Способ контроля содержания углерода в ванне конвертора Советский патент 1985 года по МПК C21C5/30 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к управлени кослородно-конвертерным процессом. Цель изобретения - гювыигение точ ности контроля. На фи1. 1 приг едена блок-схема устройства для реализации предлагае мого способа; на фиг. . - блок-схем алгоритма определения скорости обез углероживания. Устройство содержит фурму 1, диф ференциальную термопару 2, измеритель 3 температуры, датчик 4 расход воды, измеритель 5 расхода воды, блок 6 начальных условий, конвертер 7, весовой бункер 8, измеритель 9 массы, источник 10 ультразвуковых колебаний, приемник 11 ультразвуковых колебаний, блок 12 определения продолжительности прохождения ультр звуковых колебаний через ванну, вычислительный блок 13 и газоход 14, Скорость прохождения ультразвука через жидкий металл, кроме температуры последнего, зависит от массобменного процесса в ванне, определяемого скоростью обезуглероживания металла. Скорость распространения ультразвука в жидкости определяют по форм ле (1) -V-. где V - скорость распространения ультразвука, м/с; Е - модуль объемной упругости жидкости, г Р - плотность жидкости, г/м. с изменением температуры изменяется и скорость распространения ультразвуковых BOJ.H в жидкости в со ответствии с температурным коэффици ентом скорости. Отсюда i-f f(j, t),(2) где Y - температурный коэффициент скорости ультразвука, м/С° t - температура жидкости, С. Для упрощения результирующего уравнения связь между изменением температуры и скоростью распространения ультразвуковых волн в жидкост для диапазона изменения температур в сталеплавильной пачи (1200 1700°С) представляют в линейном вид Так как искомое значение температур ного коэффициент - скорости ультразвука относится к жидкому состоянию 9 металла и увеличение скорости ул1 тразвука от начального значения происходит именно в диапазоне температур, от1 осящихся к жидкому металлу, представляют выражение (2) в виде 1 - - (t - t,), (3) V где t, - температура кристаллизации жидкости, °С. Модуль объемной упругости - величина обратно пропорциональная коэффициенту сжимаемости жидкого металла, в процессе продувки конвертерной ванны при наличии в нем газовых пузырей. зависит от их количества з объеме металла, определяющем уровень расплава, и от скорости обезуглероживания. Связь между уровнем металла и скоростью обезуглероживания следующая: (x,v; Эб - коэфЬициент сжимаемости жидкости, м. - коэффициенты; V(, - скорость обезуглероживания металла, %/мин. Температуру кристаллизации металла представляют в виде: tx +с/зС,(5) где . 3 коэффициенты; С - содержание углерода в ванне жидкого металла,%. Коэффициенты о и « выбраны для участка с содержанием углерода менее 0,3%. Некоторое завьшение температуры кристаллизации для высоких содержаний углерода (2% и вьппе) оправдано тем, что в этом случае в ванне конвертера присутствуют, как правило, н-ерасплавившийся лом и истинный перегрев металла ниже измеренного. Скорость распространения звука может быть измерена как отношение расстояния, проходимого звуком, ко времени прохождения этого расстояния: V .,(6) где I - расстояние, проходимое звуком, м; Л - - продолжительность времени прохождения ультразвуковых колебаний через ванну пути, равного 1, с. Рассматривая соотношения (3), (4) и (5) совместно, получаем: ., / 3 f 4V°где /Зо - - коэффициенты. 3 с другой стороны, температуру ва ны можно получить из уравнения, опр деляющего тепловой поток на фурму; t fta, . (8) гдеП - тепловой поток на фурму, кВт; коэффициенты. Решая совместно уравнения (7) и (8), получаем выражение для определ ния скорости обезуглероживания: ) ЬЧз где Уо - У - коэффициенты. Содержание углерода в ванне жидкого металла определяют по формуле Ct,G% + Спил f/ r -.:2-1U,dc ,257о (10 Uv C ft bCtp+al при С;0,257о ., С д - содержание углеро да в чугуне и лом соответственно, % Зр - масса на плавку чугуна, лома и ру ды, кг; b - коэффициент, характеризующий сте пень восстановления руды и содержание в ней кисло рода; а - коэффициент, характеризующий сре нюю скорость угара компонентов сад ки, кг/мин; продолжительность продувки, мин; Те i39 коэффициенты. Коэффициент а определяется по фо муле - § + бл) а - - - - - -, где G., Сд - средняя масса на плав ку чугуна и лома, кг; с - средняя продолжитель., ность продувки, «ин. Контроль скорости обезуглероживания в ванне конвертера осуществля ют следующим образом. Перед плавкой измеряют массу чугуна и лома, содер жание углерода в чугуне и ломе (например, при оборотном ломе содержание в нем углерода принимают равным 9 . 4 среднему содержанию углерода в выправляемой стали). Определяют коэффициент, характеризующий . степень восстановления руды и содержание в ней кислорода (по сертификату или химанализу). По формуле (10) определяют значение содержания углерода при значении величины V 0: г - iCl-i-CAGA bGp + я-г В процессе продувки измеряют тепловой поток на Фурму, пропускают через ванну жидкого металла в горизонтальном направлении ультразвуковые колебания, измеряют продолжительность времени прохождения их через ванну и на основании этой информации определяют скорость обезуглероживания, используя выражение (9): i f у .о,иУь,Ьу,с,-о5 , ) Найденное значение скорости, подставляем в формулу (10) и определяем новое значение содержания углероа. При этом формулу (10) представлям в виде C;-C(;.,,-SC-Vc.,np 0.257., де 1, 41 - 1) - индексы соответственно текущего и предыдущего шага итерации.; интервал времени между итерациями, например 10 с. Затем измеряют тепловой поток а фурму, пропускают через ванну жидого металла в горизонтальном направении ультразвуковые колебания, изеряют продолжительность времени рохождения их через ванну и на осноании этой информации определяют лед5пощее значение скорости обезуглеоживания ванны. Далее цикл измереий и вычислений повторяется. При соблюдении условия C(,j 0,25% содержание углерода опредеяют по формуле (11): Коэффициент у , зависящий от меса установки источника и приемника льтразвуковых колебаний на агрега;, определяют по формуле: е, у - 1-г.7 0 2,5 °

