RU2111429C1 - Device for check of completeness of fuel burning and decarburization - Google Patents
Device for check of completeness of fuel burning and decarburization Download PDFInfo
- Publication number
- RU2111429C1 RU2111429C1 RU94025448A RU94025448A RU2111429C1 RU 2111429 C1 RU2111429 C1 RU 2111429C1 RU 94025448 A RU94025448 A RU 94025448A RU 94025448 A RU94025448 A RU 94025448A RU 2111429 C1 RU2111429 C1 RU 2111429C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrodes
- temperature
- caps
- gas
- completeness
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано, в частности, для контроля полноты сжигания топлива по соотношению CO/CO2 при производстве стали и термообработке.The invention relates to ferrous metallurgy and can be used, in particular, to control the completeness of fuel combustion by the ratio of CO / CO 2 in steel production and heat treatment.
Известно устройство для контроля газовой фазы мартеновской печи, содержащее трубчатый электролитический элемент из окиси циркония с платиновыми электродами в качестве токосъемников, платинородиевую термопару, фарфоровую и стеклянную трубки с бронзовой крышкой (Применение твердых электролитов в черной металлургии, "Металлургия", М., 1989, с. 52). A device for monitoring the gas phase of an open-hearth furnace, containing a tubular electrolytic element of zirconium oxide with platinum electrodes as current collectors, a platinum rhodium thermocouple, porcelain and glass tubes with a bronze cap (The use of solid electrolytes in ferrous metallurgy, Metallurgy, M., 1989, p. 52).
Недостатком этого устройства является то, что оно выполнено с косвенным подогревом, ответственными элементами трубчатого датчика являются благородные металлы: платина, родий, масса которых составляет 0,02 г. Кроме того, конструкция датчика предполагает принудительную подачу анализируемого газа внутрь трубчатого элемента с помощью насоса, что требует дополнительной очистки газа от механических примесей, при этом температура газа не должна превышать более 60oC. От способа выполнения электродов-токосъемников на наружной и внутренней поверхностях электролитического элемента зависит надежность результатов измерений. Устройство в сложных рабочих условиях и повышенных требований к точности измерений не может быть использовано, поскольку не может обеспечить требуемой надежности и точности. Это обстоятельство ограничивает область использования устройства.The disadvantage of this device is that it is made with indirect heating, the responsible elements of the tubular sensor are noble metals: platinum, rhodium, the mass of which is 0.02 g. In addition, the sensor design involves the forced supply of the analyzed gas inside the tubular element using a pump, which requires additional purification of the gas from mechanical impurities, while the gas temperature should not exceed more than 60 o C. From the method of implementation of the current collector electrodes on the external and internal The characteristics of the electrolytic cell depend on the reliability of the measurement results. The device in difficult operating conditions and increased requirements for measurement accuracy cannot be used, because it cannot provide the required reliability and accuracy. This circumstance limits the scope of use of the device.
Наиболее близким техническим решением является устройство для измерения газовой фазы в режиме плавления в мартеновской печи (авт. св. СССР 4750282. "Устройство для контроля за режимом плавления мартеновской печи. В.П. Золотов, В. И. Сыров, А.Г.Фохтин и др. содержащее датчик из твердой электролитической керамики, цанговый зажим, молибденовый стержень измерительную схему, фасонный фланец, фотоэлементы, размещенные в двух каналах корпуса цангового зажима. The closest technical solution is a device for measuring the gas phase in the melting mode in an open-hearth furnace (auth. St. USSR 4750282. "A device for monitoring the melting mode of an open-hearth furnace. VP Zolotov, V. I. Syrov, A. G. Fokhtin et al. Containing a sensor made of solid electrolytic ceramics, collet clamp, molybdenum rod measuring circuit, shaped flange, photocells placed in two channels of the collet clamp housing.
Недостатком этого устройства является то, что измерения температуры горячих газов производится с помощью фотоэлементов, точность измерений которых зависит от степени прозрачности атмосферы в печи. Непрозрачность атмосферы горячих газов обусловлена режимом горения, особенно при использовании газо-мазутных горелок, работающих на твердом топливе. Частое заплескивание шлаком отверстий в зажиме исключает проведение оценки действительной температуры горячих газов. Ошибка измерения температуры в таких случаях приводит к неверному выбору расхода вводимого воздуха, к сбою в системе автоматического регулирования режимом горения и, следовательно, к несоответствию теплового режима технологическим требованиям. The disadvantage of this device is that the temperature measurement of hot gases is carried out using photocells, the accuracy of which depends on the degree of transparency of the atmosphere in the furnace. The opacity of the atmosphere of hot gases is due to the combustion mode, especially when using gas-oil burners operating on solid fuel. Frequent slag filling of holes in the clamp eliminates the assessment of the actual temperature of hot gases. The error of temperature measurement in such cases leads to an incorrect choice of the flow rate of the introduced air, to a malfunction in the automatic control system of the combustion mode and, consequently, to a mismatch of the thermal regime with technological requirements.
