Способ контроля уровня ванны в конвертере

 

Изобретение относится к черной металлургии , а именно к контролю и регулированию процесса кислородно-конвертерной плавки. Цель-повышение точности контроля уровня ванны. Способ включает контроль уровня ванны путем измерения реакции опор фурмы в процессе продувки, положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера и расхода дутья. Введение дополнительных приемов по измерению приращения времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, давления и удельного объема кислорода позволяет повысить точность контроля уровня ванны.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С 21 С 5/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4834121/02 (22) 01.06.90. (46) 07.05.92, Бюл, ¹ 17 (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда. КПСС (72) В.С.Богушевский, Н.А.Сорокин, И.Л.Лигоцкий, Н.С.Церковницкий и А,А.Сенаторов (53) 669.184.152 (088,8) (56) Патент Японии ¹ 63 — 65012, кл, С 21 С5/28, 1988. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ВАННЫ

B КОНВЕРТЕРЕ (57) Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю и регулироваИзобретение относится к контролю иуправлению агрегатами черной металлургии, конкретнее к управлению кислородными конвертерами, и может быть использовано в конвертерных и других сталеплавильных цехах.

Целью изобретения является повышение точности контроля уровня ванны в конвертере.

В процессе продувки конвертерной ванны на фурму действуют силы тяжести, реакция опор фурмы, сила реактивной тяги истекающего из фурменного наконечника кислорода, архимедова сила и сила аэродинамического воздействия потока отходящего газа

G F Ррт Fa баэр = О, (1) где G — сила тяжести фурмы, Н;

F — реакция опор фурмы, Н;

Fp — сила реактивной тяги, Н;

„„5U „„1731825 А1 нию процесса кислородно-конвертерной плавки. Цель- повышение точности контроля уровня ванны. Способ включает контроль уровня ванны путем измерения реакции опор фурмы в процессе продувки, положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера и расхода дутья.

Введение дополнительных приемов по измерению приращения времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, давления и удельного объема кислорода позволяет повысить точность контроля уровня ванны.

Fa — архимедова выталкивающая сила, Н;

Fasp — сила аэродинамического воздействия потока отходящего газа, Н.

Сила тяжести фурмы определяется согласно выражению

G = (п ф + ma + mH) 9 (2) где аф — масса конструкции фурмы, кг, ma — масса воды, заполняющей фурму, кг;

mH — масса наслоения на поверхности фурмы, кг;

g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с .

Здесь

mH=a> . (ЛТ вЂ” ЛТ,) =а дТ, (3) где Q< — коэффициент пропорциональности, численно равный 9,2 кг/с;

Лт, Лт0 — время запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера

1731825 соответственно текущее и в начале работы с новой фурмой, с;

B t — приращение времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима по сравнению с начальным, с.

Сила реактивной тяги вследствие истечения кислорода из фурменного наконечника выражается формулой

Fp = mW+ (P» x — Р р) $» х и, (4) где m — р V — массовый расход кислоро1

60 да, кг/с; р — плотность кислорода пои нормальных условиях, равная 1,43 кг/м;

V — объемный расход кислорода при нормальных условиях, м /мин; з

W — скорость истечения кислорода из сопла, м/с;

Р»,х — давление кислорода в выходном сечении сопла, Па;

Я»„— выходное сечение сопла, м; г, n — число сопел в фурменном наконечнике, Для сопла Лаваля значение Psblx—

-Рср= О, поэтому вторым слагаемым можно пренебречь.

Считая, что потери на трение о стенки и завихрение при истечении кислорода из сопел Лаваля можно компенсировать эффектом неполного его расширения, расчет величины W можно произвести по формуле для обычных сопел с учетом критических параметров рабочего тела

IN = az у Р (6) где а2 — коэффициент; у — удельный объем кислорода перед фурмой,м /кг;

K+1 K+1 (5) где у1 — удельный объем кислорода при входе в сопло, м /кг;

Р1 — давление кислорода при входе в сопло, Па;

К вЂ” показатель адиабаты, равный для двухатомного газа 1,4;

Rm — удельная газовая постоянная для кислорода, равная 260 Дж/(кг К);

T> — температура кислорода при входе в сопло, К.

Гак как измерение удельного объема и давления кислорода при входе в сопло затруднено, можно измерить эти параметры перед фурмой и выразить И/ в виде

P — давление кислорода перед фурмой, Па.

Коэффициент аг определяют тарировкой фурмы при продувке в свободном про5 странстве (окружающую среду), принимая температуру кислородного дутья равной температуре воды, охлаждающей фурму, с учетом соотношений (5), (6) 10 2 К. Rm T1cs аг (K+1) pcs Pcs (7) где T«s — температура кислорода при входе в сопло, равная температуре воды, охлаждающей фурму, К;

pcs — удельный объем кислорода перед фурмой, измеренный при продувке в свободном пространстве, м /кг;

Рс — давление кислорода перед фурмой, измеренное при продувке в свободном пространстве, Па.

