Способ определения положения рабочего конца электрода со сквозным каналом в ванне закрытой руднотермической электропечи и устройство для его осуществления

(19) 01) 11 1 О Н 053 7/О Я)5 НОМИТЕ ОТКРЫТ ГОСУД АРСТВЕНН ПО ИЗОБРЕТЕНИЯ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ алл В. Николен)е анов, А.А. тво СССР 4, 1978. о СССР1976(54) СПОСОБ ОП РАБОЧЕГО КОНЦА КАНАЛОМ В ВАНН ЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРО ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ (57) Изобретен металлургии, в ЕДЕЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОДА СО СКВОЗНЬИ ЗАКРЫТОЙ РУДНОТЕРМИЕЧИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЯ носится к чеоной астности к произво ааг дУРааснь летки ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Днепропетровский меский институт(56) Авторское свидетельИ 768840, кл. С 22 С 33/Авторское свидетельстВ 728226, кл, К 05 В 7/О ству электроферросплавов, преимущест венно марганцевых Цель изобретения - улучшение технико-экономических показателей работы электропечи путем непрерывного контроля положения рабочего конца электрода, исключения отрицательного влияния замеров на ход процесса. В процессе выплавки марганцевых Ферросплавов к газоотборному зонду 3, размещенному в сквозном канале 1 электрода 2 ферросплавной закрытой электропечи, подключают датчик давления 4, Газоотборные зонды 5 и б устанавливают последовательно от боковой поверхности электрода 2 на расстоянии, соответственно равном (0,5-1,0) н (0,7- ф 1,2) ширины электрода 2, и на расстоянии, равном (1,5-2,0) ширины электрода 2 от нижней кромки 7 за- С грузочной воронки 8 и соответствен1566189 но вровень с ней. Концы зондов 5 и6, выходящие на свод печи, соеди -няют с датчиками давления 9 и 1 О, Затем датчики давления 4, 9 и 10 через блоки умножения подсоединяют кблокам вычитания, а выходы подсоеИзобретение относится к черной мЕталлургии, в частности к произвОдству электроферросплавов, преимущественно марганцевых. 15Цель изобретения - улучшение технико-экономических показателей работы электропечи путем непрерывного контроля положения рабочего конца электрода, исключения отрицательного влияния замеров на ход технологического процесса выплавки ферросплавов.На Фиг, .1 представлено устройство для осуществления способа определения 25 положения рабочего конца электрода со сквозным каналом в ванне закрытой руднотермической электропечи; на Фиг, 2 - блок-схема измерительной части устройства, 30Способ .заключается в том, что давление газа в сквозном канале электрода контролируют непрерь 1 вно и одновременно с давлением в подсвоцовом пространстве у электрода, а также с давлением газа в произвольной точке объ 35 ема шихтовых материалов приэлектродной зоны, ограниченной сверху зоной сыпучих материалов и снизу - участком зоны первичного шлака, примыкаюь щим к зоне коксового слоя. В качестве Фиксированного уровня принимают нижнюю кромку загрузочной воронки, а положение рабочего конца электрода определяют по зависимости452Р, - РэЬ=а 1 с2 Э где Ь - расстояние от фиксированногоуровня - нижней кромки загру 50зочной воронки - до рабочегоконца электрода (длина зашихтованной части электрода)а - расстояние от Фиксированногоуровня до торца газоотборного зонда слоя шихтовых материалов приэлектродной зоны1 - коэфФициент, учитывающий газодинамические свойства слоя диняют к входам блока деления, выход которого через блок коррекциисоединяют с входом механизма перемещения электрода или указателем положения рабочего конца электрода,2 с.п.ф-лы, 2 ил.,шихтовых материалов приэлектродной зоны,Р 1 - давление газа в сквозном канале электрода;Р - давление газа в отборном зонЯде приэлектродной зоны;Р, - давление газа подсводовогоЭпространства на фиксированном уровне.Структура рабочего пространства ванны электропечи, выплавляющей сплавы марганца, характеризуется наличием следующих зон (фиг,1): ЗНШ - зона неподвижной (малоподвижной) шихты, ЗРШ - зона рыхлой шихты (сыпучей шихты), ЗКС - зона коксового слоя, ЗКШ - зона конечного шлака, Гр - гарниссаж, ЗМ - зона металла, ПП - подэлектродная (в зоне торца электрода) полость .Источником газовыделения является Фокус пятна дугового разряда подэлектродного промежутка (полости), интенсивность которого зависит от тока и мощности на электроде. Образующиеся газы поступают в подсводовое пространство закрытой руднотермической печи преимущественно через приэлектродную зону, состоящую, например, у печей, выплавляющих марганцевые Ферросплавы, из зоны рыхлых материалов, зоны первичного шлака ЗПШ, примыкающего к зоне коксового слоя. Для этой приэлектроднои зоны характерно изменение давления газов в сторону увеличения по мере приближения к рабочему концу электрода. Аналогичная зависимость для зоны неподвижной шихты не установлена.