В основу изобретения положена задача создания устройства с конструктивными элементами, которые обеспечили бы независимость точности измерения температуры от изменения соотношения компонентов составляющих в горячих газах. The basis of the invention is the creation of a device with structural elements that would ensure independence of the accuracy of temperature measurement from changes in the ratio of components of components in hot gases.
Поставленная задача решается тем, что устройство, содержащее твердоэлектролитический элемент и измерительную схему, согласно изобретению, дополнительно снабжено тремя элетролитическими элементами различного диаметра, установленными один в другом и размещенными внутри первого электролитического элемента, образуя слоистую конструкцию, а между элементами установлены электроды из молибденовой проволоки, выходы которых подключены к измерительной схеме. The problem is solved in that the device containing the solid electrolytic cell and the measuring circuit, according to the invention, is additionally equipped with three electrolytic cells of different diameters, mounted one inside the other and placed inside the first electrolytic cell, forming a layered structure, and molybdenum wire electrodes are installed between the cells, whose outputs are connected to the measuring circuit.
На фиг. 1 изображена блок-схема конструкции устройства, а на фиг. 2 представлены графики, полученные по результатам практических измерений в мартеновской печи емкостью 130 т. In FIG. 1 shows a block diagram of the design of the device, and in FIG. Figure 2 shows the graphs obtained from practical measurements in an open-hearth furnace with a capacity of 130 tons.
Устройство выполнено из четырех колпачков (электролитических элементов) различного диаметра одинаковой длины 60-100 мм, закрытых с одной стороны и установленных один в другой. Перед сборкой производили покрытие наружной поверхности каждого из колпачков 1-4 пастой из окиси циркония ZrO2 и хлоровинилового спирта, приготовленной в пропорции 4:1, а затем подвергали просушке при температуре 200-220oC в течение 4-5 ч., после чего в колпачках 2oC4 производили продольное углубление в покрытии на всю его длину и устанавливали в углубление молибденовую проволоку диаметром 0,3-0,35 мм и длиной 200-250 мм в качестве электродов 5-8. Электрод 8 помещали внутрь элемента 4, объем которого был предварительно заполнен порошком из графита, затем сборку колпачков 1-4 вместе с электродами с открытой стороны покрывали пастой, приготовленной из окиси циркония и силикатного клея в пропорции 3:1 и помещали в термопечь для просушки при температуре 850-900oC в течение суток. После просушки сборку колпачков 1-4 соединяли с шамотной трубкой 9 с помощью пасты из окиси алюминия и силикатного клея, длина трубки 9 составляла 600 мм, внутренний диаметр 12 мм, и подвергали просушке при температуре 600-650oC. Электроды 5-8 соединяли с гибкими проводами 10-13, изолированными между собой трубкой 14-17 из керамики с наружным диаметром 3-4 мм и внутренним диаметром около 1 мм. Каждый провод 10-13 соединяли с помощью пайки с однополюсными вилками 18-21. Торец трубки 9 и однополюсные вилки 18-21 покрывали пастой из окиси алюминия и силикатного клея с последующей просушкой при температуре 600-650oC, причем вилки 18-21 должны отстоять от торца трубки 9 на расстояние около 18-20 мм. Однополюсные вилки 18-21 через делители напряжения 22 и 23 подключали к входам вторичных приборов 24. 25 типа КСП-3. Коэффициент деления для делителя 24 составляет 1:40, для делителя 25 1:10, делителя выполнены из резисторов типа МЛТ-0,25, причем R1=1 кОм, R2 = 41 кОм для делителя 24 и R3 = 1 кОм, R5 = 10 кОм для делителя 25.The device is made of four caps (electrolytic cells) of different diameters of the same length of 60-100 mm, closed on one side and installed one on the other. Before assembly, the outer surface of each of the caps 1-4 was coated with a paste of zirconium oxide ZrO 2 and chlorovinyl alcohol, prepared in a 4: 1 ratio, and then subjected to drying at a temperature of 200-220 o C for 4-5 hours, after which in
