Способ контроля содержания углерода в ванне конвертора

 

1. СПОСОБ КОНТРОПЯ СОДЕРЖАНИЯ УГЛЕРОДА В ВАННЕ КОНВЕРТЕРА путем измерения теплового потока на фурму, продолжительности продувки, массы на плавку чугуна, лома и сыпучих материалов и расчета содержания углерода, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности контроля, дополнительно пропускают через ванну жидкого металла в горизонтальном направлении ультразвуковые колебания, измеряют продолжительность времени прохождения их через ванну и определяют скорость обезуглероживания по уравнению ,... /1 «V lfo i4aa-W r; ytVcln,, где УД - 7 - коэффициенты; At - продолжительность времени прохождения - .л; -- )V ультразвуковых колебаний через ванну, с; q - тепловой поток на фурму, кВт; V - скорость обезуглероживания металла, %/мин; С - содержание углерода в ванне жидкого металла , %. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость обезуглероживания определяют итерационс S ным методом, причем для определения содержания углерода на текущем шаге (Л итерации используют значение скорости обезуглероживания, определенное на предыдущем шаге. .,-.8С приС(,.,25г Пр«С(;.,0,267о, 00 01 Од 4; где 1,

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1186649 А (5!)4 С 21 С 5!30,,гР;7,„ г г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ гФ, пгЯ/

К АВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ультразвуковых колебаний через ванну, с;

q — тепловой поток на фурму, кВт;

V — скорость обезуглерос живания металла, Х/мин;

С вЂ” содержание углерода в ванне жидкого металла, 7.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что скорость обезуглероживания определяют итерационным методом, причем для определения содержания углерода на текущем шаге итерации используют значение скорости обезуглероживания, определенное на предыдущем шаге. где i, (i — 1) индексы соответстветственно текущего и предыдущего шагов итерации; интервал времени между итерациями, с; коэффициенты.

4п25 9

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (1) 3719372/22-02 (22) 04.04.84 (46) 23.10.85. Бюл. Ф 39 (72) В.С.Богушевский, Н.А.Сорокин, Е.И.Беляев и И.С.Кочков (71) Киевский институт автоматики им. ХХУсъезда КПСС (53) 669.184.146(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 260648, кл. С 21 С 5/30, 1970.

Авторское свидетельство СССР

Ф 290048, кл. С 21 С 5/04, 1971(54) (57) 1. СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОДЕР1КАНИЯ УГЛЕРОДА В ВАННЕ КОНВЕРТЕРА путем измерения теплового потока на фурму, продолжмтельности продувки, массы на плавку чугуна, лома и сыпучих материалов и расчета содержания углерода, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности контроля, дополнительно пропускают через ванну жидкого металла в горизонтальном направлении ультразвуковые колебания, измеряют продолжительность времени прохождения их через ванну и определяют скорость обезуглероживания по уравнению а, (ho,—. пгг-,п."йг г) гг =0г

Ь | c где — 2I z — коэффициенты; а — продолжительность времени прохождения

С;=С(;,)-"с(. Si п и С(;, -0,25% г с;. — Т вЂ” — ппп с ;,> 025 %г

1186649

Скорость прохождения ультразвука через жидкий металл, кроме температуры последнего, зависит от массобменного процесса в ванне, определяемого скоростью обезуглероживания

25 металла.

Скорость распространения ультразвука в жидкости определяют по форму-30 ле где V — скорость распространения ультразвука, м/с;

Š— модуль объемной упругости жидкости, г/м с ;

/э — плотность жидкости, г/м .

С изменением температуры изменяется и скорость распространения 40 ультразвуковых вою.н в жидкости в соответствии с температурным коэффициентом скорости. Отсюда Е

V =q - + f(g, t), где (— температурный коэффициент скорости ультразвука, м/с С; — температура жидкости, С.

Для упрощения результирующего уравнения связь между изменением 50 температуры и скоростью распространения ультразвуковых волн в жидкости для диапазона изменения температур в сталеплавильной пачи (1200

1700 С) представляют в линейном виде.55

Так как искомое значение температурного коэффициента. скорости ультразвука относится к жидкому состоянию (2) Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к управлению кослородно-конвертерным процесоом.

