Устройство для определения содержа-Ния углЕРОдА B BAHHE KOHBEPTEPA Советский патент 1981 года по МПК C21C5/32 

Изобретение относится к устройствам для определения содержания углерода при получении металла и может быть использовано для автоматического непрерывного контроля содержания углерода в процессе выплавки стали в конвер терах, например, в металлургической промьшшенности. Известно устройство для определения содержания углерода в ванне кислородного конвертера, которое состоит из блоков дпя измерения расхода кислородного дутья и отходящих газов, газоанализаторов для измерения содержания СО, СО и Orj в отходящих газах и термозондах для измерения темпера-, туры чугуна 1. Выходы указанных блоков соединены со входами вычислительного устройства, которое определяет содержание углерода и температуру в конечный период продувки. При этом скорость обе пла где из эмп где f ва опр не зуглероживания в последний период вки рассчитывается по формуле ...r oO jb-u , do (X jb , г - постоянные; |сЗ - содержание углерода. Постоянные об Ь f находят граничных условий, например, при , , об . Температура стали прогнозируется по ирической формуле f( KQ, Т Т + Т - начальная температура металла, определяемая с помощью термозонда; )-функция, описывающая изменение температуры в зависимости от содержания кислорода .в отходящих газах. Недостатками известного устройстявляется то, что оно позволяет еделять содержание углерода в ванконвертера только в последний 3 период продувки, для чего считается справедливым соотношение (). Численные коэффициенты, входяище в соотношение 0) справедливы только для определенного конвертера, и определенной марки выплавляемой стали. Кроме того, поскольку измерения состава, расхода отходяпцих газов и кислородного дутья производятся не одновременно, а с разным запаздыванием относительно технологического процесса, что приводит к динамическим погрешностям, а соотношения (l) и (2) не связаны, то оценка содержания углерода, производимая в соответствии с (l), оказывается недостоверной. Известно также устройство для определения содержания углерода в ванне конвертера в последний период плавки, которое состоит из массспектрометра для определения состава отходящих конвертерных газов, расходомеров кислородного дутья и отходящих газов, вьшолненных на основе метода переменного перепада давлений например, посредством трубы Вентури, установленной в газоотводящем тракте о из условия U100D, где L - необходимая длина прямолиней ного участка трубопровода пе ред сужающим устройством (тр бой Вентури); D - диаметр сужающего устройства 2 , Выходы указанных блоков связаны с вычислительным устройством, которо определяет содержание углерода по зависимости где УС - скорость обезуглероживания; УО„- расход кислородного дутья; с6й|Ь - постоянные, определяемые на основе статистической связи между Vp и С; с - содержание углерода. Недостатком известного устройства является недостаточная достоверность определения содержания углерода изза незгчета текущих параметров плавки например температуры, их взаимосвя зи, а также погрешностей измерений, возникающих из-за неодновременности измерений расхода кислорода, расхода и состава отходящих газов Цель изобретения - повышение достоверности определения содержания 14 углерода в ванне конвертера в течение всей продувки. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения углерода в ванне конвертера, содержащее расходомер кислородного дутья, выход которого подключен ко входу вычислительного устройства, к другому входу которого подключен выход масс-спектрометра отходящих конвертерных газов, вход которого соединен с пробоотборником, введены термозонд, помещенный в конвертер, второй масс-спектрометр состава кислородного дутья, причем выход термозонда подключен через преобразователь сигнала к третьему входу вычислительного устройства, а выход второго масс-спектрометра - к четвертому входу последнего. На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство. Устройство содержит расходомер 1 кислородного дутья, выход которого соединен с входом вычислительного устройства 2, пробоотборный зонд 3 кислородного дутья, выход которого соединен со входом масс-спектрометра 4, выходом соединенного с другим входом вычислительного устройства 2, термозонд 5, выход которого соединен с входом преобразователя 6, выходом соединенного с третьим входом вычислительного устройства 2, пробоотборный зонд 7 отходящих газов, выход которого соединен с входом масс-спектрометра 8, выходом соединенного с четвертым входом вычислительного устройства 2„ Устройство может быть выполнено из масс-спектрометров MX 1215, оснащенных ЭВМ СМ-1, расходомера кислородного дутья, состоящего из дифманометра ДС-ЭЗ-2500, манометра МАС-Э2, термометра сопротивления ТСМ-5071. Устройство работает следующим образом. До начала плавки в вычислительное устройство вводится информация о значении начального содержания углерода и в расппавленном металле, определяемая, например, путем измерения начальной температуры металла Т . С момента начала плавки измеряется расход кислородного дутья с помощью расходомера 1, одновременно посредством газоотборного зонда 3 и массспектрометра 4 измеряется содержание аргона в кислородном дутье и газоот58

