Способ контроля уровня ванны в конверторе

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9) ( ) 5/3 51) 4 С ННЫЙ КОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ГОСУД АРСПО ДЕЛА АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,ф г,11,АВТОРСМОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ч повьппе тр ак(72) Л.Г.Рыбалко и Ю.В.Пожидаев (71) Сибирский ордена Трудового Крас ного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (53) 621, 746,27(088.8)(54)(57) СПОСОБ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ВАННЫ В КОНВЕРТОРЕ путем измерения виброакустических параметров, о т л и -а ю щ и й с я тем, что, с цельюпия надежности и точности коноля, непрерывно измеряют частоту устического сигнала у сталевыпускного отверстия в диапазоне 60 200 Гц, величину горизонтальных вибросмещений кислородной фурмы в месте ее крепления в диапазоне 40 - 250 Гци высоту подъема фурмы относительноначального уровня жидкого металлав конверторе, причем в режиме открытыг, струй расстояние от торца головки фурмы до поверхностных частей ванны определяют по величине сглаженного сигнала изменения частоты шумапродувки при величине вибросмещенийкислородной фурмы, не превьппающей107. от полного регистрируемого диапазона ее изменения., и вычитают извысоты подъема фурмы, а в режиме заглубленных струй высоту шлакометаллической эмульсии, контактирующейс фурмой, определяют по величинесглаженного сигнала вибросмещенийкислородной фурмы при величине сигнала изменения частоты шума, не превышающей 103 от полного диапазона ееизменения, и прибавляют к высотеподъема фурмы.Изобретение относится к черной мгталлургии, коцкретцее к контролю иреГулиронаццю кислордно в коцвертоной плавки,Цель изобретения - пвыщение надежности и точцости контроля уровняванны в конверторе.Нижняя граница (60 Гц) акустического диапазона соответствует моментуполного заглубления кислородных 10струй в шлакометаллическую эмульсиюи определена срывом генерации звукапо предлагаемому механизму. Верхняяграница (20", Гц) установлена, исходяиз условий устранения влияция других 15источников звука н конверторе, неотражающих изменение уровня ванны нрежиме открытых струй.Нижняя граница (40 Гц) выбранногодиапазона изменения величины вибросмещений фурмы установлена с цельюисключения собственных резонансныхчастот вибрации фурмы и вибродатчика, которые обычно ниже 40 Гц, атакже частот колебаний фурмы от воздействия процессов в реакционных зонах, Верхняя граница (250 Гц) этогодиапазона исключает неоднозначностьпри расшифровке сигнала, в частностивлияние процессов обезуглерожинания,ЗОЧастота шума продувки, как параметр колебательного процесса, более устойчива к помехам, чем амплитуда, и при прохождении звука через разнородные среды внутри конвертора она 35 практически не меняется. Ее изменение может быть связано только или с изменением характеристик генератора шума, или заменой одного типа генератора другим. В результате проведен ных промышленных и лабогаторньгх исследований для режима открытых струй получена устойчивая зависимость изменения частоты шума продувки в диапазоне б 9 - 200 Гц от расстояния Н от торца головки фурмы (среза сопел) до поНерхностных частей ванны - жидких (металл и шлакометаллическая эмульсия) и твердых (металлолом, сыпучие). Изменение величины сигнала 50 частоты шума прямо пропорционально из менению расстояния Н: с увеличением Н увеличивается величина сигнала.Полученную экспериментально н режиме открытьгх струй в диапазоне 60 - 55 290 Гц зависимость частоты шума продувки от высоты торца фурмы до поверх. костных частей ванны можно объяснить,цХця цз теоретических сцов акустики и гидргазодинамики. Так, н экспериментально установленном низкочастотном диапазоне источником звука (шума) являются процессы ударного взаимодействия кослородных струй с жидкй ванной конвертора или кусками выступающего металлолома, При приближении кислородных струй к поверхности ванны происходит их проникновение и нанну. На поверхности ванны образуются лунки или, с точки зрения пневмогазоакустики, резонансные полости - резонаторы, Систему сопло фур мы - кислородная струя - лунка можно представить н виде генератора звуковых колебаний (подобие генератора Гартмана), Частота излучения представляемого генератора определяется при прочих неизменных условиях геометрическими размерами резонатора - лунки, н первую очередь ее глубиной. При увеличении глубины снижается частота генерации, При постоянстве давления дутья, размеров сопел и их формы глубина лунки (глубина проникновения струи) зависит от высоты подъема фурмы и плотности среды (ванны). При подъеме фурмы, т.