Цель изобретения — повышение точности контроля. 5

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства лля реализации предлагаемого способа; на фиг. .". — блок-схема алгоритма определения скорости обезуглероживания. l0

Устройство содержит фурму 1, дифференциальную термопару 2, измеритель 3 температуры, датчик 4 расхода воды, измеритель 5 расхода воды, блок 6 начальных условий, конвертер 15

7, весовой бункер 8, измеритель 9 массы, источник 10 ультразвуковых колебаний, приемник 11 ультразвуковых колебаний, блок 12 определения продолжительности прохождения ультра-20 звуковых колебаний через ванну, вычислительный блок 13 и газоход 14. металла и увеличение скорости ультразвука от начального зна .ения происходит именно в диапазоне температур, относящихся к жидкому металлу, представляют выражение (2) в виде

v=- - + (t -с )

Гк ,о К (3) где tI — температура кристаллизации жидкости, С.

Модуль обьемной упругости — величина обратно пропорциональная коэффициенту сжимаемости жидкого металла, в процессе продувки конвертерной ванны при наличии в нем газовых пузырей. зависит от их количества з объеме где где Po P коэффициенты. металла, определяющем уровень расплава, и от скорости обезуглероживания. Связь между уровнем металла и скоростью обезуглероживания следующая:

1 1

Е (4)

+, V о,т

О 1

М вЂ” коэффициент сжимаемости жидкости, мыс /г; у- О, 1 — коэффициенты;

Vt — скорость обезуглероживания металла, Я!мин.

Температуру кристаллизации металла представляют в виде:

tK = 0(2 + 0(ЗС, (5) где сС, Ж э — коэффициенты;

С вЂ” содержание углерода в ванне жидкого металла,X.

Коэффициенты Ю и Ж выбраны для участка с содержанием углерода менее

0,3Е. Некоторое завышение температуры кристаллизации для высоких содержаний углерода (27. и выше) оправдано тем, что в этом случае в ванне конвертера присутствуют, как правило, нерасплавившийся лом и "истинный" перегрев металла ниже измеренного.

Скорость распространения звука может быть измерена как отношение расстояния, проходимого звуком, ко времени прохождения этого расстояния:

1. (6)

Ьь где ь — расстояние, проходимое звуком, м, /1

6 — продолжительность времени прохождения ультразвуковых колебаний через ванну пути, равного Й, с;

Рассматривая соотношения (Э), (4) и (5) совместно, получаем:

3 11866

С другой стороны, температуру ванны можно получить из уравнения, определяющего тепловой лоток на фурму:

Р6Ч +P,Чс +Рд, (8) где тепловой лоток на фурму, кВт;

f37 и / д — коэффициенты.

Решая совместно уравнения (7) и . (8), получаем выражение для определения скорости обезуглероживания: 1 где —, — коэффициенты.

Содержание углерода в ванне жид- 1 кого металла определяют по формуле с»5 +cлб»

Мс(3 при С-0,25 /î (10)

5 tG ФЪС „Фал С ("-) 49 среднему содержанию углерода в вы пранляемой стали). Определяют коэффициент, характеризующий . степень восстановления руды и содержание в ней кислорода (по сертификату или химанализу). По формуле (10) определяют значение содержания углерода при значении величины Ч = 0: с

С,С„+ С С.

6>+ С„+ ЬСр+

С, — „. (!3)

В процессе продувки измеряют тепловой поток на хурму, пропускают через ванну жидкого металла в горизонтальном направлении ультразвуковые

5 колебания, измеряют продолжительность времени прохождения их через ванну и на основании этой информации определяют скорость обезуглероживания, используя выражение (9): ц4 I%5 С

Найденное значение скорости подставляем в формулу (10) и определяем новое значение содержания углерода. При этом формулу (10) представляем в виде

С; =С(;.,1-З. Чс<. при С(° 0 30,25 / где i, (i — 1) — индексы соответственно текущего и предыдущего шага итерации,; (л — интервал времени между итерациями, например 10 с.

Затем измеряют тепловой поток на фурму, пропускают через ванну жидкого металла в горизонтальном направлении ультразвуковые колебания, измеряют продолжительность времени прохождения их через ванну и на основании этой информации определяют следующее значение скорости обезуглероживания ванны. Далее цикл измерений и вычислений повторяется.

При соблюдении условия С(1 )( (0,257. содержание углерода определяют по формуле (11):

20 и р и С 0,2 Á /o > где

25 чугуна, лома и руды, кг; коэффициент, характеризующий степень восстановлеЬ ния руды и содержание в ней кисло35 с,= (16) содержание углерода в чугуне и ломе соответственно, 7.;

G» С, G — масса на плавку

h рода; а — коэффициент, характеризующий среднюю скорость yraра компонентов сад-. ки, кг/мин; 40 — продолжительность продувки, мин;

f8,f9 — коэффициенты.

