Устройство для контроля износа футеровки кислородного конвертера

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 19) (11) 21 С 5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВ АВТОРСКО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТШИЙ И ОТКРЫТИИ(56) 1. Авторское свидетельство СССРй 331095, кл. С 21 С 5/30, 1971.2. Авторское свидетельство СССРИ 610870, кл, С 21 С 5 ЛО, 1977.(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ИЗНОСА ФУТЕРОВКИ КИСЛОРОДНОГО КОНВЕРТЕРА, содержащее, источник питания, дваэлектрода, регистрирующий прибор, сиг.нализатор,о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью упрощения конструкции и повышения надежности устройстеа, в него введены вычислительныйблок, добавочное сопротивление,коммутатор, преобразователь напряженияток, при этом первый электрод подсоединен к первому входу преобразователя напряжение-ток, второй вход которого заземлен, второй электрод подсоединенк первому входу коммутатора, а второй вход коммутатора черездобавочное сопротивление подсоединен к первому выходу источника питания, другой выход последнего заземлен, выход преобразователя напряжение-ток подсоединен ко входу вычислительного блока, первый, второй итретий выходы вычислительного блокаподсоединены, соответственно, ко входам регистрирующего прибора, сигна-,лизатора и управляющему входу коммутатора, причем в качестве двух электродов используется фурма и корпусконвертера.ти участков футеровки, блок определения максимального значения электропроводности футеровки, усилительс узлом сравнения, регистрирующийприбор и сигнализатор, причем одиниз полюсов источника питания соединенс частью электродов через последовательно включенные блоки определениясреднего и максимального значений 10 эЛектропроводности участков футеровки, а другая часть электродов непосредственно соединена с другим по- .люсом источника питания, выходыблоков определения среднего и макси мального значений электропроводностиучастков футеровки поделюченй ко входам усилителя с узлом сравнения, авыход последнего через регистрирующий прибор подключен ко входу сигна лизатора.Устройство работает следующим образом.От источника питания протекаетток через замкнутую измерительную 25 цепь: общий вывод части электродов-,датчиков, участки футеровки, металл,изолиоованные электроды-датчики, блокопределения максимального значейияэлектропроводности футеровки, бди 30 определения среднего значения электропроводности футеровки. Выходныесигналы указанных блоков подаются наусилитель с узлом сравнения, гдепроисходит сравнение сигналов и уси-ление их разности. Регистрирующийприбор контролирует выходное напряжение усилителя, которое подаетсяна .сигнализатор 2 1.В случае нормального состоянияфутеровки тока .проводимости участкафутеровки равны или отличаются нанебольшую величину, поэтому на выходе усилителя устанавливается минимальное напряжение и сигнализаторвыключен.Бсли при некотором участке футеровки появляется локальное разрушениезаполненное металлом, то токи проводимости между общим выводом электродов-датчиков и ближайшими к участкам разрушения футеровки .электродами увеличивается. Это вызывает .увеличение выходных сигналов блоковопределения максимального и среднего значения электропроводимости участ 55 1027Изобретение относится к чернойметаллургии, а именно к контролюсостояния огнеупорной футеровки металлургического агрегата, и можетбыть использовано в сталеплавильномпроизводстве,Известно устройство для контроляизноса 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 изменениемтемператур в фиксированных точкахфутеровки и блок деления и указания, причем выходы первого и второгодатчиков температур подключены ковходам датчика резкого изменениятемпературы и блока измерения тем"пературы соответственно, выходы которых соответственно подключены ковходам блоков определения промежутков времени между резким изменением .температурного режима агрегата и изменением температуры в фиксированныхточках футеровки, а выходы двух по". следних блоков подключены к первомуи второму входам блока деления и указания 1 .