Устройство для контроля положения фурмы относительно поверхности конверторной ванны Советский патент 1984 года по МПК C21C5/30 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к контролю кислородно-конверторного процесса производства стали. Известно устройство для определен Начального положения продувочной фур мы относительно уровня расплава, содержащее расположенные в корпусе фур мы два дополнительных коаксиальных газовых канала, служащих для подвода газообразной среды в полость конвертора- через свои сопла, одно из которых расположено в месте контакта тор ца головки фурмы с поверхностью металлической ванны, а другие - на некотором удалении от торца головки фу мы. Между газовыми каналами в фурме и газопроводными трубами вставляются полые тела с помещенными в лих элементами прибора для измерения перепа да давления газообразной среды, кото рый возникает при касании торцом го.ловки фурмы с расположенным на нем дополнительным соплом поверхности жидкого расплава. Для балансировки расходов дополнительной газообразной среды в одну из газопроводных труб вставляется .дросселирующий прибор lj Основным недостатком этого устрой ства является не только принципиальная неизбежность контакта головки фурмы с жидким расплавом, но .и гаран тия такого контакта из-за выбега механизма перемещения фурмы при оста новке ее в определяемой нулевой точке. Помимо этого к недостаткам устройства следует отнести усложнение конструкции фурмы, особенно ее голов ки, дополнительные трудности при смене головки, а также необходимость постоянной подстройки индикаторного блока устройства или балансировки расходов газообразной среды из-за постоянного налипания частиц металла и шлака на боковую поверхность фурмы и изменения проходного сечений вспомогательных сопел. Известно также устройство для .контроля расстояния фурмы от поверхности металла и шлака, содержащее прикрепленный к торцу кислородной фурмы и погружаемый в конверторную ванну стержень, нижний конец которого помещен в стакан. Так как дно с.такана в 5-10 раз тоньше его стенок, то при выдержке его некоторое время погруженным в ванну оно разрушается раньше, чём стенки, и металл заполняет стакан. При подъеме фурмы стержень сохраняет следы металла. С помощью этого устройства удается устанавливать более .четкие границы контакта стержня со шлаком и металлом и, следовательно, надежнее определять расстояние от торца фурмы до поверхности металла 2j . Однако процесс замера весьма трудоемкий и практически не поддается автоматизации. Кроме того, при, опускании фурмы со стержнем в ванну конвертора весьма трудно выполнить условие, чтобы верхняя часть (примерно половина) закрепленного на стержне стакана оставалась непогруженной в ванну.. Известно также устройство для контроля положения фурмы относительно поверхности жидкого металла, содержащее установленные на головке фурмы мерный штырь, а в верхней части фурмы ей соосно - замкнутый магнитопровод с катушкой, соединенной с источником переменного тока через обмотку сигнального реле, а также с конденсатором, емкость которого выбрана из условия резонанса контура при отсутствии контакта между штырем и металлом. При опускании .фурмы и замыкании контура фурма - штырь металл - кладка - земля - фурма образуется короткозамкнутый размагничивающий виток, вследствие чего индуктивное сопротивление намагничивающей катушки уменьшается (нарушается резонанс напряжений или токов), резко возрастает питающий ток и сигнальное реле позволяет определить момент контакта штыря с металлом, а-значит, и расстояние фурмы от поверхности металла з1 . Однако из-за таких отрицательных факторов, как нахождение намагничивающей катушки в условиях воздействия высоких температур (особенно при поднятой фурме с раскаленной скрапиной на ней), постоянного налипания на не.е металлической пьши, а также ненадежной электропроводности футеровки конвертора, требующей специальных мер, например, графитовых вставок, ослабляющих футеровку, данное устройство не наашо широкого применения. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для определения высоты фурмы относительно поверхности конверторной ванны, содержащее мерной длины металлический щуп-стержень.