Коэффициент а определяется по формуле 45

-0 1 (Сз. + C ) а (12) л где С, СА — средняя масса на плавку чугуна и лома, кг; л средняя продолжитель-. 50 ность продувки, -мин.

Контроль скорости обезуглероживания в ванне конвертера осуществляют следующим образом. Перед плавкой измеряют массу чугуна и лома, содер- 55 жание углерода в чугуне и ломе (на- . пример, при оборотном ломе содержание в нем углерода принимают равным

С(a-t

Коэффициент /, зависящий от места установки источника и приемника ультразвуковых колебаний на агрегате, определяют по формуле:

r=; — 1 (17)

1186649 где Ь 1 — расстояние между источником1 и приемником ультразвуковых колебаний, м.

Проверку способа проводят на 130тонном конвертере. Источник и приемник ультразвуковых колебаний располагают в районе цапф один против другого. При этом /, = 1,68 с %. другие коэффициенты соответственно равны: р = 539%; g7 = — 0,31%/кВт; — 21. 103 (%) г . (м/с) 0 7 — 0,162 (м/с) ; ) q = — 3,262; gg

1300 мин; Ь 7 = 80; — 5,52 (% мин) 39 — 34(%)

Для реализации способа в ванне конвертера измеряют перепад температуры воды на гходе в фурму 1 и на выходе из нее, например, дифференциальной термопарой .2, установленной 2п в трубопроводах, и измерителем 3, расход воды датчиком 4 и измерителем

5. Значения массы и химсостава чугуна и лома, коэффициентов а и b (формула (10) вводятся из блока 6 25 начальных условий. Измеряют массу руды, вводимую в конвертер 7, весо.вым бункером 8 и измерителем 9. Пропускают через ванну жидкого металла в процессе продувки ультразвуковые колебания источником 1!, которые фиксируют приемником 11. Источник и приемник ультразвуковых колебаний устанавливают в отверстия футеровки конвертера в слое подверженном миЭ

35 нимальному износу (для 130-тонных конвертеров 5 — 6 рядов кирпичей от днища). В качестве источника и приемника излучений используют, например, пьезомагнитный составной вибратор с насадкой из диборида цирко- 40 ния, частота излучения 49 кГц, мощность излучения 100 ВА в импульсе.

Определение продолжительности времени прохождения ультразвуковых колебаний через ванну производится в блоке 45

12. Результаты измерений передают в вычислительный блок 13, например вычислительную машину CM — 2, в котором производится определение скорости обеэуглероживания по формулам (9), 50 (10) и (11) .

На фиг. 2 представлен алгоритм решения формулы (9): V — промежуточное значение скорости обезуглероживания на j-ой итерации; j — количест-55 во итераций; V 1 — начальное задаваемое значение скорости обезуглерожи— 0 1%/мин функ вания, "- пример V, ция ( (Ч,, =ехр — 1, q х

34

Ь

Ь 0 - М,,-Ь4с

ЬЧс — заданное значение точности вычисления промежуточного значения скорости обезуглероживания, например

О, 005%/мин .

Для решения уравнения (14) относительно скорости обезуглероживания с помощью метода итерации оно преобразуется к следующему виду: ,6,, . У3 0 Зги г 16" с,„ог > ("8)

13 а7, 1 5 Ьо л гс г 6 с М=«p — „Е"

После преобразования выражения (20) для текущей j-ой итерации получаем:

F(V, )=exp — Cn x

0,7

Е3 (4 ,3 <, г.

Г>(00 129ilтсl 7 IIñ ) (7i)

Пример. Вычисления для конкретных величин q = 1800 кВт, Ь7.

1,68 .1Г с и С = 2%. Начальное заданное значение скорости обеэуглероживания V = 3,1 4ин. Заданное значение точности вычислення промежуточного значения скорости обезуглероживания аЧс = 0,005% мин. бранные расчета приведы в таблице.

Так как /Ь V« / = 0,002339 ( 3,005%/мин, поэтому искомое значе-. ние скорости обезуглероживания равно

Vс = F(Vсд) = 0,28525%/мин.

VC3

l. /мин

C, 1

Итерация j

0,207488

0,257077

0,276136

0,282911!

186649 ),207488

0,257077

0,276136

0,282911

0,285250 т

AVcj

7./мин

0,07488 10

4,95889 ° 10

1,9059 10

6,77?5 ° 10

2,339 ° 10

Составитель А.Абросимов

Редактор Н.Яцопа Техред M.Ãåðãåëü Корректор Т. Колб

Заказ 6504/28 Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4