Контроль настылеобразования на кислородной фурме
Рассмотрены известные способы контроля настылеобразования на кислородной фурме. Исследованы недостатки данных способов контроля. Установлено, что наиболее рациональным способом является определение заметалливания фурмы по тепловому потоку на водоохлаждаемые элементы. Розглянуто відомі способи контро...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49893 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Контроль настылеобразования на кислородной фурме / В.Ю. Сухенко // Металл и литье Украины. — 2010. — № 5. — С. 30-33. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859793517969145856 |
|---|---|
| author | Сухенко, В.Ю. |
| author_facet | Сухенко, В.Ю. |
| citation_txt | Контроль настылеобразования на кислородной фурме / В.Ю. Сухенко // Металл и литье Украины. — 2010. — № 5. — С. 30-33. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Металл и литье Украины |
| description | Рассмотрены известные способы контроля настылеобразования на кислородной фурме. Исследованы недостатки данных способов контроля. Установлено, что наиболее рациональным способом является определение заметалливания фурмы по тепловому потоку на водоохлаждаемые элементы.
Розглянуто відомі способи контролю утворення охолоді на кисневій фурмі. Досліджено недоліки даних способів контролю. Встановлено, що найбільш раціональним способом є визначення заметалювання фурми за тепловим потоком на водоохолоджувальні елементи.
The known methods of control of skull formation on oxygen lance are considered. The lacks of these methods of control are investigated. It is set that the most rational method, is determination of contamination of lance on a thermal stream on elements cooled by water.
|
| first_indexed | 2025-12-02T12:40:47Z |
| format | Article |
| fulltext |
30 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 ’2010
Жуков Л. Ф., Літвінов Л. А.
Вплив умов використання в металургії та режимів вирощування
лейкосапфірових світловодів на коефіцієнт пропускання
Визначено складові світловодного вихідного випромінювання та вплив режимів роботи встановлених у футерівці
металургійних та нагрівальних печей імерсійних світловодів на їх ефективне пропускання. Доведено, що для зменшення
методичних та інструментальних похибок світловодної термометрії необхідно підвищувати вихідне спрямоване
пропускання світловодів. Встановлено, що максимальне пропускання електромагнітного випромінювання в оптимальних
для світловодної термометрії видимої та ближньої інфрачервоної частинах спектру найбільш прийнятними зрощеними
за методом А. В. Степанова лейкосапфіровими світловодами досягається в кристалографічному напрямку <1120>
при швидкостях росту, що не перевищують 20 мм/год.
Анотація
light-guide, thermometry, directional transmission, instrumental errors, method errors, leucosap-
phire, crystallography direction Keywords
світловод, термометрія, ефективне спрямоване пропускання, інструментальні похибки,
методичні похибки, лейкосапфір, кристалографічний напрямок Ключові слова
Summary
The constituents of light-guide output radiation and influence of work regimes in the metallurgical and heating furnaces lin-
ing on the effective transmission of the immersion light-guides. It is proved, that it is necessary to increase the light-guides
starting directional transmission to decrease method and instrumental errors of the light-guide thermometry were deter-
mined. It is established, that maximum transmission of the electromagnetic radiation in the visible and infrared spectral
ranges for grown with А. Stepanov method leucosapphire light-guides is achieved in the crystallography direction <1120>
under single-crystal growth speed not more than 20 millimeters per hour.
Zhukov L., Litvinov L.
Influence of metallurgical application conditions and leucosapphire
light-guides growth regimes on сoefficient of transmission
Поступила 17.02.10
–
<1120>
– <1120>
УДК 669.184:001.891.573
В. Ю. Сухенко
Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев
Контроль настылеобразования на кислородной фурме
Рассмотрены известные способы контроля настылеобразования на кислородной фурме. Исследованы
недостатки данных способов контроля. Установлено, что наиболее рациональным способом является
определение заметалливания фурмы по тепловому потоку на водоохлаждаемые элементы.
