HU190820B - Method and apparatus for controlling heterogeneous transformation proceeding with diffusion kinetics in liquids streaming with turbulence - Google Patents
Method and apparatus for controlling heterogeneous transformation proceeding with diffusion kinetics in liquids streaming with turbulence Download PDFInfo
- Publication number
- HU190820B HU190820B HU305182A HU305182A HU190820B HU 190820 B HU190820 B HU 190820B HU 305182 A HU305182 A HU 305182A HU 305182 A HU305182 A HU 305182A HU 190820 B HU190820 B HU 190820B
- Authority
- HU
- Hungary
- Prior art keywords
- signal
- turbulent
- diffusion
- spectral
- unit
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
A találmány tárgya eljárás turbulensen áramló folyadékban diffúziós kinetikával végbemenő heterogén átalakulás ellenőrzésére, továbbá az eljárás megvalósítására is alkalmas berendezés.The present invention relates to a method for controlling heterogeneous conversion in a turbulent fluid by diffusion kinetics and to a method for carrying out the process.
A technikában nagy számban fordulnak elő olyan folyamatok, amelyeknél áramló folyadékban heterogén átalakulás megy végbe. Heterogén átalakuláson a bizonyos felületeken, például fázisok határfelületein (így folyékony diszperz fázis mellett másik folyékony, vagy szilárd vagy légnemű diszperz fázist tartalmazó rendszerekben), katalitikus tulajdonságú felületeken, folyadékba merülő elektródokon vagy folyadékot tartalmazó edény falán lejátszódó kémiai, illetve fizikai-kémiai átalakulásokat értünk.There are a large number of processes in the art which involve heterogeneous transformation in a flowing fluid. Heterogeneous transformation is the chemical and physico-chemical transformation of certain surfaces, such as interfaces between phases (such as systems having a liquid dispersed phase, liquid or solid or gaseous dispersed systems), catalytic surfaces, immersion electrodes, or vessel walls containing liquids.
Ezek közül a találmány folyadékokban végbemenő olyan heterogén átalakulások ellenőrzésére vonatkozik, amelyekre teljesül egyrészt az, hogy a folyadék turbulensen áramlik, másrészt a heterogén átalakulás diffúziós kinetikájú, azaz az átakulás sebességét vagy a heterogén átalakulásnak helyet adó felületre a folyadék belsejéből, vagy erről a felületről a folyadék belsejébe történő anyagszállítás sebessége szabja meg.Of these, the invention relates to the control of heterogeneous transitions in liquids which are effected by the turbulent flow of the liquid and by the diffusion kinetics of the heterogeneous transition, that is to say the rate of transition or the site of heterogeneous transition from or within the liquid. is determined by the speed of transport of material into the liquid.
Folyadékban végbemenő heterogén átalakulások ellenőrzésére jól ismertek a közvetlen eljárások, amelyek lényege a mintavételezés és a minta kémiai, vagy fizikai-kémiai elemzése. Ezek az eljárások biztosítják ugyan a gyakorlatban megkívánt pontosságot, de a valós idejű beavatkozást általában nem teszik lehetővé; a változó feltételek között zajló gyors ipari folyamatok esetében szabályozási feladatok ellátására alkalmatlanok. Esetenként maga a mintavételezés is nehezen oldható meg, különösen olyan folyamatoknál, ahol ehhez az ipari művelet leállítására is szükség lenne. Külön problémát jelent a kis mennyiségben jelen levő összetevők mennyiségének ellenőrzése mintavételezéssel, ugyanis megbízható eredményt csak több minta elemzése adhat - egy mintában a részarány jelentős mértékben eltérhet a tényleges átlagértéktől.For direct control of heterogeneous fluids in the fluid, direct methods are well known which involve sampling and chemical or physico-chemical analysis of the sample. While these procedures provide the precision required in practice, they do not usually allow real-time intervention; they are incapable of carrying out regulatory tasks in the context of fast-moving industrial processes under changing conditions. Occasionally, the sampling itself is difficult to solve, especially for processes that would require the shutdown of the industrial operation. It is a particular problem to check the presence of small amounts of components by sampling, since only a few samples can give reliable results - the proportion of one sample may differ significantly from the actual average.
Az ismert megoldások másik csoportját a közvetett eljárások alkotják, amikor is az átalakulás sebességéről, illetve előrehaladásáról közvetett úton, a koncentrációval változó paraméterek (nyomás, hőmérséklet, szín, hang stb.) megfigyelése útján nyernek információt. Az információt általában viszonylag gyorsan lehet nyerni, de pontossága vagy teljessége nem elegendő megbízható szabályozási folyamat létrehozására. Az acélgyártásban az oxigénes konverterfolyamat irányításához javasoltak akusztikus elven alapuló ellenőrzési eljárást (Baptizmanszkij, V. I. és társai, IVUZ, Csornája Metallurgija, 1982/2, 34-38. old.). A javasolt eljárás lényege az acélfürdőben oxigén befúvatásának hatására keletkező hangjelenség, pontosabban az azt jellemző hangnyomásszint követése. A felismerés szerint a hangnyomásszint ugrásszerű megnövekedése az acéifürdő feletti salakréteg olyan mértékű besűrűsödésére utal, amelynél célszerű az oxigén befúvatásának leállítása. Ezzel ugyan káros másodlagos folyamatok kifejlődését lehet megakadályozni, de nem nyerhető olyan, a reprodukálhatóságot biztosító informció, amellyel a fürdő karbontartalmának változásáról lehetne egyértelmű adatot kapni.Another group of known solutions are indirect processes, where information on the rate or progress of the transformation is obtained indirectly by monitoring parameters changing with concentration (pressure, temperature, color, sound, etc.). Information can usually be obtained relatively quickly, but its accuracy or completeness is not sufficient to establish a reliable regulatory process. In the steel industry, an acoustic control procedure has been proposed to control the oxygen converter process (Baptizmansky, V.I., et al., IVUZ, Chornaya Metallurgia, 1982/2, pp. 34-38). The essence of the proposed procedure is to observe the sound phenomenon caused by the oxygen blowing in the steel bath, and more precisely to observe its characteristic sound pressure level. It has been discovered that the sudden increase in sound pressure level indicates a thickening of the slag over the steel bath where it is desirable to stop the oxygen supply. While this can prevent the development of harmful secondary processes, it does not provide reproducible information that provides unambiguous information on changes in the bath's carbon content.
