Устройство для определения содержа-ния углерода b bahhe kohbeptepa

 

Союз Советсиии

Социапистичесиик

Респубпик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН Ия

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

<и 840131 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03. 07. 79 (21) 2815137/22-02 с присоединением заявки М (23)Приоритет (51)М. Кл.

С 21 С 5/32

1Ьоударотввииый комитет

СССР ио далем иаабретеиий и открытий (53) УДК669.184. .123 (088.8) Опубликовано 23.06.81. Бюллетень Ле 23

Дата опубликования описания 25.06.81

N. И. Суртубаев, Н. А. Авдонин, А. К. фоканов, Е. Б. Плавинский и Л. N. Ìàëèêoâ

1,, Карагандинский филиал Особого конструкторского бюро:

Всесоюзного научно-исследовательского и1)ститута автоматизации черной металлургии -- — --— (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ

УГЛЕРОДА В ВАННЕ КОНВЕРТЕРА

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 промышленности.

Известно устройство для определе10 ния содержания углерода в ванне кислородного конвертера, которое состоит из блоков для измерения расхода кнслорОдного дутья и отходящих газов, газоанализаторов для измерения содер15 жания СО, СО и О в отходящих газах и термозондах для измерения темпера- . туры чугуна ()Q.

Выходы указанных блоков соединены со входами вычислительного устройства, которое определяет содержание углерода и температуру в конечный период продувки. При этом скорость

2 обезуглероживания в последний период плавки рассчитывается по формуле

dO ас (1) где <у,, Ь, r — постоянные; с) — содержание углерода.

Постоянные о, 1, r находят из граничных условий, например, при

C=O, r=0 с6 =- Ъ .

Температура стали прогнозируется по эмпирической формуле

Т=Т + (gg, (2) где Т вЂ” начальная температура металла, определяемая с помощью термозонда (k 0)-функция, описывающая H3MeHB- ние температуры в зависимости от содержания кислорода.в отходящих газах.

Недостатками известного устройства является то, что оно позволяет определять содержание углерода в ванне конвертера только в послецний

35 где Чо — скорость обезуглероживания

Чо — расход кислородного дутья;

c6@fb — постоянные, определяемые на 45 основе статистической связи между V> и С;

1. с.1 — содержание углерода.

Недостатком известного устройства является недостаточная достоверность определения содержания углерода изза неучета текущих параметров плавки, например температуры, их взаимосвязи, а также погрешностей измерений, возникающих из-за неодновременности измерений расхода кислорода, расхода и состава отходящих газов.

Цель изобретения — повышение достоверности определения содержания

3 8401 период продувки, для чего считается справедливым соотношение (1), Численные коэффициенты, входящие в соотношение (1), справедливы только для определенного конвертера, и определенной марки выплавляемой стали.

Кроме того, поскольку измерения состава, расхода отходящих газов и кис- . лородного дутья производятся не одновременно, а с разным запаздыванием 1О относительно технологического процесса, что приводит к динамическим погрешностям, а соотношения (1) и (2) не связаны, то оценка содержания углерода, производимая в соответствии 15 с (1), 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, выполненных на основе метода переменного перепада давлений, например, посредством трубы Вентури, установленной в газоотводящем тракте

О из условия

Я1000, где L — необходимая длина прямолинейного участка трубопровода перед сужающим устройством (трубой Вентури);

О " диаметр сужающего устройства P2) .

Выходы указанных блоков связаны с вычислительным устройством, которое определяет содержание углерода по зависимости

gf, + (3) 31 41углерода 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 конйертерных 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, вь1ход которого соединен с входом вычислительного устройства 2, пробоотборный зонд 3 кислОрОднОгО дутья, Выход KQTopoI o 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 МХ 1215, оснащенных ЭВМ С14 -1, расходомера кислородного дутья, состоящего из дифманометра ДС-ЭЗ-2500, манометра ИАС-Э2, термометра сопротивления TCM-5071.

Устройство работает следующим образом.

До начала плавки в вычислительное устройство вводится информация о значении начального содержания углерода бн в расплавленном 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 газоот5 8401 борным зондом 7 и масс-спектрометром

8 измеряется концентрация СО, СО, Ar и й1.

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 1s от масс-спектрометра 8. При этом задержка в обработке информации от данного масс-спектрометра составляет разность во времени между наибольшим запаздыванием информации от другого. 20 масс-спектрометра. Информация от расходомера 1 с той же целью обрабатывается с задержкой на наибольшее время запаздывания, практически равное максимальному времени запаздыва- zs ния °

В вычислительном устройстве информация обрабатывается в соответствии с условием (4). На выходе вычислительного устройства 2 получаем теку- З0 щее содержащее углерода.

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

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

Скорость обезуглероживания зави- 40 сит от основных параметров плавки: содержания углерода в металле С, температуры ванны Т, интенсивности продувки V<2, времени продувки t, Исходя из этого определения ско- 45 рость окисления углерода выражается зависимостью

=Ч =с (1 10) p (4) где 0«о — постоянная, которую можно 50 определить из экспериментальных кривых зависимости скорости обезуглероживания от температуры, или на основании теоретических расчетов 55

Т вЂ” текущая температура

То — температура плавления;

С вЂ” содержание углерода.

31 6

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

Д =1Ч (5) где Ы = СЯ вЂ” объемная теплоемкость

C — удельная теплоемкость сталиу

p — плотность жидкого металла»

Ь=рс c — член, учитывающий суммарный тепловой эффект;

q — тепловой эффект реакции с окисления углерода.

Так как V = — — то уравнение

1 с dt (5) запишется в виде, dT (,dlc)

dt Bt

Решая уравнение (6) и выполнив ряд преобразований, получаем

V, =k (CO+C 0) u„. (8)

Скорость окисления углерода Чс определяем из зависимости

Ч с (,7)

Ы (т-т )2 где СО и С0 - концентрация СО и СО2 в отходящих газах, з „.

k — коэффициент, согласующий размерности.

Расход отходящих газов можно определить измеряя баланс инертных компонентов в кислородном и отходящих . газах Ч Аг

Ог Д аг o,Î12N2ог (9) где ЧОП вЂ” интенсивность продувки (расход кислорода)

Аго — концентрация аргона в кислородном дутье;

Ar — концентрация аргона в отхоOf дящих газах

N< — концентрация азота в отходящих газах.

Подставляя (9) в (8) и в (.7), получаем

Ч, /(г 2

«(со*со,) о« "с«(10)

2 А1-Ог О,ОЯМ20г

С (т-т)2

Текущую температуру прогнозируют на основе зависимости а :сц т=т+(т -T+ )6 о П О а-а а-а2 .(2 1 где То — температура плавления

Т вЂ” начальная температура, 840131 с,=о о а =o! и K V1

Формула изобретения х(т4 т )4 о (т

15 го

ВНИИПИ Заказ 4667/34 Тираж 618 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 где S — площадь шлаковой поверхности>

Ч„- объем металла в конвертере; с — коэффициент конвенкции;

9с „-2 где С к о

Š— степень черноты;

Ъ - постоянная Больцмана>

Яф- площадь футеровки;

Чм — объем металла;

Т - температура кожуха;

То- температура окружающей среды

Сн- начальное содержание углерода.

Коррекцию прогноза температуры в конце плавки можно осуществить погружением термозонда в ванну конвертера.

Устройство для определения содержания 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, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности определения содержания углерода в течение всего процесса плавки, в него введены термозонд, помещенный в конвертер, и 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.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии 9 526246, кл. С 31 С 5/32, 1977.

2. Патент Франции 11 1568808, кл. С 21 С 5/32, 1969.