Способ определения параметров процесса кипения металла Советский патент 1977 года по МПК G01N33/20 

1

Изобретение относится к области физико-химических исследований металлургических процессов.

Известны способы, в которых исследование кипения сталеплавильной ванны осу- ществляют путем определения общего объем выделяющегося газа или измерения интенсивности газовыделения путем тензометричес- кой регистрации амплитуды и частоты колебаний веса ванны. Эти способы не вскрывают механизма всплывания и выхода пузырей, так как дают косвенные усредненные .хасактеоистики,

Для полного описани5гпроцесса кипен гя необходимо знание трех основных параметров: глубины всплывания пузырей Н, размеров всплвающих пузырей Р, интенсивности их выделения i,

Известен способ исследования пузырей в металле с помощью проникающего излу- нения (способ выявления полых дефектов в объеме металла). По STON-jy способу для определения размеров и размещения газовых пузырей в жидком металле используют тормозное излучение бетатрона. Излучение, идущее от мишени бетатрона через кoлли faтop проходит сквозь нсследуемый расплав металла и поступает на кассету с фотопленкой. В местах присутствия в расплаве пузырей газа интенсигзность почернения фотослоя отличается от интенсивности почернения в местах сплои1ного металла, что и создает возможность определения параметров пузырей кипящего металла. Недостатками способа являются невозкюжность исследования процесса кипения ванны нромыленных размеров, так как интенсивность излучения, проходящего через расплав, падает с толщиной слоя металла по экспоненциальному закону, при этом толщина слоя просвечиваемого металла может составлять л ищь несколько сантиметров; искажение результатов при попадании на линию пучка нескольких пузырей и при наличии в металле частиц иной по сравнению с ним плотности, например неметаллических включений сложность осуществления и дороговизна применяемого оборудования. Известный способ применим только для лабораторных условий при исследовании одиночных пузырей.

Извеютен также способ определения параметров искрового -потока над поверхностьк) кипящего металпа .при помощи анализаторов светового излучения.

Недостатком данного способа является получение усредненной характеристики кипения метаппа, не позволяющей , в частн.ости, выявить глубнну вспльшания и размеры пузырей.

Пень изобретения состоит в расширеНИИ функциональных возможностей исследования процесса кипения в сталеплавильных ваннах.

Это достигается тем, что в способе исследования процесса кипения металла, coc тоящем в определении параметров искрового потока, определяют высоту выбрасывания, размеры и количество капепь металла образованных выделяющимися из ванны пузьь рямн, покогорым судят о параметрах вы- депяющихся из ванны пузырей.

Для практического применения данного способа необходимо иметь заранее полученную зависимость между параметрами пузыря и пара гетрами капли

,Н)(П

)Ь),(2)

Т,г - размер пузыря и капли;

H,h - глубина вскрывания пузыря и высота выброса капель.

Способ включает в себя следующие операции : нахождение функциональной зависимоо ти между параметрами всплывающих ггузь рей и выбрасываемых ими капель; подготовка участка ванны; отбор капель металла, выбрасывае 1ых выделяющимися пузырями на различных (фиксированных) рассахэяниях от металла; установление размеров и числа капель дпя различных высот выбрасывания; определение глубины всппывания и размеров всплывающих и вычисление интенсивности их выделения с каждой глубины.

О н е р а ц и я 1. Для жидкости данных физических свойств, т. е. для данной марки стали, при определенной температуре находя функциональную зависимость размера вы- брасываемой капл« и высоты ее выбрасыва.ния от размера пузыря и глубушы его вснлы вания. Для ЭТО1Ю через калиброванные керамические трубки, погружаемые в металл заданной нлотности, вязкости и поверхностного натяжения, на нужную глубину пропускают в пузырьковом режиме газ соотве7х;твующего состава. С целью создания условий свободного формирования, подъемь и выхода пузыря ке)амическую тиубку изготовляют с изогнутым ( Г - образным) нижним KOimuM, Выбрасываемые пузырями канли металла отоирают, например, с помощью кварцевых мищеней, устанавливаемых над ванной. Мищень крепится на стержне, по кот-орому onpeftewiiijOT расстояние от металла до мишени (стержень на глубину погружения меняет свой внешний вид).