A találmány célja olyan eljárás és berendezés kidolgozása, amelynek segítségével a mintavételezés elkerülhető és turbulensen áramló folyadékban diffúziós kinetikával végbemenő heterogén átalakulásokra jellemző megbízható koncentrációadatok közvetett úton nyerhetők.It is an object of the present invention to provide a method and apparatus for indirectly obtaining reliable concentration data characteristic of heterogeneous transformations in turbulent fluid by diffusion kinetics.
A találmány alapja az a felismerés, hogy a turbulensen áramló folyadékokban jelen levő buborékok (gáz-, gőz-, illetve kavitációs buborékok) rezgései által keltett folyadékhang spektrális összetétele és az átalakulásra jellemző turbulens diffúziós tényező nagysága között egyértelmű kapcsolat van: ha a turbulens áramlás során az átalakulásra jellemző Dturb turbulens diffúziós tényező értéke növekszik, akkor a folyadékhang folyamatos spektruma jellegzetes módon változik: a ténylegesen lefedett frekvenciasávon belül egy frekvenciaszint feletti, illetve alatti energiatartalmak (effektív értékek) aránya növekszik. Ez úgy is megfogalmazható, hogy a Dlurb turbulens diffúziós tényező értékének növekedésével a folyadékhang spektrumában a nagyobb fekvencijú összetevők amplitúdói a kisebb frekvenciájú összetevőkéhez képest növekszenek. Ennek megfelelően az időben változó spektrumhoz rendelhető egy olyan időfüggvény, jelölje ezt R(t), amely a Dlurb turbulens diffúziós tényezővel szigorúan monoton növekvő függvénykapcsolatban van. Ennek a felismerésnek a hasznosítását segíti elő az a tény, hogy a turbulensen áramló folyadékban diffúziós kinetikával végbemenő heterogén átalakulások esetén a jellemző aktuális koncentrációkat ismert módon ki lehet számolni a turbulens diffúziós tényező aktuális értékeinek felhasználásával. Ehhez ismernünk kell a kezdeti koncentrációt, a heterogén átalakulásnak helyt adó felület nagyságának az időtől és/vagy a koncentrációtól való függését, ha ez nem állandó, egyensúllyal jellemezhető átalakulás esetén az egyensúlyi koncentrációt meghatározó adatokat, továbbá az átalakulás sebességi törvényében szereplő konstans számértékét.The present invention is based on the discovery that there is a clear relationship between the spectral composition of the liquid sound produced by vibrations of bubbles (gas, vapor, and cavitation bubbles) in turbulent fluids and the magnitude of the turbulent diffusion coefficient characteristic of the transformation: a characteristic value of the transformation D turb turbulent diffusion coefficient increases, the continuous spectrum of the liquid volume changes characteristic manner: within the frequency bands of effective coverage rate over a frequency level or energy content below (rms values) increases. That is, as the value of the D lurb turbulent diffusion coefficient increases, the amplitudes of the higher-lying components in the liquid sound spectrum increase with those of the lower-frequency components. Accordingly, a time function can be assigned to a time-varying spectrum, denoted by R (t), which is in a strictly monotone increasing function relation to the turbulent diffusion factor D lurb . Utilization of this recognition is facilitated by the fact that in the case of heterogeneous transformations in turbulent fluid by diffusion kinetics, typical actual concentrations can be calculated using known values of the turbulent diffusion factor in a known manner. To do this, we need to know the initial concentration, the time and / or concentration dependence of the size of the surface that accommodates the heterogeneous transformation, if this is not a constant equilibrium transformation, and the constant numerical value of the rate of transformation.
A találmány feladata a fenti felismerést hasznosító eljárás és berendezés kidolgozása turbulensen áramló folyadékokban diffúziós kinetikával végbemenő heterogén átalakulás valós idejű ellenőrzésére, amely az áramlást kísérő hangjelenség változásának elemzésén alapul. így a kezdeti koncentrációértékek ismeretében, valamint az átalakulásba való aktív beavatkozások (például hatóanyag adagolása stb.) adatainak alapján a hangjelenség követésével valósidejű ellenőrzést biztosító eljárás és berendezés megalkotása a feladat.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a method and apparatus utilizing the foregoing recognition for real-time monitoring of heterogeneous conversion by diffusion kinetics in turbulent flow fluids based on analysis of the change in sound flow accompanying the flow. Thus, with the knowledge of the initial concentration values and the data of active interventions in the transformation (e.g. drug delivery, etc.), the task is to develop a method and apparatus for real-time monitoring of the sound phenomenon.
