автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка устройства для контроля параметров металла в конвертере

ПО" ин

ЛИПЕЦКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

УДК 669. 184.

КОРОТКОВ Борис Геннадьевич

РАЗРАБОТКА УСТРОЙСТВА ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ МЕТАЛЛА В КОНВЕРТЕРЕ

Специальность 05. 16. 02 — «Металлургия черных металлов»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Липецк — 1993

Работа выполнена в Липецком политехническом институте

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор Марков Борис-Лазаревич официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Дубровский Сергей Андреевич кандидат технических наук Ильин Георгий Эдуардович

Ведущее предприятие : Череповецкий металлургический комбинат

Защита состоится 2 на заседании специализированно-

го совета К 064.22.01 в Липецком политехническом институте (398055. г.Липецк, ул. Московская. 30) е /3 ^

С диссертацией мояно ознакомиться з библиотеке' Липецкого политехнического института

Автореферат разослан г

1993 г;

Ученый секретарь специализированного совета профессор, кандидат технических наук

Я

^ В.С.Зайцев

•7.

-•3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Применение устройств контроля параметров конвертерной плавки является одним из основных факторов как повышения эффективности работы систем управления плавкой, так и-улучшения технико-экономических показателей конвертерного производства стали. Для этого целесообразно сочетать методы,, основанные на анализе отходящих газов и непосредственном измерении температуры и отбора пробы с помощью измерительной фурмы, позволяющей проводить контроль без повалки конвертера. • Наибольшее распространение. для этого, получили вспомогательные измерительные фурмы. Наряду с достоинствами таких устройств, такими, как автоматизация процесса контроля, устранение повалки конвертера и . ручных операций, они имеют и ряд существенных недостатков, сдерживавших их применение на отечественных предприятиях. Основными . недостаткам!! являются довольно высокая стоимость датчиков, необходимость исполвзования в установке сложного высокоточного манипулятора непосредственно над конвертером, в зоне высоких температур, запыленности и вибраций.

Цель работы. Разработка водоохлаждаемого пневматического зонда для контроля параметров жидкого металла в конвертере, за-. ряжаемого датчиками путем стыковки с системой пневмопочты и погружаемого в ванну без повалки Конвертера. Отработка узлов и режимов работы установки. Разработка датчиков для пневматического зонда, исследование гидродинамически и тепловых условий их использования. . .

Научная новизна. Выполнено физическое моделирование газового отдува зонда, погруженного в металл. На модели, определены -глубина внедрения струи отдувочного газа, и скорость, восходящего

-4*

тока жидкости, вызванного газовой струёй.

Разработана математическая модель для расчета температурного поля вблизи зонда; показано, что применение газового отдува повышает безопасность и надежность, работы установки и позволяет, уменьшить габариты датчиков.

Проведены тепловые расчеты хоботка и защитного колпачка датчиков, выступающих из нижнего торца зонда, что позволило выбрать конструктивные параметры датчиков и режимы работы установи ки.

Выполнено Физическое моделирование процесса заполнения изложницы при отборе пробы.' Определены зависимости времени .заполнения и скорости металла в металлопроводе от геометрических параметров пробницы.- С использованием результатов физического моделирования разработана математическая модель процесса заполнения изложницы при неустановившемся режиме движения расплава.

Расчетным путём получены - зависимости температуры металла, поступающего в изложницу, от геометрических размеров металлопроводе и скорости заполнения.

Практическая ценность. Разработана конструкция установки для контроля параметров металла в конвертере без его повалки. Зарядка л разрядка зонда (вспомогательной Фурмы) датчиками производится с верхнего торца'измерительной фурмы, путем стыковки ее с пневмопочтой, что устраняет необхрдимость в установке манипулятора .и других механизмов над горловиной конвертера. Погружение в металл водоохлаждаемого корпуса зонда позволяет уменьшить габариты датчиков и существенно снизить их стоимость.

Разработаны конструкции датчиков для контроля температуры и отбора пробы стали и чугуна, а также трехцелевые. измерительные блоки для контроля температуры, отбора пробы и'определения со-

- 5 -

держания углерода в стали одновременно.