К недостаткам известного устройства относится низкая надежность,обусловленная необходимостью повторной закладки датчиков температур вфутеровку 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 износафутеровки. Действительно, попаданиерасплавленного металла и шлака вовремя выбросов, переливов шлако-металлической эмульсии на электрическуюпроводку, связывающую датчики температур, расположенные на подвижномсталеплавильном агрегате, напримеркослородном конверторе, и аппаратурой контроля износа футеровки,расположенной на центральном пульте управления конвертером, может привестик.выходу устройства из строя.Наиболее близким к изобретениюявляется устройство, содержащееустановленные в футеровке электроды,источник питания, блок определениясреднего значения электропроводнос 225 2 ков футеровки. Степень увеличения сигналов различна, поэтому на выходе усилителя напряжение увеличивается, При дальнейшем разрушении футеровкиз 1027225 4выходное 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 .иэ вариантов вычислительного димости оператор останавливает про 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, коммутродов в футеровку при ремонте ста- татор 3, добавочное сопротивле"леплавильного агрегата между каипа ние 4, источник 5 питания, прениями, а также осуществление много- обраэователь 6 напряжение-ток выпроводной электрической связИ междУ числительный блок 7, регистрирую- электродами, расположенными на под- , щий прибор 8, сигналиэатор 9 вижном сталеплавильном агрегате, например, кислородном конвертере, и ап. 15 Первый электрод 1 может быть предпаратурой контроля износа Футеровки. ставлен например в виде кислородной К1 9роме того, попадание расплавленноГо фур ы второй электрод может быть металла и алака во время Выбросов, представлен, например, в виде корпуса переливов шлако-металлической эмуль кислородного конвертера. сии на электрическую проводку, свя- д Коммутатор 3 может быть представзывающую электроды, расположенные . . лен в виде серийно выпускаемого модуна подвижном сталеплавильном агрега- ля управления бесконтактного 1 МУБ ), те, например кислородном конвертере нап имер, тдпа А 641-8, добавочноесои аппаратуру контроля износа Футеров-, противление 4 может быть представлено ки, расположенную на центРальном пульв виде резистора, например, типа те управления конвертером, может при- ГВп 60-20 м,й 10 ОЖ 0.467.036 ТУ, при вести к выходу устройства из строя : этом величина добавочного сопротивлет.е. известное устройство имеет низ- я выбирается равной, величине сопро"тивления участка электрической цепи ние конструкции и повышение надеж 30 корпус-земля, так как при оЫ= -Змности устроиства.величина общего сопротивления участкаэлектрической цепи корпус-земля уменьЪоставленная цель достигается тем, шится. в два раза, т.е. достигается что в устройство, содержащее источ- максимальное изменение величины общеник питания, два электрода, .Регистри- го сопротивления электрической цепи35рующий прибор, сигнализатор, введены Фурма-земля-корпус-Футеровка-расплав- вычислительный блок, добавочное сопро- фурма,и источникпитания представлятивление, коммутатор, преобразователь: ет собой источник постоянного тока,нанапряжение-ток, при этом первый элект- пример, типа БП 5 на напряжение 1 В род подсоединен к первому входу. пре-. и ток до 2 А.Преобразователь 6 напряобразователя напряжение-ток, второй . жение-ток представляет собой,навход которого, заэемлен, второйпример,. серийно-выпускаемый нормирую; электрод подсоединен к первому входущий измерительный преобразователь . коммутатора, а второй вход коммута- типа НП-Б 1. тора через добавочное сопротивление Вычислительный блок 7 может быть подсоединен к первому выходу истоМ- . представлен, например, в виде серий-5ника питания, другой выход послед- но изготавливаемого ЭВМ СМ. Вычиснего эаземлен, выход преобразователя лительный блок .7 содержит, например напряжение-ток подсоединен ко входу модуль 1 О нормализации, выход которо- вычислительного блока, первый, второйго соединен с бесконтактным коммун третий выходы вычислительного блока 50 татором 11, связанным через аналого- подсоединены, соответственно, ко вхо- цифровой преобразователь 12 со входам регистрирующего прибора, сигна- дами первого бесконтактного модуля яизатора и управляющему входу комму управления, второго бесконтакттатора,причем в качестве двух электроного модуля 15 управления и третьего дов используется фурма и корпус кон бесконтактного модуля 16 управления,вертера. а выход первого бесконтактного модуляНа фиг.1 изображена блок-схема 14 управления соединен со входом препредлагаемого устройства; на Фиг.2- обраэователя код-ток 17.