укрепленный в пробке, которая встав.лястся в сопло фурмы. Щуп через пробку электрически связан с электроизолированнрй кислородной фурмой. Устройство, содержит также преобразователь угла поворота вала лебедки подъема фурмы в дискретные сигналы, реверсивный счетчик и цифровой индикатор высоты фурмы, источник тока с заземленным одним из полюсов, детектор-блок обнаружения поверхности металла по ступенчатому увеличению входного сигнала, включенный последовательно в цепь: источник тока фурма - щуп. При опускании кислородной фурмы и соприкосновении щупа с поверхностью металлической ванны через жидкий металл, футеровку и заземленный корпус конвертора замыкается электрическая цепь от источника тока, что фиксируется с помощью блока обнаружения поверхности металла по ступенчатому увеличению входного сигнала Счетчик и цифровой индикатор высоты фурмы показывают положение фурмы при подъеме и опускании ее. При этом учитывается первоначальное расстояние между торцом фурмы и поверхностью жидкого металлапо .заведомо известной длины щупа. Пробка со щупом при работе кислородной фурмы вьщувается из

сопла струей кислорода Недостатком известного устройства

является невысокая надежность устройства из-за нестабильности электропроводности футеровки конвертора. Эдектрическая проводимость футеровки меняется как по ходу кампании, так и в течение одной плавки. Это отражается на величине сигнала, фиксируемого блоком обнаружения поверхности металла, который может допускать сбои. Кроме того, электрическая изоляция кислородной фурмы требует усложнения ее конструкции и дополнительных капитальньк затрат. Положение усугубляется налипанием на конструкции фурмы электропроводной пыли.

Цель изобретения - повышение надежности устройства и обеспечение воз можности применения его для электрически неизолированных кислородных фурм. Указанная цель достигается тем,

что устройство для контроля положения фурмы относительно поверхности конверторной ванны, содержащее мерной длины щуп, блок обнаружения поверхнос ти ванны, последовательно соединенные прр разователь угла поворота вала

лебедки подъема фурмы в дискретные сигналы, реверсивный счетчик и индикатор высоты фурмы, дополнительно содержит дистанционно управляемый отсекающий клапан, измерительный преобразователь давления в электрические сигналы и блок ввода поправки причем вход измерительного преобразователя соединен с кислородоподводя- щим трактом фурмы через дистанционно управляемый отсекающий клапан, а выход измерительного преобразователя соединен с входом блока обнаружения поверхности ванны, первый выхо которого соединен с электроприводом управления лебедкой, второй выход с приводом дистанционно управляемого отсекающего клапана, а третий выход с одним из входов реверсивного счетчика, с другим входом которого соединен блок ввода поправки, а мерной длины щуп выполнен в виде полого симметричного усеченного конуса, установленного основанием на головке фурмы и проходное сечение которого по крайней мере в полтора .раза меньше суммарного проходного сечения сопл фурмы.

Обнаружение поверхности спокойной конверторной ванны с помощью предлагаемого устройства осуществляется при опускании фурмы автоматически путем создания дросселирующего узла сопло - заслонка -и фиксировании резкого (почти ступенчатого) повьшения давления в кислородном тракте фурмы. Функции заслонки при этом выполняет поверхность конверторной ванны, а функции сопла - полый симметричный усеченный конус, надеваемый на головку фурмы.