A kitűzött feladat megoldására egyrészt eljárást, másrészt berendezést dolgoztunk ki. Az eljárás lényege, hogy a turbulensen áramló folyadékban jelen levő gáz- és/vagy gőzbuborékok rezgései által keltett hangnak, vagy e hang által vezetés útján szilárd testben kiváltott vibrációt érzékeljük, az érzékelt jelet szükség szerint zajszürésnek vetjük alá, majd belőle a spektrális összetételt tükröző villamos jelet állítunk elő és ezt a folyadékáramlás turbulens diffúziós tényezőjének pillanatnyi relatívIn order to solve this task, we developed a procedure and equipment on the one hand. The object of the method is to detect the vibrations produced by vibrations of gas and / or vapor bubbles present in the turbulent flow fluid, or the vibration generated by the conducting of this sound in a solid state, subjecting the sensed signal to noise suppression if necessary, signal, and this is the relative moment of the turbulent diffusion coefficient of the fluid flow
190 820 értékére jellemző mérőjelként az átakulás valós idejű közvetett ellenőrzésére hasznosítjuk.It is used as a benchmark for 190,820 for real-time indirect control of the transition.
Az érzékelést végezhetjük mikrofonnal, illetve testhangmérővel. A közvetlen érzékelés helyett a vibráció érzékelése előnyös például akkor, ha a folyadékhang frekvenciatartománya túlnyúlik a hallható hangok sávján és szükségszerű akkor, ha a folyadék vákuumban van, mert ekkor a hangokat továbbító gázok gyakorlatilag hiányoznak.Detection can be done with a microphone or body meter. Instead of direct detection, vibration detection is advantageous, for example, when the frequency range of the liquid sound extends beyond the range of audible sounds, and is necessary when the liquid is in a vacuum, since the gases transmitting the sounds are virtually absent.
Az érzékelés hatásosságát meghatározó jel/zaj viszony javítható mesterségesen létrehozott buborékok révén, amikor is például felületaktív anyagot vagy a folyadék hőmérsékletén elgőzölgő por alakú szilárd anyagot adagolunk a folyadékba, vagy abba gázt fúvatunk be. Az érzékelt jelből többféle módon állítható elő a spektrális összetételt tükröző villamos jel. Ennek egyik lehetősége például az, hogy az érzékelt jelet befogadó sepktrumtartományban kiválasztunk egy vonatkozási frekvenciaértéket és így a spektrumot két tartományra bontjuk. Ezek közül egyre és a teljes érzékelési spektrumra, vagy pedig mindkettőre megállapítjuk a hozzájuk tartozó effektív értékeket vagy átlagértékeket és a kapott két értéket egymással osztjuk. Általában a vonatkozási frekvenciánál nagyobb frekvenciákhoz tartozó spektrumtartományra jellemző adatot osztjuk a teljes spektrumra vagy a másik tartományra jellemző adattal. A felismerés szerint a növekvő hányados a DIurb turbulens diffúziós tényező növekedését jelenti.The signal-to-noise ratio that determines the effectiveness of the detection can be improved by creating artificial bubbles, for example, by adding a surfactant or a powder solid that evaporates at the temperature of the liquid or injecting gas into the liquid. The sensed signal can be used to generate an electrical signal that reflects the spectral composition. For example, one way of doing this is to select a reference frequency value in the sample domain receiving the sensed signal and thus divide the spectrum into two ranges. From these, the effective values or averages are determined for each and all of the sensing spectrum, or both, and the two values obtained are divided. Generally, data specific to a range of frequencies higher than the reference frequency is divided by data specific to the whole spectrum or to another range. It is recognized that an increasing quotient represents an increase in the D Iurb turbulent diffusion coefficient.
A találmány szerinti eljárás egy további előnyös foganatosítási módjában az érzékelt jelet az effektív érték vagy átlagérték képzése előtt spektrálisan formáljuk. Ez a művelet a zajszürést is magában foglalhatja és lényege, hogy a spektrum egy vagy több tartományában az amplitúdókat módosítjuk, esetleg egy-egy tartományt a spektrumból eltávolítunk. A spektrális formálást végezhetjük például keskenysávú szűrősorral, spektrálanalizátorral vagy A/D átalakítóra kapcsolt számítógéppel stb.In a further preferred embodiment of the method of the invention, the sensed signal is spectrally shaped before the effective value or average value is generated. This operation may include noise cancellation and involves modifying the amplitudes in one or more regions of the spectrum, or removing each region from the spectrum. For example, spectral shaping can be performed with a narrowband filter array, a spectral analyzer, or a computer connected to an A / D converter, and the like.
A kitűzött feladat megoldására ugyancsak kidolgozott berendezés lényege, hogy soros elrendezésben akusztikus elven működő érzékelő egységet, erősítőt, az érzékelő egység erősített jelét fogadó jelfeldolgozó egységet és számítóegységet tartalmaz, ahol a jelfeldolgozó egység az erősített jelet spektrális tartományokra bontó és kiválasztott spektrumtartományokban a hozzá tartozó effektív értékeket vagy átlagértékeket, valamint ezek hányadosát meghatározó áramkörrel van kialakítva.The apparatus further developed for solving the object of the present invention comprises an acoustic sensing unit, an amplifier, a signal processing unit and a computing unit receiving the amplified signal of the sensing unit in a serial arrangement, wherein the signal processing unit divides the amplified signal into spectral ranges or by means of a circuit for determining mean values and their quotients.
