Способ контроля уровня ванны в конверторе

 

СПОСОБ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ВАННЫ В КОНВЕРТОРЕ путем измерения виброакустических параметров, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности и точности контроля , непрерывно измеряют частоту акустического сигнала у сталевыпускного отверстия в диапазоне 60 - .; 200 Гц, величину горизонтальных вибросмещений кислородной фурмы в месте / - 1/ (г,, / ее крепления в диапазоне 40 - 250 Гц и высоту подъема фурмы относительно начального уровня жидкого металла в конверторе, причем в режиме открытых струй расстояние от торца головки фурмы до поверхностных частей ванны определяют по величине сглаженного сигнала изменения частоты шума продувки при величине вибросмещений кислородной фурмы, не превьшающей 10% от полного регистрируемого диапазона ее изменения, и вычитают из высоты подъема фурмы, а в режиме заглубленных струй высоту шлакометалс S лической эмульсии, контактирующей с фурмой, определяют по величине (Л сглаженного сигнала вибросмещений кислородной фурмы при величине сигма ла изменения частоты шума, не превышающей 10% от полного диапазона ее изменения, и прибавляют к высоте подъема фурмы. X 9) 9д 1 X)

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (! 9) (I I ) (5))4 С 21 С 5/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ j

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВY

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3696855!22-02 (22) 03.02.84 (46) 23.10.85. Бюл. У 39 (72) Л.Г.Рыбалко и Ю.В.Пожидаев (71) Сибирский ордена Трудового Крас-. ного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (53) 621. 746. 27 (088. 8) (56) Эми Т. Новейшие разработки в области кислородно-конверторного процесса. — Черные металлы, 1980, N - 18, с. 25 — 26. (54)(57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ВАННЫ В КОНВЕРТОРЕ путем измерения виброакустических параметров, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повьппепия надежности и точности контроля, непрерывно измеряют частоту акустического сигнала у сталевыпускного отверстия в диапазоне 60

200 Гц, величину горизонтальных вибросмещений кислородной фурмы в месте ее крепления в диапазоне 40 — 250 Гц и высоту подъема фурмы относительно начального уровня жидкого металла в конверторе, причем в режиме открытьп. струй расстояние от торца головки фурмы до поверхностных частей ванны определяют по величине сглаженного сигнала изменения частоты шума продувки при величине вибросмещений кислородной фурмы, не превьппающей

1ОЖ от полного регистрируемого диапазона ее изменения, и вычитают из высоты подъема фурмы, а в режиме заглубленных струй высоту шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой, определяют по величине сглаженного сигнала вибросмещений кислородной фурмы при величине сигнала изменения частоты шума, не превышающей 10Х от полного диапазона ее изменения, и прибавляют к высоте подъема фурмы.

1 181) б4Я

Изобретение относится к черной м таллургии, конкретнее к контролю и ре гулиронан1гю кI!ело р«дf10 — книнеpT«p— ной плавки.

Цель изобретения — повышение надежности и точности контроля уровня ванны в конверторе.

Нижняя граница (60Гц) акустического диапазона соответствует м«менту полного заглубления кислородных l0 струй в шлакометаллическую эмульсию и определена срывом генерации звука по предлагаемому механизму. Верхняя граница (20", Гц) установлена, исходя из условий устранения влияния других 15 источников звука н конверторе, не отражающих изменение уровня ванны н режиме открытых струй.

Нижняя граница (40 Гц) выбранного диапазона изменения величины вибросмещений фурмы установлена с целью исключения собственных резонансных частот вибрации фурмы и вибродатчика, которые обычно ниже 40 Гц, а также частот колебаний фурмы от воздействия процессов в реакционных зонах. Верхняя граница (250Гц) этого диапазона исключает неоднозначность при расшифровке сигнала, в частности влияние процессов обезуглерожинания.

ЗО

Частота шума продувки, как параметр колебательного процесса, более устойчива к помехам, чем амплитуда, и при прохождении звука через разнородные среды внутри конвертора она 35 практически не меняется. Ее изменение может быть связано только или с изменением характеристик генератора шума, или заменой одного типа генератора другим. В результате проведен- 40 ных промышленных и лабогаторньгх исследований для режима открытых струй получена устойчивая зависимость изменения частоты шуг1а продувки в диапазоне б0 — 200 Гц от расстояния

Н от торца головки фурмы (среза сопел) до поНерхностных частей ванны— жидких (металл и шлакометаллическая эмульсия) и твердых (металлолом, сыпучие). Изменение величины сигнала частоты шума прямо пропорционально из-. менению расстояния Н: с увеличением

Н увеличивается величина сигнала.