Газодинамические характеристики слоя шихтовых материалов, обладающего однородностью,или если его газодинамические свойства изменяются в соответствии с определенным законом в глубину, тесно связаны с его высотой, что позволяет определять некоторые его параметры. Наиболее приемлем, с этой точки зрения, при определении положе.1 О 5 1 5661 ния торца электрода слой шихтовых материалов, ограниченный сверху зоной рыхлых материалов, а снизу - нижним участком зоны первичного шлака, примыкающего к зоне коксового слоя. Газодинамическая характеристика этого слоя достаточно однородна, и его объем определяет положение рабочего конца электрода при его маневрировании в нормальном технологическом режиме выплавки сплава.Поскольку в расчетную Формулу для определения величины абсолютного давления газана отдельных горизонтах такого пористого слоя входят величины давления газа соответственно на входе и выходе слоя, т,е. у торца электрода и в подсводовом пространстве, давление газа на расстоянии а 20 от входа в слой, т.е. давление в произвольной точке, удаленной на расстояние ц от нижней кромки загрузочной воронки, расположенной в указанной зоне первичного шлака, то,непрерывно фиксируя все эти три значения давлений при известном значении величины О, можно непрерывно определять общую высоту пористого слоя между торцом электрода и нижней кромкой загрузочной воронки, т.е. длину зашихтованной части электрода или положения его рабочего конца. Давление газа в подсводовом пространстве целесообразно определять как можно ближе к электроду, поскольку при значительном удалении сказывается влия- " ние давлений от соседних электродов, т.е. фиксируется средняя величина давления подсводового пространства, как, например, для шестиэлектродной прямоугольной электропечи РП 3-63,В расчетной Формуле способа определения положения рабочего конца эле ктрода коэффициент К учитывает Газо 45 динамические свойства слоя шихтовых материалов приэлектродной зоны, в которой установлен газоотборный зонд. На величину коэфФициента 1 существенным образом влияет сегрегация шихты, возможные неоднородности ее и гра. нулометрический состав сырья. Поэтому для каждого вида сплава величина коэффициента имеет определенное значение. Гранулометрический состав шихты для выплавки того или иного сплава, как правило, постоянен. В случае однородного пористого слоя величина 1 с равна 1, однако практически для шихт 89 6всех видов марганцевых Ферросплавов1 с больше 1 Ж ) 1).Пределы изменения величины Ь (длинызашихтованной части электрода) при ееопределении ограничены значениемвеличины а . Как правило, Ь не можетбыть меньше (1,5-2,0) значений ширины электрода Ь, если технологический процесс ведется без нарушений.Этим определяется значение величиныО, причем точка отбора газа при этомнаходится в указанной приэлектроднойзоне, В соответствии с этим при Ьа,Р 1 РР, при Ь = а, Р, = Р) РЕсли Ь с а, то Р с Р,Рэ, а истинноеположение торца электрода в ваннепечи трудноопределимо, поскольку расчетная Формула изменяет смысл, Точкиотбора газа должны, по возможности,располагаться на одной вертикальнойоси, однако, поскольку практическиэто труднореализуемо по конструктивным особенностям свода печей, точкиотбора газов необходимо располагатьвозможно ближе к поверхности электрода,При этом ширина приэлектроднойзоны, в которой располагается отборный зонд, различна для разных видов марганцевых сплавов, и составляет приизмерении от поверхности электрода(велнчина с); для силикомарганца0,8-1,4 м, для Ферромарганца 0,40,8 м, для малофосфористого шлака0,25-0,4 м (Рэ = 5-9 %3 т). В связис этим газоотборный зонд приэлектродной зоны располагается на удалении(0,5-1,0) ширины электрода Ь. В этомслучае зонд попадает в указанную приэлектродную зону при выплавке любогоиз этих сплавов. При уменьшении этихразмеров установке зонда препятствует конструкция воронки или уплотнения электрода печи.При увеличении размеров областьприменения способа и устройства сужается, поскольку место установкизонда выходит за пределы приэлектродной зоны. Аналогично зонд отбора газа из подсводового пространства располагается на удалении (0,7-1,2)ширины электрода .