Способ контроля уровня ванны в конвертере Советский патент 1992 года по МПК C21C5/30 

Ё

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю и регулированию процесса кислородно-конвертерной плавки. Цель-повышение точности контроля уровня ванны. Способ включает контроль уровня ванны путем измерения реакции опор фурмы в процессе продувки, положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера и расхода дутья. Введение дополнительных приемов по измерению приращения времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем про- странстве конвертера, давления и удельного объема кислорода позволяет повысить точность контроля уровня ванны.

Изобретение относится к контролю и управлению агрегатами черной металлургии, конкретнее к управлению кислородными конвертерами, и может быть использовано в конвертерных и других сталеплавильных цехах.

Целью изобретения является повышение точности контроля уровня ванны в конвертере.

В процессе продувки конвертерной ванны на фурму действуют силы тяжести, реакция опор фурмы, сила реактивной тяги истекающего из фурменного наконечника кислорода, архимедова сила и сила аэродинамического воздействия потока отходящего газа

G-F-FpT-Fa-Fa3p 0, (1)

где G - сила тяжести фурмы, Н; F - реакция опор фурмы, Н; FpT - сила реактивной тяги, Н;

Fa-архимедова выталкивающая сила, Н;

Раэр - сила аэродинамического воздействия потока отходящего газа, Н.

Сила тяжести фурмы определяется согласно выражению

G (тф + тв + тн)д,(2)

где тф - масса конструкции фурмы, кг;

гпв - масса воды, заполняющей фурму, кг;

тн - масса наслоения на поверхности фурмы, кг;

g -ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2. Здесь

mH ai (Дт-Дто) «1 5t, (3) где си - коэффициент пропорциональности, численно равный 9,2 кг/с;

AT , А г0 - время запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера

CJ 00

го ел

соответственно текущее и в начале работы с новой фурмой, с;

дт- приращение времени запаздывания изменения температуры воды, охлажда- ющей фурму, при резком изменении температурного режима по сравнению с начальным, с.

Сила реактивной тяги вследствие истечения кислорода из фурменного наконечника выражается формулой

Ррт mW + (Рвых - Рср) Звых П,(4)

где т- р V - массовый расход кислорода, кг/с;

р- плотность кислорода при нормаль- ных условиях, равная 1,43 кг/м ;

V - объемный расход кислорода при нормальных условиях, м /мин;

W - скорость истечения кислорода из сопла, м/с;

Рвых - давление кислорода в выходном сечении сопла, Па;

Звых - выходное сечение сопла, м2;

п - число сопел в фурменном наконечнике.

Для сопла Лаваля значение Рвых - -Рср 0, поэтому вторым слагаемым можно пренебречь.

Считая, что потери на трение о стенки и завихрение при истечении кислорода из со- пел Лаваля можно компенсировать эффектом неполного его расширения, расчет величины W можно произвести по формуле для обычных сопел с учетом критических параметров рабочего тела

-12 К

К + 1

yi -pi

у;

2 К

К + 1

RmTi

(5

где yi - удельный объем кислорода при входе в сопло, м3/кг;

Pi - давление кислорода при входе в сопло, Па;

К - показатель адиабаты, равный для двухатомного газа 1,4;

Rm - удельная газовая постоянная для кислорода, равная 260 Дж/(кг К);

П -температура кислорода при входе в сопло, К.

Так как измерение удельного объема и давления кислорода при входе в сопло затруднено, можно измерить эти параметры перед фурмой и выразить W в виде

У Р

где а.2 - коэффициент;

у - удельный объем фурмой, м /кг;

Р - давление кислорода перед фурмой, Па.

Коэффициент «2 определяют тарировкой фурмы при продувке в свободном пространстве (окружающую среду), принимая температуру кислородного дутья равной температуре воды, охлаждающей фурму, с учетом соотношений (5), (6)

«2

2 К Rm Т 1св ( К + 1 ) усв Р

(7)

где Tice-температура кислорода при входе в сопло, равная температуре воды, охлаждающей фурму, К;

УСВ - удельный объем кислорода перед фурмой, измеренный при продувке в свободном пространстве, м3/кг;

Рев - давление кислорода перед фурмой, измеренное при продувке в свободном пространстве, Па.

Архимедова выталкивающая сила выражается формулой

g

лгсг

Hn,

(8)

где/9э - плотность газошлакометаллической эмульсии, кг/м ;

d - наружный диаметр фурмы, м;

Нп - глубина погружения фурмы в эмульсию, м.

Учитывая то, что можно принять

30 35

А

р hc «з he he

Hn hB- hc - Нф,

(9) (10)

4С.

