Способ определения степени окисления углерода до окиси углерода в полости конвертера Советский патент 1986 года по МПК C21C5/30 

от разрежения в нижнем сечении кессона, /(с Па);

IИзобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к управлению кислородно-конвертерным процессом.

Целью изобретения является увеличение точности определения степени окисления углерода до СО в полости конвертера.

Скорость обезуглероживания жидкой ванны характеризуется наличием пульсаций Пульсационный характер процесса обезуглероживания приводит к изменению давления газов в полости конвертера, которое передается по гаэо- отводящему тракту.

Физически частота йульсаций обусловлена возбуждением собственных колебаний газового столба в тракте. Акустическое возбуждение резонанс- ных колебаний газа определяется геометрией свободного объема полости Аналитически собственную частоту таких резонаторов можно определить по формуле

.

2ТТ

I S

ViHT

(1)

где fg - резонансная частота, Гц; С - скорость распространения

звука в газе, м/с; S - площадь горловины, открытой

во внешнюю среду, L - эффективная длина горловины

полости, м;

V - объем полости, м. Используя соотношение (1), можно рассчитать для конвертерной установки диапазон изменения резонансной частоты колебания давления в конвертере и верхней части подъемного газохода и тем самым определить характеристики фильтров дпя пропускания резонансных частот.

Используя термодинамические зависимости для квазистационарного про5 - разрежение в нижнем

сечении кессона, Па.

цесса при допущении изохорности реакции горения, можно получить амплитудные характеристики колебания давления газа.

Согласно первому закону термодинамики

(2)

uQ &U,

где

AQ - количество тепла, сообщенное рабочему телу, Дж; uU - изменение внутренней энергии рабочего тела, Дж. С другой стороны, тепловьщеление в системе в течение одного цикла ко- лебаний можно определить как

6Q. (3)

q - удельный тепловой зффект реакции горения топлива, Дж/кг (для газообразного при нормальных условиях Дж/м); расход топлива, кг/с; частота колебания давления газа, Гц,

Согласно теории классической статистики Максвелла изменение внутренней энергии газа можно определить по формуле

где

V f

- - i . R лФ 30 2

(4)

де m - масса газа кг;

|u - молекулярная масса газа,

кг/кмоль;

i - с учетом колебательных час- тот сте 1еней свободы движения одной молекулы газа; - дТ - изменение температуры газа,

К;

. R - универсальная газовая по- стоянная. равная 8314 Дж/

./(кмрльК). Для описания состояния реальных

газов при низких давлениях и высоких температурах, что имеет место в кис- лородно-конвертерном процессе, можно использовать уравнение Менделеева- Клапейрона:

дР-V

-- . R

-,u R

лТ,

где л P амплитуда колебания давления газа, Па; V - объем газа, м , Используя соотношения (2) - (5), получаем выражение для амплитуды колебания давления газа:

2 q-V

UP

(6)

i-V f

В кислородно-конвертерном процессе газообразование по ходу продувки происходит в реторте и газоходе. Длина пути, при котором происходит полное молярное перемешивание конвертерного газа с подсасьгеаемым воздухом, равна примерно десятикратному диаметру горловины конвертера. Поэтому

наиболее достоверная амплитудно-частотная характеристика отходящих газов контролируется в верхней части подъемного газохода.

Считая, что во время продувки конвертера выделяются только углеродосо-jj держащие газы СО и СО , выражение (6) можно преобразовать:

2ГУсо-С1со+(-Усо)-дсйа ; Uc tree ice ) со,Т (, ) f 30

-1

ДЛЯ подъемного газохода с д ожйганйем:

1

-а -с;

2 п U:1 1

со ЛТ

(8)

т TV +V ) f

со Vc r .2 co 40

де др , др - амплитуды колебания давления газа соответственно в объеме 45 рабочего пространст-- ва конвертера и в верхней частк подъем- ного газохода. Па; степень окисления уг-50 лерода до СО в.полости конвертера, определяемая как объемная доля окиси углерода в конвертерных 55 газах; 0. Ч - удельные тепловые

С0| COj

эффекты реакции го

,

(6)

10

силиол -ер, у

с20

зов ъонсо-jj(6)

) f 30

ем:

35

(8)

40

ия тме 45 ст-- ъем- ; уг-50 лопремех 55

ои.

