Способ определения степени окисления углерода до окиси углерода в полости конвертера

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕа1УБЛИН дбр 4 С 2) С 5/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

О1 где ео степень окисления углеродо до СО в полости конвертера; удельные тепловые эффекты реакции горения углерода до СО и СО соот-: ветственно, Дж/кг; скорость выгорания углерода в ванне конвертера кг/с; со со со с

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3872643/22-02 (22) 26.03.85 (46) 23.09.86. Бюл. № 35 (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (72) И. В. Присяжнюк, Н. С. Церковницкий, В, С. Богушевский и Н. А. Сорокин (53) 669.184.224(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 992593, кл. С 21 С 5/30, 1970. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ

ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕРОДА ДО ОКИСИ УГЛЕРОДА

В ПОЛОСТИ КОНВЕРТЕРА, включающий измерение интенсивности газообразования, преимущественно давления в газоходе и частоты изменения интенсивности газообраэования, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью увеличения точности, дополнительно измеряют разрежение в нижнем сечении кессона, амплитуды колебания давления газа в конвертере и верхней части подъемного гаэохода на резонансной частоте и определяют степень углерода до СО в полости конвертера по формуле

„.SU„„12588 7 А1

1со 1с число степенеи свобоДы движения одной молекулы соответственно двуокиси и окиси углерода (с учетом колебательных);

Ч„, Ч вЂ” объемы соответственно внутренней полости кон-. вертера и ванны в спокойном состоянии, м з, ар — амплитуда колебания даво> ления газа в конвертере на резонансной частоте, Па;

Г, — резонансная частота колебания движения газа в конвертере, Гц при этом

О 288 i (V„+V ) д f д/д

С:

-0,536 К бр, где Ч, Ч вЂ” объемы соответственно

KC кессона и подъемного >88 4 газохода, м з.

М р — амплитуда колебания ф

Q I2 давления газа в верхней Ор части подъемного гаэохода на резонансной

СФ частоте, Па;

Г, — резонансная частота колебания давления газа в верхней части подьемного газохода, Па; — удельная теглота сго- а оо ракия окиси углерода при нормальных условиях, Дж/м ;

К - коэффициент пропорциональности, определяющий расход подсасываемого воздуха в зависимости

1258831 от разрежения в нижнем сечении кессона, м / з

/(с Па);

b — разрежение в нижнем р сечении кессона, Па.

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к управлению кислородно-конвертерным процессом.

Целью изобретения является увеличение точности определения степени окисления углерода до СО в полости конвертера.

Скорость обезуглероживания жидкой ванны характеризуется наличием пульсаций. Пульсационный характер процесса обезуглероживания приводит к изменению давления газов в полости конвертера, которое передается по газоотводящему тракту.

Физически частота пульсаций обусловлена возбуждением собственных колебаний газового столба в тракте.

Акустическое возбуждение резонансных колебаний газа определяется геометрией свободного объема полости.

Аналитически собственную частоту таких резонаторов можно определить по формуле

С

2Tt L где f, — резонансная частота, Гц;

С вЂ” скорость распространения звука в газе, м/с;

Я вЂ” площадь горловины, открытой во внешнюю среду, м ;

Я. — эффективная длина горловины полости, м;

V — объем полости, м, Используя соотношение (1), можно рассчитать для конвертерной установки диапазон изменения резонансной частоты колебания давления в конвертере и верхней части подъемного газохода и тем самым определить характеристики фильтров для пропускания резонансных частот.

Используя термодинамические зависимости для квазистационарного про2

1 цесса при допущении иэохорности реакции горения, можно получить амплитудные характеристики колебания давления газа.

Согласно первому закону термодинамики (2) аЯ = аП, l0 ш 1

ЗО Р 2

aU - =— — В.ьТ (4) где ш — масса газа кг; г р — молекулярная масса газа, кг/кмоль; — с учетом колебательных час35 тот степеней свободы движения одной молекулы газа; дТ вЂ” изменение температуры газа, К; . R — универсальная газовая по40 стоянная равная 83l4 Дж/

/(кмольК .

Для описайия состояния реальных газов при низких давлениях и высоких температурах, что имеет место в кис45 лородно-конвертерном процессе, можно использовать уравнение МенделееваКлапейрона: где аЯ - количество тепла, сообщенное рабочему телу, Дж; ьУ вЂ” изменение внутренней энергии рабочего тела, Дж.

С другой стороны, тепловыделение в системе в течение одного цикла колебаний можно определить как аЯ =

Ч

f (3) где q — удельный тепловой эффект реакции горения топлива, Дж/кг

20 (для газообразного при нормальных условиях Дж/м )V - расход топлива, кг/с;

f — - частота колебания давления газа, Гц.

25 Согласно теории классической статистики Максвелла изменение внутренней энергии газа можно определить по формуле з 1258837 (5) где ар — амплитуда колебания давления газа, Па;

V — - объем газа, м 5

Используя соотношения (2) — (5), получаем выражение для амплитуды колебания давления газа: (6) 10 ар

30 (7) ар - ар„, со1

2 со со

2 где ар, ар со со со|

В кислородно-конвертерном процессе газообраэование по ходу продувки происходит в реторте и газоходе. Длина пути, при котором происходит полное молярное перемешивание конвертерного rasa с подсасываемым воздухом, равна примерно десятикратному диаметру горловины конвертера. Поэтому наиболее достоверная амплитудно-час20 тотная характеристика отходящих газов контролируется в верхней части подьемного газохода.