Ключевые слова: конвертер, фурма, настылеобразование, контроль, дутьевой режим
Вступление
О
тсутствие в период интенсивного обезуглерожи-
вания ванны достаточного по высоте слоя вспе-
ненного шлака, который способен перекрыть то-
рец наконечника кислородной фурмы, особенно
в условиях «малошлаковой» технологии продувки,
сопровождается интенсивным выносом за пределы
реакционной зоны мелких капель металла и шлака
с формированием настылей на поверхности фурмы,
конусной части футеровки и горловине конвертера,
экранных поверхностях котла утилизатора. Удале-
ние настылей – очень сложная и трудоемкая работа,
которая сопровождается снижением стойкости обо-
рудования и потерей производительности агрегатов.
Дутьевой режим − основной фактор, который
определяет заметалливание фурмы конвертера.
Контроль настылеобразования является субъек-
тивным и зависит от квалификации сталеплавильщи-
ка. В настоящее время его проводят визуально по-
сле завершения плавки. Известен способ автомати-
ческого контроля, который основан на взвешивании
кислородной фурмы, которое можно провести в ста-
ционарном режиме до и после плавки. При этом не-
удачный дутьевой режим можно поменять только по
31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 ’2010
результатам текущей плавки на следующую, в то
время когда и одна плавка может привести к не-
обходимости использования тяжелой операции по
удалению настылей [1]. Отсутствие автоматиче-
ского измерения настылеобразования делает не-
возможным управление динамикой данной кон-
кретной плавки.
Постановка задачи исследования
Разработать метод автоматического контроля
процесса настылеобразования и рекомендации по
изменению дутьевого режима по результатам кон-
троля.
Решение поставленной цели
Для контроля динамики способ, основанный на
взвешивании, не пригоден, так как в процессе про-
дувки кроме силы тяжести на фурму дей ствуют и
другие силы. Контролировать массу наслоения в
динамике необ ходимо для того, чтобы знать, что
происходит с фурмой в данный момент времени и
менять соответственно режим дутья.
mф = mc + mн, (1)
где mф − масса фурмы, кг; mc − статическая масса
фурмы, кг; mн − масса наслоения, кг.
Здесь
mс = mм + mв, (2)
где mм – масса металлической конструкции фурмы,
кг; mв – масса во ды, охлаждающей фурму, кг.
Исследование сил, действующих на кислород-
ную фур му в процессе продувки конвертера [2],
приводит к следующим результатам. Сила тяже-
сти фурмы компенсируется реакцией ее опор, а
в процессе продувки – еще архимедовой вытал-
киваю щей силой и силой реактивной тяги кислоро-
да, вытекающего из сопел фур менного наконечни-
ка. В процессе продувки изменяется сила тяжести
фур мы вследствие наслоения на ее поверхности
металлошлаковой эмульсии.
Запишем уравнение баланса сил
G – Fр – Fр.т – Fа – Fаэр = 0, (3)
где G – сила тяжести фурмы, Н; Fp – реакция
опор фурмы, Н; Fр.т – сила реактивной тяги истека-
ющего из фурменного наконечника кислорода, Н;
Fa – архимедова сила, Н; Fаэр – сила аэродинами-
ческого воздействия потока отходящего газа, Н.
Сила тяжести фурмы
G = (mф + mв + mн)g, (4)
где mф + mв + mн – масса конструкции фурмы, во-
ды, заполняющей фурму, и наслоения на наружной
поверхности, кг; g = 9,81 – ускорение силы тяже-
сти, м/с2.
Вследствие истечения кислородного дутья из
фурменного нако неч ника возникает сила реактив-
ной тяги, выражаемая формулой
Fр.т= mw + (Pвых – Pср)Ωα1, (5)
где m = Vρ/60 – массовый расход кислорода, кг/с; V
– объемный расход кис лорода при нормальных усло-
виях, м3/мин; ρ – плотность кислорода при нормаль-
ных условиях, равная 1,43 кг/м3; w – скорость истече-
ния кислорода из сопла, м/с; Pвых – давление кисло-
рода в выходном сечении сопла, Па; Pср – давление
окружающей среды, Па; Ω – выходное сечение соп-
ла, м2; α1 – число сопел в фурменном наконеч ни ке.
