EP0101846A2 - Procédé et dispositif de commande du mouvement d'une goulotte oscillante et application à une installation de chargement d'un four à cuve - Google Patents
Procédé et dispositif de commande du mouvement d'une goulotte oscillante et application à une installation de chargement d'un four à cuve Download PDFInfo
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- EP0101846A2 EP0101846A2 EP83106698A EP83106698A EP0101846A2 EP 0101846 A2 EP0101846 A2 EP 0101846A2 EP 83106698 A EP83106698 A EP 83106698A EP 83106698 A EP83106698 A EP 83106698A EP 0101846 A2 EP0101846 A2 EP 0101846A2
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Definitions
- the present invention relates to a method of controlling the movement of an oscillating chute which can pivot around two orthogonal axes and actuated, for this purpose, by two drive means independent of each other to move the end of the chute following concentric circles or a spiral around a vertical axis.
- the invention also relates to a device for implementing this method as well as an installation for loading a shaft furnace equipped with such a device and implementing this method.
- the object of the present invention is to provide a new method for controlling the movement of an oscillating chute making it possible to eliminate, if not to attenuate, this irregularity by compensation.
- An auxiliary object of the invention is to provide a device for the implementation, as well as its application to a loading installation of a shaft furnace.
- the invention provides a method of controlling the movement of the chute, which is characterized in that the angular speed of rotation of the chute is modified around the vertical axis as a function of the angular position of the chute.
- the angular positions of the chute in which the pivots which cause the deposit irregularities occur can be determined experimentally or by calculation. Knowing these angular positions, the invention therefore proposes to increase the angular speed of rotation of the chute at the places where the thickness of the deposited layer tends to increase, and to reduce the angular speed where the thickness has tendency to decrease.
- the angular speed of the chute movement is regulated according to a preferred embodiment, according to the formula
- the procedure is as follows by iteration:
- FIGs 1 and 2 show an oscillating distribution chute 10 in a well-defined angular position, in which it occupies an inclination A (see Figure 2) relative to a vertical axis 0 and an angular position r ( Figure 1) relative to a horizontal reference axis, for example, the X axis.
- the chute, in this inclination ⁇ is animated by a gyratory movement, in the clockwise direction, around the axis 0 with a angular speed ⁇ for annular deposition of the loading material on the melting bed, the relation being therefore
- the reference 12 designates an annular deposit of material when the chute 10 rotates around the axis 0 with an inclination ⁇ .
- the reference 14 designates the horizontal projection of the circular path of the lower end of the chute 10.
- This loading material spilled by the gou monkfish therefore has a fall trajectory 16 with a vertical component and an angular component due to ⁇ .
- the loading material does not fall to the point targeted by the chute at the precise moment when the material leaves this chute. This is illustrated in Figure 1.
- This angular offset ⁇ is not only a function of the particle size of the material, but also of its falling speed, that is to say that depending on its falling speed, the particle reaches faster or slower the melting bed and its drop point will be located before or beyond the position ⁇ .
- the offset ⁇ decreases up to, for example ⁇ - ⁇ , which tends to cause an increase in the thickness of the deposit at a location being offset by an angle ⁇ - ⁇ from the position angular of the chute where this pivoting occurred.
- the offset ⁇ becomes ⁇ + ⁇ , which causes a decrease in the thickness of the deposit of the material. This slowdown occurs at the end of the pivotal phase ment and the reduction in thickness is, therefore, offset by an angle / ⁇ + ⁇ from the angular position in which the pivoting of the chute ends.
- FIG. 3 shows, in polar coordinates, the thickness of an annular layer of material poured onto the fusion bed, this thickness being proportional to their distance to the origin.
- the curve e m represents the optimum average thickness that can be calculated for example from the content of a storage tank and the surface area of the melting bed. This thickness being uniform, the curve representing e m is necessarily a circle.
- the curve represented by e r is the actual thickness of a layer deposited by an oscillating chute animated by a gyratory movement at constant angular speed ⁇ o and affected by the irregularities described above.
- the thickness for each angular position ⁇ is represented by the length of the vector e.
- the curve e r whose outline has been deliberately exaggerated, allows two positions of maximum thickness to be recognized at the points E r-max located at the angular positions of 0 ° and 180 °, as well as two positions with minimum thickness at the points E r- min located respectively at the angular positions of 90 ° and 270 °.
- Figure 4 is a polar diagram similar to that of Figure 3, but for the representation of the angular velocities ⁇ .
- ⁇ o is the constant angular velocity for the deposition of the real irregular layer e r of FIG. 3.
- the curve ⁇ is a curve of compensated speeds obtained by the modification of the curve ⁇ o according to the formula
- the angular velocity for each angular position ⁇ is represented by the length ⁇ .
