Способ контроля уровня ванны в конверторе Советский патент 1985 года по МПК C21C5/30 

П

Изс бретение относнГся к черно мота.1итургин, конкретнее к контролю и регулированию к пело род но-к о FIBS propНой плавки.

Цель изобретения - повышение надежности и точности контроля уровня ванны в конверторе.

Нижняя граница (бОГц) акустического диапазона соответствует моменту полного заглубления кислородных струй в пшакометаллическую эмульсию и определена срывом генера 1;ии звука по предлагаемому механизму. Верхняя граница (200 Гц) установлена, исходя из условий устранения влияния других источников звука в конверторе, не отражающих изменение уровня ванны в режиме открытых струй.

Нижняя граница (40 Гц) выбранного диапазона изменения величины вибросмещений фурмы установлена с целью исключения собственных резонансных частот вибрации фурмы и вибродатчика, которые обычно ниже 40 Гц, а также частот колебаний фурмы от воздействия процессов в реакционных зонах. Верхняя граница (250Гц) этого диапазона исключает неоднозначность при расшифровке сигнала, в частности

влияние процессов обезуглероживания.

Частота шума продувки, как параметр колебательного процесса, более устойчива к помехам, чем амплитуда, и при прохождении звука через разнородные среды внутри конвертора она практически не меняется. Ее изменение может быть связано только или с изменением характеристик генератора шума, или заменой одного типа генератора другим. В результате проведенных промьпиленных и лабораторных исследований для режи1 1а открытых струй получена устойчивая зависимость изменения частоты шупа продувки в диапазоне 60 - 200 Гц от расстояния Н от торца головки фурмы (среза сопел) до пойерхностных частей ванны жидких (металл и шлакометаллическая эмульсия) и твердых (металлолом, сыпучие) . Изменение величины сигнала частоты шума прямо пропорционально именению расстояния Н: с увеличением Н увеличивается величина сигнала.

Полученную экспериментально в режиме открытых струй в диапазоне 60 290 Гц зависимость частоты шума продувки от высоты торца фурмы до поверностных частей ванны можно объяснить

P.2

иг,Ч(1дя ил теоретических ocnoFi акустики и гпдрогазодинамики. Так, в экспериментально установленном низкочастотном диапазоне источником звука (шума) являются процессы ударного взаимодействия кослородньгх струй с жидкой ванной конвертора или кусками выступающего металлолома. При приближении кислородных струй к поверхности -ванны происходит их проникновение в ванну. FSa поверхности ванны образуются лунки или, с точки зрения пневмогазоакустики, резонансные полости - резонаторы. Систему сопло фур мы - кислородная струя - лунка можно представить в вида генератора звуковых колебаний (подобие генератора Гартмана). Частота излучения представляемого генератора определяется при прочих неизменных условиях геометри- . ческими размерами резонатора - лунки, в первую очередь ее глубиной. При увеличении глубины снижается частота генерации. При постоянстве давления дутья, размеров сопел и их формы глубина лунки (глубина проникновения струи) зависит от высоты подъема фурмы и плотности среды (ванны) . При подъеме фурмы, т.е. увеличении расстояния Н и неизменной плотности верхних объемов ванны глубина уменьшается, частота генерации увеличивается. При вспенивании ванны (уменьшении расстояния Н) и неизменной высоте фурмы плотность среды уменьшается, глубина лунки увеличивается, значит уменьшается частота генерации. Ударное взаимодействие кислородной струи с твердым металлоломом также вызывает генерацию звука (в этом случае также формируется лунка), частота которого находится в названном диапазоне, зависит от высоты фурмы до металлолома и увеличивается при подъеме фурмы и удале-т.; НИИ ее от металлолома.