A találmány szerinti berendezés jelfeldolgozó egysége olyan áramkörrel is el ven látva, amely az erősített jel spektrális formálására alkalmas.The signal processing unit of the apparatus according to the invention is also provided with a circuit suitable for spectral shaping of the amplified signal.
A találmány szerinti berendezés jelfeldolgozó egységében a meghatározási feladatok elvégzésére célszerűen bemeneti szűrőket, mint keskenysávú szűrőket vagy felüláteresztő és aluláteresztő szűrőket, szükség szerint szorzóegységet vagy szorzóegységeket, összegzőt és effektív értéket vagy átlagértéket képző elemet tartalmazó két soros lánc van, amelyek az R(t) időfüggvényt előállító osztóegységre vannak csatlakoztatva. A szorzóegységek alkalmasak spektrális formálás elvégzésére is.The signal processing unit of the apparatus according to the invention preferably comprises two serial chains of input filters such as narrowband filters or high pass and low pass filters, multiplier or multipliers, summing and effective value or mean value element, respectively, for performing the determination tasks. are connected to a generating manifold. The multiplication units are also suitable for performing spectral shaping.
Célszerűen a számítóegység konstansokat, hitelesítő adatokat és valós idejű adatokat továbbító bemenetekkel is el van látva.Preferably, the computer is provided with inputs for transmitting constants, credentials, and real-time data.
A találmány szerinti eljárás és berendezés segítségével lehetővé válik a folyadékokban diffúziós kinetikával végbemenő heterogén átalakulások valós idejű ellenőrzése olyan folyadékok esetében is, amelyek a közvetlen érzékelés számára nem hozzáférhetők. Ezért különösen alkalmas az acélgyártásban felmerülő szabályozási feladatok ellátására, a nyersvas kéntartalmának követésére és a kéntartalom meghatározott tartományba eső értékét biztosító szabályozási műveletek, beavatkozások vezérlésére.The method and apparatus of the present invention enables real-time control of heterogeneous transitions in fluids by diffusion kinetics, even for fluids that are not accessible to direct sensing. Therefore, it is particularly suitable for performing regulatory tasks in steel production, for monitoring the sulfur content of pig iron, and for controlling regulatory operations and interventions to ensure that the sulfur content is within a specified range.
A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti foganatosítási mód, illetve kiviteli alak kapcsán, példa bemutatásával ismertetjük részletesen. Ennek során a csatolt rajzra hivatkozunk, amelyen azThe invention will now be described in more detail with reference to an exemplary embodiment and embodiment. In doing so, we refer to the attached drawing on which
1. ábra a találmány szerinti eljárás során feldolgozott jel egy példakénti alakja, aFigure 1 is an exemplary form of a signal processed in the method of the present invention, a
2. ábra a találmány szerinti berendezés blokkvázlata, aFigure 2 is a block diagram of the apparatus of the invention, a
3. ábra a találmány szerinti berendezés jelfeldolgozó egységében alkalmazott áramkör egyik előnyös megvalósítása, míg aFigure 3 is a preferred embodiment of a circuit used in the signal processing unit of the apparatus according to the present invention;
4. ábra a találmány szerinti berendezés jelfeldolgozó egységében alkalmazott áramkör egy másik előnyös megvalósítása.Figure 4 is another preferred embodiment of a circuit used in the signal processing unit of the apparatus of the invention.
A találmány szerinti eljárást különösen előnyösen az acélgyártásban lehet hasznosítani. A feladat például az öntés optimális időpontjának meghatározása és ennek céljából annak követése, hogy az indukciós keveréssel turbulens áramlásban tartott acélolvadékba szórt szemcsés ötvöző anyag milyen mértékben oldódott fel, mivel egy adott, például 99%-os oldódási szint esetén az öntés már megkezdhető. Az oldódás diffúziós kinetikájú folyamat. Az áramlást kísérő hangjelenséget az acélolvadékot befogadó üst fedelének fémköpenyére erősített testhangmérővel a 16kHz-ig terjedő frekvenciákig mérjük. A méréssel kapott spektrumból először kiszűrjük az indukciós keverő áramátalakítóján keresztül bejutó nagyenergiájú hálózati frekvenciás, tehát 50 Hz-es zajokat, amelyek elnyomják a hasznos jeleket. Ehhez például a 100 Hz alatti frekvenciákat levágjuk. így egy adott időpillanatban az 1. ábra szerinti y = y(x) függvényt kapjuk, ahol y az amplitúdó, x a frekvencia, f = 100 Hz a spektrum értékelésének alsó, F = 16 kHz a spektrum értékelésének felső frekvenciája és H = 5 kHz a vonatkoztatási frekvencia, amely időben változó effektív értékekkel jellemzett Tj és T2 tartományokat jelöl ki. Az eljárás lényege az egyes t( időpontokhoz tartozó y = y(x, tj függvények elemzése és az elemzés alapján adódó változások értékelése. Az elemzéskor például úgy járunk el, hogy ekkor megállapítjuk az y = y(x, t,) függvénynek a 100 Hz és az 5 kHz közötti Tj tartományra vonatkozó I, effektív értékét, és a teljes, tehát a 100Hz-töl a 16 kHz-ig terjedő frekvenciákat felölelő spektrumra vonatkozó I2 effektív értékét. A két effektív érték Ij/12 hányadosa az R(t) időfüggvény. Mivel a Dturb turbulens diffúziós tényező és az R(t) időfüggvény közötti átviteli függvényt előzetes mérésekkel már meghatároztuk, így a Dturb turbulens diffúziós tényező pillanatnyi értéke számítható. Ennek a be3The process according to the invention