Испытаны в промышленных условиях установки для контроля параметров жидкой стали на аргонной установке N5 и :::идкого чугуне в миксерном отделении ККЦ-2 НЛМК. Решены вопросы охлаждения зонда. пневмотранспортировки датчиков и обеспечения безопасной работы установки.

Результата испытаний на аргонной установке использованы Л.Ф. ГИПРОМЕЗа при проектировании пневмозонда для контроля параметров металла в конвеотере для ЮСЦ-1 НЛМК, а по результатам испытаний в миксерном отделении составлено задание на проектирование установки для конвертера в ККЦ-2 НЛМК.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на: Пятой всесоюзной конференции "Тепло- и массообменные процессы в ваннах сталеплавильных агрегатов" (Мариуполь, 1991 г.); региональной научно-технической конференции "Пятилетке -труд и поиск молодых" (Липецк, 1983 г.): региональной кауч-но-технической конференции "Молодежь и научно-технический прогресс" (Липецк, 1984 г.): региональной научно-технической конференции "Молодежь и научно-технический прогресс" (Липецк, 1985 г.); региональной научно-технической конференции "Молодежь и научно-технический прогресс" (Липецк, 1986 г.), .

Публикации. По. теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, получено 2 авторских свидетельства на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и приложений. Работа содержит 180 страниц машинописного текста^ 10 таблиц. 81 рисунок, библиографический список, включающий 140 наименований.

- 6 -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Анализ литературных источников

В настоящее время в конвертерном производстве наибольшее распространение получили вспомогательные измерительные Фурмы, позволяющие проводить контроль параметров металла без повалки конвертера.

Вспомогательные фурмы, установленные в большинстве кислородно-конвертерных цехов развитых стран имеют сходные конструкции и принципиально не•отличаются друг от друга.

Контроль параметров жидкого металла с помощью вспомогательной измерительной Фурмы основан на использовании датчиков разового применения. Обычно датчики выполняют,многоцелевыми.

В теле датчика, обычно, имеются металлопровод и две полости. в одной из которых Формируется проба для последующего анализа. Камера для отбора пробы таких датчиков монет выполняться металлической или керамической. Во второй полости установлена термопара для экспресс-измерения содержания углерода в стали по темппратуре кристаллизации. Электроды термопары выведены на штоккер,. расположенный в верхней части датчика.

Заполнение камер осуществляется либо через отверстие, либо по каналу, начинающемуся у,торца датчика: Для замера температуры ванны" в большинстве конструкций используется термопара погружения, защищенная металлическим колпачком, устанавливаемая в торце датчика или на боковой поверхности.

Датчик размещен в измерительном зонде, изготовленном в виде картонной гильзы диаметром около 80 мм и длиной около 1800 мм. Большие габариты таких датчиков не позволяют транспортировать их

по пневмопочте.

Вспомогательная Фурма установки контроля параметров жидкого металла в конвертере крепится в каретке, перемещающейся в вертикальном направлении по направляющей с помощью электродвигателя. На площадке, непосредственно над горловиной конвертера расположены магазин с запасом измерительных зондов, манипулятор, а также дисковая пила и желоб с приемной воронкой для транспортировки проб в лабораторию.

Когда вспомогательная фурма находится в верхнем положении, измерительный зонд с помощью кантователя и манипулятора перемещается из магазина под вспомогательную фурму, которая опускается на зонд. Манипулятор подает зонд вверх до упора, обеспечивая контакт цепи термопар датчика с электрической цепь» вспбмога-тельной Фурмы. По сигналу с пульта управления интенсивность продувки снижается и вспомогательная фурма опускается в конвертер. Зонд погружается в металл на глубину около 700 мм и выдерживается там в течении 5. .,.8 секунд, необходимых для замера температуры и отбора пробы. Затем фурма поднимается. Зонд захватывается манипулятором и дисковая пила отпиливает нижнюю часть зонда с датчиком, в котором находится проба металла. Датчик скатывается по желобу в систему пневмопочты и отправляется в лабораторию. Отработавшая верхняя картонная часть зонда сбрасывается в конвертер.