Таким образом, частота излучаемого звукового сигнала прямо пропорционально зависит от расстояния Н. Эта зависимость при использовании сгаженных значений сигнала с достаточной точностью может быть представленав виде прямой линии и для широко распространенных в отрасли промьшшенных условий продувки (интенсивности дутья, размеров сопел и т.п.) она сохраняется внутри интервала изменения Н от О до 3 м. Для конкретного типа конвертора и.его условий работы 3 требуется уточнение этого интервала Этого интервала вполне достаточно для обеспечения надежного контроля изменения уровня ванны в конверторе, как в начале продувки, так и в перио ды свертывания шлака. При уменьшении расстояния Н до нуля (при вспенивании ванны) частота генерируемого звукового сигнала приближается к нижней границе указанного диапазона (60 Гц). Полное заглубление кислородных струй вызывает срыв генерации, частота звука при этом переходит за нижний предел и не несет полезной информации. Однако при продувке в режиме заглубленных струй на начальном участке заглубления сигнал измения частоты шума продувки может в некоторых случаях достигать величины, не превышающей 10% от полного диапазона ее изменения. Сигнал изменения частоты шума продув ки, превышающий 200 Гц, не может быт использован, ввиду возникающей неоднозначности его зависимости от Н. Фактический уровень конверторной ванны относительно начального (нулевого) уровня жидкого металла в режиме открытых струй определяется при вычитании из высоты подъема фурмы относительно начального уровня ванны (Нф) расстояния Н, определяемого по предлагаемому способу. Согласно теоретическим основам акустики в неоднородной среде звук уклоняется в сторону, где скорость звука меньше. Так как в газообразной среде скорость звука растет с температурой, то звук будет отклонят ся в сторону более холодного газа (воздуха). Эти теоретические положения справедливы и для условий распространения звука в конверторе. Поэтому предложено новое место отбора звукового сигнала - у сталевыпускного отверстия конвертора, т.е. место куда также устремляется звук из полости конвертора. Однако эта точка отбора сигнала наиболее удалена от источников помех - тракта подачи сыпучих и газового затвора фурменного окна, а необходимость в применении каких-либо волноводов при измерении частоты акустического сигнала отпада ет, так как надежно измерять и фиксировать частоту малых звуковых коле баний способна практически любая сов ременная, предназначенная для этих 84 целей, аппаратура средней чувствительности. Сигнал изменения горизонтальных вибросмещений кислородной фурмы в месте ее крепления в диапазоне 40 250 Гц, как показали промьгашенные эксперименты, однозначно характеризует изменение высоты шламометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой в режиме заглубленных струй. Эта экспериментальная зависимость объяснима с точки зрения современны : представлений гидрогазодинамики конверторной ванны. При больших скоростях внедрения кислородных струй в металл (шлакометаллическую эмульсию) происходит образование большого количества разных по объему газовых полостей, которые, поднимаясь вверх, выбрасываются (выплескиваются) на поверхность ванны, создавая толчки, воздействующие через шлакометаллическую эмульсию на кислородную фурму, и вызывая ее вибрацию с частотой этих толчков. При своем движении вверх эти полости претерпевают непрерывные случайные формоизменения, колеблются в различных направлениях и при встрече с другими полостями, в основном, .меньшего объема смыкаются с ними и образуют полости большого объема. Чем длиннее их путь (чем больше высота шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой), тем большего объема газовые полости достигают поверхности ванны и тем сильнее их воздействие на фурму и большие ее вибросмещения они вызывают. Таким образом, при заглублении фурмы, т.е. при увеличении высоты шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой, происходит прямо пропорциональное этому увеличению величины вибросмещений кислородной фурмы в диапазоне 40 - 250 Гц. Точка отбора си.гнала горизонтальных вибросмещений фурмы (установки вибродатчика; выбрана в наиболее доступном для обслуживания месте крепления фурмы к каретке, так как кислородная фурма представляет собой цельнометаллическую достаточно жесткую конструкцию, колебания по которой передаются практически не искажаясь. Рассмотренная зависимость величины вибросмещений фурмы от высоты шлакометаллической эмульсии при использовании сглаженных значений cигнat

ла может быть представлена в виде прямой линии. В режиме открытых струй сигнал вибросмещений Фурмы имеет фоновый уровень, который устанавливают на шкале вторичного прибора в качестве нулевого уровня (индикатора отсутствия контакта фурмы с ванной) , не превышающего 10% от полного регистрируемого диапазона изменения .

