Способ определения степени окисления углерода до окиси углерода в полости конвертера

(21 (22 (46 (71 сло степеней своб 38726 26,03 23,09 Киевс ХЧ съ И. В. й, В. движения однои соответственно и окиси углеро том колебатель лек скис м. Х72) объемы соответс внутренней поло венноти кон-. вС(.56) Авторское свидетельство СССУ 992593, кл. С 21 С 5/30, 1970.(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕОКИСЛЕНИЯ УГЛЕРОДА ДО ОКИСИ УГЛЕВ ПОЛОСТИ КОНВЕРТЕРА, включающимерение интенсивности газообразония, преимущественно давления взоходе и частоты изменения интенндсти газообраэования, о т л ию щ и й с я тем, что, с цельюличения точности, дополнительномеряют разрежение в нижнем сеченкессона, амплитуды колебания давния газа в конвертере и верхнейти подъемного гаэохода на резонаной частоте и определяют степеньлерода до СО в полости конвертерформуле остоянии, м а колебания за в конвер ансной част даверете,р на ре Па;- резон бания нская част коле виж я газаЦ ва конвертере ри ив(Чкс+Ч ) ь 268 веи Чкс е а с ги степе до до верте окисления угаеров полости кон со г- оотДж/коэффициентнальности, орасход подсавоздуха в эа ропорциоределяющий сываемого исимости ле" с а с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИ САНИ К АВТОРСКОМУ 3/22-028586. Бюл. У 35ий институт автоматизда КПСС рисяжнюк, Н. С. Це Богушевский и Н, удельные тепловые э ты реакции горения лерода до СО и СО ветственно, Дж/кг; скорость выгорания рода в ванне конвер-0,536 К Бр,Ч, - объемы соответственнокессона и подъемного Ввеагаэохода, мз.М ьр - амплитуда колебания фодавления газа в верхней (фчасти подъемного газо- рвхода на резонанснойМчастоте, Па;Г, - резонансная частота колебания давления газав верхней части подьемного газохода, Па;- удельная теглота сго- еооракия окиси углеродапри нормальных условияхэФИзобретение 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 газо- отводящему 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 формулеСЯ 1 Чгде Г, - резонансная частота, Гц;С - скорость распространениязвука в газе, м/с;Я - площадь горловины, открытойво внешнюю среду, м ;Я,Ь, . - эффективная длина горловиныполости, м;7 - объем полости, м ,Используя соотношение (1), можнорассчитать для конвертерной установки диапазон изменения резонанснойчастоты колебания давления в конвер"тере и верхней части подъемного газохода и тем самым определить характеристики фильтров для пропускания резонансных частот.Используя термодинамические зависимости для квазистационарного про(2) где дЯ - количество тепла, сообщенное рабочему телу, Дж;дП - изменение внутренней энергии рабочего тела, Дж.С другой стороны, тепловыделениев системе в течение одного цикла колебаний можно определить какдЯ =ЧГ(3)где о - удельный тепловой эффект реакции горения топлива, Дж/кг 20 (для газообразного при нормальных условиях Дж/мз);Ч - расход топлива, кг/с;Г - частота колебания давлениягаза, Гц,25 Согласно теории классической статистики Максвелла изменение внутренней энергии газа можно определить поформуле 0где ш - масса газа кг;р - молекулярная масса газа,кг/кмоль;- с учетом колебательных час тот степеней свободы движения одной молекулы газа;дТ - изменение температуры газа,К;, Н - универсальная газовая по стоянная равная 8314 Дж//(кмольК.Для описайия состояния реальныхгазов при низких давлениях и высоких температурах, что имеет место в кис дородно-конвертерном процессе, можноиспользовать уравнение Менделеева- Клапейрона 11цесса при допущении иэохорности реакции горения, можно получить ампли тудные характеристики колебания давления газа.5 Согласно первому закону термоди- намики(5)где ор - амплитуда колебания давления газа, Па;Ч - объемгаза, м 5Используя соотношения (2) - (5), получаем выражение для амплитуды колебания давления газа: с со Ф со,(6) 1 О Ч Г двуокиси углерода,равное 6 и Я; Ч, Ч , Ч Ч - объемы соответствень кГно внутренней полости конвертера, ванны, кессона и подъем 3ного газохода, м- частоты колебания газа соответственно в конвертере и в верхней части подъемногогазохода, Гц;ар - амплитуда колебаниясопарциального .