Основными недостатками таких установок является довольно высокая стоимость датчиков, доходящая до 15...20 долларов за штуку, причем около 40% его стоимости приходится на картонную гильзу. Другим серьезным недостатком является то, что непосредственно над конвертером, в зоне высоких температур, возможных выбросов, запыленности и вибрации, расположены _ автоматический

манипулятор, производящий смену блоков, магазин с запасными блоками и кантователем и другое сложное и высокоточное оборудование, необходимое для нормальной работы и обслуживания установки.

2. Опытные установки

Липецким политехническим институтом совместно с Л.Ф.ГИПРО-НЕЗа, 11 КО. К1Щ-2 и УАМ Новолипецкого металлургического комбината проведен .ряд работ по созданию конструкции, в которой были бы устранены недостатки, свойственные вышеперечисленным установкам. В результате был разработан и испытан пневмозонд для контроля параметров жидкого металла. Дня проведения контроля зонд вводится в конвертер сверху без его повалки. подобно вспомогательной фурмя. Но в отличие от нее водоохлаждаемая часть зонда погружается в жидкий металл на глубину до 500...1000 мм. Вследствие этого появляется возможность в 10...12 раз уменьшить размеры картонной гильзы, выступающей Из нжнего торца зонда (хоботка) и снизить стоимость датчиков. Уменьшение габаритных размеров дат-чикпп позволяет, осуществить их транспортировку по пневмопочте. .Что, в-спою очередь, позволяет, соединив верхнюю часть погружав--мого поила с пневмопочтой, производить его -зарядку датчиками и их обратную транспортировку' без применения манипулятора.- Таким пСрязом, в отличие от известных вспомогательных фурм, устраняется необходимость установки сложного и высокоточного оборудования над Горловиной конвертера, что способствует повышению надежности р1?сгн установки в целом и снижению ее стоимости.

Однако при воплощении этой идеи возник ряд проблем.

Тпкая систем* требует погружения фурмы непосредственно ь мртялл. ( Подточу, в дальнейшем, ее назвали зондом ), Чпибопее

просто, стойкость погруженной часта обеспечивает водяное охлаждение. Однако в случае прогара корпуса зонда возникает опасность взрыва.

Неизбежные повороты пневмопочты ограничивают длину транспортируемого по ней датчика. Уменьшение массы и тепловой нагрузки зонда требуют уменьшения ' его. диаметра, а следовательно, предъявляют жесткие требования к конструкции самого зонда, к диаметру. длине и конструкции датчиков.

Попадание металла между хоботком и зондом может потребовать применение ручного труда для его очистки.

Необходимо удерживать датчик от всплывания при погружении зонда и освобождать его для обратной транспортировки.

.Специфические условия работы пневмозонда потребовали приспособления к нему серийных датчиков и разработки новых. В итоге их конструкция оказалась достаточно сложней, с хрупкими деталями. Поэтому возникла проблема безударной доставки датчиков в зонд, разработки системы торможения, так как скорость транспортирования датчика по пневмопочте составляет 10-15 м/с.

Поскольку большая часть этих проблем была решена с помощью пневматики, установку назвали пневматическим зондом.

Были сооружены и испытаны опытные установки для контроля параметров жидкого металла с помощью пневмозондов в сталевозном ковше на аргонной установке N5 и в заливочном ковше в миксерном отделении ККЦ-2 НЛИК. В процессе испытаний показана работоспособность пневмозондовой установки в целом. Отработаны ее основные узлы. . . • . .

Наиболее ответственным и "ложным 'узлом этих установок является зонд. Йри погружении в жидкий металл на. него воздействуют большие тепловые нагрузки. Для упрощения конструкции, повышения

технологичности изготовления и снижения его стоимости зонд выполнен без огнеупорной Футеровки с водяным охлаждением. Поэтом/ особое.внимание при его разработке и испытаниях уделяли стойкости и безопасности. В промышленных условиях испытано 6 вариантов конструкций погружаемого водоохлаждаемого зонда. Расход охлаждающей воды на опытных установках был 60...100 к3/ч. на конввртер-ном зонде должен быть не менее 150. ..250 м3/ч.