Считая, что во время продувки конвертера выделяются только углеродосо-,5 держащие газы СО и СО, выражение (6) можно преобразовать: для подъемного газохода с дожиганйем:

22,4

12 (8) кс r я 40 амплитуды колебания давления газа соответственно в объеме 45 рабочего пространст= ва конвертера и в верхней части подъемного газохода, Па; степень окисления уг-50 лерода до СО в.полости конвертера, определяемая как объемная доля окиси углерода в конвертериых газах; удельные тепловые эффекты реакции го4 рения углерода ванны с участием холодного кислорода соответственно до СО и СО равные 1046.10 и

3125 10 Дж/кг; — скорость выгорания углерода в ванне конвертера, кг/с; — с учетом колебательных число степеней. свободы движения одной молекулы соответственно окиси и двуокиси углерода, равное 6 и 8;

V, V, Ч V — объемы соответствень кГ но внутренней полости конвертера, ванны, кессона и подъемз ° ного газохода, м

f — частоты колебания rasa соответственно в конвертере и в верхней части подъемного газохода, Гц;

hp — амплитуда колебания со парциального -давления двуокиси от догорания окиси углерода, Па; — обьемная доля двуокисо си углерода от дого-, рания конвертерных газов;

- удельная теплота сгосо рания окиси углерода от догорания конвертерных газов при нормальных условиях, равная 127 10 Дж/м

Так как процесс дожигания окиси углерода кислородом в полости реторты не сопровождается увеличением объема газообразных продуктов, то ампли." туда давления газа инвариантна по отношению к объемному расходу послед-. него.

Величину М, определяют как отно- .

СО2 шение значений расхода двуокиси углерода от догорания конвертерных газов . к сумме расходов углеродсодержащих конвертерных газов и подсосанного воздуха, который принимают пропорциональным разрежению в нижнем сечении кессона:

22 4 — ч +к8

20

0 268 1сo., („+V ) ьрод fî2 с

g со (I1)

25 — 0,536 К бр (12) Составитель Г. Демин

Техред М.Ходанич Корректор О. Луговая

Редактор Н. Егорова

Заказ 5086/25

Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r ° Ужгород, ул. Проектная, 4

В 12588 где К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяющий расход подсасываемого воздуха при нормальных условиях в зависимости от разрежения в нижнем сечении кессона, м /(с .Па); о — разрежение в нижнем сечении кессона, Па.

С учетом выражения (9) формулу (8) представляем в виде

2q — 7+Ко)

22,4 р2 1 ч + v (10) сО Кс Г я 15

Решая выражения (IO) и (7) соответственно относительно величин 7 и 1 н переходя в область резонанссо ного колебания газа, получим

Х эссо р V -»со (- 7 ) - о1 о1 со 2(g -о V -(» -i V -V p f

2

Таким образом, благодаря дополнительным по сравн»нию с известным

30 способом измерениям разрежения в нижнем сечении кессона, амплитуд колеоания давления газа в конвертере и верхней части подъемного газохода на резонансных частотах возможно определение количественной характеристики массообменного процесса с более высокой точностью, так как при этом учитываются температурный фактор продувки.

Пример. Определение степени окисления углерода до СО в полости

130-тонного конвертера с продувкой кислородом сверху и дожиганием кон. вертерных газов. Для этой конвертер45 ной установки геометрические фактоз. ры равны: V 190 м; Ч = 19 м

37 Ь

V = 37 м, V = 209 м . Значения кс г переменных, измеренных в момент подачи в ванну 50% общего количества кислорода на плавку в области резонансного колебания газа, равны: f — l3; f =; р.„= 0,09 х х 10 Па; р = 0,72. 10 Па. Величина разреженйя в нижнем сечении ! кессона равна nð = 20 Па; значение коэффициента пропорциональности К = э

= 0,93 м /(с.Па). После подстановки данных получим: V, .= 4,97 кг/с;

0,90.

В качестве технических средств могут быть использованы следующие приборы: для измерения давления (разрежения) газа — измерительный преобразователь давления-разрежения, для выделения амплитуды колебания давления газа на резонансной частоте — электронный фильтр, для определения степени окисления углерода до

СО в полости конвертера — микропроцессор.

Испытание макета, реализующего изобретение, показало, что использование способа определения. степени окисления углерода до СО в полости конвертера позволяет осуществить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, находящихся в заданных пределах, с первой повалки возрастает на 5-7%), что снижает себестоимость стали и повышает ее качество.

Экономическая эффективность обеспечивается за счет повышения производительности конвертера на 1,1%, сокращения расхода огнеупорных материалов на 2%, что снижает себестоимость стали на 0 05 руб/т.

Увеличение точности определения степени окисления углерода до СО в полости конвертера позволяет уменьшить число промежуточных повалок агрегата, что способствует улучшению экологических условий.