is particularly advantageous for use in steel production. The task is, for example, to determine the optimum time of casting and, to this end, to track the extent to which the granular alloy dispersed in the steel melt kept in turbulent flow by induction mixing is dissolved since casting can begin at a specific level, e.g. Dissolution is a process with diffusion kinetics. The flow phenomenon is measured with a body tone meter attached to the metal sheath of the steel melting vessel lid up to frequencies up to 16kHz. From the spectrum obtained by measurement, we first filter out the high-power network frequency, i.e. 50 Hz, noise transmitted through the inductor mixer's current converter, which suppresses the useful signals. For example, frequencies below 100 Hz are cut off. Thus, at a given time, the function y = y (x) of Fig. 1 is obtained, where y is the amplitude, xa frequency, f = 100 Hz, the lower end of the spectrum evaluation, F = 16 kHz, the upper frequency of the spectrum evaluation, and H = 5 kHz. reference frequency, which denotes the Tj and T 2 ranges characterized by time-varying effective values. The essence of the procedure is to analyze the function y = y (x, tj) for each time t ( and to evaluate the changes resulting from the analysis. For example, in the analysis, the function of y = y (x, t,) is set to 100 Hz and the effective value of I 2 for the Tj range between 5 kHz and 5 kHz, and the effective value of I 2 for the whole spectrum, which covers frequencies from 100 Hz to 16 kHz. The quotient of the two effective values Ij / 1 2 is ) versus time. Since the transfer function between D turb turbulent diffusion coefficient and R (t) over time have been defined prior measurements, such as the instantaneous value of the D turb turbulent diffusion coefficient can be calculated. this be3
190 820 adagolás időpillanatának, valamint a beadagolt mennyiségnek az ismeretében az oldódás előrehaladására jellemző koncentráció értékeket követni tudjuk.With the knowledge of the time of administration of 190,820 dosing and the amount added, the concentration values for dissolution progress can be followed.
Egy másik lehetőség az R(t) időfüggvény olyan 13 effektív érték vagy átlagérték alapján, az I3/I2 hányados meghatározásával történő képzése, ahol az effektív érték megállapításának alapja olyan y(x,Another possibility is to construct the time function R (t) based on an effective value 1 3 or an average value determined by the quotient I 3 / I 2 , where the effective value is based on y (x,
t).z(x) függvény, ahol z(x) megfelelő spektrumformáló függvény (például x valamilyen monoton növekvő függvénye. Lehet ez például az x/1000 hányados egész-részének ezerszerese). Ezzel a lépéssel tulajdonképpen spektrális formálást végzünk. Az említett függvénnyel az 1000 Hz alatti frekvenciájú amplitúdók hatását kiküszöböljük, a növekvő x frekvenciájú amplitúdók hatását pedig erősítjük.t) .z (x), where z (x) is a suitable spectral shaping function (for example, some monotonically increasing function of x. This can be, for example, a thousand times the integer x / 1000). In fact, this step performs spectral shaping. With this function, the effect of amplitudes below 1000 Hz is eliminated, and the effect of increasing amplitudes of frequency x is amplified.
A találmány szerinti eljárás foganatosítása során az akusztikus jelenség intenzitását előnyösen fokozni lehet, ha a turbulensen áramló folyadékban mesterségesen buborékokat hozunk létre. Erre a célra olyan, a folyadék hőmérsékletén elgőzölgő por alakú szilárd anyagot vagy felületaktív anyagot adagolunk a folyadékba, vagy oda olyan gázt fúvatunk be, amely a célfolyamatot előnytelenül nem befolyásolja.In the practice of the present invention, the intensity of the acoustic phenomenon can advantageously be enhanced by artificially creating bubbles in the turbulent fluid. For this purpose, a powder or a surfactant that evaporates at the liquid temperature is added to the liquid or injected into the liquid which does not adversely affect the target process.
A találmány szerinti berendezés (2. ábra) az előbbiekben vázolt eljárás foganatosítását biztosítja és általában is alkalmas a turbulensen áramló folyadékokban diffúziós kinetikával végbemenő heterogén átalakulási folyamatok valós idejű ellenőrzésére. A berendezés a turbulensen áramló folyadékban keletkező akusztikus jelenséget követő 1 érzékelő egységet, ennek kimenetére csatolt 2 erősítőt, az erősített jelet fogadó 3 jelfeldolgozó egységet és a feldolgozott jel alapján kimenő jelet előállító 4 számítóegységet tartalmaz soros elrendezésben. A 4 számítóegység célszerűen 11, 12, 13 bemenetekkel is el van látva, amelyeken keresztül a folyamatra jellemző konstansok, hitelesítő mennyiségek, továbbá valós idejű adatok táplálhatok be.The apparatus of the present invention (Figure 2) provides the above-described method and is generally suitable for real-time monitoring of heterogeneous transformation processes in turbulent flow fluids by diffusion kinetics. The apparatus comprises a sensor unit 1 following an acoustic phenomenon formed in a turbulent flow fluid, an amplifier 2 coupled to its output, a signal processing unit 3 receiving the amplified signal and a computing unit 4 generating an output signal based on the processed signal. The computing unit 4 is preferably provided with inputs 11, 12, 13 through which process-specific constants, validation quantities, and real-time data can be fed.