Анализ причин выхода зондов из строя пс-кьзал, что для повышения стойкости водоохлаждаемого корпуса необходимо качественная сборка корпуса с хорошей центровкой труб, строгое соблюдение размеров зазоров для прохода охлаядакыой воды, отсутствие заусенцев и наплывов от сварки в местах соединения.

Удовлетворительная стойкость зонда при контроле жидкой стали можзт быть обеспечена при изготовлении наружной трубы из стали. При контроле жидкого чугун?, необходимо применять медную трубу. поскольку стальная, при погружении'в чугун, науглероживается и растворяется, что приводит к прогару. Однако расчеты показывают, что существует предельная плотность теплового потока.при погружении в металл, которая для меди составляет 14,ЗЮ6 Вт/мг, а для стали 3,9-Ю6 Вт/мг. Поэтому погружаемую часть промышленного зонда следует делать из меди. Несмотря на низкое качество изготовления стойкость зонда сос.'авила 130 погружений при контроле параметров жидкого чугуна и 100 погружений, без следов износа, при контроле стали. Предложена конструкция, обеспечивающая работу без прогаров корпуса в течение длительного времени. Разработанная система компенсации, температурных расширений труб корпуса зонда работает достаточно надежно.

На опытной установке успешно работала замкнутая система охлаждения. Разработана методика расчета системы охлаждения для

; - И "

конвертерного зонда. Для охлаждения целесообразно применять химически очищенную воду, объем которой в системе должен составлять 5 мэ. Для её охлаждения достаточен врдо-водяной теплообмен-ный аппарат'с поверхностью теплообмена 40 к2.

Для безударной доставки измерительного блока в зонд разра-. ботана и испытана система торможения. включающая тормозные сопла, создающие встречный поток воздуха! уменьшающий скорость измерительного блока. Тормозные сопла позволяют осуществлять и его обратную транспортировку без применения вакуумного насоса.

Пневматическая система обеспечивает удертлние измерительного блока в рабочем положении во время погружения I; позволяет защитить щель зoкpyf, "оботка датчика от затекания металла. Для этого в щель вокруг хоботка во время погружения подается газовый отдув, а перед подъемом зонда происходит переключение ка кислород для вютгания попавших туда брызг металла. Пневматическая система позволяет соединять нижнюю часть ствола зонда* с атмосферой. при отборе пробы, или со сжатым воздухом, для обратной транспортировки измерительного блока или для обеспечения "щадящего" режима погружения.

Определена зависимость геометрических размеров измерительного блока пневмозонда от диаметра пневмопочтовой трубы и радиуса ее изгиба, обеспечивающая его безотказную транспортировку по пневмопочте. Разработаны и испытаны конструкции измерительных блоков, состоящие из многоразового транспортного блока и одноразового датчика. Такая конструкция позволяет снизить стоимость датчиков, по сравнение с зондами вспомогательных фурм, в 2.'. .5 раз.

Проведены испытания всех систем пневмозонда в промышленных условиях. Системы работоспособны и могут быть применены в пнев-

нозонде для конвертера.

3. Датчик;; для контроля температуры

При применении погружаемого водоохлаждаемого зонда для контроля температуры жидкого металла основным вопросом является точность этих измерений.

Для определения длины струи газового отдува, от которсй зависит минимальная длина хоботка, было проведено гидравлическое моделирование^. Исследовали влияние расхода отдувочного газа на длину струи, а также влияние веерообразно расположенных дополнительных отверстий для выхода отдувочного газа.

Длину струи газового отдува считали Функцией следующих величин: •

1С - /{I.....^.рг.р.чл.в). (1)

где 1с - длина струи: £ - ускорение свободного падения: I.....I,

- линейные параметры системы: рг. р - плотность газа и жидкости, соответственно; V - вязкость жидкости; - импульс струи отдувочного газа.