Фактический уровень конверторной ванны относительно начального ее уровня в режиме закрытых струй определяется суммированием высоты подъема фурмы F1 ф и высоты шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой и определяемой по предлагаемому способу.

.На фиг. 1 - 4 представлены кривые изменения вибросмещений кислородной фурмы и частоты шума продувки в указанных частотных диапазонах для одной из промышленных плавок, показаны графики нанесенных управляющих воздействий; на фиг. 5 - номограмма для определния уров-ня ванны в конверторе по предлагаемому способу.

В режиме открытых струй в начале плавки в течение первых 6-ти мин полезную информацию несет сигнал изменения частоты шума продувки Hj,, (фиг. 3) в диапазоне 60 - 200 Гц. Сигнал изменения величины вибросмещений кислородной фурмы ВС(ь (фиг, 4) в этом периоде времени не информативен. Его регистрация на нулевом уровне (не более 10% шкалы прибора) говорит лишь о том, что система контроля вибросмещений находится в рабочем состоянии и контакт фурмы со шлакометаллической эмульсией отсутствует. При постоянной высоте Нср подъема фурмы относительно-начального (нулевого) уровня ванны (фиг. 2) сглаженный сигнал Чц) возрастает (участок АБ, фиг. 3). Это говорит о том, что выступающий из жидкой ванны металлолом оплавляется и оседает, а расстояние от торца фурмы до его верхних частей, пропорциональное величине сглаженного сигнала Ч, увеличивается. Последующее ступенчатое (при относительно небольшой величине ступенек) уменьшение высоты Нр приводит к уменьшению величины сглаженного сигнала Чщ (участок БВ), что соответствует предлагаемому механизму генерации звука (с уменьшением расстояния при п;)очих неизмегтных условиях, в частности неизменном минутном расходе кислорода Q (фиг. 1), увеличивается глубина лунок в твердом металлоломе и уменьшается частота звука). Дача порции извести (И) массой 3 т на 3-й минуте особо не отражается на величине и характере изменения сигнала Ч|. Значительной величины ступенчатое уменьшение Нф в конце 3-й минуты отслеживается довольно резким уменьшением сигнала Ч ( (начальный период участка ВГ). На участке ГЦ на сглаженной кривой сигнала Ч этот сигнал уменьшается при постоянной высоте ЕО,, что говорит об уменьшении плотности среды, т.е. твердый металлолом осел не только под уровень жидкого металла, но и опустился настолько, что лунки сформировались в жидкой Фазе. Дальнейшее довольно быстрое уменьшение сигнала Чцд (участок ДЕ) связано с дальнейшим уменьшением плотности верхних объемов ванны, т.е. с ее вспениванием, поэтому точка Д характеризует начало вспенивания конверторной ванны. Уменьшение сигнала 4i в точке Е до нуля говорит о начале заглубления кислородных струй, а одновременно увеличение сглаженного сигнала ВС m говорит о наличии контакта кислородной фурмы со вспененной конверторной ванной, подъеме уровня ванны и увеличении высоты шлакометалличбской эмульсии. Величина возросшего сглаженного сигнала ВС пропорциональна высоте шлакометаллическай эмульсии, контактирующей с фурмой.

