 может быть представлен в виде звукового сигнализатора, например типа ДЭН-. Устройство работает следующим образом. По ходу плавки в режиме заглубленной струи в электрической цепи фурма-земля-корпус-футеровка-расплавфурма протекает ток. Сигнал о величине разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля преобразуется в токовый сигнал в диапазоне, например, от О до 5 мА в пре образователе 6 напряжение-ток. Сигнал с выхода преобразователя 6 напряжение-ток поступает на вход вычислительного блока 7. В вычислительном блоке 7 запоминается для данного момента времени величина разности потенциалов в электрической цепи фурмаземля при разомкнутых контактах коммутатора 3, потом по управляющему сигналу вычислительного .блока 7 коммутатор 3 замыкает электрическую цепь от выхода источника 5,питания через добавочное сопротивление со вторым электродом 2 (.корпус агрегата . Велиг чина тока, протекающего в эле триЧеской цепи фурма-земля-корпус-футеровка-расплав-фурма изменится, что приводит к изменению разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля, В вычислительном блоке 7 запоминается для момента времени (t ) (At 1 - подбирается опытным путем и составляет 0,5-1,5 cV величина разности потенциалов б элёктрической цепи фурма-земля иф-з Ри замкнутых контактах коммутатора 3. В момент времени (t + At) -Ut подби зается oпытным путем и составляет 0,3-0,5 с по управляющему сигналу вычислительного блока 7.коммутатор 3 размыкает электрическую цепь от добавочного сопротивления Ц со вторым электродом 2 (корпус агрегата). . В вычислительном блоке информация обрабатывается в соответствии с ниже приведенной зависимостью ,) где сопротивление футеровки, Ом; i измеряемое значение разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-зем ля при разомкнутых контактах коммутатора, мК; измеряемое значение разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля при замкнутых контактах коммутатора , мВ; a,8,c,d,e постоянные коэффициенты. На выходе вычислительного блока получают сигнал, пропорциональный сопротивлению футеровки конвертера для момента времени t + dt,который регистрируется, регистрирующим ярибо-. . Величина сопротивления футеровки сталеплавильного агрегата функционально зависит от общего состояния и степени износа футеровки. В вычисг лительном блоке 7 для момента времени (t + производится сравнение со- I противления футеровки с заданным значением критическо1 о сопротивления футеровки, когда возможна аварийная ситуация. Если сопротивление футеровки меньше или равно заданному критическому сопротивлению футеровки, то выдается сигнал на сигнализатор и в случае необходимости оператор останавливает процесс в агрегате, В момент времени t + At +At2 + ( At - подбирается опытным путем и составляет 110-130 с) в .вычислительном блоке запоминается величина снова замыкается цепь коммутатора,запоминается величина сигнала U вычислительном блоке 7 определяется величина сопротивления футеровки для момента времени (t + Д12+ДСз) Я Я° ° ца плавки в определенные дискретные моменты времени определяется величина сопротивленияфутеровки, которая характеризует общее состояние и степень износа футеровки конвертера. Контроль износа футеровки сталеплавильного агрегата с помощью,предлагаемого устройства основан на следующих теоретических предпосылках. Электрическую цепь фурма-землякорпус-футеровка-расплав-фурма можно представить в виде эквивалетной электрической схемы, которая изображена на фиг.2. Источником ЭДС в данной цепи явля ется разность потенциалов, возникающая по ходу плавки на границе металл-шлак. Появление разности потенциалов на границе металл-шлак по ходу плавки объясняется ионной теорией строения шлака, согласно которому шлаки сталеплавильных процессов состоят из ионов положительно и отри.цательно заряженных частиц. По ходу плавки в конвертере при наведенном шлаке фурма погружена в ШЛако-металлическую эмульсию. В этом случае кислород, поступающий из фурмы, способствует образованию большого количества ионов кислорода в шлаке. В связи с тем, что энергия связи иона кислорода с металлов велика, определенное количество ионов О переходит в металл по реакции - .) - О (мет) + 2е Переход анионов в металл сопровождается одновременным переходом катионов железа в металл 2(глегг 0(ллрд(| +0(шл) Ре(шл) При этом двойной электрический слой и связанный с ним скачок потенциала на границе раздела металл-шлак не исчезает, так как тенденции к перемещению в металл у ионов.0 и Fe различны и определяются их энергиями связи с фазами. Если это стремление больше у иона 0, чем у то образуется двойной электрический слой с отрицательным зарядом на металле и положительным в шлаке. ОтриЦательный заряд металла тормозит переход 0 и облегчает переход Fe Повышение содержания оксида кальция в шлаке увеличивает активность ионов кислорода, что спосьбствует при соответствующей температуре ванны интенсивному окислению углерода по реакции 0(pe, (мет))- Из приведенной выше схемы видно,что обезуглероживание металла сопровождается выделением электронов, и в эт случае металл получает избыток отрицательного заряда. В данной электрической цепи фурма земля-корпус-футеровка -расПлав-фурма сопротивление участка цепи корпусфутеровка-расплав«зависит от степени износа футеровки. Сопротивление участка цепи фурма-расплав,а также внутреннее сопротивление источника ЭДС намного меньше сопротивления футеровки, т.