Полученную экспериментально н режиме открытьгх струй в диапазоне 60 — 55

200 Гц зависимость частоты шума продувки от высоты торца фурмы до поверхностных частей ванны можно объяснить, н Х гця из теоретических «снов акустики и гидр«газодинамики. Так, н экспериментально установленном низкочастотном диапазоне источником звука (шума) являются процессы ударного взаимодействия кослородных струй с жидк«й ванной конвертора или кусками выступающего металлолома. При приближении кислородных струй к поверхности ванны происходит их проникновение и нанну. На поверхности ванны образуются лунки или, с точки зрения пневмогазоакустики, резонансные полости — резонаторы. Систему сопло фур мы — кислородная струя — лунка можно представить н виде генератора звуконь.х колебаний (подобие генератора

Гартмана). Частота излучения представляемого генератора определяется при прочих неизменных условиях геометрическими размерами резонатора — лунки, н первую очередь ее глубиной.

При увеличении глубины снижается частота генерации. При постоянстве давления дутья, размеров сопел и их формы глубина лунки (глубина проникновения струи) зависит от высоты подъема фурмы и плотности среды (ванны). При подъеме фурмы, т.е. увеличении расстояния Н и неизменной плотности верхних объемов ванны глубина лун ки уменьшается, частота генерации увеличивается. При вспенивании ванны (уменьшении расстояния Н) и неизменной высоте фурмы плотность среды уменьшается, глубина лунки увеличивается, значит уменьшается частота генерации. Ударное взаимодействие кислородной струи с твердым металлоломом также вызывает генерацию звука (в этом случае также формируется лунка), частота которого находится в названном диапазоне, зависит от высоты фурмы до металлолома и увеличивается при подъеме фурмы и удале-..: нии ее от металлолома.

Таким образом, частота излучаемого звукового сигнала прямо пропорционально зависит от расстояния Н. Эта зависимость при использовании сгаженных значений сигнала с достаточной точностью может быть представлена. в виде прямой линии и для IIlHDoKQ распространенных и отрасли промышленных условий продувки (интенсивности дутья, размеров сопел и т.п.) она сохраняется внутри интервала изменения Н от 0 до 3 м. Для конкретного типа конвертора и„его условий работы

3 1186 требуется уточнение этого интервала.

Этого интервала вполне достаточно для обеспечения надежного контроля изменения уровня ванны в конверторе, как в начале продувки, так и в периоды "свертывания плака.

При уменьшении расстояния Н до нуля (при вспенивании ванны) частота генерируемого звукового сигнала приближается к нижней границе указан- 10 ного диапазона (60 Гц). Полное заглубление кислородных струй вызывает срыв генерации, частота звука при этом переходит за нижний предел и не несет полезной информации. Однако 15 при продувке в режиме заглубленных струй на начальном участке заглубления сигнал измения частоты шума продувки может в некоторых случаях достигать величины, не превышающей 10Х от полного диапазона ее изменения.

Сигнал изменения частоты шума продувки, превышающий 200 Гц, не может быть использован, ввиду возникающей неоднозначности его зависимости от Н.

Фактический уровень конверторной ванны относительно начального (нулевого) уровня жидкого металла в режиме открытых струй определяется при вычитании из высоты .подъема фурмы относительно начального уровня ванны (Н, ) расстояния Н, определяемого по предлагаемому способу.

Согласно теоретическим основам

35 акустики в неоднородной среде звук уклоняется в сторону, где скорость звука меньше. Так как в газообразной среде скорость звука растет с температурой, то звук будет отклоняться в сторону более холодного газа (воздуха). Эти теоретические положения справедливы и для условий распространения звука в конверторе. Поэтому предложено новое место отбора звукового сигнала — у сталевыпускно- 45 го отверстия конвертора, т.е. место, куда также устремляется звук из полости конвертора. Однако эта точка отбора сигнала наиболее удалена от источников помех — тракта подачи сыпучих и газового затвора фурменного окна, а необходимость в применении каких-либо волноводов при измерении частоты акустического сигнала отпадает, так как надежно измерять и фиксировать частоту малых звуковых колебаний способна практически любая современная, предназначенная для этих

648 4 целей, аппаратура средней чувствительности.

Сигнал изменения горизонтальных вибросмещений кислородной фурмы в месте ее крепления в диапазоне 40—

250 Гц, как показали промышленные эксперименты, однозначно характеризует изменение высоты шламометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой в режиме заглубленных струй °

Эта экспериментальная зависимость объяснима с точки зрения современны представлений гидрогазодинамики конверторной ванны.