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Сборку колпачков 1oC4 помещают в огнеупорную кладку топочного пространства (отделения) теплового агрегата, так, что ее торец выступает от внутренней стенки кладки на расстоянии 100-150 мм, а затем включают приборы 24, 25. По мере разогрева колпачков 1oC4 до температуры горячих газов на электродах 5oC8 появляются сигналы, которые поступают на входы приборов 24, 25 через делители 22, 23. При этом сигнал, появляющихся на электродах 5, 8 отражает тепловой процесс внутри агрегата и характеризует полноту сжигания топлива, а сигнал на электродах 6, 7 синхронно с первым сигналом отражает температуру горячих газов, т.е. температуру, соответствующую текущему режиму горения топлива. Сигнал о полноте сжигания формируется на основании разности парциальных давлений газовых составляющих, в частности CO, в контролируемой среде печного отделения и в газовой фазе внутри колпачка 4. Контроль температуры топочных газов осуществляется с помощью колпачков 2, 3, которые не имеют непосредственного контакта с газовой средой, формирующийся сигнал на электродах 6, 7 отражает изменение температуры горячих газов в соответствии с изменяющейся электропроводностью структуры колпачков 2, 3. Одновременный контроль сигналов на электродах 5, 8 и 6, 7 позволяет наиболее полно выразить текущее состояние режима горения в соответствии с известным уравнением Нернста
,
или в удобной для вычисления форме при контролируемых параметрах: температура на электродах 6, 7 и парциальное давление на электродах 5,8
,
где
F - число Фарадея, 96580 Кл/моля;
R - газовая постоянная, 8,31441 Дж/(моль•К);
T - температура горячих газов, oC;
Px', Px'' - парциальное давление газовой составляющей в контролируемой и сравниваемой средах, мс/м•с2;
E - ЭДС, мВ
Формирование сигналов на электродах 5,8 и 6,7 происходит следующим образом: по мере разогрева колпачков 1oC4 концентрация термически активируемых точечных дефектов в структуре окислов колпачков сборки 1oC4 возрастает, вместе с этим увеличивается их подвижность которая обуславливает электрическую проводимость. Чувствительность твердой электролитической керамики (1-4) к кислороду и другим газовым составляющим, в частности CO, заключается в том, что существует равновесие между их парциальным давлением над поверхностью окисла и таковыми в газовой фазе твердого электролита, так при меньшей величине давления составляющей в газовой фазе имеет место переход газа из окисла в окружающую среду, при большем давлении одной из составляющей в газовой среде, имеет место обратный процесс - переход из газовой среды в окисел. Заполнение внутреннего объема колпачка 4 сохраняет свое значение в течение длительного времени и может быть выбрано в качестве сравнивающего относительно потенциала, наводимого на внутренней поверхности колпачка 1. Таким образом, на внутренней поверхности колпачка 3, внутренний объем которого заполнен графитом, возникает электрический потенциал, пропорциональный парциальному давлению газа, образующегося в результате реакции углерода и кислорода, выделяющегося из окисла. Кислород из окисла в значительной мере зависит от температуры разогрева сборки 1oC4, парциальное давление внутри колпачка 4 составляет менее 1•10-13 МПа, что значительно ниже, чем парциальное давление составляющей в атмосфере над сборкой 1-4, вследствие этого электрические потенциалы, наводимые в структурах колпачков 1oC4 будут отличны друг от друга по величине, а разность между ними обусловливает появление ЭДС как по температуре, так и по величине соотношения lgPx'/Px'', которые в полной мере характеризуют содержание контролируемой составляющей в атмосфере газов топочного пространства. Сигнал, формирующийся на электродах 6, 7 электролитов (колпачков) 2, 3 отражает изменение температуры разогрева, а сигнал на электродах 5, 8 отражает изменение парциального давления контролируемой газовой составляющей. Таким образом, наличие 4-х колпачков 1oC4, образующих слоистую структуру из однородных твердых электролитов, можно использовать в качестве индикатора содержания кислородосодержащих составляющих в топочном пространстве теплового агрегата при температурах, соответствующих режиму горения топлива. Электроды 5, 8 и 6, 7 защищены от непосредственного контакта с газовой фазой, поэтому не подвергаются интенсивному разрушению, что и обусловливает длительную эксплуатацию индикатора при температурах горячих газов, составляющих не менее 1660oC. Заполнение внутреннего объема колпачка 4 графитом обеспечивает стабильность парциального давления газа на низком уровне, сохраняя свое значение на длительное время, и служит в качестве сравнивающего относительно потенциала, наводимого на внутренней поверхности колпачка 1. ЭДС, появляющаяся на электродах 6, 7 обусловлена только электрической проводимостью структуры твердых электродов, поскольку они полностью изолированы от контакта с газовыми фазами. Тарирование индикатора (сборки колпачков 1-4) по кислороду или по окиси углерода и др. газовым составляющим позволяет получить четкие зависимости содержания газов и составляющей в контролируемой среде в зависимости от температуры горячих газов, что является наиболее объективным отображением режима горения.The assembly of
,
or in a form convenient for calculation with controlled parameters: temperature at