Архимедова выталкивающая сила выражается формулой

25 2

Fs=pa g Hn (8) где р — плотность газошлакометаллической

30 з.

d — наружный диаметр фурмы, м;

Нп — глубина погружения фурмы в эмульсию, м, Учитывая то, что можно принять

yÜ аз

hs hs (9) Hn=hs hc Нф, (10) 40 где p — плотность газошлакометаллической эмульсии перед продувкой в середине кампании футеровки, кг/м;

hc — уровень ванны в спокойном состо45 янии при средней массе садки в середине кампании футеровки, м; аз — коэффициент пропорциональности, значение которого определяется по геометрическим данным рабочего пространства конвертера в середине кампании по футеровке при средней массе садки, / 2, hs óðoâåíü ванны в конвертере, отсчитываемый от внутренней поверхности днища, м;

hc — уровень ванны в спокойном состоянии, м;

Нф — положение фурменного наконечника относительно уровня спокойного металла,м, 1731825

10 л,+к

15 л.— получим 2

"в

Учитывая, что в рассматриваемом случае дозвуковой области числа Маха (М), представляющие собой отношение скорости газа к скорости звука в данной среде, М «1, общее сопротивление набегающему потоку близко к нулю, величиной силы аэродинамического воздействия потока отходящего газа на фурму Faep можно пренебречь.

Решая совместно уравнения (1) — (6) и (11) относительно h<, получим (my+m, +абдт)ц — F — — Vp агуР

60

Ко аз g (12) . Таким образом, сила тяжести фурмы с водой компенсируется реакцией ее опор, а в процессе продувки — также архимедовой выталкивающей силой и силой реактивной тяги кислорода, вытекающего из сопел фурменного наконечника. В то же время в процессе продувки изменяется сила тяжести фурмы вследствие наслоения на ее поверхности шлакометаллической эмульсии. Измерение времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера позволяет в конечном итоге on ределить толщину налипшего слоя и учесть его массу в дальнейших расчетах. Для учета влияния на результаты расчета силы реактивной тяги кислорода, истекающего из сопел фурменного наконечника, измеряют давление и удельный объем кислорода перед фурмой.

Учет дополнительных параметров позволяет определять уровень ванны в конвертере с более высокой точностью по сравнению с известным способом, П р и м е.р. Измеренные на 10-й минуте продувки значения параметров составили;

Нф = 1,1 м; V = 400 нм /мин; F = 139202 Н;

Oz =25 с; P = 12 10 Пэ; y = 0,058 м /кг, Параметры фурмы (для конвертера емкостью 160 т); гпф = 13,78.10 кг; ma = 400 кг;

d =0,2 м;а1=9,2 кг/с;аз=14,110 кг/м.

Измеренные параметры при тарировке фурмы при продувке в свободное пространство равны: Т1св = 308 К, y

=11,7.10 Па. Найденное для сеэедины кам5 пании по футеровке при средней массе садки значение cz равно 1,28. После подстановки данных в формулу(12) для ванны с hc = 1,5 м получим ha = 4,79 м.

Уровень ванны в спокойном состоянии измеряют, например, с помощью измери20

55 тельного щупа, приваренного к фурме, перед началом продувки после заливки чугуна или рассчитывают по массе металлозавалки с учетом износа футеровки.

В качестве технических средств могут быть использованы, например, следующие приборы: для измерения расстояния фурменного наконечника до уровня спокойной ванны — преобразователь угол поворота— код, связанный с приводом фурмы, для измерения времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера (ввод присадок, изменение расхода кислорода) — таймер, запускаемый в момент резкого изменения температурного режима и останавливаемый в момент соответствующего изменения температуры охлаждающей воды, для измерения реакции опор фурмы — датчик типа ДСТБ — С вЂ” 060, установленный sместе подвеса фурмы,,для измерения давления кислорода перед фурмой— датчик типа ДМ, для определения уровня ванны в конвертере — УВ К СМ вЂ” 1810.

Объемный расход кислорода при нормальных условиях измеряют, например, по перепаду давления на местном сопротивлении с коррекцией по давлению, температуре и влажности кислородного дутья, а удельный объем кислорода перед фурмой— по отношению величин расхода кислорода, измеренного при параметрах продувки, и расхода кислорода при нормальных условиях.

Испытание макета, реализующего изобретение, показало, что использование способа контроля уровня ванны в конвертере позволяет осуществлять контроль процесса с более BblcoKoA точностью (количество плавок, находящихся в заданных пределах с первой повалки, возрастает на 5%); что снижает себестоимость стали и повышает ее качество.

Экономическая эффективность обеспечивается за счет повышения производительности конвертера нэ 1,1%, сокращения расхода огнеупорных материалов на 2О/;.

Формула изобретения

Способ контроля уровня ванны в конвертере, включающий измерение положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера, расхода кислорода, реакции опор фурмы с учетом выталкивающей силы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, дополнительно измеряют время запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве кон1731825

15

25

40

50

Составитель Н. Церковницкий

Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий

Редактор Н. Тупица

Заказ 1558 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб;, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 вертера, давление и удельный объем кислорода перед фурмой, фиксируют время изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в начале работы с новой фурмой, определяют приращение времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима по сравнению с начальным, определяют силу тяжести фурмы с учетом наслоения на ее поверхности, силу реактивной тяги вследст5 вие истечения кислорода иэ фурменного наконечника и рассчитывают уровень ванны в конвертере из баланса сил, действующих на фурму.