Из оценки информативности кривых изменения Ч и ВС,, во второй половине плавки сл.едует, что при смене режимов истечение кислородных струй они сменяют друг друга. Так при свертывании шлака на 9-й и 10-й минутах возникает режим открытых струй, и на этих интервалах зарегистрирован сигнал Чц|, величина которого пропорциональна расстоянию от торца фурмы до уровня ванны, величина сигнала ВСл в это время снижается до фонового уровня. Интенсивное вспенивание конверторной ванны на 1t - 13-й минутах, вызванное дачей плавикового шпата ( Ml ) и подъемом фурмы, отражает сигнал ВС,р, причем верхние предельные значения этого сигнала (участок ЖЗ) соответствует ио времени имевшим место интенсивным выбросам (В) шлакометаллнческой эмульсии. Сигнал Чц, при этом не зарегистрирован. Номограмма, представленная на фиг. 5, отражает зависимости фактиче кого уровня ванны Hg относительно на чального для режима открытых струй: fe Нф - , (прямые линии, параллельные отрезку прямой Н св. прел, j каждая из которых соответствует определенной высоте подъема фурмы , и для режима заглубленных струй: Hg Нф + KjBCq, (прямые линий, параллельные отрезку ОМ, также соответствуюгцие определенной высоте Нт) . Коэффициенты К и К устанавливают для конкретных условий работы конвертора Они определяют углы наклона базовых отрезков прямых. Нф прел- L и ОМ. Н ср. пред, предельная (максимальная) высота подъема фурмы, до которой сохраняются условия генерации звука по предлагаемому механизму. , максимальное расстояние от среза гор ловины конкретного конвертера до начального уровня жидкого металла в нем (обычно оно присуще условиям предельно изношенной футеровки конвертора) . По оси абсцисс на данной номограм ме откладывают сглаженные значения сигналов ВС„, и Ч j в процентах шкалы приборов, предназначенных для регист рации, а по оси ординат определяют уровень ванны Н в метрах. Например, для условий, при которых разработана номограмма на фиг. 5, на бдной из плавок в начале продувки в режиме открытых струй в некоторый момент времени величина сглаженного сигнала Чц-г равна 55% шкалы прибора, а величина сигнала ВСд, не ппевьш1ает 10% шкалы. Восстанавливая перпендикуляр из точки 55% на оси абсцисс до одной из параллельных линий, соответствующей высоте Hqj, подъема фурмы в данный момент времени (точка f на этой линии, Аиг. 5) и опуская из точ ки t перпендикуляр на ось орди- . нат, получаем фактическую высоту ванны относительно начального уровня Нщ. В другой момент времени в середине этой плавки в режиме заглубленных струй величина сглаженного сигнала ВСда , например, равна 32% шкалы прибора, а сигнал Ч отсутствует (или не превьш1ает 10% шкалы). В это время фурма занимает новое положение, высота ее подъема равна Нф. Восстанавливая перпендикуляр из точки 32% на оси абсцисс до линии, соответствующей Н (р (точка q, фиг. 5) и опуская из точки q перпендикуляр на ось ординат, получаем фактическую высоту ванны в конвергоре относительно ее начального уровня Н 5 . Если Н .д, - фактическое расстояние от среза горловины конвертора до начального уровня жидкого металла в нем на рассматриваемой плавке, то для второго момента времени высота пустой верхней части полости конвертора буде(г равна Ь„ фиг. 5).

СПОСОБ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ВАННЫ В КОНВЕРТОРЕ путем измерения виброакустических параметров, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности и точности контроля, непрерывно измеряют частоту акустического сигнала у сталевыпускного отверстия в диапазоне 60 - .; 200 Гц, величину горизонтальных вибросмещений кислородной фурмы в месте / - 1/ (г,, / ее крепления в диапазоне 40 - 250 Гц и высоту подъема фурмы относительно начального уровня жидкого металла в конверторе, причем в режиме открытых струй расстояние от торца головки фурмы до поверхностных частей ванны определяют по величине сглаженного сигнала изменения частоты шума продувки при величине вибросмещений кислородной фурмы, не превьшающей 10% от полного регистрируемого диапазона ее изменения, и вычитают из высоты подъема фурмы, а в режиме заглубленных струй высоту шлакометалс S лической эмульсии, контактирующей с фурмой, определяют по величине (Л сглаженного сигнала вибросмещений кислородной фурмы при величине сигма ла изменения частоты шума, не превышающей 10% от полного диапазона ее изменения, и прибавляют к высоте подъема фурмы. X 9) 9д 1 X)

ttftt