е, увеличении расстояния Н и неизменной плотности верхних объемов ванны глубина лун ки уменьшается, частота генерации увеличивается. При вспенивании ванны (уменьшении расстояния Н) и неизменной высоте фурмы плотность среды уменьшается, глубина лунки увеличивается, значит уменьшается частота генерации. Ударное взаимодействие кислородной струи с твердым металлоломом также вызывает генерацию звука (в этом случае также формируется лунка), частота которого находится в названном диапазоне, зависит от высоты фурмы до металлолома и увеличивается при подъеме фурмы и удале-.: нии ее от металлолома.Таким образом, частота излучаемого звукового сигнала прямо пропорционально зависит от расстояния Н. Эта зависимость при использовании сгаженных значений сигнала с достаточной точностью может быть представлена. в виде прямой линии и для широко распространенных и отрасли промышленных условий продувки (интенсивности дутья, размеров сопел и т.п.) она сохраняется внутри интервала изменения Н от 0 до 3 м, Для конкретного типа конвертора иего условий работы3 118 б требуется уточнение этого интервала. Этого интервала вполне достаточно для обеспечения надежного контроля изменения уровня ванны в конверторе, как в начале продувки, так и в периоды "свертыванияплака.При уменьшении расстояния Н до нуля (при вспенивании ванны) частота генерируемого звукового сигнала приближается к нижней границе указан О ного диапазона (60 Гц). Полное заглубление кислородных струй вызывает срыв генерации, частота звука при этом переходит за нижний предел и не несет полезной информации. Однако 15 при продувке в режиме заглубленных струй на начальном участке заглубления сигнал измения частоты шума продувки может в некоторых случаях достигать величины, не превышающей 103 от полного диапазона ее изменения. Сигнал изменения частоты шума продувки, превышающий 200 Гц, не может быть использован, ввиду возникающей неоднозначности его зависимости от Н. 25 Фактический уровень конверторной ванны относительно начального (нулевого) уровня жидкого металла в режиме открытых струй определяется при вычитании из высоты .подъема фурмы относительно начального уровня ванны (Н, ) расстояния Н, определяемого по предлагаемому способу.Согласно теоретическим основам35 акустики в неоднородной среде звук уклоняется в сторону, где скорость звука меньше. Так как в газообразной среде скорость звука растет с температурой, то звук будет отклонять ся в сторону более холодного газа (воздуха). Эти теоретические положения справедливы и для условий распространения звука в конверторе. Поэтому предложено новое место отбора звукового сигнала - у сталевыпускно го отверстия конвертора, т.е. место, куда также устремляется звук из полости конвертора. Однако эта точка отбора сигнала наиболее удалена от источников помех - тракта подачи сы пучих и газового затвора фурменного окна, а необходимость в применении каких-либо волноводов при измерении частоты акустического сигнала отпадает, так как надежно измерять и фик сировать частоту малых звуковых колебаний способна практически любая современная, предназначенная для этих б 48 4целей, аппаратура средней чувствительности.Сигнал изменения горизонтальных вибросмещений кислородной фурмы в месте ее крепления в диапазоне 40 - 250 Гц, как показали промышленные эксперименты, однозначно характеризует изменение высоты шламометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой в режиме заглубленных струй. Эта экспериментальная зависимость объяснима с точки зрения современными представлений гидрогазодинамики конверторной ванны.