Способ контроля шлакового режима Советский патент 1991 года по МПК C22B7/04 

Изобретение относится к цветной ме- таллуогии, преимущественно к контролю и регулированию процесса Ванюкова (плавки в жидкой ванне)

Цегь изобретения - обеспечение устойчивой и безаварийной работа плавильного агрегата.

На фиг. 1 и 2 - графики, поясняющие способ

П р и м е р. Осуществление способа на печи Ванюкова в промышленных условиях при следующих начальных значениях режимных параметров технологического процесса: производительное гь по шихте 83 т/ч; расход кислородно-воздушной смеси (КВС) на зону плавления 17,3 тыс.м3/ч; содержание кислорода в КВС 70%; средняя температура расплава 1280°С; содержание кремнезема в шлаке 28-30%; содержание суль- фида железа в шихте до 40%. О4

Для измерения виброакустических ха- р ктеристик лечи Ванюкова и последующе- (J го поиска и преобразования спектрального Qs максимума амплитуды в электрический сиг- | нал в ходе эксперимента использовали про- ,wj мышяенную акустическую аппаратуру (аибродатчик) со стандартным выходным « сигналом (электрический ток 0-5 мА).

Как показали экспериментальные исс- - лед Еэния, источником акустических колебаний, распространяющихся по объему ванны расплава и воспринимаемых корпусом печи Ванюкова, являются ударные взаимодействия погруженных в расплав струй

окислительного газа с расплавом, колебания стенок образующихся газовых пузырей при их всплывании, а также ударные взаимодействия волн, образующихся на поверхности расплава, со стенками печи и падающими на поверхность ванны выбросами расплава и шихтой.

Спектральный состав акустических колебаний, возникающих в толще и на поверхности ванны расплава, содержащей газовые полости, вследствие рассеяния и поглощения на них высокочастотной составляющей находится в основном в диапазоне 40-1000 Гц. Исследования амплитудно-частотного спектра акустических колебаний, воспринимаемых корпусом печи Ванюкова, выявили наличие максимума амплитуды (см.фиг. 1): ш - частота, соответствующая максимальному значению амплитуды А амплитудно-частотного спектра (характеристики) колебаний I, измеренного в момент времени т ; а) Ј4- 1 - частота, соответствующая спектральному максимуму амплитуды Аг+1 . измеренному в момент времени т+ 1 (амплитудно-частотный спектр I). Величина максимума амплитуды акустических колебаний, а также значение частоты, соответствующей данному максимуму, в каждый момент времени зависят от интенсивности ударных взаимодействий, происходящих в ванне расплава, которые определяются интенсивностью продувки, плотностью и вязкостью расплава. При постоянном удельном расходе дутья с учетом небольшой вариации во времени плотности расплава интенсивность акустических колебаний в основном зависит от вязкости жидкой фазы, которая, в свою очередь, определяется соотношением концентраций анионов в жидкой фазе ванны расплава, температурой, наличие твердофазной взвеси при гетерогенизации шлака.

Твердофазная взвесь в процессе Ванюкова может образовываться из тугоплавких оксидов, содержащихся в шлаке, таких как магнетит, кремнезем, причем гетерогениза- ция шлака по кремнезему происходит в случае, если концентрация последнего в шлаке достигает 35-40%. При меньших концентрациях (28-32%) гетерогенизации шлака по кремнезему не происходит.

Магнетит, будучи в жидком состоянии, снижает вязкость расплава (представляющего собой полидисперсную эмульсию штейна в шлаке) тем больше, чем пыше его концентрация, вплоть до момента насыщения, с которого начинается выделение магнетита в твердую фазу при этом наблюдается прогивополохмое явление:

вязкость расплава возрастает пропорционально содержанию в шлаке твердой взвеси магнетита.

Таким образом, переход шлака в гетерогенное по магнетиту состояние сопровождается изменением зависимости вязкости от концентрации магнетита в расплаве (штей- ношлаковой эмульсии), чему соответствует изменение знака производной по времени

0 электрического сигнала с - на +. Соответственно, при снижении содержания твердой фазы магнетита в гетерогенной штейношлаковой эмульсии знак производной меняется с + на - и производная

5 равняется нулю по окончании гетерогеииза- ции шлака.

На фиг 2 показано изменение во времени режимных параметров (а - расход КВС: б - расход шихты), концентрации маг0 нетита в шлаке (в), выходного сигнала вибродатчика (г), знака производной по времени от выходного сигнала вибродатчика (е), соответствующее описываемому эксперименту, Участки 1-V иллюстрируют

5 соответствующие стадии эксперимента.

Iстадия - работа печи Ванюкова в установившемся режиме: производительность по шихте 83 т/ч: расход КВС 17,3 тыс.м. /ч; соотношение расход КВС: расход шихты 208

0 м3/т. Значение выходного сигнала вибродатчика 3,8 мА: производная выходного сигнала равна нулю. Шлак гомогенный.

IIстадия - постепенное снижение расхода шихты до 77 т/ч при повышении расхо5 да КВС до 17,4 тыс.м3/ч, при этом соотношение расход КВС. расход шихты составляет 226м /т. Вследствие возрастания соотношения расходов в ванну расплава поступает избыток окислителя -- кислорода, в

0 результате чего происходит переокислениз железа с образованием магнетита, накапливающегося в шлаке. По мере накопления магнетита вязкость расплава уменьшается. в связи с чем амплитуда измеряемого виб5 роакустического сигнала снижается, соответственно, снижается значение выходного сигнала вибродатчика до 3,5 мА: производная по времени выходного сигнала составляет 0,36 мА/ч. Шлак находится в

0 гомогенном состоянии.