A találmány szerinti berendezés 3 jelfeldolgozó egysége és 4 számítóegysége egyetlen megfelelően beprogramozott számítógépként is kialakítható, míg a 4 számítóegység kimenő jele általában olyan folyamatellenőrző és/vagy folyamatvezérlő berendezésre jut, amely a célfolyamat megfelelő befolyásolására alkalmas: anyag beadagolását biztosítja, a keverés intenzitását fokozza stb.The signal processing unit 3 and the computing unit 4 of the apparatus according to the invention can be configured as a single properly programmed computer, while the output signal of the computing unit 4 is usually provided to a process control and / or process control unit suitable for influencing the target process.
A 3 jelfeldolgozó egységben olyan áramkör van, amely biztosítja a 2 erősítőből érkező jel megfelelő átalakítását, aminek alapján a vizsgált folyamatról megfelelő információ nyerhető. Ennek egy célszerű kialakítása a következő:The signal processing unit 3 is provided with a circuit which provides the appropriate conversion of the signal from the amplifier 2 to obtain appropriate information about the process being tested. A convenient way to do this is:
Az 1 érzékelő egységgel kapcsolt 2 erősítő kimenő jele 6 keskenysávú sávszűrőkre (3. ábra), vagy 15 aluláteresztő és 14 felüláteresztő szűrőre (4. ábra) jut. A szűrők kimenetei közvetlenül (4. ábra) vagy 7 szorzóegységeken (3. ábra) keresztül 8 őszszegzőkre vannak vezetve és ezeken át 9 effektív értéket vagy átlagértéket képző elemekre kapcsolódnak, amelyek kimenete 10 osztóegységre csatlakozik. Az egység kimenő jele a már említett R(t) időfüggvény. A 6 keskenysávú sávszűrőkkel szükség esetén zajszűrés is biztosítható.The output signal of the amplifier 2 coupled to the sensor unit 1 is applied to narrowband band filters 6 (Fig. 3) or to low pass and 14 high pass filters (Fig. 4). The outputs of the filters are led directly (Fig. 4) or through multiplication units 7 (Fig. 3) to the pegs 8 and are connected thereto to elements forming an effective or average value 9, the output of which is connected to 10 dividers. The output signal of the unit is the aforementioned function R (t). The narrowband band filters 6 can also provide noise suppression if necessary.
A találmány szerinti berendezés 1 érzékelő egysége általában mikrofon vagy testhangmérő, és ennek jeléből a 3 jelfeldolgozó egység állítja elő a 4 számítóegység számára a például kijelzéshez vagy beavatkozó jel generálásához szükséges jeleket.The sensor unit 1 of the device according to the invention is generally a microphone or body tone meter, and from this signal the signal processing unit 3 generates signals for the computing unit 4, for example, for displaying or generating an intervention signal.
A találmányt a továbbiakban példa alapján szemléltetjük.The invention will now be illustrated by way of example.
PÉLDAEXAMPLE
A feladat 64 tonna tömegű acélolvadék kéntelenítése üstben. Ezt úgy végezzük, hogy por alakú hatóanyagot fúvatunk be semleges vivőgáz segítségével, az olvadékba merülő lándzsán keresztül.The task is to desulphate a steel melt of 64 tons in a cauldron. This is accomplished by spraying the powdered active ingredient through a molten submerged spear using an inert carrier gas.
Az acélolvadék turbulens áramlást végez, és benne a kavitációs buborékokon kívül a vivőgáz buborékjai is jelen vannak. A diffúziós kinetikájú heterogén átalakulás a befújt hatóanyag és az olvadék kölcsönhatásából keletkező diszperz részecskék felületén végbemenő reakció, amelynek során az acélolvadékban oldott kén a diszperz részecskékbe lép át, és a részecskék véges idő alatt eltávoznak az acélból; felületük nagyságát a kén belépése gyakorlatilag nem változtatja meg.The molten steel carries a turbulent flow and, in addition to the cavitation bubbles, carrier gas bubbles are also present. Heterogeneous conversion by diffusion kinetics is the reaction on the surface of the dispersed particles formed by the interaction of the injected active ingredient and the melt, in which the sulfur dissolved in the steel melt enters the dispersed particles and leaves the steel within a finite time; their surface is virtually unaffected by the entry of sulfur.