При больших скоростях внедрения кислородных струй в металл (шлакометаллическую эмульсию) происходит образование большого количества разных по объему газовых полостей, которые, поднимаясь вверх, выбрасываются (выплескиваются) на поверхность ванны, создавая толчки, воздействующие через шлакометаллическую эмульсию на кислородную фурму, и вызывая ее вибрацию с частотой этих толчков. При своем движении вверх эти полости претерпевают непрерывные случайные формоизменения, колеблются в различных направлениях и при встрече с другими полостями, в основном, .меньшего объема смыкаются с ними и образуют полости большого объема. Чем длиннее их путь (чем больше высота шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой), тем большего объема газовые полости достигают поверхности ванны и тем сильнее их воздействие на фурму и большие ее вибросмещения они вызывают.

Таким образом, при заглублении фурмы, т.е. при увеличении высоты шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой, происходит прямо пропорциональное этому увеличению величины вибросмещений кислородной фурмы в диапазоне 40 — 250 Гц. Точка отбора сигнала горизонтальных вибросмещений фурмы (установки вибродат.чика) выбрана в наиболее доступном для обслуживания месте крепления фурмы к каретке, так как кислородная фурма представляет собой цельнометаллическую достаточно жесткую конструкцию, колебания по которой передаются практически не искажаясь.

Рассмотренная зависимость величины вибросмещений фурмы от высоты шлакометаллической эмульсии при использовании сглаженных значений сигна

1186648 ла может быть представлена в виде прямой линии. В режиме открытьгх струй сигнал вибросмешений <Ьурмы имеет фоновый уровень, который устанавливают на шкале вторичного прибора в качестве нулевого уровня (индикатора отсутствия контакта фурмы с ванной), не превышающего 10Х от полного регистрируемого диапазона измене- 1О ния.

Фактический уровень конверторной ванны относительно начального ее уровня в режиме закрытых струй определяется суммированием высоты подъема фурмы H ф и высоты шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой и определяемой по предлагаемому способу.

На фиг. 1 — 4 представлены кривые 20 изменения вибросмещений кислородной фурмы и частоты шума продувки в укаэанных частотных диапазонах для одной из промышленных плавок, показаны графики нанесенных управляющих воэ- 25 действий; на фиг. 5 — номограмма для .определния уровня ванны в конверторе по предлагаемому способу.

В режиме открытых струй в начале 30 плавки в течение первых 6-ти мин полезную информацию несет сигнал изменения частоты шума продувки Чш (фиг. 3) в диапазоне 60 — 200 Гц, Сигнал изменения величины вибросмещений кислородной хурмы ВС1, (фиг. 4) в этом периоде времени не информативен. Еro регистрация на нулевом уровне (не более 107 шкалы прибора) говорит лишь о том, что система контро- О ля вибросмещений находится в рабочем состоянии и контакт фурмы со шлакометаллической эмульсией отсутствует.

При постоянной высоте Н,1 подъема фурмы относительно .начального (нулевого) уровня ванны (фиг. ".) сглаженный сигнал Ч1„ возрастает (участок

АБ, фиг. 3). Это говорит о том, что выступающий из жидкой ванны металлолом оплавляется и оседает, а расстояние от торца фурмы до его верхних частей, пропорциональное величине сглаженного сигнала Ч1„, увеличивает-. ся. Последующее ступенчатое (при относительно небольшой величине сту55 пенек) уменьшение высоты Нг1 приводит к уменьшению величины сглаженного сигнала Ч ш (участок БВ), что соответствует предлагаемому механизму генерации звука (с уменьшением расстояния при прочих неизменных условиях, в частности неизменном минутном расходе кислорода Q (1Г1иг. 1), увеличивается глубина лунок в твердом металлоломе. и умепьшае гся частота звука) . Дача порции извести (И) массой 3 т на 3-й минуте особо не отражается на величине и характере изменения сигнала

Ч . Значительной величины ступенча4j тое уменьшение Нп, в конце 3-й минуты отслеживается довольно резким уменьшением сигнала Ч (начальный период участка ВГ). На участке Г J на сглаженной кривой сигнала Ч этот сигнал уменьшается при постоянной высоте Н>, что говорит об уменьшении плотности среды, т.е. твердый металлолом осел не только под уровень жидкого металла, но и опустился настолько, что лунки сформировались в жидкой Лазе. г1альнейшее довольно быстрое уменьшение сигнала Ч (участок ЦЕ) связано с дальнейшим уменьшением плотности верхних объемов ванны, т.е. с ее вспениванием, поэтому точка Д характеризует начало вспенивания конверторной ванны. Уменьшение сигнала Чш в точке E до нуля говорит о начале эаглубления кислородных струй, а одновременно увеличение сглаженного сигнала ВС,Р говорит о наличии контакта кислородной фурмы со вспененной конверторной ванной, подъеме уровня ванны и увеличении высоты шлакометаллической эмульсии. Величина возросшего сглаженного сигнала ВС пропорциональна высоте шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой.

