устройство для контроля окислительно-восстановительных процессов в жидкой шлаковой ванне

Формула изобретения

Устройство для контроля окислительно-восстановительных процессов в жидкой шлаковой ванне, включающее электрод-токосъемник и измерительный прибор, отличающийся тем, что оно содержит замкнутый полый водоохлаждаемый корпус с трубкой, в которой размещен электрод-токосъемник из тугоплавкого материала, например вольфрама, электрически изолированный от трубки, один конец электрода-токосъемника присоединен к измерительному прибору, а другая часть его выступает из торца корпуса на величину, равную 20 - 70 диаметрам электрода-токосъемника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к методам прямого получения железа восстановлением его из оксидов в жидкой шлаковой ванне и может быть использовано в цветной металлургии, химической промышленности.

В литературе описаны устройства, предназначенные для контроля физико-химических процессов в жидких средах по изменению электрических характеристик данных сред (сопротивления, силы тока, напряжения), в которых в качестве чувствительных элементов используются электроды [1]. В таких устройствах электроды-токосъемники работают при комнатных температурах, реже при повышенных, что существенно ограничивает область их применения.

Известно также устройство для контроля шлакового режима конвертерной плавки [2], содержащее генератор электрического сигнала, замкнутый магнитопровод с обмотками, блок сравнения, усилитель, индикатор положения фурмы, корпус конвертера, фурму. В процессе продувки металла наблюдается вспенивание ванны, что приводит к изменению сопротивления участка фурма - расплав и к изменению сопротивления замкнутого контура фурма - "земля" - корпус конвертера - расплав - фурма. Данное изменение фиксируется прибором. Фурма в этом случае является электродом-токосъемником.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство для контроля вспенивания шлака в конвертере, включающее электрическую цепь фурма - ванна - корпус конвертера - "земля" - фурма и вторичный прибор [3]. В данном устройстве в качестве электрода-токосъемника используется элемент конструкции конвертера - кислородная фурма.

Вместе с тем анализ прототипа выявляет существенные недостатки, которые состоят в следующем:

контроль осуществляется дискретно, а именно лишь в те периоды плавки, когда кислородная фурма контактирует со шлакометаллической эмульсией;

необходимость использования сложной приборной оснастки, в первую очередь генераторов синусоидальных колебаний, магнитопроводы которых находятся на подвижной кислородной фурме в условиях повышенных температур, вибрации и агрессивной газовой среды;

невозможность надежного изолирования кислородной фурмы от "земли" и как следствие этого низкое удельное электрическое сопротивление участка фурма - "земля".

кислородная фурма лишь частично заглублена в шлакометаллическую эмульсию, остальная ее часть находится в высокотемпературной газовой фазе, имеющей значительную проводимость, что в конечном счете приводит к уменьшению точности сигнала;

поскольку кислородная фурма является водоохлаждаемой конструкцией, на ее поверхности в области контакта с шлакометаллической эмульсией образуется слой гарниссажа, имеющий весьма значительное электрическое сопротивление, препятствующее прохождению фиксируемого сигнала по всему контуру.

Выявленные недостатки показывают, что фиксируемая величина ЭДС (разности потенциалов) является весьма малой величиной (порядка 10 mV) и может являться в сущности термоэлектродвижущей силой, возникающей в месте сочленения магнитопроводов и не позволяет однозначно и надежно связывать изменение данного сигнала с изменениями физико-химических процессов в пирометаллургическом агрегате и его шлаковыми режимами.

Целью изобретения является увеличение длительности работы устройства, осуществление непрерывного контроля процесса жидкофазного восстановления в течение всего периода плавки по изменению электрической разности потенциалов между шлаковой ванной и "землей" и по изменению электрического сопротивления шлаковой ванны в целом.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для контроля вспенивания шлака в конвертере, включающем электрическую цепь фурма - ванна конвертера - корпус конвертера - "земля" - фурма - вторичный прибор, согласно предлагаемому изобретению электрод-токосъемник выполнен из тугоплавкого и инертного по отношению к агрессивному шлаковому расплаву материала, например вольфрама, изолирован от "земли" посредством размещения его в водоохлаждаемом корпусе и выставлен из него на определенное расстояние.

На фиг. 1, 2 представлена схема заявляемого устройства и место расположения его на агрегате.

Конструкция корпуса датчика выполнена из труб нержавеющей стали Х18Н9Т2. Корпус представляет собой трубу диаметром 70 мм и толщиной стенки 2.5 мм. Внутри нее располагается труба 2, в которой находится вольфрамовый электрод-токосъемник 3 с припаянным к нему латунным припоем медным проводом 4, изолированным в свою очередь от стенок трубки 2 керамическими бусами. Погружаемая в жидкий шлак торцевая часть корпуса заваривается так, что небольшая часть (2 - 3 мм) трубки 2 выходит из заваренной шаровой поверхности. Через противоположную часть трубы 1 внутри нее проходит еще одна труба 5, предназначенная для подачи в корпус охлаждающей воды. Торцевая часть корпуса датчика, из которого выходят трубка с электродом и медным проводником 2, труба для подачи охлаждающей воды 5 и сливной патрубок 6 заваривается.