% 102722Регистрирующий прибор 8 может быть представлен в виде самопишущего прибора, например типа КСП"4. Сигналиэатор 9 может быть представлен в виде звукового сигнализатора, например, 3 типа ДЭИ.Устройство работает следующим образом.По ходу плавки в режиме заглубленной струи в электрической цепи фур в ма-земля-корпус-футеровка-расплавфурма протекает ток. Сигнал о величи. не разности потенциалов на участке электрической цепи фурма"земля пре" образуется в токовый сигнал в диапа э зоне, например, от 0 до 5 мА в пре" образователе 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-. земля Оф Э при.разомкнутых контактах коммутатора 3, потом по управляющему О 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-. 39 чина тока, протекающего в электрической цепи Фурма-земля-корпус-Футе" ровка-расплав-Фурма изменится, что приводит к изменению разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля, В выцислительном блоке 7 запоминается для момента времени ( + ай) (дй,. - подбирается опытным путем и составляет 0,5-1,5 с 1) велицина разности потенциалов в электричесзякой цепи фурма-земля Оф З при замкнутых контактах коммутатора 3. В момент времени (1 + Ы + Ь й 2) айподбирается опытйым путем и составляет 03-0,5 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 информацияМ обрабатывается в соответствии. с ниже приведенной зависимостью4О э - измеряемое значение разности потенциалов научастке электрическойцепи фурма-земля при разомкнутых контактах коммутатора, мК;Оф- .измеряемое значение разМности потенциалов научастке электрическойцепи фурма-земля при замкнутых контактах коммутатора, мВ;а,в,с,д,е - постоянные коэффициенты.На выходе вычислительного блока получают сигнал, пропорциональный сопротивлению футеровки конвартера для ьюмента времени й + М,который регистрируется, регистрирующим прибо; ромф 8. Величина сопротивления футет ровки сталеплавильного агрегата функционально зависит от общего состояния и степени износа футеровки. В выцис.". лительном блоке 7 для момента времени (С + д 12) производится сравнение со-противленияфутеровки с заданным значением критического сопротивления футеровки, когда возможна аварийная ситуация. Если сопротивление футеровки меньше или равно заданному критическому сопротивлению футеровки, то выдается сигнал на сигнализатор и в случае необходимости оператор останавливает процесс в агрегате. В момент времени+ Ь.1 +д 2 +3( ь - подбирается опытным путем иЭсоставляет 110-130 с) в .вычислительном блоке запоминается величина сигнала О Э потом снова замыкается цепь коммутатора, запоминается величина сигнала ОЭ , в вычислительном блоке 7 определяется величийа сопротивле-ния футеровки для момента времени (е + 2 Ж + Ж 2 +ЬйЭ), и теде 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 Фурма можнопредставить в виде эквивалетнойэлектрицеской схемы, которая изображена на фиг,2.7 102722Источником ЗДС в данной цепи явля-. ется разность потенциалов, возникаю" щая по ходу плавки на границе металл-шлак. Появление разности потенциалов на границе металл-шлак по хо- Ю ду плавки объясняется ионной теорией строения шлака, согласно которому шлаки сталеплавильных процессов состоят из ионов положительно и отрицательно заряженных частиц.По В ходу плавки в конвертере при наведенном шлаке фурма погружена в шлако-металлическую эмульсию. В этом случае .кислород, поступающий из фурмы, способствует образованию боль- з шого 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 реакции200 (шл.) = 0 (мет) + 2 е Переход внионов в металл сопровождается одновременным переходом катионов железа в металл ЭЗ2+ 2 Ге(ал) +О (вл) =. Ге(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 Ге 2 различны и определяютсяих энерги-ями связи с фазами. Если это стремление больше у иона 0 2 , чем у Ге 2,з то образуется двойной электрический слой с отрицательным зарядом на.металле и положительным в шлаке. Отрицательный заряд металла тормозит переход О 2 и облегчает переход Ге 2+. 