Устройство для контроля износа футеровки кислородного конвертера

Устройство для контроля износа футеровки кислородного конвертера

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 225 А дар С 21 С 5/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТШИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3407248/22-02 (22) 1l.03.82 (46) 07.07.83. 6юл. 11 25 (72) Т.С.Намазбаев, Д.Муканов, Д.И.Туркенич, П.И.Югов, А.К.Шоканов, А.Я.Гуммель и А.И.6агрий (71) Особое проектно-конструкторское бюро Научно-производственного обьединения "Черметавтоматика" (53) 621.3.078.4(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

11 331095, кл. C 21 C .5/30, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

И 610870, кл. С 21 С 5/30, 1977 ° (54) (57) УСТРОИСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗНОСА ФУТЕРОВКИ КИСЛОРОДНОГО КОНВЕРТЕРА, содержащее. источник питания, два электрода, регистрирующий прибор, сигнализатор,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности устройства, в него введены вычислительный блок, добавочное сопротивление,коммутатор, преобразователь напряженияток, при этом первый электрод подсоединен к первому входу преобразователя напряжение-ток, второй вход которого заземлен, второй электрод подсоединен к первому входу коммутатора, а второй вход коммутатора через добавочное сопротивление подсоединен к первому выходу источника пи-тания, другой выход последнего за. землен, выход преобразователя напряжение-ток подсоединен ко входу вычислительного блока, первый, второй и третий выходы вычислительного блока подсоединены, соответственно, ко входам регистрирующего прибора, сигна-, лизатора и управляющему входу коммутатора, причем в качестве двух электродов используется фурма и корпус конвертера. ти участков футеровки, блок определения максимального значения электропроводности футеровки, усилитель с узлом сравнения, регистрирующий прибор и сигнализатор, причем один из полюсов источника питания соединен с частью электродов через последовательно включенные блоки определения среднего и максимального значений электропроводности участков футеровки, а другая часть электродов непосредственно соединена с другим по-люсом источника питания, выходы блоков определения среднего и макси15 мального значений электропроводности участков футеровки поделюченй ко входам усилителя с узлом сравнения, а выход последнего через регистрирующий прибор подключен ко входу сигна20 лизатора.

Устройство работает следующим образом.

От источника питания протекает ток через замкнутую измерительную

25 цепь: общий вывод части электродов- . датчиков, участки футеровки, металл, изолиоованные электроды-датчики, блок .определения максимального значейия электропроводности футеровки, gag

30 определения среднего значения электропроводности футеровки. Выходные сигналы указанных блоков подаются на усилитель с узлом сравнения, где происходит сравнение сигналов и уси- ление их разности. Регистрирующий прибор контролирует выходное напряжение усилителя, которое подается на .сигнализатор 2 ).

В случае нормального состояния футеровки тока проводимости участка футеровки равны или отличаются на небольшую величину, поэтому на выходе усилителя. устанавливается мини мальное напряжение и сигнализатор выключен.

Если при некотором участке футеровки появляется локальное разрушение заполненное металлом, то токи проводимости между общим выводом электродов-датчиков и ближайшими к участкам разрушения футеровки .электродами увеличивается. Это вызывает .увеличение выходных сигналов блоков определения максимального и среднего значения электропроводимости участ55

1 1027

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю состояния огнеупорной футеровки металлургического агрегата, и может быть использовано в сталеплавильном производстве.

Известно устройство для контроля износа футеровки кислородного конвертера, содержащее два датчика температуры, заложенных в футеровку, датчик. резкого изменения температуры, блок измерения температуры, блоки определения промежутков времени между резким изменением температурного режима агрегата и изменением температур в фиксированных точках футеровки и блок деления и указания, причем выходы первого и второго датчиков температур подключены ко входам датчика резкого изменения температуры и блока измерения тем" пературы соответственно, выходы которых соответственно подключены ко входам блоков определения промежутков времени между резким изменением . температурного режима агрегата и изменением температуры в фиксированных точках футеровки, а выходы двух по" . следних блоков подключены к первому и второму входам блока деления и указания (1 j.

