способ контроля процесса коксования стартового электрода руднотермический печи

Формула изобретения

СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЦЕССА КОКСОВАНИЯ СТАРТОВОГО ЭЛЕКТРОДА РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ, включающий измерение напряжения тока электрода, количества израсходованной электроэнергии и температуры рабочего конца электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной стойкости электрода за счет повышения точности и оперативности контроля процесса коксования, периодически отключают печь и измеряют величину электродвижущей силы в цепи электрод - подина, определяют температуру в характерной точке рабочего конца электрода в соответствии с уравнением

T = a + b E,

где T - температура рабочего конца стартового электрода в характерной точке, ^oС;

E - электродвижущая сила в цепи электрод - подина на отключенной печи, мВ;

a и b - эмпирические коэффициенты для данного типоразмера печи,

и по получаемому результату корректируют процесс коксования.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротермии, в частности к руднотермическим печам, работающим с применением самоспекающихся электродов.

Успешный и быстрый выход руднотермической печи на рабочий режим во время первого пуска, после капитального ремонта или замены электродов при чистке печи во многом зависит от протекания процесса коксования стартовых электродов. Поэтому контроль процесса коксования имеет большое значение как для повышения эксплуатационной стойкости электродов, так и для увеличения выработки целевого продукта в результате сокращения времени процесса формирования электродов.

Процесс коксования стартовых электродов должен осуществляться с определенной скоростью подъема температуры в рабочем конце электрода. В противном случае возможны обрывы или сколы электрода. Поэтому коксование стартовых электродов необходимо осуществлять при контроле его теплового поля. В настоящее время процесс коксования на заводах ведут по графику набора плотности тока в зависимости от времени коксования с выдержкой по времени при определенной плотности тока в электроде.

Недостатком является то, что скорость подъема плотности тока в электроде должна соответствовать определенной скорости подъема температуры в нем, а эта зависимость носит чисто эмпирический характер. Коксование электродов по графику набора плотности тока не обеспечивает прямого контроля температурного поля электрода. Существующий в настоящее время график коксования ведет к увеличению времени выхода печи на рабочий режим и не обеспечивает механическую прочность стартовых электродов.

Прототипом изобретения является способ, по которому о характере протекания процесса коксования электродов судят, постоянно контролируя тепловое поле электродов.

Согласно этому методу хромель-алюмелевые термопары, футерованные алундовой соломкой, помещают в стальные трубы диаметром 15-25 мм, которые жестко крепят к стенке и ребрам кожуха. Нижние концы труб герметично заглушены. Рабочие концы термопар устанавливают в стартовой секции кожуха, после чего загружают электродную массу в брикетах или жидком виде. Такой контроль теплового поля электродов позволяет определять максимально допустимую величину тока в электродах и тем самым реализовать наиболее рациональный режим коксования.

Недостатками прототипа являются сложность осуществления метода, в частности контроля за тепловым состоянием электрода, а также возможность применения его только в начальной стадии процесса коксования, ограниченной достижением температуры, при которой рабочие концы термопары сгорают или закорачиваются плавящейся металлической трубой.

Введение термопар в стартовые электроды затрудняет загрузку электродной массы. Кроме того, так как термопары находятся под рабочим напряжением, то требуется специальные сложные устройства для развязки измерительных цепей, обеспечивающих технику безопасности.

Целью изобретения является повышение эксплуатационной стойкости стартового электрода руднотермической печи за счет повышения точности контроля процесса коксования.

Это достигается тем, что в способ коксования, включающий измерение напряжения, тока, количества израсходованной электроэнергии и температуры рабочего конца электрода, дополнительно введены следующие операции: измерение электродвижущей силы (ЭДС) в цепи "электрод-подина", по величине ЭДС определяют температуру в характерной точке рабочего конца электрода и по полученному значению температуры корректируют процесс коксования.

Способ поясняется фиг. 1, 2 и 3.

На основании проведенных экспериментов установлена достоверная однозначная зависимость между температурой в характерной точке рабочего конца электрода (стартового) и электродвижущей силой, существующей в цепи "электрод-подина" на отключенной печи в период коксования стартового электрода. За характерную точке была принята точка в основании конусной части стартового электрода (фиг. 2). Эта точка выбрана на основании того, что в процессе коксования стартового электрода температура в этой точке имеет достоверную корреляцию с измеренной ЭДС и легко осуществлялась установка термопары.

Во время капитального ремонта одной из печей РКЗ-80ФИ1 Джамбулского ПО "НОДФОС" в кожух одного из электродов в характерную точку так, как описано в прототипе, была установлена термопара. В электрической системе управления печью была собрана схема, позволявшая при отключении печи измерять ЭДС в цепи "электрод-подина". Измерение ЭДС велось через фильтр постоянной составляющей, который при включении печи исключал попадание напряжения на измерительный прибор.

Одновременно фиксировалась и плотность тока в электроде, соответствующая моменту отключения печи. Обработка данных, полученных при многочисленных отключениях печи в период коксования электрода, дала возможность определить вид зависимости температуры в характерной точке от величины ЭДС. Эта зависимость выражается уравнением

T = a + b E, где Т - температура в характерной точке стартового электрода, ^оС;

E - электродвижущая сила в цепи "электрод-подина" на отключенной печи, мВ;

a и b- коэффициенты, зависящие от типоразмера печи и диаметра электрода.