При больших скоростях внедрения кислородных струй в металл (шлакометаллическую эмульсию) происходит образование большого количества разных по объему газовых полостей, которые, поднимаясь вверх, выбрасываются (выплескиваются) на поверхность ванны, создавая толчки, воздействующие через шлакометаллическую эмульсию на кислородную фурму, и вызывая ее вибрацию с частотой этих толчков. При своем движении вверх эти полости претерпевают непрерывные случайные формоизменения, колеблются в различных направлениях и при встрече с другими полостями, в основном, .меньшего объема смыкаются с ними и образуют полости большого объема. Чем длиннее их путь (чем больше высота шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой), тем большего объема газовые полости достигают поверхности ванны и тем сильнее их воздействие на фурму и большие ее вибросмещения они вызывают.Таким образом, при заглублении фурмы, т.е. при увеличении высоты шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой, происходит прямо пропорциональное этому увеличению величины вибросмещений кислородной фурмы в диапазоне 40 - 250 Гц. Точка отбора сигнала горизонтальных вибросмещений фурмы (установки вибродат,чика) выбрана в наиболее доступном для обслуживания месте крепления фурмы к каретке, так как кислородная фурма представляет собой цельнометаллическую достаточно жесткую конструкцию, колебания по которой передаются практически не искажаясь.Рассмотренная зависимость величины вибросмещений фурмы от высотышлакометаллической эмульсии при использовании сглаженных значений сигнала может быть представлена в видепрямой линии. В режиме открытыхструй сигнал вибросмешений 1 Ьурмы имеет фоновый уровень, который устанавливают на шкале вторичного приборав качестве нулевого уровня (индикатора отсутствия контакта фурмы с ванной), не превышающего 103 от полного регистрируемого диапазона измене Ония,Фактический уровень конверторнойванны относительно начального ееуровня в режиме закрытых струй определяется суммированием высоты подъема фурмы Н ф и высоты шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой и определяемой по предлагаемому способу,На фиг. 1 - 4 представлены кривые 20изменения вибросмещений кислороднойфурмы и частоты шума продувки в укаэанных частотных диапазонах для одной из промышленных плавок, показаныграфики нанесенных управляющих воэдействий; на фиг. 5 - номограмма для.определния уровня ванны в конверторепо предлагаемому способу. В режиме открытых струй в начале 3 О плавки в течение первых 6-ти мин полезную информацию несет сигнал изменения частоты шума продувки Чш (фиг. 3) в диапазоне 60 - 200 Гц, Сигнал изменения величины вибросмещений кислородной фурмы ВС 1, (фиг. 4) в этом периоде времени не информативен, Его регистрация на нулевом уровне (не более 107 шкалы прибора) говорит лишь о том, что система контро- о ля вибросмещений находится в рабочем состоянии и контакт фурмы со шлакометаллической эмульсией отсутствует, При постоянной высоте Н, подъема фурмы относительно начального (нулевого) уровня ванны (фиг. ":) сглаженный сигнал Чш возрастает (участок АБ, фиг. 3). Это говорит о том, что выступающий из жидкой ванны металлолом оплавляется и оседает, а расстояние от торца фурмы до его верхних частей, пропорциональное величине сглаженного сигнала Ч, увеличивает-. ся. Последующее ступенчатое (при относительно небольшой величине сту 55 пенек) уменьшение высоты Нр приводит к уменьшению величины сглаженного сигнала Ч 1,1 (участок БВ), что соответствует предлагаемому механизму генерации звука (с уменьшением расстояция при прочих неизменных условиях, в частности неизменном мицутцом расходе кислорода Я (фиг. 1), увеличивается глубина лунок в твердом металлоломе. и уменьшается частота звука) . Дача порции извести (И) массой 3 т на 3-й минуте особо це отражается на величине и характере изменения сигнала Ч , Значительной величины ступенчаштое уменьшение Н,1, в конце 3-й минуты отслеживается довольно резким уменьшением сигнала Ч 1 (начальцый период участка ВГ). На участке Г 1 на сглаженной кривой сигнала Чш этот сигнал уменьшается при постоянной высоте Н что говорит об уменьшении плотности среды, т,е. твердый металлолом осел не только под