RU2117050C1

RU2117050C1 - Device for monitoring redox processes in liquid slag bath

Info

Publication number: RU2117050C1
Application number: RU97106645A
Authority: RU
Inventors: С.К. Вильданов; В.А. Роменец; В.С. Валавин; А.Б. Усачев; А.В. Баласанов
Original assignee: Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет)
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: metallurgy; methods of iron direct production by its reduction from its oxides in liquid slag bath. SUBSTANCE: electrode-current collector is enclosed in water-cooled casing and immersed in layer of liquid slag. Length of part of electrode-current collector moved out of water-cooled casing and coming in contact with liquid slag amounts to 20-70 D, where D is diameter of electrode-current collector. The invention provides for insulation of electrode-current collector from ground, high-temperature oxidizing gas atmosphere, continuous measurement of potential difference between slag bath and ground and resistance of slag bath as a whole, which are directly connected with physicochemical processes occurring in unit of ROMELT of liquid phase reduction and unit operating conditions. EFFECT: provision of device of prolonged continuous operation for monitoring the process of liquid-phase reduction by variation of electrical parameters such as difference of potentials and resistance. 2 dwg, 2 tbl

Description

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. The invention relates to the field of ferrous metallurgy, in particular to methods for the direct production of iron by its reduction from oxides in a liquid slag bath and can be used in non-ferrous metallurgy and the chemical industry.

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. The literature describes devices designed to control physicochemical processes in liquid media by changing the electrical characteristics of these media (resistance, current, voltage), in which electrodes are used as sensitive elements [1]. In such devices, the current collector electrodes operate at room temperatures, less often at elevated temperatures, which significantly limits their scope.

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. Also known is a device for monitoring the slag mode of converter smelting [2], comprising an electric signal generator, a closed magnetic circuit with windings, a comparison unit, an amplifier, a tuyere position indicator, a converter housing, a tuyere. In the process of purging the metal, foaming of the bath is observed, which leads to a change in the resistance of the tuyere - melt section and to a change in the resistance of the closed loop of the tuyere - ground - converter housing - melt - tuyere. This change is recorded by the device. The lance in this case is the current collector electrode.

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. Of the known devices, the closest in technical essence to the claimed one is a device for controlling foaming of slag in a converter, including an electric circuit lance - bath - converter housing - "ground" - lance and a secondary device [3]. In this device, an element of the converter design, an oxygen lance, is used as the current collector electrode.

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".However, the analysis of the prototype reveals significant disadvantages, which are as follows:
control is carried out discretely, namely only in those periods of melting when the oxygen lance is in contact with a slag-metal emulsion;
the need to use complex instrumentation, primarily generators of sinusoidal oscillations, the magnetic circuits of which are located on a movable oxygen lance in conditions of elevated temperatures, vibration and aggressive gas environment;
the impossibility of reliable isolation of the oxygen lance from the earth and, as a consequence, the low electrical resistivity of the lance section is the earth.

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.the oxygen lance is only partially buried in the slag-metal emulsion, the rest of it is in the high-temperature gas phase, which has significant conductivity, which ultimately leads to a decrease in signal accuracy;
since the oxygen tuyere is a water-cooled structure, a skull layer is formed on its surface in the area of contact with the slag metal emulsion, which has a very significant electrical resistance that impedes the passage of the recorded signal along the entire circuit.

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. The revealed shortcomings show that the fixed value of the EMF (potential difference) is a very small value (of the order of 10 mV) and can be essentially a thermoelectromotive force that arises at the junction of the magnetic cores and does not allow to unambiguously and reliably relate the change in this signal to changes in physicochemical processes in the pyrometallurgical unit and its slag modes.

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. The aim of the invention is to increase the duration of the device, the implementation of continuous monitoring of the liquid phase recovery during the entire melting period by changing the electrical potential difference between the slag bath and the "ground" and by changing the electrical resistance of the slag bath as a whole.

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. This goal is achieved by the fact that in the known device for controlling foaming of slag in the converter, including the lance electric circuit - converter bath - converter housing - "ground" - lance - secondary device, according to the invention, the electrode-current collector is made of refractory and inert with respect to aggressive slag melt of a material, such as tungsten, is isolated from the "earth" by placing it in a water-cooled enclosure and set out of it at a certain distance.

На фиг. 1, 2 представлена схема заявляемого устройства и место расположения его на агрегате. In FIG. 1, 2 presents a diagram of the inventive device and its location on the unit.

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. The design of the sensor housing is made of stainless steel pipes X18H9T2. The body is a pipe with a diameter of 70 mm and a wall thickness of 2.5 mm. Inside it there is a pipe 2, in which there is a tungsten electrode-current collector 3 with a copper wire 4 soldered to it with brass solder 4, isolated in turn from the walls of the tube 2 with ceramic beads. The end part of the body immersed in liquid slag is welded so that a small part (2 - 3 mm) of the tube 2 leaves the welded ball surface. Through the opposite part of the pipe 1, another pipe 5 inside it passes, intended for supplying cooling water to the housing. The end part of the sensor housing, from which the tube with the electrode and the copper conductor 2, the pipe for supplying cooling water 5 and the drain pipe 6 is welded.