Датчик 7 располагается на агрегате ПЖВ 8 в шлаковом отстойнике 9. Вольфрамовый электрод-токосъемник через соединительный экранированный кабель 10 подключен к средству измерения 11. В качестве средств измерения применяются серийно выпускаемый прибор типа КСП-4, со шкалой 0 - 100 mV и цифровой комбинированный прибор Щ 301-1. Автоматический прибор КСП-4 позволяет фиксировать разность потенциалов в виде непрерывной записи на ленте. Если значения разности потенциалов не укладываются в шкалу прибора, их величины измеряются прибором Щ 301-1 и наносятся на ленту. Электрическое сопротивление измеряется прибором Щ 301-1.

Устройство работает следующим образом.

Электрический сигнал, генерируемый шлаковой средой, воспринимается частью электрода-токосъемника 3, равной L, передается через него на соединительные провода 4 в водоохлаждаемом корпусе 1, причем электрод-токосъемник и провода электрически изолированы от корпуса. Далее сигнал подается на измерительный прибор.

Таким образом, предлагаемое устройство состоит из следующих структурных элементов: электрода-токосъемника в защитном водоохлаждаемом корпусе, обеспечивающем погружение электрода-токосъемника в жидкий шлак, вывод его из корпуса и предотвращающего контакт электрода-токосъемника с высокотемпературной окислительной газовой атмосферой и электрически изолирующего электрод-токосъемник от "земли"; вторичного измерительного прибора; экранированных соединительных кабелей.

Но, поскольку корпус является водоохлаждаемой конструкцией, то на его погруженной в жидкий шлак части также образуется гарниссаж, поэтому электрод-токосъемник должен выставляться из корпуса на определенное расстояние L (см), которое зависит от диаметра электрода-токосъемника d (см) и толщины образующегося на охлаждаемой поверхности гарниссажа L₀ (см). Данное расстояние определяется соотношением

L = (20 - 70) d

где:

L - длина выставляемой из корпуса части электрода-токосъемника;

d - диаметр электрода-токосъемника, равный 0.6 см.

По экспериментальным результатам, полученным в ходе многократных опытно-промышленных плавок, установлено, что толщина образующегося гарниссажа L₀ колеблется в пределах 10 - 12 см.

Если электрод-токосъемник будет выставлен из корпуса на расстояние меньше, чем 20d, то образующийся гарниссаж препятствует прохождению электрического сигнала через устройство. Если же электрод-токосъемник будет выставлен из корпуса на расстояние больше, чем 70d, то под действием собственного веса и высокой температуры шлака, приобретая достаточную пластичность, контактирующая с расплавом часть электрода-токосъемника утоняется и отрывается от остальной части.

Сравнительные данные по времени, в течение которого осуществляется контроль процессов в шлаковой ванне с использованием предлагаемого устройства и частоте такого контроля, приведены в табл. 1.

Как видно из данных табл. 1, заявляемое устройство позволяет непрерывно в течение длительного времени (времени проведения плавки) осуществлять контроль процессов, протекающих в шлаковой ванне.

Пример 1. На агрегате ПЖВ ведут восстановительную плавку железосодержащего сырья различного вида (аглоруду, конвертерный шлам, окалину, окисленные окатыши и их смеси). Основные показатели работы устройства в этих условиях сведены в табл. 2.

Как видно из приведенных данных в табл. 2, надежная работа заявляемого устройства достигается при соблюдении установленных пределов.

Данное устройство позволяет изолировать электрод-токосъемник от "земли", непрерывно измерять на работающем агрегате электрическую разность потенциалов между шлаковой ванной и "землей" и сопротивление шлаковой ванны, которые связаны непосредственно с физико-химическими процессами, протекающими в агрегате ПЖВ и режимами его работы.

Изменение режима работы устройства осуществляется только путем подключения измерительного прибора, либо потенциометра (КСП-4), либо омметра (Щ 301-1).

Таким образом, реализовано и используется устройство, позволяющее осуществлять контроль процесса жидкофазного восстановления по изменению электрической разности потенциалов между шлаковой ванной и "землей" и электрического сопротивления шлаковой ванны в период работы агрегата. Устройство обеспечивает надежную изоляцию электрода-токосъемника от "земли", окислительной газовой атмосферы, позволяет располагать электрод-токосъемник под слоем жидкого шлака.