Назначение полого конуса - объединять газовые потоки через сопла мнегосспловой фурмы в один поток струю, и являться промежуточным связующим звеном, отделяющим головку фурмы от жидкой ванны. Полый усеченный конус изготавливается из жести (например, кровельного железа), надевается щирокой частью (основанием) на головку фурмы, на ее начальную боковую поверхность, котЬрая всегда бывает свободной от налипания пшакометаалических частиц, и удерживается на головке фурмы за счет некоторого натяжения, создаваемого подпружиненной частью основания конуса. Полый конус-щуп является расходуемым элементом устройства. Для каждого очередного замера необходим новый конус После замера он сдувается с головки фурмы основным дутьем и попадает в ванну конвертора. В газокислородный тракт фурмы при замере подают незначительное количество обычного технического кисло рода (или инертного газа) при постоянном расходе, обеспечивающем малое давление в тракте, не превьшающее 500 Па, При таком давлении истекающая из сопла-конуса струя не создает лунки на поверхности конверторной ванны при приближении к ней конуса, а также довольно надежно удерживается конус на головке фурмы и обеспечи вается высокая чувствительность и экономичность замера. Допускается плавное изменение расхо (а (давления) газовой среды. Резкое увеличение давления в кислородном тракте происходит при дости жении расстояния между торцом конуса и поверхностью ванны, меньшего критической величины (когда площадь проходного круглого сечения конуса будет больше, чем площадь кольцевой щели между конусом и поверхностью ва ны) . Поскольку скачок давления удобно фиксировать, например, электроннй блоком известных конструкций и принципа действия, так называемым блоком обнаружения поверхности ванны, то для преобразования сигналов давления в электрические сигналы применен измерительный преобразователь. Этот преобразователь, рассчитанный на диапазон входного давления, равный 0-1000. Па, подсоединяется к кислородному тракту только на время замера с помощью дистанционно управляемого отсекающего клапана. Для того, чтобы избежать дросселирующего эффекта сопел фурмы (чтобьг резк.ое возрастание давления при приближении конуса к ванне происходило в газокислородном тракте фурмы, а не |Только в полости конуса), проходное сечение полого конуса должно быть по крайней мере в полтора раза меньше суммарного проходного -сечения сопел фурмы. При обнаружении поверхности вертррной ванны (фиксировании момента резкого повьшения давления в кислород ном тракте) с помощью сигналов, форми руемых блоком обнаружения поверхнос126ти ванны, происходит остановка фурмы и отсечка от кислородного тракта измерительного преобразователя. Однако за счет инерционности механизма привода фурмы и преобразователей сигналов неизбежны выбег фурмы и погружение конуса в ванну конвертора на некоторую глубину, постоянную для условий работы конкретного конвертора. Используя для замера одинаковые мерные конусы-щупы и экспериментально установив глубину погружения конуса в ванну, можно определить фактическое расстояние между торцом фурмы и поверхностью конверторной ванны и задавать его в виде поправки в счетчик высоты фурмы с ломощью блока ввода поправки. На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - узел I на фиг. 1. Устройство для контроля положения фурмы относительно поверхности конверторной ванны содержит мерной длины щуп 1 (фиг. Т и 2) в виде полого симметричного усеченного конуса из листовой стали (кровельного железа) , преобразователь 2 угла поворота вала лебедки 3 подъема фурмы 4 в дискретные сигналы, реверсивный счетчик 5 и цифровой индикатор 6 высоты. фурмЫ блок 7 обнаружения поверхности 8 конверторной ванны, дистанционнб управляемый отсекающий клапан 9, измерительный преобразователь 10 давления в электрическиесигналы и блок 11 ввода поправки. Щуп в виде полого конуса перед замером надевают основанием на головку 12 (фиг, 2) кислородной фурмы 4, где он удерживается за счет натяжения, создаваемого подпружиненной . частью основания 13 конуса. Преобразователь 2 угла поворота вала лебедки в дискретные сигналы кинематически связан с валом лебедки, а его выход соединен с одним из входов реверсивного счетчика 5 высоты фурмы. Выход реверсивного счетчика 5 соединен с входом цифрового индикатора 6 любой .известной конструкции, количество разрядов которого определяется полной высотой подъема фурмы и необходимои точностью замера. Обычно достаточно четырех разрядов. В качестве измерительного преобразователя 10 может быть применен дифманометр на перепад давления до 1000 Па, дополненный узлом преобразования и нормирования выходного электрического сигнала или имеющий таковой, например дифманометр системы Сапфир-22. Вход измерительного преобразователя соединен с технологическим кислородоподводящим трактом 14 через дистанционно управляемый отсекающий клапан 9, имеющий, например, электромагнитное управле-. ние. Выход измерительного преобразователя 10 соединен с входом блока 7 обнаружения поверхности ванны, который включает последовательно соединенные узлы демпфирования, дифференцирования, пороговый элемент и релей ный усилитель мощности сигналов. Оди из выходов блока 7 соединен с вторым входом счетчика 5, а другие два выхода - соответственно с электроприводом управления положением фурмы и приводом дистанционно управляемого отсечного клапана 9. Блок ввода поправки может представлять собой, например, набор декадных переключателей, последовательно соединенных с. дешифраторами десятичного кода в двоично-десятичный. Выходы дешифрато ров соединены с входами параллельной записи соответствующих декад реверсивного счетчика 5. Количество переключателей и дешифраторов выбирают исходя из размерности поправки. Обычно достаточно двух переключателей и двух дешифраторов к ним. Необходимый для замера малый расход кислорода подается в газокислородный тракт фурмы приоткрытием технологического кл{1пана 15. Устройство работает следующим образом. Перед контролем фурму 4 поднимают в крайнее верхнее положение и на головку фурмы, на ее начальную боковую поверхность, всегда свободную от налипания шлако-металлической эмульсии вручную или. с помощью автоматического манипулятора надевают подпружинен ным основанием полый конус-щуп 1. За тем фурму 4 опускают в конвертор, при этом одновременно открьшают дистанционно управляемый отсечной клапан 9 сообщая измерительную камеру преобра зователя 10 с кислородоподводящим трактом 14, и приоткрывают на заране установленную величину технологический клапан 15 (клапан 15 должен пропускать такой расход кислорода, которьш обеспечивал бы давление в тракте, не превьш1ающее 500 Па). Это небольшое количество кислорода постоянного или плавно изменяющегося расхода через клапан 15 поступает в кислородоподводящий тракт 14 и далее к соплам фурмы в ее головке и во внутреннюю полость конуса 1. В кислородоподводящем тракте фурмы устанавливается некоторое постоянное или плавно изменяющееся давление. При приближении торца конуса 1 к поверхности ванны на расстояние h d/4 (фиг, 2), где d - внутренний малый дизметр конуса (условие, когда площадь проходного сечения конуса станет больше площади,коль цевой щели между торцом конуса и поверхностью ванны), давление в кислородоподводящемтракте 14 и в измерительной камере преобразователя 10 резко возрастает, при этом резко.возрастает выходной электрический сигнал преобразователя 10, который будет зафиксирован соединенным с ним блоком 7. Блок 7 обнаружения поверхности конверторной.ванны выдает сигналы наотключение привода фурмы (на ос-, танов фурмы), на закрытие клапана 9 и на сброс показаний на счетчике 5. Фурма 4 останавливается, но за счет инерционности механизма привода и преобразователей сигналов, конус 1 погружается в ванну на некоторую глубину Ь., (фиг. 2). Сформированный блоком 11 сигнал поправки, соответствующий фактическому расстоянию дН между торцом головки фурмы и поверхностью конверторной ванны, поступает на один из входов реверсивного счетчика 5 и далее на индикатор 6, который в виде десятичного числа представляет начальное фактическое расстояние между фурмой и поверхностью конверторной ванны. При дальнейшем подъеме (или опускании) фурмы преобразователь 2 постоянно выдает счетные импульсы в реверсивный счетчик 5,, которые суммируются (или вычитаются) с сигналом поправки fiH, и на подключенном к счетчику индикаторе 6 суммарный сигнал, преобразуясь в число, отражает фактическое расстояние между торцом головки фурмы и поверхностью конверторной ванны. После замера подается импульс на клапан 9, который отсекает преобра91