Ь, поскольку увеличение. размера сверх указанного ведет к искажению истинного значениядавления подсводового пространствау электрода со сквозным каналом, ауменьшение этого размера ограничивается конструктивными особенностями эле 1566189ментов свода печи и установкой зондадля измерения давления газа в приэлектродной зоне.Устройство для осуществления способа определения положения рабочего5конца электрода со сквозным каналомв ванне закрытой руднотермическойэлектропечи содержит размещенный всквозном канале 1 электрода 2 газоотборный зонд 3, соединенный с датчиком 4 давления, гаэоотборные зонды5 и 6, установленные последовательноот боковой поверхности электрода 2на расстоянии, соответственно равном(1,5-2,0) ширины электрода 2 от нижней кромки 7 загрузочной воронки 8и соответственно вровень с нею, подсоединенные каждый через датчики 9 и1 О давления (фиг.2) и блоки 11 -13 умножения к блокам 14 и 15 вычитания,к первым входам которых подключеныпервый 4 и второй 9 датчики давления, 25а к вторым - третий датчик 10 давления, а выходы подсоединены к входамблока 16 деления, выход которого через блок 17 умножения-коррекции связан с входом механизма перемещения 30электрода или указателем 18 положения рабочего конца электрода.Устройство работает следующим образом.К наращиваемому в процессе выплавки марганцевых ферросплавов газоотборному зонду 3, размещенному всквозном канале 1 электрода 2 Ферросплавной закрытой руднотермическойэлектропечи, посредством газовой40арматуры подключают датчик 4 давления.Датчик соединен с зондом, каждаянаращиваемая секция которого снабжена клапаном односторонней проводимости газа подэлектродной полости, исклю 15чающим одсос воздуха и образованиевзрывчатой смеси, могущей привестик аварии электрода, Каждая секция зонда устанавливается вместе с наращиваемой секцией электрода и после установки приваривается в двух-трех точках к ребрам жесткости во избежаниемеханических повреждений угольноймассой,Газоотборные зонды 5 и 6, выполненные иэ жаростойких труб (ориентировочно 3/4 дюйма, аналогично зондуэлектрода), для реализации. способаопределения цоложения рабочего конца электрода устанавливают последовательно от боковой поверхности электрода 2 на расстоянии, соответственноравном (0,5-1,0) и (0,7-1,2) шириныэлектрода 2, и на расстоянииравном (1,5-2,0) ширины электрода 2 отнижней кромки 7 загрузочной воронки8 и соответственно вровень с нею.Приэтом конец газоотборного зонда 5 располагается в приэлектродной зоне, ограниченной сверху зоной рыхлых материалов и снизу - участком зоны первичного шлака, примыкающего к зонекоксового слоя, Конец газоотборногозонда 6 размещается в подсводовомпространстве у электрода. Координатыположения концов газоотборных зондовобоснованы вьппе, Концы зондов 5 и 6,выходящие на свод печи, посредствомгазовой арматуры соединяют с датчиками 9 и 10 давления.Далее зонды 3, 5 и 6 через датчики 4, 9 и 1 О давления и блоки 11-13умножения подсоединяют к блокам 14и 1 5 вычитания, к первым входам которых подключены первый 4 и второй 9датчики давления, а к вторьм - третий датчик 10 давления, а выходы подсоединяют к входам блока 16 деления,выход которого через блок 17 умножения-коррекции связан с входом механизма перемещения электрода или указателем положения рабочего конца электрода 18,Для учета влияния газодинамическихсвойств приэлектродной зоны на определение положения рабочего конца электрода 2 определяют величину коэффициента 1 с, которую затем вводят в блок17 умножения-коррекции. Для этого известным методом определяют положениеторца электрода 2 в ванне печи и устанавливают его на уровень конца газоотборного зонда 5, т.е. на уровне Я.,Выплавляют на. печи марганцевый сплавподдерживая требуемый технологическийрежим, определяют величины давленияР Ф РФ Р 3 , Подставляя значение давления Р Р, Р, величины а и длиныэлектрода Е = а в расчетную Формулу,определяют значение коэффициента 1 с,Для каждого вида сплава характерноопределенное значение 1, определяемое экспериментально. Изменение гранулометрического состава шихты существенным образом сказывается назначении коэффициента 1. Марганцевыеферросплавы выплавляют на относительно стабильном Фракционном составе шихты, однако необходимо экспериментально определять значение коэффициента Е для всех применяющихся на практике фракций шихты,5В дальнейшем опускают электрод в положение, необходимое для поддержания требуемого электрического и технологического режима выплавки сплава, и непрерывно контролируют положение рабочего конца электрода 2 по указателю 18 положения для выбора оптимального режима работы электропечи. При наращивании секций газоотборного зонда 3, размещенного в канале 1 электрода 2, контроль положения рабочего конца электрода не осуществляется, а после завершения монтажа зонда 3 возобновляется без дополнительных техниО ческих мероприятий. Нарушение технологического процесса (избыток или недостаток восстановителя) практически не сказывается на работе устройства. В ходе ППР целесообразна очистка зондов от возгонов газообразных продуктов реакций.