уроввць жидкого металла, но и опустился настолько, что лунки сформировались в жидкой 1 Ьазе, дальнейшее довольно быстрое уменьшение сигнала Чш (участок ЦЕ) связано с дальнейшим уменьшением плотности верхних объемов ванны, т,е. с ее вспениванием, поэтому точка Д характеризует начало вспенивания конверторной ванны. Уменьшение сигнала Чш в точке Е до куля говорит о начале эаглубления кислородных струй, а одновременно увеличение сглаженного сигнала ВС 1 Р говорит о наличии контакта кислородной фурмы со вспененной конверторной ванной, подъеме уровня ванны и увеличении высоты шлакометаллической эмульсии. Величина возросшего сглаженного сигнала ВС пропорциональна высоте шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой.Из оценки информативности кривых изменения Чш и ВСг во второй половине плавки следует, что при смене режимов истечение кислородных струй они сменяют друг друга. Так при 1 сверты 11вании шлака на 9-й и 10-й минутах возникает режим открытых струй, и на этих интервалах зарегистрирован сигнал Чш, величина которого пропорциональна расстоянию от торца фурмы до уровня ванны, величина сигнала Вс 111 в это время снижается до фонового уровня, Интенсивное вспенивание конверторной ванны на 11 - 13-й минутах, вызванное дачей плавикового шпата ( В ) и подъемом фурмы, отражает сигнал ВС 1, причем верхние предельные значения этого сигнала (участок ЖЗ)118 б 7 8 9 Ю У УЯ шОЗт Яхт И 1 т 9 1 У Г, РФН 1 г з ЦИЗт Фиг М 1 соответствует по времени имевшим местоинтенсивным выбросам (В) шлакометалли-ческой эмульсии. Сигнал Чш при этом незарегистрирован.Номограмма, представленная на 5фиг. 5, отражает зависимости фактического уровня ванны Н 8 относительно начального для режима открытых струй:Нп= Н,р - КЧ ы (прямые линии, параллельные отрезку прямой Нр.обреа, Ь 1 Окаждая из которых соответствует определенной высоте подъема фурмы Н,и для режима заглубленных струй; НпН Р + К ВСр (прямые линий, параллельные отрезку ОИ, также соответст 15вующие определенной высоте Н). Коэффициенты К н К устанавливают дляй 2конкретных условий работы конвертора.Они определяют углы наклона базовыхОтрезков прямых Н ю р 6 Ь и ОМе20Н- предельная (максимальная)высота подъема фурмы, до которой сохраняются условия генерации звука попредлагаемому механизму. Н пппбмаксимальное расстояние от среза горловины конкретного конвертера до на 5чального уровня жидкого металла внем (обычно оно присуще условиямпредельно изношенной футеровки конвертора),По оси абсцисс на данной номограмме откладывают сглаженные значениясигналов ВС и Ч в процентах шкалыприборов, предназначенных для регист-.,рации, а по оси ординат определяютуровень ванны Нп в метрах,35Например, для условий, при которыхразработана номограмма на фиг. 5, наб 48 8одной из плавок в начале продувки в режиме открытых струй в некоторый момент времени величина сглаженного сигнала Чравна 55 Е шкалы прибора, а величина сигнала ВС, не превьппает 107 шкалы. Восстанавлйвая перпендикуляр из точки 557. на оси абсцисс до одной из параллельных линий, соответствующей высоте Нт,подъема фурмы в данный момент времени (точка Г на этой линии, фиг. 5) и опуская из точ.ки 1 перпендикуляр на ось орди-, нат, получаем фактическую высоту ванны относительно начального уровня Н,.В другой момент времени в середине этой плавки в режиме заглубленных струй величина сглаженного сигнала ВС , например, равна 323 шкалы прибора, а сигнал Чы отсутствует (или не превьппает 107 шкалы). В это время фурма занимает новое положение, высота ее подъема равна Н . Восстанавливая перпендикуляр из точки 322 на оси абсцисс до линии, соответствующей Н р (точка и, фиг. 5) и опуская из точки о перпендикуляр на ось ординат, получаем фактическую высоту ванны в конверторе относительно ее начального уровня Н п, Если Нв - фактическое расстояние от среза горловины конвертора до начального уровня жидкого металла в нем на рассматриваемой плавке, то для второго момента времени высота пустой верхней части полости конвертора будет равна Ь (фиг. 5).%ю 1 КефМаХ ВНИИПИ Заказ 6594/8 Тираж 55 одписное Проектная,втевтф, г.Уаг с53 с8 МВ г 2 3 9 5 б 7 В 9 70 77 г 2 О 1 Ч г 5Фиг 9