К недостаткам известного устройства относится низкая надежность, обусловленная необходимостью повторной закладки датчиков температур s футеровку при ремонте сталеплавильного агрегата между кампаниями, а так" же осуществлением электрической связи между электродами, расположенными на подвижном сталеплавильном агрегате, например кислородном конвертере, и аппаратурой контроля износа футеровки. Действительно, попадание расплавленного металла и шлака во время выбросов, переливов шлако-металлической эмульсии на электрическую проводку, связывающую датчики температур, расположенные на подвижном сталеплавильном агрегате, например. кослородном конверторе, и аппаратурой контроля износа футеровки,расположенной на центральном пульте управления конвертером, может привести к.выходу устройства из строя.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее установленные в футеровке электроды, источник питания, блок определения среднего значения электропроводнос225 2 ков футеровки. Степень увеличения сигналов различна, поэтому на выходе усилителя напряжение увеличивается.

При дальнейшем разгушении футеровки з 1027225 4 выходное напряжение усилителя дости- эквивалентная схема электрической гает порога чувствительности сигна- ° цепи фурма-земля-корпус-футеровка.лиаатора; который выдает световой и распЛав-.фурма; на фиг.3 - структура звуковой сигналы и в случае необхо- одного .из вариантов вычислительного димости оператор останавливает про- 5 блока; на фиг.4 - диаграмма изменения, цесс в агрегате. . сопротивления футеровки конвертера. При использовании этого устройст" устройство содержит первый элект" ва требуется повторная закладка элек-, род 1, второй электрод 2, комму тродов в футеровку при ремонте ста- татор 3, добавочное сопротивле" леплавильного агрегата между каипа- 10 ние 4, источник 5 питания, прениями, а также осуществление много- образователь 6 напряжение-ток выпроводной электрической связи между числительньй блок 7, регистрируюэлектродами, расположенными на под-, щий прибор 8, сигнализатор 9. вижном сталеплавильном агрегате, например, кислородном конвертере, и ап- 15 Первый электрод 1 может быть пред паратурой контроля износа футеровки. ставлен например в виде кислород ой К

Ф У роме тогО, попадание расплавленноГо фур фф второй электрод может быть металла и алака во время Выбросов, представлен, например, в виде корпуса переливов шлако-металлической эмуль KNcnopoAHoro конвертера. сии на электрическую проводку, свя- -6 Коммутатор 3 может быть представзывающую электроды, расположенные . . ле„ 8 виде серийно выпускаемого. модуна подвижном сталеплавильном агрега- . ля управления бесконтактного (МУБ ), те, например кислородном конвертере,, например т,1па Д641-8, добавочное сои аппаратуру контроля износа футеров- противление 4 может быть представлено ки, расположенную на центральном пуль -25 z виде резистора, например, типа те управления конвертером, может при- TBO-60-20м1 1Щ ОЖ0.467.036 ТУ, при вести к выходу устройства из строя„ : этом величина добавочного сопротивлет.е. известное устройство имеет низ- „„„ выбирается равной, величине сопро" тивления участка электрической цепи ние конструкции и повышение надеж- 30 корпус-земля, TBK как при o5 -3 м ности устроиства. величина общего сопротивления участка электрической цепи корпус-земля уменьОоставленная цель достигается тем, шится. в два раза, т.е. достигается что в устройство, содержащее источ- максимальное изменение величины общеник питания, два электрода, .Регистри- ro сопротивления электрической Цепи

35 рующий прибор, сигнализатор, введены фурма-земля-корпус-футеровка-расплаввычислительный блок, добавочное сопро- фурма,и источник 5 питания представлятивление, коммутатор, преобразователь: ет собой источник постоянного тока,нанапряжение-ток, при этом первый элект- пример, типа БП5 на напряжение 1В род подсоединен к первому входу пре-. 40 и ток до 2А.Преобразователь 6 напряобразователя напряжение-ток, второй жение-ток представляет собой,навход которого, заземлен, второй „ пример,. серийно-выпускаемый нормирую-: электрод подсоединен к первому входу щий измерительный пРеобразователь коммутатора, а второй вход коммута- типа НП-5-Б1. тора через добавочное сопротивление Вычислительный блок 7 может быть подсоединен к первому выходу истоМ- . представлен, например, в виде серий -