Исследовали варианты бтдува г'различной геометрией кольцевой щели вокруг хоботка датчика.

Как показали наблюдения, движение газа в ванне, при использовании дополнительных веерообразно расположенных отверстий, получается более стабильным, а струи не' так близко примыкают к хоботку, что создает более благоприятные условия для измерения темпгратуры и отбора пробы металла.

Еще лучшие рпзультаты ляет сочетание отверстий и щели с

плавно расширяющимся к выходу сечением. Использование расширяющейся щели в сочетании с отверстиями диаметром 4'мм под углом а - ?5° и а - 35е дает минимальную из всех вариантов длину струи. Визуальные наблюдения показали, что при этом движение газа является наиболее стабильным, а газовые струи удалены от хоботка.. Даже при больших расходах газа струя не достигает -торца хоботка, что устраняет опасность перекрытия его газовьи отлупом.

На точность измерений сильно влияет направление и скорость движения металла вблизи водоохлаждаемого корпуса. Ее определяли на той же модели.

Поскольку движение металла вызывает, главным, • образом, всплывающий газ. его расход V играет существенную роль. Поэтому . считали, что скорость является функцией следующих величин:

» -/(1.а.р.рг.у.1.м.в). (2)

где » - скорость Металла: I, й - линейные размеры.

При визуальных наблюдениях обнаружили, что при подаче отду-вочного газа в районе головки зонда возникает, восходящий ток жидкости. С увеличением расхода отдувочного газа скорость жидкости вблизи хоботка сначала возрастает, а затем несколько снижается. Что объясняется усилением пульсации скорости жидкости, в отсутствие стабилизирующего действия наклонных сопел пульсация скорости возникает при более низких расходах газа. Таким образом, наилучшим, с точки зрения гидродинамики, является вариант отдува с плавно расширяющейся щелью вокруг хоботка и шестью веерообразно расположенными отг.зрстиями диаметром 4 мм под углом ' 25...35е к вертикали.

Однако последующие испытания зонда в заводских условиях на

жидкой стали показали, что эти отверстия запечатываются попадающим в них металлом. Газ. подаваемый на отдув,- и кислород - на выжигание капель металла, попавших в отверстие и щель вокруг хоботка, начинает идти только по этой щели. Поэтому после испытаний на жидкой стали было решено использовать для отдува только расширяющуюся кольцевую щель вокруг хоботка без дополнительных отверстий.

Для выяснения влияния, струи газового отдуЕа на точность измерения температуры проведен расчет температурного поля вблизи головки зонда. Приняли, что изменение температуры вблизи головки описывается уравнением

01 <эг &Ь

-+ и»,-- а--. (3)

8г 02 02*

с начальным и граничными условиями:

Иг.О) - £м, (4)

МО.т) - £с, ' (5)

С(«.х) - (6)

где ^ - начальная температура, равная температуре металла в основном объеме; £с - температура торцевой поверхности зонда: г -вертикальная координата; » - скорость.

Рассчитано расстояние на котором' сказывается охлаждающее воздействие зонда на точность' измерения температуры при различных скоростях восходящего тока металла. Сравнение результатов расчёта с литературными экспериментальными данными для стационарных зондов без отдува показывает, что. восходящий ток металла позволяет уменьшить длину выступающей части термопарного блока.

Резульгаты расчетов и моделирования показывают, что минимальная длина термопарного блока определяется не охлаждающем действием зонда, а длиной струи газового отдува и должна составлять не менее 35...50 мм для различных вариантов выхода струи газа.

С помощью разработанных и- укороченных стандартных измери- . ~ельных блоков проведены измерения температуры стали и чугуна в" промышленных условиях. Результаты измерений показывают достаточно высокую сходимость при небольшом занижении температуры, по сравнению с замерами штатным устройством. Поскольку основной характеристикой при контроле температуры жидкого металла является сходимость результатов измерений, измерительные блоки, после метрологических испытаний, могут быть использованы для контроля температуры металла в конвертере с помощью пневмозонда.