Az R(t) mérőjel előállítására irányérzékeny mikrofonnak a 2 erősítővel felerősített jele egyrészt például 7 kHz sávhatárú 14 felüláteresztő szűrőre, másrészt 100 Hz-es alulvágó szűrőre kerül. Ez utóbbi biztosítja a közelben működő áramátalakító miatt keletkező kisfrekvenciás, lényegében 50 Hz-es zajok kiszűrését. A szűrők kimenete közvetlenül egy-egy 9 effektív értéket képző elemre van vezetve, és az elemek kimenete 10 analóg osztóra csatlakozik. így az 1. ábra szerinti T2 tartománynak és a teljes érzékelt tartománynak megfelelő energiatartalmakkal arányos jelek előállítását végezzük, amelyek aránya az R(t) időfüggvényei leírt mérőjelet határozza meg.To generate the measurement signal R (t), the signal amplified by the directional microphone amplifier 2 is applied, for example, to a high-pass filter 14 with a bandwidth of 7 kHz and to a low-pass filter 100 Hz. The latter ensures low-frequency, essentially 50 Hz, noise generated by a nearby power converter. The output of the filters is directly connected to an element having an effective value 9, and the output of the elements is connected to 10 analog dividers. Thus, a signal proportional to the energy contents corresponding to the T 2 region and the total detected region according to Figure 1 is obtained, the ratio of which determines the measurement signal described by the time functions of R (t).
Az ellenőrzések előkészítése céljából az R(t) időfüggvény és a D,urb turbulens diffúziós tényező közötti kapcsolatban szereplő állandók, tehát az átviteli függvény megállapítása céljából a találmány szerinti berendezéssel néhány befúvásos kéntelenítési folyamatot nyomon követtünk. Az acél kéntartalmai a kezelés előtt (az üstbe való csapolás előtt a kemencéből) és után (a kokillába való öntésnél az öntési sugárból) kivett minták lángfotometriás eljárással végzett elemzése alapján ismertek. Az R(t) feljegyzett értékeiből és az elemzési adatokból számolás útján megállapítottuk, hogy amennyiben R(t) értéke 0,05 és 0,80 között van, akkor az S(t) aktuális kénkoncentrációra a kinetikus egyenlet ^|~ = -0,89 R(t)[S(t)~ E(t)] konkrét alakja érvényes, ahol az E(t) egyensúlyi kénkoncentrációra elméleti megfontolásból azAre constants in the relationship between R (t) and the time D, Urb turbulent diffusion coefficient for verification in the preparation, therefore we made a follow-insufflation apparatus of the invention desulphurisation process in order to establish the transfer function. The sulfur content of steel is known from flame photometric analysis of samples taken before treatment (before pouring into the pan from the furnace) and after (pouring from the casting jet into the mold). From the recorded values of R (t) and the analytical data, it has been found that if R (t) is between 0.05 and 0.80, the kinetic equation for the actual sulfur concentration of S (t) is ^ | ~ = -0, 89 The specific form of R (t) [S (t) ~ E (t)] applies where, for theoretical reasons, the equilibrium sulfur concentration of E (t) is
Eítl =-—1+0,0225 m(t) képletet használtuk, ahol So a kezelés (csapolás) előtti kéntartalom, m(t) pedig a kezelés t-ik időpillanatáig befújt hatóanyag elektronikus mérlegeléssel megállapított tömege.E = t = -— 1 + 0.0225 m (t) where S o is the sulfur content prior to treatment (t) and m (t) is the mass determined by electronic weighing of the active ingredient delivered up to the tth time of treatment.
190 820190,820
A valós idejű közvetett folyamat-ellenőrzés úgy történik, hogy a találmány szerinti berendezés R(t) jeleit és a mérlegelést végző berendezés mérőjeleit kis számítógépbejuttatjuk, amely a konkrét kinetikus egyenlet alapján, továbbá S„ betáplálása esetén rövid időközönként kiszámítja és kijelzi az S(t) aktuális kénkoncentráció értékeit. Az So kéntartalom megállapításához szükséges minta kivétele és a kezelés kezdete közötti kb. 20 ... 30 percnyi idő elegendő az elemzés elvégzésére. Maga az ellenőrzendő folyamat 3 ... 10 percig tart, attól függően, hogy a kijelzett kénkoncentráció megfelelő-e.The real-time indirect process control is performed by providing the R (t) signals of the apparatus according to the invention and the measuring signals of the weighing apparatus, which calculates and displays S (t) at short intervals on the basis of the specific kinetic equation ) current sulfur concentration values. Removing and about from the beginning of the treatment pattern necessary for the determination of S o sulfur. 20 to 30 minutes are sufficient for analysis. The process to be controlled itself will take 3 to 10 minutes, depending on whether the indicated sulfur concentration is correct.
Az ellenőrzés célja egyrészt az, hogy a magas kéntartalom ne okozzon selejtet, másrészt a túl alacsony kéntartalom eléréséhez felhasznált többlet hatóanyag ne menjen veszendőbe, illetve annak megakadályozása, hogy a levegőben levő nitrogén az olvadékba fokozottabban oldódjon a kén eltávolítása után.The purpose of the control is to ensure that the high sulfur content does not cause waste and, on the other hand, that the excess active ingredient used to achieve the low sulfur content is not lost and that the nitrogen in the air is more soluble in the melt after sulfur removal.
Az általunk végzett kísérletek során a kijelzett kénkoncentrációk és a kezelés utáni (öntés alatti) mintavétel alapján megállapított lángfotometriás elemzési adatok az elemzés hibahatárán belüli eltérésekkel megegyeztek egymással. Az egyezést az elvégzett 21 kezelés bizonyította.In our experiments, the flame photometric analysis data obtained on the basis of the indicated sulfur concentrations and the sampling after treatment (during casting) were in agreement with the differences within the margin of analysis. This was confirmed by the 21 treatments performed.