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. The sensor 7 is located on the ПЖВ 8 unit in the slag sump 9. The tungsten electrode-current collector is connected to the measuring instrument 11 through a shielded connecting cable 10. As a means of measurement, a commercially available device of the KSP-4 type is used, with a scale of 0 - 100 mV and a digital combination device Щ 301-1. The automatic device KSP-4 allows you to record the potential difference in the form of continuous recording on tape. If the values of the potential difference do not fit into the scale of the device, their values are measured by the device Щ 301-1 and applied to the tape. The electrical resistance is measured by the device Щ 301-1.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

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. The electrical signal generated by the slag medium is perceived by a part of the current collector 3, equal to L, is transmitted through it to the connecting wires 4 in the water-cooled housing 1, and the current collector electrode and wires are electrically isolated from the housing. Next, the signal is supplied to the measuring device.

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. Thus, the proposed device consists of the following structural elements: a current collector electrode in a protective water-cooled housing that immerses the current collector electrode in liquid slag, leads it out of the case and prevents the contact of the current collector from the high-temperature oxidizing gas atmosphere and the electrically insulating electrode-current collector from "land"; secondary measuring device; shielded connecting cables.

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.But, since the casing is a water-cooled design, a skull is also formed on its part immersed in liquid slag, therefore, the current collector electrode must be exposed from the body at a certain distance L (cm), which depends on the diameter of the current collector electrode d (cm) and the thickness of the formed on the cooled surface of the skull plate L ₀ (cm). This distance is determined by the ratio
L = (20 - 70) • d
Where:
L is the length of the part of the current collector electrode exposed from the housing;
d is the diameter of the current collector electrode equal to 0.6 cm.

По экспериментальным результатам, полученным в ходе многократных опытно-промышленных плавок, установлено, что толщина образующегося гарниссажа L₀ колеблется в пределах 10 - 12 см.According to experimental results obtained in the course of multiple pilot industrial swimming trunks, it was found that the thickness of the resulting skull L ₀ ranges from 10 to 12 cm.

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. If the current collector electrode is shorter than 20d from the housing, the resulting skull prevents the passage of the electrical signal through the device. If the current collector electrode is set to a distance greater than 70d from the housing, then under the influence of its own weight and high temperature of the slag, acquiring sufficient ductility, the part of the current collector in contact with the melt is thinned and detached from the rest.

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. Comparative data on the time during which the process is monitored in a slag bath using the proposed device and the frequency of such control are given in table. one.

Как видно из данных табл. 1, заявляемое устройство позволяет непрерывно в течение длительного времени (времени проведения плавки) осуществлять контроль процессов, протекающих в шлаковой ванне. As can be seen from the data table. 1, the inventive device allows you to continuously for a long time (time of the melt) to monitor processes in the slag bath.

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. Example 1. On the unit ПЖВ lead smelting reduction of iron-containing raw materials of various types (sinter ore, converter sludge, scale, oxidized pellets and mixtures thereof). The main indicators of the device under these conditions are summarized in table. 2.

Как видно из приведенных данных в табл. 2, надежная работа заявляемого устройства достигается при соблюдении установленных пределов. As can be seen from the data in table. 2, reliable operation of the inventive device is achieved subject to the established limits.

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. This device allows you to isolate the electrode-current collector from the "ground", continuously measure the electric potential difference between the slag bath and the "ground" and the resistance of the slag bath, which are directly related to the physicochemical processes that occur in the ПЖВ unit and its operating modes, on a running unit.

Изменение режима работы устройства осуществляется только путем подключения измерительного прибора, либо потенциометра (КСП-4), либо омметра (Щ 301-1). Changing the operating mode of the device is carried out only by connecting a measuring device, or a potentiometer (KSP-4), or an ohmmeter (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. Thus, a device is implemented and used that allows controlling the process of liquid-phase recovery by changing the electric potential difference between the slag bath and the ground and the electrical resistance of the slag bath during operation of the unit. The device provides reliable isolation of the current collector electrode from the "earth", the oxidizing gas atmosphere, allows you to place the current collector electrode under a layer of liquid slag.

Claims

A device for monitoring redox processes in a liquid slag bath, including a current collector electrode and a measuring device, characterized in that it contains a closed hollow water-cooled housing with a tube, in which a current collector electrode of refractory material, for example tungsten, is electrically isolated from the tube , one end of the current collector electrode is connected to the measuring device, and the other part protrudes from the end of the housing by an amount equal to 20 - 70 diameters of the current collector electrode.