35 ника питания, другой выход послед- но изготавливаемого ЭВИ СИ-1. Вычиснего заземлен, выход преобразователя лительный блок .7 содержит, например напряжение-ток подсоединен ко входу модуль 10 нормализации, выход которовычислительного блока, первый, второй го соединен с бесконтактным коммун третий выходы вычислительного блока 50 татором 11, связанным через аналогоподсоединены, соответственно, ко sxo- цифровой преобразователь 12 со входам регистрирующего прибора, сигна- дами первого бесконтактного модуля яизатора и управляющему входу комму- 14 управления, второго бесконтакттатора,причем в качестве двух электро ного модуля 15 управления и третьего дов используется фурма и корпус кон- 55 бесконтактного модуля 16 управления, вертера. а выход первого бесконтактного модуля

На фиг.1 изображена блок-схема 14 управления соединен со входом ïðåпредлагаемого устройства; на фиг.2- образователя код-ток 17.

$ 102722

Регистрирующий прибор 8 может быть представлен в вида самопишущего прибора, например типа КСП-4. Сигналиэатор 9 может быть представлен в виде звукового сигнализатора, напримерq 5 типа ДЭИ-4.

Устройство работает следующим образом.

По ходу плавки в режиме заглубленной струи в электрической цепи фур- 10 ма-земля-корпус-футеровка-расплавфурма протекает ток. Сигнал о величи. не разности потенциалов на участке электрической цепи фурма"земля преобразуется в токовый сигнал в диапазоне, например, от 0 до 5 мА в преобразователе 6 напряжение-ток. Сигнал с выхода преобразователя 6 напряжение-ток поступает на вход вычислительного. блока 7. В. вычислительном 20 блоке 7 запоминается для данного мо« мента времени величина разности по" тенциалов в электрической цепи фурма-.

t земля Оф 3 при . разомкнутых контактах коммутатора 3, потом по управляющему 25 сигналу вычислительного. блока 7 ком.-. мутатор 3 замыкает электрическую цепь от выхода источника 5 питания через добавочное сопротивление 4 со вторым электродом 2 (корпус агрегата ). Вели-. 30 чина тока, протекающего в электрической цепи фурма-земля-корпус-футеровка-расплав-фурма изменится, что приводит к изменению разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля. В вычислительном блоке

7 запоминается для момента времени (t + и й.() (дй,.(- подбирается опытным путем и составляет 0,5-1,5 с1) величина разности потенциалов а электричес- (i кой цепи фурма-земля Оф при замкнутых контактах коммутатора 3. В момент времени (t + Lit„+ d,t ) Ьй подбирается опытйым» путем и составляет

0„-3-0,5 с по управляющему сигналу вычислительного блока 7 коммутатор

3 размыкает электрическую цепь от добавочного сопротивления 4 со вторым электродом 2 (корпус агрегата).

В вычислительном блоке информация

50 обрабатывается в соответствии. с ниже приведенной зависимостью

55 где R - сопротивление футеровки, Ом;.!

С, 4

U > - измеряемое значение раз( ности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля при разомкнутых контактах коммутатора, мК;

U > - .измеряемое значение раз(( ности потенциалов на участке электрической цеп и фурма - земля при замкнутых контактах коммутатора, мВ ; а, в, с, d, е - постоянные коэффициенты .

На выходе вычислительного блока получают сигнал, пропорциональный сопротивлению футеровки коне(врте ра для ьюмента времени и + Ж „, который регистрируется, регистрирующим и рибо; ром 8 . Величина сопротивления футе ; ровки сталепла виль ного агрегата функциональ но зависит от общего состояния и степени износа футеровки . В выч ис.". литель ном блоке 7 для моме нта времени (t + t >) производится сравнение со - I противления футе ровки с заданным значением критического сопротивления футе ров ки, когда возможна аварийная ситуация . Если сопрот ивление фут е ровки меньше или равно заданному кр ит ическому сопротивлению футе ровки, то выдает ся сигнал на си гнализа тор и в случае необходимости оператор останавли вает процесс в агрегате .