,
Where
F is the Faraday number, 96580 C / mol;
R is the gas constant, 8.31441 J / (mol • K);
T is the temperature of the hot gases, o C;
P x ' , P x'' is the partial pressure of the gas component in the controlled and compared environments, ms / m • s 2 ;
E - EMF, mV
The formation of signals at the electrodes 5.8 and 6.7 occurs as follows: as the caps 1 ° C are heated, the concentration of thermally activated point defects in the oxide structure of the caps of the 1 ° C4 assembly increases, and their mobility increases, which causes electrical conductivity. The sensitivity of solid electrolytic ceramics (1-4) to oxygen and other gas components, in particular CO, lies in the fact that there is an equilibrium between their partial pressure above the oxide surface and those in the gas phase of the solid electrolyte, so at a lower pressure component in the gas phase, there is a transition of the gas from the oxide to the environment, at a higher pressure of one of the components in the gaseous medium, the reverse process takes place - the transition from the gaseous medium to the oxide. Filling the internal volume of the
Пример конкретной реализации. An example of a specific implementation.
Сборка колпачков 1-4 была установлена в канал насадок мартеновской печи. Измерение окислительного потенциала и температуры отходящих газов проводили непрерывно от начала загрузки и до выпуска металла из печи. По ходу планки производили регулирование расходом вентиляторного воздуха в соответствии с текущим значением окислительного потенциала и температуры горячих газов. На фиг. 2 в графическом виде представлена одна из плавок стали марки ст. 45х. В начале загрузки печи величина ЭДС и температуры по показаниям приборов 24, 25 составляет 237 мБ и 1460oC соответственно, что соответствовало по содержанию CO в отходящих газах 0,285 сб.%, при этом расход вентиляторного воздуха составлял 15•103м3/ч. По мере расплавления наблюдалось уменьшение ЭДС до 124 мВ и рост температуры до 1600oC, расход вентиляторного воздуха был увеличен до (19-21)•103м3/ч. На кривой изменения окислительного потенциала отходящих газов начало кипения расплава отмечалось дополнительным увеличением ЭДС. По текущим записям на диаграммах приборов 24, 25 наблюдали за изменениями температуры и окислительного потенциала газовой фазы и проводили технологические мероприятия по вводу раскислителей и добавок с одновременным регулированием расхода вентиляторного воздуха в диапазоне (18-27)•103м3/ч. в соответствии с интенсивностью кипения расплава. Перед выпуском расплава из печи ЭДС кислородного потенциала составляла 67 мВ, а температура 1690oC, содержание CO в отходящих газах составляло 0,05 93 об.%. В результате контроля за ходом плавки с помощью предлагаемого устройства удалось сократить время плавления на 35 мин, экономия топлива составила 9,2%.The assembly of caps 1-4 was installed in the nozzle channel of the open-hearth furnace. The oxidation potential and temperature of the exhaust gases were measured continuously from the beginning of loading to the release of metal from the furnace. In the course of the bar, the flow rate of fan air was regulated in accordance with the current value of the oxidizing potential and temperature of hot gases. In FIG. 2 graphically presents one of the steel melts of the grade st. 45x. At the beginning of furnace loading, the value of the EMF and temperature according to the readings of devices 24, 25 is 237 mb and 1460 o C, respectively, which corresponded to 0.285 sb% in the CO content in the exhaust gases, and the fan air flow rate was 15 • 10 3 m 3 / h . During melting, a decrease in the EMF to 124 mV and an increase in temperature to 1600 o C were observed, the flow rate of fan air was increased to (19-21) • 10 3 m 3 / h. On the curve of changes in the oxidative potential of the exhaust gases, the beginning of boiling of the melt was noted by an additional increase in the EMF. According to the current records on the diagrams of devices 24, 25, we observed changes in temperature and oxidative potential of the gas phase and carried out technological measures for introducing deoxidizers and additives with simultaneous regulation of the flow of fan air in the range (18-27) • 10 3 m 3 / h. in accordance with the intensity of boiling of the melt. Before the release of the melt from the furnace, the EMF of the oxygen potential was 67 mV, and the temperature was 1690 o C, the CO content in the exhaust gases was 0.05 93 vol.%. As a result of monitoring the progress of the smelting using the proposed device, it was possible to reduce the melting time by 35 minutes, fuel economy was 9.2%.