- the purpose of the angular speed compensation is that the phenomena due to the pivoting of the chute and those due to the variation of the angular speed compensate each other to obtain a uniform deposited layer.
- the curve e c in FIG. 3 corresponds to the curve ⁇ c in FIG. 3, that is to say the thickness of the layer deposited by modifying the angular speed according to the formula. above.
- the curve e is of course offset by an angle ⁇ relative to the curve ⁇ c to take account of the fall time.
- this angular speed compensation according to FIG. 4 is that the layer e r is modified so as to produce a curve e approaching the ideal circular curve e, that is to say by causing m chute faster at the angular positions corresponding to increases in the thickness of the deposit along the curve e r and more slowly at the angular positions corresponding to smaller thicknesses of the deposit in the curve e r , there is a tendency to reduce the irregularities in thickness of the deposited layer.
- the compensated thickness approaches the ideal uniform thickness e.
- ⁇ 1 , ⁇ 2 , ... is carried out either by tests or by calculation, because the parameters involved in this determination can be measured or calculated.
- the compensated angular velocities ⁇ 1 , ⁇ 2 , ... can be determined for different inclinations and for different grain sizes.
- compensated angular speed can be stored in a microcomputer which can calculate, at any time, by linear interpolations the exact value of the compensated angular speed of the chute.
- FIG. 5 represents a block diagram of an embodiment of a control circuit for the compensation of the angular speed of the chute.
- the microcomputer of which question above, is represented by the reference 10. This microcomputer receives information concerning the inclination ⁇ and the nature of the loading material for the calculation of the compensated angular velocities.
- a motor 12 for driving the chute is subject to the control signals of an angular speed variator 14 comprising, inter alia, a comparator integrated.
- Reference 16 designates the mechanical part of a pulse transmitter
- references 18 and 20 respectively designate an angular speed detector and a position detector, these two detectors can however be combined, since
- the angular speed detector 18 generates at each instant signals corresponding to the real speed 0 r and sends these signals to the variable speed drive 14. Likewise, the position detector generates, at every instant, signals corresponding to the angular position ⁇ of the distribution chute and sends these signals to the microcomputer 10.
- This microcomputer 10 calculates, at each instant, on the basis of the information received, that is to say ⁇ , ⁇ and the parameters corresponding to the nature of the loading material, the compensated angular speed ⁇ c , thanks to the above formulas. Signals corresponding to the angular speed ⁇ c calculated by the microcomputer 10 are sent to the angular speed variator 14.
- the integrated comparator thereof compares at all times the compensated angular speed ⁇ c with the actual angular speed ⁇ r from which it receives information from the detector 18 and, depending on the result of this comparison, the drive motor 12 will be accelerated or slowed down.
- the method for correcting the angular speed of the chute is particularly suitable for a drive device of the kind proposed in the aforementioned Luxembourg patent application No. 83.280 because of the fact that the gyratory movement of this oscillating chute is caused by a circular motion drive device. It should however be noted that the correction device proposed is also suitable for other devices for driving an oscillating chute with cardan suspension, for example that driven by a pair of hydraulic cylinders.
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Abstract
Description
- La présente invention concerne un procédé de commande du mouvement d'une goulotte oscillante pouvant pivoter autour de deux axes orthogonaux et actionnés, à cet effet, par deux moyens d'entraînement indépendants l'un de l'autre pour déplacer l'extrémité de la goulotte suivant des cercles concentriques ou une spirale autour d'un axe vertical.
- L'invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'une installation de chargement d'un four à cuve équipé d'un tel dispositif et mettant en oeuvre ce procédé.
- La demande de brevet luxembourgeois No 83.280 propose un dispositif de. chargement d'un four à cuve au moyen d'une goulotte de distribution oscillante, généralement désigne dans le domaine en question comme goulotte à suspension du type "cardan".
- La demanderesse a constaté, lors de récents tests et expériences sur un prototype de ce genre que les couches de matières déposées au moyen d'une goulotte oscillante présentent des irrégularités dans l'épaisseur de dépôt. Si l'on ne considère qu'une seule couche, ces irrégularités n'auraient pas de conséquence néfaste sur le chargement d'un four à cuve. Malheureusement, ces irrégularités se produisent, pour chaque couche déposée, aux mêmes endroits correspondant à des positions angulaires précisas de la goulotte, de sorte qu'il y a un effet d'accumulation de couche en couche qui aboutit finalement à un niveau de chargement en forme de selle. Il a également été constaté que ce défaut n'est pas propre au dispositif tel que proposé dans la demande de brevet précitée, mais qu'il se produit de façon plus ou moins prononcée pour tous les dispositifs de chargement avec suspension de la goulotte du type "cardan", quel que soit le moyen d'entraînement et de commande.