В момент времени t + 5t< +At2 +

3 (at - подбирается опытным путем и

Э составляет 110-130 с) в .вычислительном блоке запоминается величина сигнала U потом снова замыкается цепь коммутатора, запоминается величина сигнала U y, в вычислительном блоке

7 определяется величийа сопротивления футеровки для момента времени (t + .2Ж + Ж Z +ЬЙЭ), и т.д. до кон( ца плавки в ойределенные дискретные . моменты времени определяется величина сопротивления футеровки, которая характеризует общее состояние и степень износа футеровки конвертера.

Контроль износа футеровки сталеплавильного агрегата с помощью предлагаемого устройства основан на следующих теоретических предпосылках.

Электрическую цепь фурма-землякорпус футеровка расплав хурма можно представить в виде эквивалетной электрической схемы, которая изображена на фиг.2.

7 102722

Источником ЗДС в данной цепи явля-. ется разность потенциалов, возникающая по ходу плавки на границе металл-шлак. Появление разности потенциалов на границе металл-шлак по хо- S ду плавки объясняется ионной теорией строения шлака, согласно которому шлаки сталеплавильных процессов состоят из ионов положительно и отрицательно заряженных частиц.По ходу плавки в конвертере при наведенном шлаке фурма погружена в шлако-металлическую эмульсию. В этом случае .кислород, поступающий из фурмы, способствует образованию больworo количества ионов кислорода 0 в шлаке. В связи с тем, что энергия связи иона кислорода с металлов ве.лика, определенное количество ионов

02 переходит в металл по реакции. 20

0 (шл.) = О {мет) + 2е и д(в ф 3 (5) ф-3 . где З :- величина тока, протекающего

1 по участку электрической цепи фурма-земля при разомкнутых контактах коммутато- " ра, А

0 - измеряемое значение разнос-! . ти .потенциалов на участке электрической цепи фурма- земля при разомкнутых контактах коммутатора, А.

Найдем распределение токов в данной электрической цепи. при замыкании кон.тактов коммутатора.

На основании второго закона Кирхгофа для 1-oro контура имеем следующее уравНение

Переход внионов в металл сопровождается одновременным переходом катионов железа в металл ЭЗ

2+ 2Ге(ал) +О (вл) =. Ее(мет + 0(мат)®

При этом двойной электрический слой и связанный с ним скачок потенциала на границе раздела металл-шлак ЗФ не исчезает, так как тенденции к перемещению в металл у ионов 02 и Ге2 различны и определяются их энерги- ями связи с фазами. Если это стремление больше у иона 0 2, чем у Fe2,з то образуется двойной электрический слой с отрицательным зарядом на.металле и положительным в шлаке. Отрицательный заряд металла тормозит переход 0 2 и облегчает переход Ге2+. 4

Повышение содержания оксида каль-: ция в шлаке увеличивает активность ионов кислорода, что способствует при соответствующей температуре ванны и по р нтенсивному окислению углерода еакции

2С(мет1+0(шл)-ъ СО(tab) 2 е Й) Из приведенной выше схемы видно,что обезуглероживание металла сопровождается выделением электронов, и в этом случае металл получает избыток отрицательного заряда.

В данной электрической цепи фурмаземля-корпус-футеровка-расплав-фурма

И сопротивление участка цепи корпусфутеровка-расплав зависит от степе-. ни износа футеровки. Сопротивление

5 ..8 участка цепи фурма-расплав,а также внутреннее сопротивление источника

ЭДС намного меньше сопротивления футеровки, т .е. К р<< Кф„,-, (4 К

Поэтому в дальнейшем при выполнении расчетов для данной электрической цепи можно пренебречы1 и и .Сопротивление участков электрической цепи фурма-земля Еф, а также корпус-земля й„з для данного .конвертера являются постоянной величиной.

На основании второго закона Кирхгофа при разомкнутых контактах К коммутатора для 1-го контура (фиг.2) напишем следующее уравнение

Е = (ф «p «V «1 фут Ф-з Ф-э где Е - величина ЭДС источника, В;

3 - величина тока, протекающего в 1-ом контуре при разомкнутых контактах коммутатора, А; йф п-. сопротивление футеровки, Ом;

R - сопротивление участка электрической цепи корпус-земля, Ом;

Я .:- сопротивление участка элект,-рической цепи фурма-земля,Ом.