зователь 10 от кислородного канала 14 а полый конус-щуп сдувается кислородным дутьем с головки фурмы.

За счет повышения точности и надежности контроля расстояния между фурмой и поверхностью конверторной ванны улучшаются условия ведения процесса по заданным режимам и его оптимизации (по сравнению с известФиг. /

12 . 10

ным устройством), что, в свою очередь, вызывает повышение производительности агрегатов и улучшение качества выпускаемой стали . Ожидаемый годовой экономический эффект для конверторного цеха с производительностью 3,0 млн.т ста ли в год составит около 130 тыс.руб. К приводам поз.3и9

Фиг. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ФУРМЫ ОТНОСИТЕЛЬНО ПОВЕРХНОСТИ КОНВЕРТОРНОЙ ВАННЫ, содержащее мерной длины щуп, блок обнаружения поверхности ванны, последовательно соединенные преобразователь угла поворота вала лебедки подъема фурмы в дискретные сигналы, реверсивный счетчик и индикатор высоты фурмы, отличающееся тем, что. с целью повышения надежности устройства и обеспечения возможности применения его для электрически неизо. лированных кислородных фурм, оно до-. полнительно содержит дистанционно управляемый отсекающий клапан, измерительньй преобразователь давления в электрические сигналы и блок ввода поправки, причем вход измерительного преобразователя соединен с кислород опров о дящим трактом фурмы через , дистанционно управляемый отсекающий клапан, а выход измерительного преобразователя соединен с входом блока обнаружения поверхности ванны, первый выход которого соединен с электроприводом управления лебедкой, (Л второй выхад - с приводом дистанционно управляемого отсекающего клапана, а третий выход - с одним из входов реверсивного счетчика, с другим входом которого соединен блок ввода поправки, а мерной длинй щуп выполнен в виде полого симметричного усеченного со конуса, установленного основанием о на головке фурмы и проходное сечение Од которого по крайней мере в полтора раза меньше суммарного проходного сечения сопл фурмы.