Из оценки информативности кривых изменения Чш и ВС во второй половине плавки следует, что при смене режимов истечение кислородных струй они сменяют друг друга. Так при сверты11 вании шлака на 9-й и 10-й минутах возникает режим открытых струй, и на этих интервалах зарегистрирован сигнал Ч, величина которого пропорциональна расстоянию от торца фурмы до уровня ванны, величина сигнала ВС в это время снижается до фонового уровня, Интенсивное вспенивание конверторной ванны на 11 — 13-й минутах, вызванное дачей плавикового шпата (H ) и подъемом фурмы, отражает сигнал ВСФ, причем верхние предельные значения этого сигнала (участок ЖЗ) 118б

Иф, 1 2 3 Ч 5 б 7 8 9 Ю И rZ 13 и 15

I ИЗт шОЗт Noir К1т r, иин

1 1

Фиг.2

tt ttt соответствует по времени имевшим место интенсивным выбросам (В) шлакометалли- ческой эмульсии. Сигнал Чш при этом не зарегистрирован.

Номограмма, представленная на 5 фиг. 5, отражает зависимости фактического уровня ванны Нр относительно начального для режима открытых струй:

HII= Н вЂ” К Ч 1„(прямые линии, параллельные отрезку прямой H р рА L, 1О каждая из которых соответствует определенной высоте подъема фурмы Н р, и для режима заглубленных струй:

Нср + К ВС (прямые линий, параллельные отрезку ОМ, также соответст15 вующие определенной высоте H ). Коэффициенты К н К устанавливают для

Z конкретных условий работы конвертора.

Они определяют углы наклона базовых

Отрезков прямых Н ю р р* L и ОМ

Н р1е — предельная (максимальная) высота подъема фурмы, до которой сохраняются условия генерации звука по предлагаемому механизму. Н рцэр максимальное расстояние от среза горловины конкретного конвертера до на)5 чального уровня жидкого металла в нем (обычно оно присуще условиям предельно изношенной футеровки конвертора).

По оси абсцисс на данной номограмме откладывают сглаженные значения сигналов ВС и Ч в процентах шкалы приборов, предназначенных для регист-., рации, а по оси ординат определяют уровень ванны Нр в метрах. 35

Например, для условий, при которых разработана номограмма на фиг. 5, на

648 8 одной из плавок в начале продувки в режиме открытых струй в некоторый момент времени величина сглаженного сигнала Ч равна 557 шкалы прибора, а величина сигнала ВС, не превышает

10Х шкалы. Восстанавлйвая перпендикуляр из точки 557. на оси абсцисс до одной из параллельных линий, соответствующей высоте Н,подъема фурмы в данный момент времени (точка f на этой линии, Ьиг. 5) и опуская из точ. ки 1 перпендикуляр на ось орди- . нат, получаем фактическую высоту ванны относительно начального уровня Н,„.!

В другой момент времени в середине этой плавки в режиме заглубленных струй величина сглаженного сигнала

ВС, например, равна 32Х шкалы прибора, а сигнал Ч отсутствует (или не превышает 107 шкалы). В это время фурма занимает новое положение, высота ее подъема равна Н . Восстанавливая перпендикуляр из точки 327. на оси абсцисс до линии, соответствующей Н g> (точка q, фиг. 5) и опуская из точки q перпендикуляр на ось ординат, получаем фактическую высоту ванны в конвергоре относительно ее начального уровня

Н g . Если Н в — фактическое расстояние от среза горловины конвертора до начального уровня жидкого металла в нем на рассматриваемой плавке, то для второго момента времени высота пустой верхней части полости конвертора будет равна h„ (фиг. 5).

i )8 )648 с Д

3 5

7а

1 Z 3 9 5 б 7 В 9 10 77 72 7Ç )Ц 1É

Фиг. Ф

М $0 Э М N Ф Ю

R e gl gee ч ° i/. uaoAN

AraS

ВНИИПИ Заказ 6594/28 Тираж 55 Подписное

Филиал ППП "Пвтевт", г.Ужгород, ул.Проектная, 4