Разработан и испытан контактный блок зонда, передающий сигнал термопары к измерительному прибору. При испытаниях в промышленных условиях просели более 600 зарядок-разрядок зонда. Сбоев в работе контактного блока и разрушения термопар не было.

Проведен расчет изменения температуры защитного колпачка температурного блока. Показано, что надежная защита термопары может быть обеспечена при применении двух защитных колпачков. Толщина внутреннего■колпачка должна составлять 1 мм при степени черноты 0,8.. Толщина внешнего колпачка — 2 мм при степени черноты внутренней поверхности 0,8, а внешней не более 0,6. При уменьшении 'их толщины надежность защиты термопары понижается.

Рассчитана температура внутренней поверхности картонного хоботка температурного блока, которая определяет стойкость стандартного штеккерного разъема. Использовать стандартный полиэтиленовый штеккер ПТПР при контроле температуры в конвертере можно только/с применением "щадящего" режима погружения, когда измери-

тельный блок, во время движения зонда в конвертере, находится внутри зонда, а переходит-в рабочее положение за 1...2 сокунды до касания зондом уровня ванны. При этом'возможно применение од-нуго стандартного защитного колпачка толщиной 0.5 мм.

4. Датчики для отбора проб

На качество проб металла, отбираемых с помощью пневмозондо-вой установки, большое влияние оказывает характер заполнения изложницы жидким металлом. Процесс заполнения проОниц металлом исследовали на гидравлической модели совместно с аналитическими методами и адаптацией математической модели по результатам гидравлического моделирования.

Изучали влияние на скорость движения жидкости по хоботку глубины погружения, диаметров металлопровода й трубки для выхода воздуха из пробницы.

По результатам моделирования установили, что плавное Ьапол-нение металлом пробниц можно получить при использовании металлопровода достаточно большого сечения - с диаметром не менее 9 мм и дросселя для воздуха сечением, эквивалентным сечению трубки с отверстием диаметром не более 1 мм.

Разработали математическую недель нестационарного процесса заполнения изложницы при наличии местного сопротивления в метал-лопроводе.' Скорость металла § металлопроводе описывается уравнением . , _

>

•

г—>0.5*1*(14)♦£<?-«> - о. (7)

. ■ с1т . ■

гл»: С -'коэффициент сопротивления ме.таллопрсвода. определяемый

по данным моделирования; t - время: w - скорость металла в ме-таллопроводе: г - текущая координата уровня металла в металлоп-роводе: И г глубина погружения. .

Расчётом установлено, что скорость движения металла в ме-таллопроводе при заполнении изложницы может составлять до, 3,0...3.5 м/с в зависимости от глубины погружения. Сужение носика металлопровода очень сильно влияет на скорость металла. Так изменение диаметра носика на 338. относительно диаметра металлопровода приводит к изменению скорости на выходе из него на 6055,

На качество пробы, кроме гидродинамики,' большое влияние оказывает и температура затекающего металла. Поэтому была разработана конечно-разностная математическая модель процесса теплообмена при движении металла по металлопроводу:

(1+0.Sk) t, '*0,5kt„ ' - te*O.Sktt*J^^t*O.Sktm;

~Fot¡.t ' + <2Fo+l)t, '-fótiM ' ■ ti: (8)

-ZFotn.^ + iZFo+i)^ - t„:

где t, - температура в узле 1 (1»1...ш) металлопровода в предыдущий момент времени: t,' - температуры в узлах в расчетный момент времени: к - Axpcce/(0,25dp,ct) - коэффициент, зависящий от теплофизических свойств жидкого, металла и стенки металлопровода: Fo -критерий Фурье.

Расчётом, с использованием модели, установлено, что первые . порции металла, поступающие в изложницу, могут быть подстужены до температуры кристаллизации и попадать в изложницу в виде -затвердевших капель. Чтобы метгчл в изложнице, после заполнения, имел некоторый перегрев, относительно температуры кристаллизации. необходимо применять изложницу. объемом более 5 см3 при ско-

- 18 -

роста движения металла в металлопроводе но менее 1 м/с.