давлениядвуокиси от догоранияокиси углерода, Па;- обьемная доля двуокис 02си углерода от дого-,рания конвертерныхгазов;- удельная теплота сгосорания окиси углеродаот догорания конвертерных газов при нормальных условиях,равная 127 10 Дж/мТак как процесс дожигания окисиуглерода кислородом в полости реторты не сопровождается увеличением объема газообразных продуктов, то ампли"туда давления газа инвариантна поотношению к объемному расходу последнего.Величину с определяют как отно- .содшение значений расхода двуокиси углерода от догорания конвертерных газов,к сумме расходов углеродсодержащихконвертерных газов и подсосанноговоздуха, который принимают пропорциональным разрежению в нижнем сечениикессона: 30 фСО 22,412 Чсо со2 где со р 2294 чсо7,со 22,4- + 1812и ЧСО 1 ные теты реак В кислородно-конвертерном процессе газообраэование по ходу продувки происходит в реторте и газоходе. Длина пути, при котором происходит полное молярное перемешивание конвертер- ного газа с подсасываемым воздухом, равна примерно десятикратному диаметру горловины конвертера. Поэтому наиболее достоверная амплитудно-час 20 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:(7)для подъемного газохода с дожиганйем:- амплитуды колебаниядавления газа соответственно в объеме 45 рабочего пространст.- ва конвертера к вверхней части подъемного газохода, Па; - степень окисления уг лерода до СО в.полости конвертера, определяемая как объемная доля окиси углерода в конвертериых 55газах;- удель пловыеэФфек ции го 4рения углерода ванны с участием холодного кислорода соответственно до СО и С 02, равные 1046 10 и 31251 О Дж/кг;- скорость выгоранияуглерода в ванне конвертера, кг/с;- с учетом колебательных число степеней свободы движения одной молекулы соответственно окиси иимост пени ния 0 в е а ни Составитель Г. ДеминТехред М.Ходанич Корректор О,Редактор Н. ЕгоЗаказ 5086/25 ая Тираж 552 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открытий, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4 113 олиграфичеакое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектн оизводстве 3 12 где К - коэффициент пропорциональности, определяющий расходподсасываемого воздуха принормальных условиях в зависимости от разрежения в нижнем сечении кессона, м /(с(10)Решая выражения (О) и (7) соответственно относительно величин Ч и 1 и переходя в область резонанссоного колебания газа, получим 0 268 ).со(Чкс+Чг ) ьрод о 2 3 зЙ,сор Ч 1 со (Ч -Ч )о 1 1 о 1 со 2( -ц Ч -( - Ч -Ч р:Гсц со с сО сО ко ОТаким образом, благодаря дополнительным по сравнению с известным 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 факто продувки.П р и м е р. Определение сте окисления углерода до СО в полости 130-тонного конвертера с продувкой кислородом сверху и дожиганием кон. вертерных газов. Для этой конвертерной установки геометрические фактоз, ры равны: Ч, = 190 м ; Ч = 19 м Ф 58837 ЬЧ = 37 м ; Ч = 209 м . Значенияксфспеременных, измеренных в момент подачи в ванну 507. общего количествакислорода на плавку в области реэо 5 нансного колебания газа, равны: Г- 13 Гц; Г, = 5 Гц; ь р, = 0,09 хх 10 Па; р = 0,72 10 Па. Величина разреженйя в нижнем сеченииЪкессона равна ор = 20 Па; значениекоэффициента пропорциональности К =э= 0,93 м /(с Па). После подстановкиданных получим: Ч .= 4,97 кг/с; У0,90,В качестве технических средств1 могут быть использованы следующиеприборы: для измерения давления(разрежения) газа - измерительныйпреобразователь давления-разрежения,для выделения амплитуды колебаниядавления газа на резонансной частоте - электронный фильтр, для определения степени окисления углерода доСО в полости конвертера - микропроцессор.25Испытание макета, реализующегоизобретение, показало, что использование способа определения. степениокисления углерода до СО в полостиконвертера позволяет осуществитьконтроль процесса с более высокойточностью (количество плавок, находящихся в заданных пределах, с первой повалки возрастает на 5-7%),что снижает себестоимость стали и 35 повышает ее качество. Экономическая эффективность печивается за счет повышения п дительности конвертера на 1,7 кращения расхода огнеупорных м 4 О алов на 27, что снижает себест стали на 0,05 руб/т. Увеличение точности определ степени окисления углерода до полости конвертера позволяет у 45 шить число промежуточных повал регата, что способствует улучш экологических условий.