В конвертерном производстве стали для продув-
ки повсеместно ис пользуются сопла Лаваля, для ко-
торых можно принять Рвых – Рср ≈ 0. По это му вто-
рым слагаемым в (5) пренебрегают. Потери на тре-
ние о стенки и завихрение при истечении кислорода
из сопла Лаваля можно компенсировать эффектом
неполного рас ширения газа. Поэтому для расчета w
используем формулу скорости истечения для обыч-
ных сопел с учетом критических параметров рабоче-
го тела
, , (6)
где k – показатель адиабаты, равный для двухатом-
ного газа 1,4; p1 – давле ние кислорода на входе в
сопло, кг/м3; Rу – удельная газовая постоянная, рав-
ная для кислорода 260 Дж/(кг ∙ К); Т1 – температура
кислорода перед соп лом, К. Величина Т1 соответству-
ет температуре воды Тв, охлаждающей фурму, К.
Так как давление и плотность кислорода на входе
в сопло измерить трудно, то все эти параметры кон-
тролируются перед фурмой. При этом скорость исте-
чения можно выразить как
(7)
где α2 – коэффициент, кг/(м ∙ Па ∙ с2); р2 – давление
кислорода перед фурмой, Па; ρ2 – плотность кисло-
рода перед фурмой, кг/м3.
Коэффициент α2 определяем тарировкой фурмен-
ного наконечника при истечении кислорода в свобод-
ное пространство. С учетом (6) и (7) получаем
*
*
y в 2
2
2
2
( 1)
kR T
k p+
ρ
α = , (8)
где ρ2* – плотность кислорода перед фурмой, опреде-
ленная при продувке в свободное пространство, кг/м3;
p2* – давление кислорода перед фурмой, определен-
ное при продувке в свободное пространство, Па.
Архимедова сила
Fa= ρэgπd2H1/4, (9)
где ρэ – плотность металлошлаковой эмульсии, кг/м3;
d – наружный диаметр фурмы, м; H1 – глубина погру-
жения фурмы в эмульсию, м.
С учетом того, что
ρэ = α3/H1, (10)
2 2 2 ,w pα ρ=
1y
1
1
1
2
1)(
2 TR
k
k
k
kpw
+
=
+
=
ρ
,
32 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 ’2010
H1 = h1 – h2 – H, (11)
где α3 – коэффициент пропорциональности, опреде-
ляемый с учетом гео мет рии рабочего пространства
конвертера в середине компании по футе ровке, кг/м2;
h1 – уровень ванны, отсчитываемый от внутренней
поверх ности днища конвертера, м; h2 – уровень ван-
ны в спокойном состоянии, м; H – положение фур-
менного наконечника относительно уровня спокой-
ной ванны, м, получаем
Fa = 0,25α3gπd2[1 – (h2 + H)/h1]. (12)
Силу аэродинамического воздействия набега-
ющего потока отходя щего газа на фурму определя-
ем согласно выражению
Fаэр = Fд + Fт, (13)
где Fаэр = α4ρгwг
2Ωм/2 – сила сопротивления давле-
нию, Н; α4 – коэф фи циент сопротивления давлению; ρг
– плотность отходящего газа, кг/м3; wг – скорость дви-
жения отходящего газа, м/с; Ωм = πd2/4 – площадь
по верхности миделевого сечения (проекция тела на
плоскость, нормальную к направлению движения ра-
бочего тела), м2; Fт = α5ρгπd2H3/2 – сила сопротив-
ления трению, Н; α5 – коэффициент сопротивления
трению; Н3 – участок, образующий фурмы, омывае-
мый газом, м.
Так как поток отходящего газа соответствует дозву-
ковой области газодинамики, где число Маха М < 1,
величиной Fаэр можно пренебречь.
Решая развернутое уравнение (1) относительно
mн получаем
у в 2* 2
н p
2 2
3
2 1 ф в
2* 2
2
{
60 ( 1)
0,25 ( )
[1 ( ) / ]} / .
( )
V R Т р
т F
k p
d d
h H h g m m
= + +
+
+ + − ×
× − +
ρ ρ
ρ
α π δ
− − (14)
Для непрерывного определения величины насты-
ли в процессе про дув ки необходимо непрерывно из-
мерять реакцию опор фурмы, например, тензоме-
трическим датчиком, встроенным под опоры фурмы,
расход и дав ление дутья, температуру воды, охлаж-
дающей фурму, и уровень ванны, например, по аку-
стическому сигналу продувки.