С началом пропускания пузырей мищень плавно приближают к металлу, и нижний конец стержня все глубже входит в распла При этом сверху сквозь кварц наблюдают за нижней плоскостью мишени. MиuJeнь опусзкают до появления на ее нижней плоскости капепь металпа. После налипания на мишени нескольких капель ее быстро выводят и охлаждают на воздухе. Затем определяют размер капель, например, взвешиванием на аналитических весах и замеряют по стержню высоту выпета капель. Изменив глубину погружения трубки или ее диаметр и сменив мишень, операцию повторяют. По результатам опытов находят указанную зависимость.

Операция 2.Для создания условий свободного выхода пузыря и выбрасывания капли при исследовании кипения сталеплавильной ванны промышленного маещтаба поверхность металла на исследуемом участке освобождают от шлака и остатков шихты одним из известных способов.

Операция 3. Отбор капель металла, выбрасываемых выделяющимися пузырями, производят с помошью металлических мишеней, укрепляемых на общей траверсе. На траверсе также жестко крепят контрольные стержни, по глубине погружения которых в металл определяют высоту мищеней над ва}шой. Время выдержки траверсы с мишенями над иccлeдye JЫм расплавом зависит от интенсивности брызгообразования и может быть оценено по формуле

м

60

N ж

ниж

(3)

t;

v

t

V.

ПУЗ Б

;где tr - время выдержки траверсы с миш нями над металлом, сек,

9 - частота всгщывания пузырей под ,

ниж капель, которое необходимо ноцунить па нижней мишеии ;

N - число капель, необходимое для построения распределения частиц по крупности (обычно оно составляет несколько десятков, можно применять N 50) ; М - число мищеней, которых могут

дсхзтигать капли, m -тт (здесь h,

tlAApi t.c

максимально возможный подъем капель металла, определяется по глубине ванны, и - шаг расположения мишеней повысоте, расстояние между двумя соседними мишенями) ; V - объем выделяющегося газа, V - средний объем одного пузыря (эч-а величина априорна, можно приближенно принять диаметр пузыря равным 2 см), м ; 5, плош,адь зеркала ваннъ, м } - площадь мишени м : Величину V для кипения при обезуглеро живании следует рассчитывать по формуле Ур 0,018Г.У где Vc -скорость обезуглероживания,%/ми Q - масса металла усадка), кг; TQ - температура при нормальных услови ях, °К (т 2930К) ; Т - температура ванны, К. В тех случаях, когда брызги плохо привариваются к (например, имеют ма лый размер),, ее нижнюю плоскость покрывают плавким составом, удерживающим налетающие частицы. Опоерация 4. Определяют вес частиц взвешиванием на аналитических весах, начиная с верхней мищени. При этом строят распределение частиц по крупности. Вес частиц удобно представить в виде дифф ренциальной величины- , где д г - интервал размеров частиц, Дсз - весовая доля частиц, попадающих в этот интервал ( ± ) от их общего числа в пробе, т. е. 4q -вес частиц, попадающих в интервал h ± Т Я- всей пробы. По этой кривой находят среднее (соответствующее мaкcимy y) значе- к , а по нему вычисляют Т ме того, считают количество капепь и которое равно числу выделившихся под мишенью пузырей. Высота выбрасывания ка пель h J для верхней мишени равна рассто нию от мишени до металла. Затем строят распределение частиц для нижестоящей мишени. Оно включает все частицы, соответствующие данной высоте выбрасывания и всем бoльши высотам. Поэтому из кривой распределения частиц для каждой нижестояшей мищени, в данном случае для второй сверху Ш1щени, вычитают кривую распределения частиц вышестоящей мищени и таким образом получают истинное распределение частиц, соответствующее уровню Н . расположеннокгу между данной мишенью и вышестоящей. Максимум кривой соответствует иcкoмo ry . KpONfe того, определяют число частиц и , вычитая из количества частиц, уловленных мищенью, число частиц, уловленных выщестоящ ей мишенью. Эту операцию повторяют для всех . Операция 5. Пользуясь зависимостями 1 и 2jнаходят для каждой пробы Т и Н . Затем строят распределение размеров пузырей и интенсивности их выделения - . d- (здесь Н - часпо л.с Рд частиц, Формула и 3 о б р е г е н VI я Способ определения паракютров процесса кипения металла путем измерения искрового потока, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей измеряют высоту выбрасывания, , размеры и количество капель металла, образованных выделяющимися из металла пузырями, и определяют глубину всплывания и размер пузырей по следующим фop ryлaм Н -- К h , где R, Н-соответственно размер и глу- Ьина всплывания пузыря j - соответственно количество и высота выбрасывания капель; К.,- эмпирические коэф4)ициенты, зависящие от состава и температуры метал- . ла.