Измерение температуры свода электросталеплавильных печей (стр. 5 из 7)
Кремний в окислительный период практически полностью окисляется и переходит в шлак еще в начале окислительного периода.
Окисление марганца определяется температурой металла и содержанием оксидов железа, марганца, кальция и кремния в шлаке.
При выплавке сталей в ДСП важно определять окисление (угар) дорогостоящих легирующих элементов: хрома, вольфрама, ванадия и др.
Окисление хрома увеличивается с увеличением температуры металла и основности шлака. Окисление вольфрама и ванадия происходит интенсивнее с увеличением основности шлака.
Во всех случаях в окислительный период большое значение имеет получение оперативной и достоверной информации о текущем (непрерывном) температурном состоянии металла и огнеупорной кладки рабочего пространства ДСП и составе расплавленного металла .
Если по технологии процесс доводки стали осуществляется непосредственно в ДСП, то после окислительного периода начинается восстановительный период.
Восстановительный период электродуговой плавки в ДСП осуществляется если выплавляемый металл не подвергается дальнейшей внепечной доводки для решения следующих задач:
· диффузионное раскисление металла;
· завершение десульфации металла;
· легирование металла;
· нагрев металла до заданной температуры выпуска.
После завершения окислительного периода проводят максимально полное скачивание шлака, чтобы вывести из металла фосфор, содержащийся в нем.
Затем в печь загружают в кусковом виде или вдувают в виде порошка шлакообразующую смесь, состоящую из извести, плавикого шпата и шамота в соотношении 5:1:1. Из этой смеси в течение 10-15 минут формируется начальный шлак, содержащий до 60% СаО, 10-15% CaF2, 5-10% SiO2, 3-5% FeO.
Для раскисления этого шлака на него подают коксик, что приводит к снижению FeO приблизительно до 1,5%. При этом шлак меняет цвет и становится серым. Дальнейшее раскисление шлака осуществляется смесью коксика и ферросилиция ФС-75. Это приводит к снижению содержания FeО до 0,5%. При этом шлак становится белого цвета.
В случае выплавки легированных сталей в восстановительный период производится легирование металла различными элементами.
Никель и молибден практически не окисляются в процессе электроплавки и вводятся в начальный момент окислительного периода. Хром, марганец, вольфрам вводят в металл в начале восстановительного периода после слива окислительного шлака. Кремний, ванадий, титан, алюминий обладают достаточно большим сродством к кислороду и легко окисляются в процессе электродуговой плавки. Поэтому эти элементы вводят в печь за несколько минут до выпуска стали.
Потребление тепла в восстановительный период не велико, поэтому работа ведется на пониженных ступенях напряжения, т.е. на пониженной мощности. Рекомендуется работать на коротких дугах, поскольку при этом меньше тепла передается излучением или на длинных дугах погруженных в пенистый шлак.
Для улучшения перемешивания шлака и металла, а также для интенсификации медленно протекающих процессов перехода серы в шлак, удаления кислорода и неметаллических включений из металла рекомендуется продувать металл аргоном через донные пористые пробки или использовать электромагнитное перемешивание ванны. Последнюю рекомендацию реализовать на большинстве ДСП технически очень сложно.
Методы измерения температуры
При измерении температуры различают 2 метода – контактный и бесконтактный.
К приборам контактного метода относятся:
• термометры расширения, измеряющие температуру по тепловому расширению жидкостей (ртуть, керосин, спирт) (жидкостные термометры) или твердых тел (дилатометрические и биметаллические термометры);
• термометры манометрические, использующие зависимость между температурой и давлением газа (газовые термометры) или насыщенных паров жидкости (конденсационные термометры), а также между температурой и объемом жидкости (жидкостные термометры) в замкнутом пространстве термосистемы;
• термометры (преобразователи) термоэлектрические, действие которых основано на измерении термоэлектродвижущей силы (термо-э. д. с.), развиваемой термопарой (спаем) из двух разнородных проводников (ТХА, ТХК, ТПП и др);
• термометры (термопреобразователи) сопротивления, использующие зависимость электрического сопротивления вещества (медь, платина) от его температуры (ТСМ, ТСП и др.);
Также существуют термометры сопротивления и термометры термоэлектрические с унифицированным выходным (токовым) сигналом (ТСМУ, ТСПУ, ТХАУ, ТХКУ и др.). Для измерения разности температур в системах теплоснабжения используют комплекты термометров (КТСПР, КТПТР), специально подобранных по техническим параметрам (ΔR0, ΔW100).