где ul - расстояние между источником и приемником ультразвуковых колебаний, м.

Проверку способа проводят на 130тонном конвертере. Источник и приемник ультразвуковых колебаний располагают в районе цапф один против другого. При этом у, 1,68 с %. Другие коэффициенты соответственно равны: У„ 539%; if, - 0,31%/кВт; , 1,21.1С(%)2-(м/с)° , у-, 0,162 (м/с) ; У - 0,262; g - 1300 мин; JT 30; g 5,52 (% мин)- ; , - 34(%Г2 .

Для реализации способа в ванне конвертера измеряют перепад температуры в-оды на рходе в фурму 1 и на выходе из нее, например, дифференциальной термопарой .2, установленной в трубопроводах, и измерителем 3, расход воды датчиком 4 и измерителем 5. Значения массы и химсостава чугуна и лома, коэффициентов а и b (формула (10) вводятся из блока 6 начальных.условий. Измеряют массу руды, вводимую в конвертер 7, весо,вым бункером 8 и измерителем 9. Пропускают через ванну, жидкого металла в процессе продувки ультразвуковые колебания источником 10, KOTOpfaie фиксируют приемником 11. Источник и приемник ультразвуковых колебаний устанавливают в отверстия футеровки конвертера в слое, подверженном минимальному износу (для 130-тонных конвертеров 5-6 рядов кирпичей от днища). В качестве источника и приемника излучений используют, например, пьезомагнитный составной вибратор с насадкой из диборида циркокия, частота излучения 49 кГц, мощность излучения 100 ВА в импульсе. Определение продолжительности времени прохождения ультразвуковых колебаний через ванну производится в блоке 12. Результаты измерений передают в вычислительный блок 13, например вычислительную машину СМ - 2, в котором производится определение скорост обезуглероживания по формулам (9), (10) и (11).

На фиг. 2 представлен алгоритм решения формулы (9): Vgj- промежутоное значение скорости обезуглероживания на j-ой итерации; j - количес во итераций; V - начальное задаваемое значение скорости обезуглероживания, Например V, 0,1%/мин; функция

F(V,il .

hll

f5

bl yo - +r HTCrbVcj

fiVj, - заданное значение точности вычисления промежуточного значения скорости обезуглероживания, например 0,005%/мин.

Для решения уравнения (14) относительно скорости обезуглероживания с помощью метода итерации оно преобразуется к следующему виду:

L-ii-vft

-, v; гг V (19) ifshfo H -iyeVcJ

,1

(20)

f4l

;6(;o,,-j-,v,,

После преобразования .выражения (20) для текущей j-ой итерации получаем:

(

F(VcO exp-enx

if}

.У

Пример. Вычисления для конкретных величин q 1800 кВт, йо 1,68-1С с и С, 2%. Начальное заданное значение скорости обезуглероживания V(- 0,. Заданное значение точности вычисления промежуточного значения скорости обезуглероживания bVo 0,005% мин.

Данные расчета привады в таблице.

Так KaK/iVcg/ 0,002339 ,005%/мин, поэтому искомое значение скорости обезуглероживания равно

Vc F(Vcy) 0,28525%/гган.

г Начало j

B8off 1значении

,9

1. СПОСОБ КОНТРОПЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В ВАННЕ КОНВЕРТЕРА путем измерения теплового потока на фурму, продолжительности продувки, массы на плавку чугуна, лома и сыпучих материалов и расчета содержания углерода, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности контроля, дополнительно пропускают через ванну жидкого металла в горизонтальном направлении ультразвуковые колебания, измеряют продолжительность времени прохождения их через ванну и определяют скорость обезуглероживания по уравнению ,... /1 «V lfo i4aa-W r; ytVcln,, где УД - 7 - коэффициенты; At - продолжительность времени прохождения - .л; -- )V ультразвуковых колебаний через ванну, с; q - тепловой поток на фурму, кВт; V - скорость обезуглероживания металла, %/мин; С - содержание углерода в ванне жидкого металла, %. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость обезуглероживания определяют итерационс S ным методом, причем для определения содержания углерода на текущем шаге (Л итерации используют значение скорости обезуглероживания, определенное на предыдущем шаге. .,-.8С приС(,.,25г Пр«С(;.,0,267о, 00 01 Од 4; где 1,

Конец