4Повышение содержания оксида кальция в шлаке увеличивает активность ионов кислорода, что способствует при соответствующей температуре ванны ипо р ид(в ф 3 (5)ф.где 3- величина тока, п ротекающего1по уцастку электрическойцепи фурма-земля при разомкнутых контактах коммутатора, А0 - измеряемое значение разносг. ти .потенциалов на участкеэлектрической цепи фурма-земля при разамкнутых контактах коммутатора, А. Найдем распределение токов в данной электрической цепи, при замыкании кон.тактов коммутатора. 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-фурмаИ сопротивление участка цепи корпус-футеровка-расплавфзависит от степе-.ни износа футеровки. Сопротивление На основании второго закона Кирхгофа для 1-ого контура имеем следующее уравнение нтенсивному окислению углеродаеакции2 С(мет)+0(шл) - СО(гз)1+ 2 е Й) 5 .8участка цепи фурма-расплав,а также внутреннее сопротивление источника ЭДС намного меньше сопротивления футеровки, т.е. Й ,4 Й-, ( 4 Й Поэтому в дальнейшем при выполнении расчетов для данной электрической цепи можно пренебречь и Йф .Сопротивление участков электрической цепи фурма-земля Й ь , а также корпус-земля Й з для данного .конвертера являются постоянной величиной.На основании второго закона Кирх) офа при разомкнутых контактах К коммутатора для 1-го контура (фиг.2) напишем следующее уравнениеЕ: Э (Д й,; Р,), Юфзт ФФ-эгде Е - величина ЭДС источника, В;Э. - величина тока, протекающего в 1-ом контуре при разомкнутых контактах коммутатора, А;Й т сопротивление футеровки, Ом;Я - сопротивление участка электрической цепи корпус-земля, Ом;й .:- сопротивлениеучастка элект,-:рической цепи фурма-земля,Ом. Величину тока, протекающего в 1-ом контуре при разомкнутых контактах К коммутатора, найдем из следующего уравнения:9 102 где 3" - величина тока, протекающегов 1-ом контуре при замкнутых контактах коммутатора, А;Эв - величина тока, протекающегово П-ом контуре при замкнутых контактвх коммутатора,А.Для П-го контура имеет следующее уравнение фт(2)ния зависимости (обозначения 3 4 фС целью упрощ дем следующие-з "ф Н айдем величину тока, протекающегово П-ом контуре из уравнения (7)+ добВеличину тока, протекающего в 1-омконтуре при замкнутых контактах ком.мутатора, найдем из следующего уравнения 7225: .10 времени можно пренебречь Исходя из этого, приравняв правые части уравнений (3) и (9), получимэЬ +м +ю 3 х фт кф= у "ф-з+"к-з+ф т + -4 к.в) "к.зКВ 3 Рдоб Подставив уравнение (5) и (1 О) в уравнение (11) и решив относйтельно сопротивления футеровки й,тполучим 15Ф"3и . 1ф-з,О Игде Э" - величина тока, протекающегопо участку электрической.цепи фурма-земля при замкнутых контактах коммутатора 1 40яО - измеряемое значение разнос"ти потенциалов на участкеэлектрической цепи фурма-,эемля при замкнутых контак".тах коммутатора, мВ. 4Интервал 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 металл- алак за столь минимальный промежуток.аО -Ь сфя (я (",-о а сопротивления футеровки авильного агрегата функциональсит от общего состояния и стеноса футеровки.четное значение Всравниваэаданным значением критичеспротивления футеровки ккрит озможна аварийная ситуацйя, симости критфт 1 е Кф Величи сталеп но зав пени иРас ется с кого с когда по зав), (14) ь (15), (16), ние (12), получим критическое сопротивление футеровки, когда возможна аварийная ситуация, Ом.11 10272 Если В фчт 4 К т,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-. в родами, расположенными на подвижном сталеплавильном агрегате и аппаратурой контроля износа футеровки,так как в качестве электродов используются элементы технологического обо 1 ф рудования-фурма и корпус конвертера.На фиг.ч приведены диаграммы из" менения сопротивления футеровки конвертера, полученные.в кислородно-конвертерном цехе Карметкомбината, в 20 начале кампании кривая А на плав/ ке У 312802 и в конце кампании (кри", вая Б .) на плавке И 313271 Из этих 25 12диаграмм 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 конструкцияустройства 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 4 мл т стали в год будет равен491,06 тыс.руб,1027225 ФкаФ Составитель А.Абросимовтор Г.Волкова Техред Л. Пекарь Корре 675/29. Тираж 568 Йодпис ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретеНий и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5