В промышленных условиях испытано ю вариантов пробниц. Показано. что для отбора проб стали могут успешно применяться стандартные пробницы пробоотборных блоков типа ПМ. Задача получения проб чугуна, пригодных для квантометрического анализа, оказалась весьма сложной вследствие выпадения графита из раствора. С учетом результатов расчетов и моделирования сконструированы и испытаны пробоотборные блоки для отбора проб стали и чугуна. Получены пробы, пригодные для квантометрического экспресс анализа. .

5. Многоцелевые датчики

На аргонной установке N5 ККЦ-2 НЛМК были проведены испытания датчиков для одновременного измерения температуры жидкого металла, определения содержания углерода по температуре ликвидус и отбора пробы. Испытания однокамерных'датчиков с одной термопарой. измеряющей последовательно температуру затекающего в датчик металла и температуру его кристаллизации показали,' что такая конструкция' хотя и фиксирует температуру кристаллизации, но не обеспечивает достаточно точного контроля температуры металла в ванне. Для надёжного измерения этой температуры необходимо применять отдельную термопару.

Разработаны конструкции комплексных трёхцелевых датчиков для конвертерного зонда с одной камерой и двумя термопарами. В лабораторных условиях испытаны керамические датчики ТПУ-1. Результаты испытаний показали, что такие датчики необходимо изготавливать прессованием из,огнеупорных масс. Конструкция разработанного дзттт позголчет получать, пробу с плоской поверхность*;.

которая требует минимальной обработки лля проведения'экспресс анализа. •' Свободные концы термопары удалены от кристаллизующейся пробы, что способствует повышению точности замера температуры.

Разработаны трёхцелевые датчики ТПУ-2. которые проще в изготовлении и содержат минимум керамических деталей, что способе-, твует повышению надежности работы пневмопочты, предохраняя её от засорения. Конструкция датчика позволяет извлекать его из металла еще до заставания пробы, что уменьшает время цикла контроля стали.

Датчики ТПУ-1 и ТПУ-2 в промышленных условиях испытать не удалось.

общие вывода

Выполнены теоретические и. экспериментальные исследования, которые позволили создать .устройство (пневмозонд) для контроля параметров жидкой стали в конвертере без его повалки. Принципиальное' отличие, пневмозоида.от известных вспомогательных измерительных фурм заключается в том, что зарядка и разрядка датчиками производится сверху, путем соединения погружаемого зонда с пневмопочтой. Другим важным отличием является то. что в металл погружается водрохлаждаемый корпус, зонда. По данным ЛФ Гипромеза затраты на сооружение пневмозонда снижаются в 3 раза. Расчеты и экспериментальные данные показывают, что цикл замера и его стоимость снижаются в 2,5 раза. Повышается надежность работы, так как отпадает необходимость установки над конвертером высокоточного манипулятора и других механизмов.

Решены вопросы'обеспечения безопасности работы зонда, пнев-мотранспортирования датчиков, охлаждения зонда. Разработаны

пневматическая и электроконтактная системы зонда, система управления. которые работали достаточно надежно, разработаны измерительные блоки для контроля температуры и отбора пробы стали и чугуна. Пневмозонд. измерительные блоки и все системы испытаны в промышленных условиях.

Пнезмозонд испытан при контроле параметров стали в ковше на аргонной установке N5 и чугуна в миксерном отделении ККЦ-2 НЛМК.

Получены следующие научные результаты.

. I. Выполнено физическое моделирование газового отдува зонда. Обнаружено, что при применении отдува. вблизи наконечника ■зонда возникает восходящий ток металла, что способствует повышению точности измерения температуры. По результатам моделирования определены зависимости длины газовой струи и скорости движения металла вблизи наконечника зонда от расхода отдувочного газа.