Такие предположения, которые лежат в основе
способа, как равность давлений газов в конвертере
и на выходном сечении сопла, компенсация потерь
на трение и завихрение потока струи давлением эф-
фектом неполного расширения газа, а также измене-
ние выходного сечения сопла в процессе эксплуата-
ции приводят к случайным ошибкам.
Среди косвенных измерений протекания продув-
ки исследована также тепловая работа водоохлаж-
даемого оборудования.
Из теории нестационарной теплопроводности
твердого тела известно, что при тепловом воздей-
ствии на границе сходственным моментам для кон-
тролируемых точек по толщине отвечают одинако-
вые значения критерия Фурье, согласно которому
инерционное время запаздывания температурного
импульса определяется геометрическими и тепло-
физическими свойствами контролируемого слоя на-
стылеобразования
2
,х
а
=∆τ , (15)
где ∆τ − момент достижения температурным импуль-
сом внутренней поверхности настила, с; x – глубина
настила, м; а – коэффициент температуропроводно-
сти, м2/с.
Температурные импульсы возникают в моменты
прохождения технологических операций: опускание
фурмы в конвертер, введение сыпучих материалов,
изменение расстояния наконечника фурмы до уров-
ня спокойного металла в процессе продувки и др.
Начальную величину настыли определяем в мо-
мент опускания фурмы в начале продувки.
1 1 .x a= ∆τ
(16)
Величина настыли по ходу продувки изменяется
на величину δ, контролируется при резком измене-
нии температурного режима и составляет
2 2= .x a∆τ (17)
Здесь х2 = х1 + δ.
Величина настыли находится из выражения
1 1
1 2
.
+
x
x
∆τ
δ ∆τ
=
(18)
и равна
1
1
2
1 . = х
−
∆τδ
∆τ (19)
Моменты прохождения тепловых импульсов пред-
лагается контролировать по характеру изменения
температуры воды, охлаждающей фурму. При этом
контролируется время запаздывания изменения тем-
пературы воды, охлаждающей фурму, при резком из-
менении температурного режима в конвертере, что
отвечает средней величине δ по всей поверхности
фурмы, которая находится в конвертере. Для исклю-
чения возмущений, которые связаны с водоснабже-
нием (давление воды, температура воды на входе
фурмы), разработано устройство контроля теплово-
го потока как параметра, на который не влияют воз-
мущения (см. рисунок).
В подводящие и отводящие трубопроводы 4, 5
встроена дифференциальная термобатарея 3, рабо-
чие спаи которой находятся в трубопроводах. Эти спаи
соединены с внутренними спаями батареи термопар
холодильника 2 через диэлектрические прокладки 1.
Принцип работы устройства следующий. От ис-
точников питания постоянного тока при фиксирован-
ном напряжении пропускают ток через батареи тер-
мопар холодильника 2, в результате чего внутренние
спаи батареи 2, согласно эффекту Пельтье, который
33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 5 ’2010
возникает при несовпадении направлений силы то-
ка и ТЭДС, охлаждаются, снижая температуру спаев
термобатареи 3 до температуры более низкой, чем
температура омываемого хладагента. Следователь-
но, разность температур спаев термобатареи 3 явля-
ется функцией от температуры воды и ее расхода.
Подбором охлаждающего эффекта батарей 2 коррек-
тируют сигнал дифференциальной термобатареи 3 та-
ким образом, что для данной конструкции он стано-
вится пропорциональным тепловому потоку, так как
чувствительный элемент реагирует на произведение
перепада температуры воды на ее расход.
Управление дутьевым режимом для предотвра-
щения процесса настылеобразования с использо-
ванием приведенных результатов автоматического
контроля изложено в [3].
Промышленные испытания на 350-тонных кон-
вертерах ОАО «Металлургический комбинат “Азов-
сталь”» показали, что система, реализующая кон-
троль настылеобразования, обеспечивает каче-
ственное управление на 90 % плавок.