К приборам бесконтактного метода относятся пирометры (пирометрические термометры):
яркостные, измеряющие температуру по яркости накаленного тела в заданном узком диапазоне длин волн; радиационные, измеряющие температуру по тепловому действию суммарного излучения нагретого тела (во всем диапазоне длин волн); цветовые, принцип действия которых основан на измерении отношения энергий, излучаемых телом в разных спектральных диапазонах. По характеру получения информации различают пирометрические термометры для локального измерения температуры в данной точке объекта и для анализа температурных полей.
Таблица 2. Наиболее распространенные устройства для измерения температуры| Термометрическоесвойство | Наименованиеустройства | Пределы длительного применения, 0С | |
| Нижний | верхний | ||
| Тепловоерасширение | Жидкостные стеклянные термометры | -190 | 600 |
| Изменение давления | Манометрическиетермометры | -160 | 60 |
| Изменениеэлектрическогосопротивления | Электрические термометры сопротивления.Полупроводниковые термометры сопротивления | -200-90 | 500180 |
| Термоэлектрическиеэффекты | Термоэлектрические термометры (термопары) стандартизованные.Термоэлектрические термометры (термопары) специальные | -501300 | 16002500 |
| Тепловое излучение | Оптические пирометры. Радиационные пирометры.Фотоэлектрические пирометры. Цветовые пирометры | 700206001400 | 6000300040002800 |
Измерение температуры в технологических периодах
Для теплового режима процесса плавки стали в дуговых сталеплавильных печах (ДСП) приоритетное значение имеет наличие непрерывного способа оценки температурного состояния расплава в заключительный период плавки. В этом случае ведение процесса плавки становится прогнозируемым, что позволяет получить заданную марку стали с минимальными энергетическими затратами.
На сегодняшний день существует два основных метода измерения температуры жидкой стали, позволяющих оценить текущее тепловое состояние расплава в технологический (жидкий) период электроплавки.
1. Метод непрерывного измерения температуры, когда термопара устанавливается через футеровку печи в защитном водоохлаждаемом кожухе после расплавления металла.
2. Метод периодического измерения температуры путем погружения термопары со сменным наконечником в жидкую сталь через смотровое рабочее окно.
На рис.6 представлено изменение температуры металла во времени в окислительный период плавки №510598 в ДСП-180 №2 ЭСПЦ ОАО «ММК» при выплавке стали марки СтЗПС.
Измерение температуры осуществлялось штатной термопарой погружения в интервалы времени, отмеченные на рис.6 точками.
Интенсивный разогрев внутренней поверхности огнеупорной кладки в районе горения дуг в окислительный период, несмотря на наличие водоохлаждаемых панелей и вспенивание шлака, вынуждает уменьшать подводимую ДСП энергетическую мощность. Это приводит к замедлению физико-химических процессов происходящих в расплаве, и увеличению продолжительности плавки.
Рис. 6. Изменение температуры металла во времени в окислительный период в ДСП-180 №2 ЭСПЦ ОАО «ММК»
В любой производственной ситуации для поддержания рационального теплового режима электродуговой плавки необходима непрерывная текущая информация о значении температуры металла и шлака в текущий момент плавки.
Реально в ЭСПЦ составляются директивные указания (технологические инструкции) регламентирующие температурный режим и соответствующий этому режиму подвод электрической мощности к печи и регламентированные расходы природного газа и кислорода на горелки КСВ при выплавке определенной марки стали по заданному программному профилю.
В теплообменных процессах при высокопроизводительной работе ДСП-180 активно участвует только небольшой 15-35 мм слой огнеупорной кладки печи. Объективными параметрами, однозначно характеризующими и оценивающими текущее тепловое состояние современного высокопроизводительного технологического процесса выплавки стали в ДСП, являются температура металла tм(т) и температура огнеупорной футеровки tк(т).
Практически момент расплавления фиксируется визуально (субъективно Индивидуальным методом) сталеваром и подтверждается назначением регламентируемой процедуры измерения температуры расплава tМо.
В настоящее время только периодически регламентированный во времени контроль температуры металла и шлака осуществляет технолог (подручный сталевара) термопарой погружения со сменным наконечником.
Исследователями установлено, что температура металла на 80-100°С меньше температуры шлака. С одной стороны подводимая к ДСП электрическая мощность должна обеспечивать необходимую максимальную скорость и полноту протекания химико-физических процессов, возможно быстрый нагрев и расплавление подаваемых в печь шлакообразующих, раскисляющих и легирующих компонентов, а с другой стороны не допускать превышения температуры огнеупорной футеровки рабочего пространства и температуры охлаждающей воды на сливе выше предельно допустимых значений.