Предлагаемое устройство может быть также использовано для контроля за режимом горения, поддерживая соотношение расходов топливо-воздух в соответствии со стехиометрией процесса. The proposed device can also be used to control the combustion mode, maintaining the ratio of fuel-air consumption in accordance with the stoichiometry of the process.
Использование предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет получить следующие технико-экономические преимущества:
- исключить на 100% применение платины на изготовление электродов-токосъемников;
- повысить эффективность поддержания режима горения в оптимальном режиме, экономя при этом топливо до 9,2%;
- исключить на 100% использование термопар.Using the proposed device in comparison with the prototype allows you to get the following technical and economic advantages:
- 100% eliminate the use of platinum for the manufacture of current collector electrodes;
- increase the efficiency of maintaining the combustion mode in the optimal mode, while saving fuel up to 9.2%;
- eliminate 100% use of thermocouples.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94025448A RU2111429C1 (en) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | Device for check of completeness of fuel burning and decarburization |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU94025448A RU2111429C1 (en) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | Device for check of completeness of fuel burning and decarburization |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU94025448A RU94025448A (en) | 1996-08-10 |
RU2111429C1 true RU2111429C1 (en) | 1998-05-20 |
Family
ID=20158190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU94025448A RU2111429C1 (en) | 1994-07-06 | 1994-07-06 | Device for check of completeness of fuel burning and decarburization |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2111429C1 (en) |
-
1994
- 1994-07-06 RU RU94025448A patent/RU2111429C1/en active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU94025448A (en) | 1996-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Maskell et al. | Solid state potentiometric oxygen gas sensors | |
US4279142A (en) | Technique for in situ calibration of a gas detector | |
SU1142783A1 (en) | Gas analysis device having solid electrolyte based galvanic cells | |
US3752753A (en) | Method of fabricating a sensor for the determination of the oxygen content of liquid metals | |
JPH0664004B2 (en) | Apparatus and method for measuring oxygen content of gas | |
RU2111429C1 (en) | Device for check of completeness of fuel burning and decarburization | |
KR100313000B1 (en) | Probe for detection of the concentration of various elements in molten metal | |
Badwal et al. | Oxygen measurement with SIRO2 sensors | |
JPH0414302B2 (en) | ||
Ganesan et al. | Standard molar Gibbs free energy of formation of PbO (s) over a wide temperature range from EMF measurements | |
Ihokura et al. | Use of tin dioxide sensor to control a domestic gas heater | |
JPS63295475A (en) | Solid electrolyte for oxygen sensor | |
RU2120624C1 (en) | Electrochemical sensor of concentration of hydrogen in gas and liquid mixtures | |
Van Wijngaarden et al. | An experimental technique employing a high-temperature gas-tight alumina seal for the assessment of the electrical properties of solid electrolytes | |
Matsushita et al. | The Application of Oxygen Concentration Cells with the Solid Electrolyte, ZrO2· CaO to Basic Research Works in Iron and Steel Making | |
GB1511845A (en) | Gas measuring probes | |
RU1784906C (en) | Solid electrolyte dip pick-up | |
JPS5777954A (en) | Hydrogen sensor | |
Ji et al. | A Probe for measuring oxygen activity in molten glasses | |
SU1677067A1 (en) | Device for monitoring melting conditions in open-hearth furnace | |
JPH0112191Y2 (en) | ||
JPS60159517A (en) | Device for detecting flame and combustion state | |
SU1124218A1 (en) | Electrochemical pickup for checking combustible gases in oxygen-containing medium | |
SU1182375A1 (en) | Electrochemical oxygen transducer | |
JPH0829379A (en) | Sensor for measuring quantity of hydrogen dissolved in molten metal |