Выводы
Настылеобразование на кислородной фурме тес-
но связано с параметрами режима дутья. Известные
способы контроля, основанные на взвешивании фур-
мы до и после плавки, не позволяют предотвратить
настылеобразование на фурме, а режим дутья можно
заменить лишь на следующей плавке. Рассмотрен-
ные методы автоматического контроля процесса на-
стылеобразования в совокупности с изменением ре-
жима дутья позволяют почти полностью исключить
настылеобразование в процессе плавки.
2
4 Вода 5
1
2
+
–
3
+
– к измерителю
теплового
потока
Устройство контроля теплового потока на водоохлаж-
даемые элементы: диэлектрическая прокладка (1); ба-
тарея термопар холодильника (2); дифференциальная
термобатарея (3); входной трубопровод (4); выходной
трубопровод (5)
1. Мокринский А. В., Протопопов Е. В., Чернятевих А. Г. Гидродинамические режимы взаимодействия кислород-
ных струй с конвертерной ванной // Изв. вузов. Чер. металлургия – 2005. – № 4. – С. 11-17.
2. Богушевский В. С., Сухенко В. Ю. Контроль заметалливания фурмы кислородного конвертера // Спеціальна
металургія: вчора, сьогодні, завтра. – Київ: ІНЦ «Політехніка», 2008. – С. 126-133.
3. Богушевский В. С., Сухенко В. Ю. Управление дутьевым режимом конвертерной плавки. – Одеса: ОНМА, 2008. – С. 67-69.
ЛИТЕРАТУРА
Поступила 15.03.10
Сухенко В. Ю.
Контроль утворення охолоді на кисневій фурмі
Розглянуто відомі способи контролю утворення охолоді на кисневій фурмі. Досліджено недоліки даних способів контро-
лю. Встановлено, що найбільш раціональним способом є визначення заметалювання фурми за тепловим потоком на
водоохолоджувальні елементи.
Анотація
конвертер, фурма, утворення охолоді, контроль, режим дуттяКлючові слова
Summary
The known methods of control of skull formation on oxygen lance are considered. The lacks of these methods of control are
investigated. It is set that the most rational method, is determination of contamination of lance on a thermal stream on elements
cooled by water.
Suhenko V.
The control of formation of contaminations on oxygen furme
converter, lance, skull formation, control, blowing modeKeywords
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49893 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2077-1304 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T12:40:47Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Сухенко, В.Ю. 2013-09-29T17:24:44Z 2013-09-29T17:24:44Z 2010 Контроль настылеобразования на кислородной фурме / В.Ю. Сухенко // Металл и литье Украины. — 2010. — № 5. — С. 30-33. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49893 669.184:001.891.573 Рассмотрены известные способы контроля настылеобразования на кислородной фурме. Исследованы недостатки данных способов контроля. Установлено, что наиболее рациональным способом является определение заметалливания фурмы по тепловому потоку на водоохлаждаемые элементы. Розглянуто відомі способи контролю утворення охолоді на кисневій фурмі. Досліджено недоліки даних способів контролю. Встановлено, що найбільш раціональним способом є визначення заметалювання фурми за тепловим потоком на водоохолоджувальні елементи. The known methods of control of skull formation on oxygen lance are considered. The lacks of these methods of control are investigated. It is set that the most rational method, is determination of contamination of lance on a thermal stream on elements cooled by water. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Контроль настылеобразования на кислородной фурме Контроль утворення охолоді на кисневій фурмі The control of formation of contaminations on oxygen furme Article published earlier |
| spellingShingle | Контроль настылеобразования на кислородной фурме Сухенко, В.Ю. |
| title | Контроль настылеобразования на кислородной фурме |
| title_alt | Контроль утворення охолоді на кисневій фурмі The control of formation of contaminations on oxygen furme |
| title_full | Контроль настылеобразования на кислородной фурме |
| title_fullStr | Контроль настылеобразования на кислородной фурме |
| title_full_unstemmed | Контроль настылеобразования на кислородной фурме |
| title_short | Контроль настылеобразования на кислородной фурме |
| title_sort | контроль настылеобразования на кислородной фурме |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49893 |
| work_keys_str_mv | AT suhenkovû kontrolʹnastyleobrazovaniânakislorodnoifurme AT suhenkovû kontrolʹutvorennâoholodínakisnevíifurmí AT suhenkovû thecontrolofformationofcontaminationsonoxygenfurme |