е. R,. IE фуг Поэтому в дальнейшем при выполнении , расчетов для данной электрической цепи можно пренебречь {;рИЯф.Сопротивление участков электрической цепи фурма-земля , а также корпус-земля данного конвертера являются постоянной величиной. На основании второго закона Кирх офа при разомкнутых контактах К коммутатора для 1-го контура (фиг.2) напишем следующее уравнение ( величина ЭДС источника. В; величина тока, протекающего в 1-ом контуре при разомкнутых контактах коммутатора, А; сопротивление футеровки. Ом; R.,,j- сопротивление участка электрической цепи корпус-земля, Ом; fi.;- сопротивление участка элект.; рической цепи фурма-земля,Ом. Величину тока, протекающего в 1-ом контуре при разомкнутых контактах К коммутатора, найдем из следующего уравнения: .о. где величина тока, протекающего по участку электрической цепи фурма-земля при разомкнутых контактах коммутатора, А; изм.еряемое значение разности потенциалов на участке электрической цепи фурмаземля при разомкнутых контактах коммутатора, А. Найдем распределение токов в данной электрической цепи, при замыкании koHтактбв коммутатора. На основании второго закона Кирхгофа для 1-ого контура имеем следующее уравнение 1(ф-з- -з-«Ф т)з|;ркз « где величина тока, протекающего в 1-ом контуре при замкнуты контактах коммутатора, А; Э{{: - величина тока, протекайщего во П-ом контуре при замкнутых контактах коммутатора,А Для П-го контура имеет сле.дую1ц,ее уравнение К:., CT) г ) кгз .Ео 3 Найдем величину тока, протекающего во П-ом контуре из уравнения (7) iili is: Кк-з Ао5Подставим уравнение (8) в уравнение (6), получим Е,0(Рф..)+ (.)к-з ,, Величину тока, протекающего в 1-ом контуре при замкнутыхконтактах коммутатора, найдем из следующего уравнения:. ) где э; величина тока, протекающего по участку электрической депи фурма-земля при замкнутых контактах коммутатора, А; измеряемое значение разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля при замкнутых контак ; тах коммутатора, мВ. Интервал времени между измерением разности потенциалов на участке элект рической цепи фурма-земля при разомкнутых контактах коммутатора и измерением разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля при замкнутых контактах коммутаторов выбирается минимальным, поэтому .изменение величины разности потенциалов на границе металл-шлак бyдet минимальным, т.е. величиной изменения раз ности потенциалов на границе металлшлак за столь минимальный промежуток времени можно пренебречь.- Исходя из этого, приравняв правые части уравнений (3) и (9), получим a{R + )Ф-ат к-3 ФГ (. ф-ат) ,( К-э)К-3 .«8.-И«Ао« Подставив уравнение (5) и (10) уравнение (11) и решив относительно соп ротивлеиия футеровки Кфут-получим -зV . и - Е IИ R к.. , с„ /i,..,r4.v { К-3 %ОбК Ф-3- Ф-5) с целью упрощения зависимости (12) ведем следующие обозначения - (13) + 7) к-э одставив (13). (14), (15), (16), 17) в уравнение (12), получим u;,-t,)c М-э-Ч-з) еличина сопротивления футеровки талеплавильного агрегата функциональо зависит от общего состояния и сте- ени износа футеровки. Рассчетное значение Вф сравниватся с заданным значением критичесого сопротивления футеровки огда возможна аварийная ситуация, зависимости - критическое сопротивление футеровки, когда возможна аварийная ситуация. Ом. фvт - вычислительный Если R, блок выдает сигнал в сигнализатор. Предлагаемое устройство просто в реализаций и обладает высокой надежностью за счет того, что нет необходимости повторной.закладки электродов в футеровку при ремонте стахтеплавильного агрегата между кампаниям а также осуществления многопроводной электрической связи между электродами, расположенными на подвижном сталеплавильном агрегаге и аппаратурой контроля износа футеровки,так как в качестве электродов используются элементы технологического обо- рудования-фурма и корпус конвертера. На фиг. приведены диаграммы изменения сопротивления футеровки конвертера, полученные в кислородно-кон вертерном цехе Карметкомбината, в начале кампании кривая А на плав/ ке № 312802 и в конце кампании ( кривая Б .) на плавке № . Из этих 10 диаграмм видно, что изменение сопротивления футеровки по ходу плавки и В течение кампании функционально зависит от состояния и степени износа футеровки конвертера. Технико-экономическая эффективность от использования изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить надежность устройства для контроля степени износа футеровки конвертера. Кроме того, упрощается конструкцияустройства за счет использования в качестве электродов фурмы и корпуса конвертера. Экономический эффект от внедрения изобретения складывается из увеличения среднего числа плавок за кампанию KOHBeptepa, за счет уменьшения преждевременных остановок конвертера на ремонт футеровки. Годовой экономический эффект при производстве 4мл т стали в год будет равен 491,06 тыс.руб.

т

Фиг. 2 ft

го

fg

п

Kfym

i // л te a гв tt

. t,HM

t, . I

Ф«9Л