Для фосфорной печи РКЗ-80ФИ1 a = -945; b = 48,3.

Достоверность полученной зависимости подтверждается коэффициентом корреляции, равным 0,75 при минимальном значении, обеспечивающем достоверность полученной взаимосвязи 0,6.

Погрешность измерений не превышает +-30^оС и достоверные измерения по формуле получаются в пределах от температуры размягчения электродной массы до окончания процесса коксования стартового электрода (от 65^оС и выше).

Наличие и характер изменения электродвижущей силы в цепи электрод-подина имеет сложную природу, обусловленную термоэлектрическим эффектом в контакте электрода с коксовой "постелью". Использование этой ЭДС для оценки температуры рабочего конца стартового электрода и контроля процесса его коксования предложено впервые. Это позволяет утверждать, что изобретение соответствует критерию "новизна". То, что для контроля температуры при коксовании стартового электрода используется не обычная термопара, а термоэлектрический эффект контакта "электрод-коксовая постель", удовлетворяет критерию "существенные отличия".

Если известен график подъема температуры при коксовании стартовых электродов, то, зная на данный момент времени фактическое значение ее, можно, корректируя плотность тока в электроле и время включения и отключения печи, привести ее к требуемому значению.

П р и м е р. (Осуществление коксования стартового электрода 1700 мм печи РКЗ-80ФИ1).

Перед включением печи на коксование стартовых электродов в печь загружается 2,5 бункера чистого кокса для коксовой "постели". Затем в головки электрододержателя устанавливаются секции кожуха электрода с приварным конусом. После загрузки электродной массы выставляется рабочий конец электрода на 3900 мм от нижнего среза контактных плит. Обмотки трансформатора соединяются "звездой". После включения печи на 40 ступени напряжения дальнейший набор плотности тока на электроде осуществляется в соответствии с графиком коксования на возможно низких ступенях напряжения (40-38) (фиг. 2). Время непрерывного коксования электрода не более 40 мин, каждое следующее включение не ранее, чем через 20 мин. В настоящее время коксование электродов на заводах осуществляется за 4 календарных суток в течение 40 рабочих часов.

По изобретению подготовка стартового электрода осуществляется аналогично вышеописанной. Дополнительно параллельно фазному вольтметру устанавливается электрофильтр, выход которого соединен с милливольтметром, шкала которого градуирована в ^оС, в соответствии с предлагаемой формулой.

При коксовании в момент отключения печи , например через 1 ч непрерывной работы печи _раб. = 1, фиксируется значение ЭДС в цепи электрод-подина, величина которой E₁ = 20,2 мВ и в соответствии с формулой рассчитывается значение температуры в электроде T₁ = -945 + 48,3 20,2 = 30,7^оС (шкала электрофильтра отградуирована в таком виде, что на шкале сразу показывается температура в электроде T₁). На имеющейся кривой зависимости T" = F (_раб.) (фиг. 3) находят значение температуры в характерной точке рабочего конца электрода для момента времени _раб. = 1 ч. Если значения T₁ и T₁" совпадают или близки по значению (T₁ = 30,7^оС, а T₁" = 30,0^оС), то следующее включение печи производят через 20 мин при плотности тока в электроде, соответствующей графику (фиг. 2) = 0,15 а/см².

При значительном различии температур T и T", например, при = 3 ч T = 49,9^оС (E₃ = 20,6 мВ), а T" = 80^оС, т. е. T < T", вновь включают электропечь на той же плотности тока ( ₃ = 0,2 а/см), если через 30 мин при отключении T₃ = T₃", то через 20 мин простоя электропечь включают на плотности тока в соответствии с графиком (рис. 2) = 0,25 а/см².

Если температура T > T", например при _раб. = 15 ч T₁₅" = 600^оС, а T₁₅ = 709,6^оС (E₁₅ = 34,2 мВ), то после отключения печи сначала дожидаются пока, Т₁₅ станет равным T₁₅" и затем включение печи осуществляют при плотности тока, соответствующей графику (рис. 2) = 0,85 а/см².

Таким образом осуществляется контроль температурного поля электрода в период всего процесса коксования.

Исходя из вышеизложенного сущность способа реализуется в следующей последовательности операций: измерение электродвижущей силы (ЭДС) в цепи электрод-подина, по величине ЭДС определение температуры в характерной точке рабочего конца электрода и по полученному значению температуры корректирование процесса коксования.

Преимуществами изобретения являются оперативность и широкий диапазон измерения температуры, простота измерения температуры, что не мешает загрузке электродов.

Использование изобретения дает возможность повысить надежность работы электрода, уменьшить вероятность его аварии, что в конечном счете позволяет увеличить время работы печи и выпуск готового продукта. (56) Гасин М. И. Электроды рудовосстановительных электропечей. М. : Металлургия, 1984, с. 165-172.

Кашкуль В. В. и др. Передовой опыт эксплуатации рудовосстановительных печей. М. : 1988, с. 68.