борным зондом 7 и масс-спектрометром 8 измеряется концентрация СО, СОг, Аг и Njj,

Ввиду того, что для определения скорости обезуглероживания необходимо взаимно-однозначное технологическое соответствие дутья и отходящих газов данные с масс-спектрометров 4 и 8 обрабатываются в вычислительном устройстве 2 с соответствующими временными задержками, причем в зависимости от особенности технологического оборудования конвертерного цеха, наибольшее время запаздывания, может быть как от масс-спектрометра 4, так и от масс-спектрометра 8. При этом задержка в обработке информации от данного масс-спектрометра составляет разность во времени между наибольшим запаздыванием информации от другого масс-спектрометра. Информация от расходомера 1 с той же целью обрабатывается с задержкой на наибольшее время запаздывания, практически равное максимальному времени запаздывания.

В вычислительном устройстве информа1щя обрабатывается в соответствии сусловием (4). На выходе вычислительного устройства 2 получаем текущее содержащее углерода.

В конце продувки в ванну конвертера вводят термозонд, сигнал с выхода которого поступает на преобразователь 6, с выхода которого поступа- ет в устройство 2.

Данная операция выполняется с целью коррекции- прогноза содержания углерода и температуры металла,

Скорость обезуглероживания зависит от основных параметров плавки: содержания углерода в металле С, температуры ванны Т, интенсивности продувки VQU , времени .продувки t.

Исходя из этого определения,скорость окисления углерода выражается зависимостью

--V cc Cr-Tjo 5, CM

- постоянная, которую можно 50 определить из экспериментальных кривых зависимости скорости обезуглероживания от температуры, или на основа- НИИ теоретических расчетов; 55 Т - текущая температураj TO - температура плавления; С - содержание углерода.

316

Для нахождения зависимости скорости окисления углерода от его содержания в ванне конвертера уравнение теплового баланса имеет вид

ЭТ ,

|т-к.

С5)

об CJ) - объемная теплоемкость j С - удельная теплоемкость

стали р - плотность жидкого меTanjja J

- член,учитывающий суммарный тепловой эффект; q - тепловой эффект реакции оки сления углерода.

Так как

то уравнение

- dt запишется в виде

. dT , dCc

6)

Решая уравнение (6) и выполнив ряд преобразований,получаем

(CO+CQ Wj-r-(8)

Скорость окисления углерода V(определяем из зависимости

:с:-)

о(т-т„)

где СО и концентрация СО и С02 в отходящих газах, м /мин;

k - коэффициент, согласующий размерности.

Расход отходящих газов можно определить, измеряя баланс инертных комп нентов в кислородном и отходящих газа х у д

.-1з

02

W

orA.-o,oi2N (9)

где VQIJ: - интенсивность продувки (расход кислорода) j

концентрация аргона в кислородном дутье;

А| - концентрация аргона в отходящих газах 5

концентрация азота в отходящих газах.

Подставляя С) в С8) и в U), получаем

, а .-оа 1

k()(10) .. Агрр-0,

06 (Т-Т,)

Текущую температуру прогнозируют на основе зависимости

, 2L:2it d

d Nfl Л „-А-,

(11)

T-TH-fT-T +

о n 0

где TO - температура плавления

Tpi - начальная температура;