IIIстадия - прогрессирующий процесс переокисления железа и, как следствие, нарастающая концентрация мэгнетита в шлаке достигает критического значения (в

5 данном случае 20%), при котором начинается гетерогенизация шлака по магнетиту через 2 ч после начала эксперимента. При сохраняющейся тенденции к нарастанию соотношения расход КВС/ расход шихты, достигающего в конце III стадии эксперимента значения 230 м /т {за счет сохранения расхода шихты в среднем на уровне 77 т/ч при продолжающемся повышении расхода KB С до 17,7 тыс.м /ч), наблюдается р.езкое изменение поведения выходного сигнала вибродатчика: в течение II стадии эксперимента его значение возрастает от исходного 3,5 мА до 4,2 мА, поскольку вязкость расплава, а следовательно, и амплитуда виброакустического сигнала с появлением твердой фазы и последующим нарастанием ее содержания в расплаве увеличивается. При этом производная по времени выходного сигнала вибродатчика составляет 0,6 мА/ч. Состояние шлака гетерогенное.

Таким образом, экспериментом доказано, что изменение знака производной по времени выходного сигнала вибродатчика с - на + соответствует началу гетерогени- зации шлака.

IVстадия - коррекция режима за счет снижения соотношения расход КВС: расход шихты от исходного значения 230 м /т до минимального 188 м3/т за счет резкого увеличения расхода шихты от 77 до 93 т/ч при снижении расхода КВС от 177,7 тыс. м3/ч в начале IV стадии до 17,5 тыс. м /ч в конце при минимальном его значении в этот период 17,0 тыс.м3/ч. Сокращение удельного расхода окислителя (КВС) вызывает уменьшение концентрации магнетита в шлаке, вплоть до полной ликвидации твердой фазы, что отражается на поведении выходного сигнала вибродатчика, величина которого снижается при осуществлении IV стадии эксперимента от 4.2 до 3 3 мА, что соответствует уменьшению амплитуды виброакустического сигнала ввиду снижения вязкости расплзаа по мере сокрэщзчия содержания в шлаке твердой фазы, при этом значение производной по времени сигнала вибродатчика составляет 0,75 мА/ч. Состояние шлака гетерогенное.

Vстадия - достижение гомогенного -состояния шлака, произошедшее через 5 ч после начала эксперимента: при этом продолжающийся рост соотношения расход КВС: расход шихты от начального значения 188 м3/т до конечного для данной (последней) стадии эксперимента 175 м3/т (за счет увеличения расхода шихты от 93 до 100 т/ч при сохранении

расхода КВС на уровне 17,5 тыс.м /т не вызывает изменения значегия выходного сигнала вибродатчика, равного 3,3 мА, ввиду отсутствия в шлаке достаточного

количества магнетита, влияющего на вязкость расплава, что отражается на виброакустических параметрах, воспринимаемых вибродатчиком, соответственно, производная по времени выходного

сигнала вибродатчика в данном случае равна нупю. Состояние шлака в период проведения V стадии эксперимента гомогенное.

Таким образом, экспериментом доказано, что изменение знака производной по времени выходного сигнала вибродатчика с + на - при последующем равенстве производной нулю соответствует переходу шлака из гетерогенного состояния в гомогенное.

Практическая значимость изобретения заключается в том, что предлагаемый способ позволяет диагностировать состояние ванны расплава и своевременно

предпринимать необходимые меры по предотвращению таких нежелательных ситуаций, как вспенивание расплава, потери ценных компонентов со шлаком,ге- тзрогеииэация шлака (вплоть до

образования козла).

Формула изобретения Способ контроля шлакового режима преимущественно в печи Ванюкова путем измерения амплитуд вибрации корпуса печи, отличающийся тем. что. с целью обеспечения устойчивой и безаварийной работы плавильного агрегата вычисляют производную по времени

электрического сигнала соответствующее спектральному максимуму амплитуд колебаний, и по изменению производной определяют изменение фазового состояния ванны распларэ: момечту образования гетерогенного по магнигиту шлака соответствует изменение 1нака производной с - ча -, моменту окончания гетерогенизации и-лака по магнетиту соответствует равенство

нулю производной, наступившее после изменения ее знака с на -, контроль шлакового режима осуществляют при концентрации кремнезема в шлаке 25 32%.

Ат+1

I

Ar

Изобретение относится к цветной металлургии, преимущественно к контролю и регулированию процесса Ванюкова (плавки в жидкой ванне). Целью изобретения является обеспечение устойчивой и безаварийной работы плавильного агрегата. Для ее достижения непрерывно измеряют амплитуды вибрации корпуса печи, формируют электрический сигнал, соответствующий спектральному максимуму амплитуд колебаний, вычисляют производную этого сигнала по времени и по изменению знака производной определяют изменение фазового состояния ванны расплава: моменту образования гетерогенного по магнетиту шлака соответствует изменение знака производной с "-" на "+", моменту окончания гетерогенизации шлака по магнетиту соответствует равенство нулю производной, наступившее после изменения ее знака с "+" на "-"

контроль осуществляют при концентрации кремнезема в шлаке 25 - 32%. 2 ил.

Частота

Фиг,1