Особенности измерения уровня шлака и штейна в рунотермической печи

Промышленностью не выпускаются устройства для автоматического контроля уровня шлака и штейна в РТП, что объясняется техническими трудностями их создания «следствие высоких температур и агрессивной среды в зоне измерения, а также неоднородностью расплава в печи, прикрытого сверху шихтой и непроплавленной коркой. Ни одно из рассмотренных выше устройств не нашло применении в PTП для плавки медно-никеленых руд из-за специфических особенностей измерения уровня шлака и штейна в них.

В институте «ПИИАвтоматика» создан и внедрен в производство электромеханический уровнемер расплава типа ЭМУР-1. Освоение уровнемера ЭМУP-1 в промышленных условиях осуществлено совместно с сотрудниками комбината «Печенганикель» на рудно-термических печах комбината.

В результате анализа существующих методов контроля уровня расплава установлено, что для исследуемых печей наиболее приемлем электроконтактный метод измерения уровня шлака и штейна с использованием в качестве датчика измерительного электрода.



Наблюдения за работой печи показали, что состояние поверхности шлаковой ванны по ходу плавки бывает различным: чистое зеркало, наличие шихтовых куч и непроплавленной (раскаленной или затвердевшей) корки па поверхности расплава. Прочность шлаковой корки в ряде случаев была столь значительной, что для ее продавливания измерительный электрод ИЭ должен был оказывать осевое усилие величиной 2000—5000 кГ.

Дли выбора параметра контроля уровня шлака измеряли переходное электрическое сопротивление ИЭ — шлак, силу тока в цепи ИЭ при питании его от отдельного трансформатора и электрический потенциал на поверхности шлаковой ванны.

В зависимости от состояния поверхности ванны величина переходного сопротивления ИЭ — шлак изменяется от 0,2 до 100 ом; сила тока в цепи ИЭ при контакте его со шлаком (при вторичном напряжении трансформатора 48 в) варьирует в пределах 250—0,5 а. Широкий диапазон изменения переходного сопротивления и броска силы тока не позволяет использовать эти параметры для контроля уровня шлака.

За время исследовании было зарегистрировано изменение потенциала в выбранной точке измерения уровня от 3 до 15 в. Величина потенциала на поверхности шлаковой ванны в основном зависит от фазного напряжения печи и перекоса напряжений па электродах. Применение в качестве контролируемого параметра электрического потенциала обеспечивает надежную фиксацию момента касания ИЭ поверхности шлака при любом состоянии шлаковой ванны.

Для выбора параметра контроля уровня штейна определяли величину скачка электрического сопротивления расплава и тока в цепи ИЭ на границе шлак — штейн. При погружении ИЭ в шлак наблюдают плавное уменьшение сопротивления от 0,1 до 0,05 ом и соответственно возрастание силы тока от минимального до 450—700 а (при вторичном напряжении трансформатора 48 в) у границы шлак — штейн. При контакте ИЭ со штейном сопротивление резко снижается в 1,5—2 раза и происходит бросок силы тока в цепи ИЭ до 1300—1450 а (рис. 56).

Значительный разброс значений сопротивления и силы тока на границе шлак — штейн можно объяснить, с одной стороны, различными характеристиками шлакового расплава (температура, состав, вязкость и пр.), а с другой —различным состоянием самого ИЭ (температура, наличие на поверхности ИЭ охлажденной пленки шлака с повышенным электрическим сопротивлением).

При работе на высокомагнезиальном шлаке между штейном и шлаком выделяется промежуточный слой «грязи», представляющий собой тугоплавкие кристаллы типа оливина (MgO, Fe)2*SiO4 и форстерита MgO*SiO2. Грязь, более холодная и более вязкая, чем вышележащие слои шлака, обладает повышенным электрическим сопротивлением. В результате на кривой изменения сопротивления при переходе ИЭ из шлака в штейн наблюдают горб, соответствующий слою грязи (рис. 56). При прохождении этого слоя "грязь" обволакивает конец ИЭ, что затрудняет определение границы раздела между шлаком и штейном.

Для оценки электрических напряжений, создаваемых в расплаве электрическим полем печи и могущих воздействовать на измерительную схему, были осуществлены измерения потенциалов различных точек расплава, лежащих на одной вертикальной прямой на расстоянии 1100 мм от поверхности электрода печи:

Приведенные данные свидетельствуют о том, что потенциал расплава относительно «земли» растет монотонно снизу до верхних слоев шлака, принимая максимальное значение на расстоянии 30—40 см от поверхности расплава. На границе между шлаком и штейном никаких нерегулярностей не обнаружено.

В связи с воздействием на ИЭ в работающей печи напряжения помех частотой 50 гц и амплитудой в не сколько десятков вольт применение мостовой схемы для измерения скачка сопротивления расплава неэффективно. Использование в качестве импульса броска силы тока в цепи ИЭ на границе шлак—штейн обеспечивает надежное измерение уровня штейна. Напряжение и мощность питающего трансформатора следует выбирать с учетом исключения влияния электрических помех на результаты измерений.



Электромеханический уровнемер расплава ЭМУР-1 разрабатывали с учетом выявленных в результате исследований особенностей электроконтакного метода измерения уровня шлака и штейна в руднотермической печи:

1. Использование в качестве параметра контроля уровня шлака электрического потенциала на поверхности шлаковой ванны работающей печи обеспечивает достаточно надежную фиксацию момента касания ИЭ поверхности шлака независимо от состояния панны (чистое зеркало, наличие шихтовых куч и непроплавленной корки).

2. Привод измерительного электрода должен развивать на конце ИЭ определенное усилие, достаточное для продавливания шлаковой корки на поверхности расплава. В случае, если прочность шлаковой корки превышает допустимые пределы, двигатель привода ИЭ должен автоматически отключаться.

3. При прохождении шлакового слоя и промежуточного слоя грязи поверхность НЭ покрывается охлажденной пленкой с повышенным электрическим сопротивлением, что снижает чувствительность и точность замера уровня штейна. Применение в качестве параметра контроля уровня штейна броска силы тока в цепи ИЭ на границе шлак — штейн обеспечивает достаточно падежное измерение уровня штейна.

4. При работе печи через расплав протекают токи силой, составляющей десятки килоампер, в результате чего в различных точках расплава возникают различные потенциалы. Напряжение источника питания и сила тока в цепи ИЭ должны быть выбраны с учетом исключения влияния электрических помех на результаты замера.

5. Материал ИЭ следует выбирать с учетом агрессивного действия расплавленного шлака и штейна. В уровнемере должны быть предусмотрены устройства, обеспечивающие компенсацию обгорания ИЭ.

6. При выходе ИЭ из расплава на нем остается шлаковая корка, форма и размеры которой зависят от ряда факторов (температура, состав шлака и др.). Перед компенсацией обгорания и очередным замером нижний торец ИЭ должен быть очищен от корки налипшего шлака.

7. В мощных руднотермических печах с габаритами по высоте 4—5 м общий ход ИЭ составляет 5—6 м. В то же время рабочий диапазон изменения измеряемых величии сравнительно невелик: уровень шлака в пределах 3—2 м, штейна от 1 до 0,5 м. Применение серийных датчиков перемещения ИЭ не обеспечивает необходимой точности отсчета но шкале вторичного прибора.