со, :

соV.

Г

V , V Кс г

йР„

рения углерода ванны с участием холодного кислорода соответственно до СО и СО, равные 1046-10 и 3125--10 Дж/кг;

-скорость выгорания углерода в ванне конвертера, кг/с;

-с учетом колебательных число степеней- свободы движения одной молекулы соответственно окиси и двуокиси углерода, равное 6 и 8;

-объемы соответственно внутренней полости конвертера, ванны, кессона и подъемного газохода,

-частоты колебания газа соответственно в конвертере и в верхней части подъемного газохода, Гц;

-амплитуда колебания парциального давления двуокиси от догорания окиси углерода. Па; объемная доля двуокиси углерода от догог рання конвертерных газов;

удельная теплота сгорания окиси углерода от догорания конвертерных газов при нормальных условиях, равная 127-10 Дж/м. Так как процесс дожигания окиси углерода кислородом в полости реторты не сопровождается увеличением объема газообразных продуктов, то амплитуда давления газй инвариантна по отношению к объемному расходу последнего .

Величину fjg определяют как отио шение значений расхода двуокиси углерода от догорания конвертерных газов , к сумме расходов углеродсодержащнх коивертерных газов и подсосанного воздуха, который принимают пропорциональным разрежению в нижнем сечении

кессоиа:

22.4

V 40,

со

т

тг-.

со„

22,

+ ке„

(9)

де К - коэффициент пропорционально- , сти, определяющий расход подсасьшаемого воздуха гфи нормальных условиях в зависимости от разрежения в нижнем сечении кессона, м /(с Па);

разрежение в нижнем сечении кессона. Па. С учетом выражения (9) формулу 8) представляем в виде 22,4

)

ДР„

(v,

КС

(10)

Решая вьфажения (Ю) и (7) соответственно относительно величин V и у и переходя в область резонанс ного колебания газа, получим

V.

К со

Таким образом, благодаря дополнительным по сравн гнию с известным способом измерениям разрежения в нижнем сечении кессона, амплитуд колебания давления газа в конвертере и части подъемного газохода на резонансных частотах возможно определение количественной характеристики массообменного процесса с более высокой точностью, так как при этом учитываются температурный факто продувки.

Пример. Определение степени окисления углерода до СО в полости 130-тонного конвертера с продувкой кислородом сверху и дожиганием конвертерных газов. Для этой конвертерной установки геометрические факторы равны: У 190 м

. Уб

19 м

Состаантель Г. Демин Редактор Н. Егорова Техред М.Ходанич Корректоре. Луговая

Заказ 5086/25 , Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

0

5

0

0

5

37 V 209 м . Значения

V

К.С

переменных, измеренных в момент подачи в ванну 50% общего количества кислорода на плавку в области резонансного колебания газа, равны: f 13 Гц; f 5 Гц; л р„, 0, X 10 Па; лр 0,72-10 Па. Величина разрежения в нижнем сечении кессона равна р 20 Па; значение коэффициента пропорциональности К 0,93 (с Па)-После подстановки данных получим: V. . 4,97 кг/с; f 0,90.

В качестве технических средств могут быть использованы следующие приборы: для измерения давления (разрежения) газа - измерительный преобразователь давления-разрежения, для вьщеления амплитуды колебания давления газа на резонансной частоте - электронный фильтр, для определения степени окисления углерода до СО в полости конвертера - микропроцессор.

Испытание макета, реализующего изобретение, показало, что использование способа определения, степени окисления углерода до СО в полости конвертера позволяет осуществить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, находящихся в заданных пределах, с первой повалки возрастает на 5-7%), что снижает себестоимость стали и повышает ее качество.

Экономическая эффективность обеспечивается за счет повьппения производительности конвертера на 1,1%, сокращения расхода огнеупорных материалов на.2%, что снижает себестоимость стали на 0,05 руб/т

Увеличение точности определения степени окисления углерода до СО в полости конвертера позволяет умень- щить число промежуточных повалок агрегата, что способствует улучщению экологических условий.