2. Разработана математическая модель для расчета температурного поля вблизи наконечника зонда. Результаты математического моделирования показывают, что охладдавдее воздействие корпуса зонда на точность измерения температуры компенсируется подводом гор.ччего металла о восходящим потоком. Поэтому наличие газового отдуна .позволяет уменьшить длину термопарного блока. При этом уменьшение его длины ограничивается длиной ст^уи отдувочного газа. " . • .

3. Проведены тепловые расчеты хоботка и защитного колпачка датчиков. При измерении температуры стали в конвертере необходим "щадящий" режим погружения, когда датчик, при движении зонда в конвертере, до его погружения, находится внутри зонда.

4. С помощью гидравлического моделирования выявлена зависимость времени и скорости заполнения изложницы жидким металлом от геометрических параметров.

Г

' щ

. 5. С использованием результатов физического моделирования разработана математическая модель процесса заполнения при неустановившемся режиме течения жидкости.

6. Выполнен расчет зависимости температуры мзталпа. поступающего в изложницу Cr геометрических размеров металлопоовола и. скорости заполнения.

Основное содержание работы отражено в следующих публикациях:

1. фарафонов Н.И., Гусев С.А.. Короткое Б.Т". Устройство для контроля жидкого металла//Тез. докл. научно-техн. конф. "Пятилетке - труд и поиск молодых", Липецк, 1983.

2.' Ермаков Ю. А., Гусев С.А., фарафонов Н.И.. Короткое Б.Г. Измерение температуры жидкого металла с помощью пневмозонда //Тез. докл. научно-техн. конф. "Молодежь и научно-технический прогресс", Липецк. 1984.

3. Гусев O.A.. Фарафонов Н.И., Коротков Б.Г; Пневиозонд для контроля параметров .жидкого чугуна //Тез. докл. научно-техн. конф. "Молодежь и научно-технический прогресс". Липецк. 1984.

4. фарафонов Н.И.. Гусев С.А., Коротков Б.Г. Торможение датчика контроля параметров жидкого металла при доставке з зонд по пневмопочте //Тез. докл. научно-техн. конф. "Молодежь и научно-технический прогресс", Липецк, 1984.5. фарафонов Н.И.. Гусев с.А.. Матвеев C.B., Коротков Б.Г.

Торможение измерительных блоков при доставке в зонд по пневмопочте //Тез. докл. научно-техн. конф. "Молодежь и научно-технический прогресс", Липецк, 1985. • .

6. Паршин С.Н.. Гусев С. А., фарафонов Н.Й., Коротков Б.Г. Контроль параметров жидкого металла конвертерной плавки с"помощью зондов //Тез, -докл. научно-техн, конф. "Молодежь и науч-

- 22 -

но-технический прогресс", Липецк, 1985.

7. Матвеев C.B., Ермаков O.A., Коротков Б.Г. Исследование аэродинамического торможения контейнеров пневмопочты /Лез. докл. научно-техн. конф. "Молодежь и научно-технический прогресс", Липецк, 1986. . .

8. Угловой коэффициент элементарной площадки цилиндрической поверхности на перпендикулярный ей круг/Марков Б.Л.,,Тюрин В. М.. Гусев С.А.. Ермаков D.A., Коротков Б.Г. - Изв. вузов. Черная металлургия, 1988, N5.

9. Марков Б. Л.. Коротков Б. Г., Гусев С. А.. Ермаков Ю. А. Влияниз водоохлаждаемого корпуса зонда на точность измерения температуры жидкого металла//Тез. докл. пятой всесоюзной конференции "Тепло- и массообменные процессы а ваннах сталеплавильных агрегатов", Мариуполь, 1991.

10. A.c. 1547321 СССР. Лневкозонд для контроля жидкого металла/Гусев С.А., »уравлев B.C., Безукладов В.И., Менщиков В.Ф., Марков Б.Л. , Коротков Б. Г. ;

11. A.c. 1765745 СССР. Устройство для отбора проб жидкого чугуна/Марков Б!Л.. Захаров Д.В.. Гусев С.А.. Менщико'в В.Ф.. Федосеев Ç. Н.. Бирюков В.А., Короткое Б. Г.