В идентичных лабораторных условиях экспериментального цеха завода ферросплавов проведен сопоСтавительный 30 анализ результатов применения предлагаемого способа определения положения рабочего конца электрода со. сквоз-. ным каналом в ванне закрытой руднотермической электропечи и устройства для его осуществления с результатами применения известных способа и устройства. При значениях параметров, выходящих за предлагаемые пределы, поставленная цель не достигалась или 4 О достигалась с весьма большой ошибкой измерения. В пределах предлагаемых параметров наблюдалась устойчивая работа устройства для определения рабочего конца электрода, 45Формула изобретения1 . Способ определения пЬложения рабочего конца электрода со сквозным каналом в ванне закрытой руднотермической электропечи, включающий контролирование давления газа в канале электрода и с учетом изменения давления определение расстояния от выбранного фиксированного уровня до рабочего конца электрода по эмпирической зависимости, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью улучшения технико-экономических показателей работы электропечи за счет непрерывного контроля положения рабочего конца электрода, исключения отрицательного влияния замеров на ход технологического процесса, давление газа в сквозном канале электрода контролируют непрерывно и одновременно дополнительно контролируют давление в подсводовом пространстве у электрода и давление газа в произвольной точке объема шихтовых материалов приэлектродной зоны, ограниченной сверху зоной сыпучих материалов и снизу - участком зоны первичного шлака, примыкающего к зоне коксового слоя, а в качестве Фиксированного уровня принимают нижнюю кромку загрузочной воронки, и положение рабочего конца электрода определяют по зависимостиР - Рэ1 = а 1 с - . - -Рэгде Ь - расстояние от Фиксированного уровня - нижней кромкизагрузочной воронки - до рабочего конца электродадлина зашихтованной частиэлектрода,а - расстояние от фиксированного уровня до торца газоотборного зонда слоя шихтовыхматериалов приэлектроднойзоны;коэффициент, учитывающий гаэодинамические свойства слояшихтовых материалов приэлектродной зоны,Р - давление газа в сквозном канале электродаР - давление газа в отборном зондегприэлектродной зоны;Рэ - давление газа подсводовогопространства на фиксированном уровне.2. Устройство для определения положения рабочего конца электрода со сквозным каналом в ванне закрытой руднотермической электропечи, содержащее загрузочные воронки, размещенный в сквозном канале электрода газоотборный зонд, соединенный с датчиком давления, механизм перемещения электрода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения техникоэкономических показателей работы электропечи за счет непрерывного контроля положения рабочего конца электрода, исключения отрицательного влия12 1566189 Составитель В. ГринбергТехред М.Дидык Корректор И.Мускактор Н.Тупи аказ 1214 Тираж 517НИИПИ Государственного комитета по изобретения113035, Москва, Ж, Раушская дписное Т ССС и открытия б., д. 4/5 зводственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгор. Гагарина,101 ния замеров на ход технологического процесса, оно дополнительно снабжено системой автоматического контроля положения рабочего конца электрода, содержащей блоки умножения, вычита 5 ния, деления, умножения-коррекции, указатель положения рабочего конца электрода, а также гаэоотборными зондами, установленными последовательно от боковой поверхности электрода на расстоянии, соответственно равном 0,5-1,0 и 0,7-1,2 ширины электрода и на расстоянии, равном 1,5-2,0 ширины электрода от нижней кромки загрузочной воронки и вровень с неюсоответственно, подсоединенными через датчики давления и блоки умножения к блокам вычитания, к первым входам которых подключены 1- и 2-й датчики давления, а к вторым - третийдатчик давления, а выходы подсоединены к входам блока деления, выходкоторого через блок умножения-коррекции связан с входом механизма перемещения электрода или указателем положения рабочего конца электрода.