Величину тока, протекающего в I-ом контуре при разомкнутых контактах К коммутатора, найдем из следующего уравнения:

9 1027225: .10 где 3" - величина тока, протекающего времени можно пренебречь,-: Исходя из

Х в 1-ом контуре при замкнутых этого, приравняв правые части уравнеконтактах коммутатора, А; ний (3) и (9), получим

3< - величина тока, протекающего g +м + 1= ° . во П-ом контуре при замкну- з ф т к- ф-3! тых контактах коммутатора,А.

Для П-ro контура имеет следующее уравнение ° Å -з p )R

+ 2 6 к-з) к-.з

RApb

Подставив уравнение (Я и (10) i и ека УРавнение (11) и решив относйтельно

Найдем величину тока, протекающего во П-ом контуре из уравнения (7) сопротивления футеровки Вфутполучим (в

-Э Я»

7 а < + ü фт ©,й Р . - (.12)

С целью упрощения зависимости (12): введем следующие обозначения (13) Ь - E2 (14(R.к-з В - 3

d = R RAp5. и "-„, (10) иФ

1= I РФЬ

e = Я + К (17)

Подставив (13), (14), (15), (16), (17) в уравнение (12), получим

И где Э.", - величина тока, протекающего по участку электрической .цепи фурма-земля при замкнутых контактах коммутатора, А;

40 я

0 - -измеряемое значение разнос" ти потенциалов на участке электрической цепи фурма-. земля при замкнутых контак". тах коммутатора, мВ.

aU - Ь

P = 1 (18) кри1 где R „ - критическое сопротивление футеровки, когда возможна аварийная ситуация, Ом.

П одставим уравнение (8) в уравнение (6), получим Ц (,. .-,.ф" т к-3 у K-3

+ "доб

Величину тока, протекающего в 1-ом контуре при замкнутых контактах ком. мутатора, найдем из следующего урав нения

Интервал времени между измерением разности потенциалов на участке элект- рической цепи фурма-земля при разомкнутых контактах коммутатора и измерением разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля при замкнутых контактах коммутаторов выбирается минимальным, поэтому .изменение величины разности потенциалов на границе металл-алак будет минимальным, т.е. величиной изменения разности потенциалов на границе металлалак за столь минимальный промежуток.

Величина сопротивления футеровки сталеплавильного агрегата функционально зависит от общего состояния и степени износа футеровки.

Рассчетное значение Я сравнивается с заданным значением критического сопротивления футеровки R крит когда возможна аварийная ситуацйя, по зависимости крит

Ф т ф т е °

11 10272

Если Вф т < R Рт,то вычислительный блок выдает сигнал в сигнализатор.

Предлагаемое устройство просто в реализаций и обладает высокой надежностью за счет того, что нет необхо- % димости повторной. закладки электродов в футеровку при ремонте сталеплавильного агрегата между кампаниями, а также осуществления многопроводной электрической связи между элект-: родами, расположенными на подвижном сталеплавильном агрегате и аппаратурой контроля износа футеровки,так как в качестве электродов используются элементы технологического обо« рудования-фурма и корпус конвертера.

На фиг.4 приведены диаграммы из" менения сопротивления футеровки конвертера, полученные.в кислородно-конвертерном цехе Карметкомбината, в 2в начале кампании кри я A на плав/ ке Н 312802 и в конце кампании (кри-, вая Б,) на плавке И 313274. Из этих

25 12 диаграмм видно, что изменение сопротивления футеровки по ходу плавки и .в течение кампании функционально зависит от состояния и степени износа футеровки конвертера.

Технико-экономическая эффективность от использования изобретения состоит в том, что оно позволяет повысить надежность устройства для контроля степени износа футеровки конвертера. Кроме того, упрощается конструкция устройства за счет использования в качестве электродов фурмы и корпуса конвертера.

Экономический эффект от внедрения изобретения складывается из увеличения среднего числа плавок за кампанию конвертера, за счет уменьшения преждевременных остановок конвертера на ремонт футеровки. Годовой экономический эффект при производстве

4мл т стали в год будет равен

491,06 тыс.руб.

Я 4Ф gf

Составитель А.Абросимов

Редактор Г.Волкова Техред Л. Пекарь Корректор В.Гирняк

Заказ 4675/29, Тираж 568 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал. ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4