55

гдер- плотность газошлакометаллической эмульсии перед продувкой в середине кампании футеровки, кг/м ;

he - уровень ванны в спокойном состоянии при средней массе садки в середине кампании футеровки, м;

05 коэффициент пропорциональности, значение которого определяется по геометрическим данным рабочего пространства конвертера в середине кампании по футеровке при средней массе садки, кг/м ;

he Уровень ванны в конвертере, отсчитываемый от внутренней поверхности днища, м;

hc - уровень ванны в спокойном состоянии, м;

Нф - положение фурменного наконечника относительно уровня спокойного металла, м,

получим Ра озд

7ГСГ

(1

hc +НФ

)

(11)

А hB

Учитывая, что в рассматриваемом случае дозвуковой области числа Маха (М), представляющие собой отношение скорости газа к скорости звука в данной среде, М « 1, общее сопротивление набегающему потоку близко к нулю, величиной силы аэродинамического воздействия потока отходящего газа на фурму Раэр можно пренебречь.

Решая совместно уравнения (1)-(6) и (11) относительно hB, получим

+ Нф

1 -(тф+т„+а1 5г)д -F

60

(12)

Таким образом, сила тяжести фурмы с водой компенсируется реакцией ее опор, а в процессе продувки - также архимедовой выталкивающей силой и силой реактивной тяги кислорода, вытекающего из сопел фурменного наконечника. В то же время в процессе продувки изменяется сила тяжести фурмы вследствие наслоения на ее поверхности шлакометаллической эмульсии. Измерение времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера позволяет в конечном итоге оп ределить толщину налипшего слоя и учесть его массу в дальнейших расчетах. Для учета влияния на результаты расчета силы реактивной тяги кислорода, истекающего из сопел фурменного наконечника, измеряют давление и удельный объем кислорода перед фурмой. Учет дополнительных параметров позволяет определять уровень ванны в конвертере с более высокой точностью по сравнению с известным способом.

Пример. Измеренные на 10-й минуте продувки значения параметров составили: Нф 1,1 м; V 400 нм3/мин; F 139202 Н; с; Р 12-105 Па; у 0,058 м3/кг. Параметры фурмы (для конвертера емкостью 160 т): глф 13,78-103 кг; тв 400 кг; d 0,2 м; а 9,2 кг/с; «з 14,1 -103 кг/м2. Измеренные параметры при тарировке фурмы при продувке в свободное пространство равны: Tics 308 К, усв 0,060 м3/кг; Рсв 11,7-Ю5 Па. Найденное для сеоедины кампании по футеровке при средней массе садки значение аг равно 1,28. После подстановки данных в формулу (12) для ванны с hc 1,5 м получим hB 4,79 м.

Уровень ванны в спокойном состоянии измеряют, например, с помощью измери

тельного щупа, приваренного к фурме, перед началом продувки после заливки чугуна или рассчитывают по массе металлозавалки с учетом износа футеровки.

5В качестве технических средств могут

быть использованы, например, следующие приборы: для измерения расстояния фурменного наконечника до уровня спокойной ванны - преобразователь угол поворота 10 код, связанный с приводом фурмы, для измерения времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера

15 (ввод присадок, изменение расхода кислорода) - таймер, запускаемый в момент резкого изменения температурного режима и останавливаемый в момент соответствующего изменения температуры охлаждаю20 щей воды, для измерения реакции опор фурмы - датчик типа ДСТБ-С-060, установленный в месте подвеса фурмы, для измерения давления кислорода перед фурмой - датчик типа ДМ, для определения уровня

25 ванны в конвертере - УВК СМ-1810.

Объемный расход кислорода при нормальных условиях измеряют, например, по перепаду давления на местном сопротивлении с коррекцией по давлению, температу30 ре и влажности кислородного дутья, а удельный объем кислорода перед фурмой - по отношению величин расхода кислорода, измеренного при параметрах продувки, и расхода кислорода при нормальных услови35 ях. .

Испытание макета, реализующего изобретение, показало, что использование способа контроля уровня ванны в конвертере позволяет осуществлять контроль процесса

40 с более высокой точностью (количество плавок, находящихся в заданных пределах с первой повалки, возрастает на 5%), что снижает себестоимость стали и повышает ее качество.

45 Экономическая эффективность обеспечивается за счет повышения производительности конвертера на 1,1%, сокращения расхода огнеупорных материалов на 2%. Формула изобретения

50 Способ контроля уровня ванны в конвертере, включающий измерение положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера, расхода кислорода, реакции опор фурмы с учетом выталки55 вающей силы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно измеряют время запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, давление и удельный объем кислорода перед фурмой, фиксируют время изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в начале работы с новой фурмой, определяют приращение времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком

изменении температурного режима по сравнению с начальным, определяют силу тяжести фурмы с учетом наслоения на ее поверхности, силу реактивной тяги вследствие истечения кислорода из фурменного наконечника и рассчитывают уровень ванны в конвертере из баланса сил, действующих на фурму.