A találmány szerinti eljárás és berendezés segítségével viszonylag egyszerű eszközökkel válik lehetővé a vizsgált folyamatok mintavétel nélküli pontos valós idejű ellenőrzése. Külön előnye, hogy a meghatározott feltételek (az ún. Reynolds-analógia) teljesülése esetében a turbulens diffúziós tényező értéke a turbulens viszkozitási és a turbulens hővezetési tényező értékeinek megállapítására is alkalmas.The method and apparatus of the present invention provide relatively simple means for accurate real-time monitoring of the processes being tested. It has the special advantage that, under certain conditions (the so-called Reynolds analogy), the value of the turbulent diffusion coefficient can be used to determine the values of turbulent viscosity and turbulent thermal conductivity.
Bár a megbízható mérési eredmények eléréséhez szükség van ellenőrző mérések és számítások elvégzésére hitelesítés céljából, illetve az alkalmazás közbeni ellenőrzésekhez, a találmány szerinti eljárás és berendezés megbízhatóan képes a valós idejű ellenőrzésekhez szükséges adatokat szolgáltatni és ezzel egy ideig meg nem oldott feladatra megoldást adni.Although control measurements and calculations are required for validation and in-use controls to achieve reliable measurement results, the method and apparatus of the present invention can reliably provide the data needed for real-time controls and thus solve a problem that has not been solved for some time.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU305182A HU190820B (en) | 1982-09-23 | 1982-09-23 | Method and apparatus for controlling heterogeneous transformation proceeding with diffusion kinetics in liquids streaming with turbulence |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| HU305182A HU190820B (en) | 1982-09-23 | 1982-09-23 | Method and apparatus for controlling heterogeneous transformation proceeding with diffusion kinetics in liquids streaming with turbulence |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| HUT35848A HUT35848A (en) | 1985-07-29 |
| HU190820B true HU190820B (en) | 1986-11-28 |
Family
ID=10962293
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| HU305182A HU190820B (en) | 1982-09-23 | 1982-09-23 | Method and apparatus for controlling heterogeneous transformation proceeding with diffusion kinetics in liquids streaming with turbulence |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| HU (1) | HU190820B (en) |
-
1982
- 1982-09-23 HU HU305182A patent/HU190820B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| HUT35848A (en) | 1985-07-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tzanakis et al. | Calibration and performance assessment of an innovative high-temperature cavitometer | |
| Komarov et al. | Characterization of acoustic cavitation in water and molten aluminum alloy | |
| JP4694645B1 (en) | Signal processing method, signal processing apparatus, and vibration type density meter | |
| Puga et al. | Evaluation of ultrasonic aluminium degassing by piezoelectric sensor | |
| CN104073601A (en) | Method for controlling a molten metal bath bubbling in a metallurgical vessel and a device for carrying out said method | |
| JP2010181308A (en) | Signal processing method and apparatus, and coriolis flowmeter | |
| Ölmez et al. | An experimental study of attenuation of short water waves by turbulence | |
| JP4436883B1 (en) | Signal processing method, signal processing apparatus, and Coriolis flow meter | |
| HU190820B (en) | Method and apparatus for controlling heterogeneous transformation proceeding with diffusion kinetics in liquids streaming with turbulence | |
| JP2010538279A (en) | Method for indirectly determining waste gas flow rate in metallurgical process | |
| US4617830A (en) | Method and apparatus for checking heterogeneous transformation process of diffusing kinetics in turbulent liquid flow | |
| CN114323120B (en) | Sludge discharge amount measuring method, control method, treatment system, equipment and medium | |
| SE457018B (en) | SET AND DEVICE FOR CONTROL OF A CONTINUOUS, Heterogeneous, DIFFUSION Kinetic Conversion Process In A Turbulent Hydrogen Flow | |
| PL151784B1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR CONTROL OF NON-HOMOGENEOUS DIFUSINKINETIC TRANSFORMATION PROCESS IN STORM FLOW C IE C AND Y, ESPECIALLY FOR DETERMINING THE COMPOSITION OF THE L I | |
| RU2345355C1 (en) | Method of determination of heterogeneity of metal and device for its realisation (versions) | |
| JPS61202150A (en) | Method and device for inspecting heterogeneous transformation process of diffusion motion in turbulence of liquid | |
| JP3891564B2 (en) | Control method of decarburization time in vacuum decarburization of molten steel | |
| SE519375C2 (en) | Method and system for controlling metal flow | |
| US20210164065A1 (en) | Gas purging plug, gas purging system, method for characterization of a gas purging plug and method for purging a metal melt | |
| KR100554144B1 (en) | Method for working of heating of LF | |
| JPH024653B2 (en) | ||
| SU1528325A3 (en) | Method and apparatus for checking heterogeneous conversion process in turbulent flow of molten metal | |
| EP0868537B1 (en) | Method for determination and control of the amount of nitrogen dissolved in metalic liquid phases and device for its realization | |
| US6190434B1 (en) | Method for determination and control of the amounts of nitrogen dissolved in metallic liquid phases and device for its realization | |
| US5405121A (en) | Apparatus to indicate the oxygen content of molten copper using the vibration signal of a graphite rod immersed into the molten metal |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HU90 | Patent valid on 900628 | ||
| HMM4 | Cancellation of final prot. due to non-payment of fee |