- La raison en est que ces genres de goulotte de distribution subissent deux fois au cours de chaque révolution, ceci à des endroits diamétralement opposés et bien déterminés, des pivotements, quoique faibles, mais néanmoins perceptibles autour de leur axe longitudinal. Lors d'un tel pivotement, le frottement au moment du passage du chargement à travers de la goulotte diminue, c'est-à-dire que la vitesse de chute augmente. Autrement dit, lors d'un tel pivotement, la matière de chargement atteint plus rapidement son point de chute, et l'épaisseur de la couche déposée augmente aux endroits où se produit le point de chute correspondant à la position angulaire de la goulotte dans laquelle se produit ce pivotement. Bien entendu, l'effet contraire se produit à la fin de ce pivotement de la goulotte lorsque le frottement à l'intérieur de la goulotte augmente à nouveau, ce qui produit une diminution de l'épaisseur du dépôt.
- Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé de commande du mouvement d'une goulotte oscillante permettant d'éliminer, sinon d'atténuer, cette irrégularité par compensation. Un but auxiliaire de l'invention est de prévoir un dispositif pour la mise en oeuvre, ainsi que son application à une installation de chargement d'un four à cuve.
- Pour atteindre cet objectif, l'invention propose un procédé de commande du mouvement de la goulotte, qui est caractérisé en ce que l'on modifie la vitesse angulaire de rotation de la goulotte autour de l'axe vertical en fonction de la position angulaire de la goulotte.
- Les positions angulaires de la goulotte dans lesquelles se produisent les pivotements qui entraînent les irrégularités de dépôt peuvent être déterminées expérimentalement ou par calcul. Connaissant ces positions angulaires, l'invention propose, par conséquent, d'augmenter la vitesse angulaire de rotation de la goulotte aux endroits où l'épaisseur de la couche déposée tend à augmenter, et de réduire la vitesse angulaire là où l'épaisseur a tendance à diminuer.
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- Dans ces formules :
- ω1,ω2 représentent les vitesses angulaires corrigées, 0 représente la vitesse angulaire non corrigée, em représente une fonction de la position angulaire.
- D'autres particularités et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous, en référence aux figures annexées, dans lesquelles :
- La figure 1 montre schématiquement une goulotte de distribution lors du déversement d'une couche annulaire.
- La figure 2 montre l'inclinaison de la goulotte par rapport à l'axe central.
- La figure 3 montre un diagramme polaire illustrant l'épaisseur d'une couche de matière déversée au moyen d'une goulotte oscillante.
- La figure 4 montre un diagramme polaire de la vitesse angulaire.
- La figure 5 montre un schéma synoptique d'un circuit de commande.
- Les figures 1 et 2 montrent une goulotte de distribution oscillante 10 dans une position angulaire bien déterminée, dans laquelle elle occupe une inclinaison A (voir figure 2) par rapport à un axe vertical 0 et une position angulaire r (figure 1) par rapport à un axe horizontal de référence, par exemple, l'axe X. On supposera que la goulotte, dans cette inclinaison β est animée d'un mouvement giratoire, dans le sens des aiguilles d'une montre, autour de l'axe 0 avec une vitesse angulaire ω pour effectuer un dépôt annulaire de la matière de chargement sur le lit de fusion, la relation étant donc
- La référence 12 désigne un dépôt annulaire de matière lorsque la goulotte 10 tourne autour de l'axe 0 avec une inclinaison β. La référence 14 désigne la projection horizontale de la trajectoire circulaire de l'extrémité inférieure de la goulotte 10.
- Cette matière de chargement déversée par la goulotte possède par conséquent une trajectoire de chute 16 avec une composante verticale et une composante angulaire à cause de ω. Autrement dit, la matière de chargement ne tombe pas au point que vise la goulotte au moment précis où la matière quitte cette goulotte. Ceci est illustré sur la figure 1.
- En supposant qu'une particule quitte la goulotte lorsque celle-ci se trouve dans la position angulaire OC et que la goulotte poursuit son mouvement giratoire à la vitesse ω dans le sens des aiguilles d'une montre, l'impact de cette particule se produit lorsque la goulotte occupe, par exemple, une position angulaire t, alors que le point d'impact 18 de cette même particule se trouve quelque part entre les deux positions α et y , par exemple, dans la position α + Δα. Autrement dit, il existe un décalage angulaire Δα entre le moment de sortie d'une particule de la goulotte et le moment_de son impact sur le lit de fusion. L'amplitude de ce décalage angulaire Δα est, non seulement fonction de la granulométrie de la matière, mais également de sa vitesse de chute, c'est-à-dire que suivant sa vitesse de chute, la particule atteint plus vite ou moins vite le lit de fusion et son point de chute se situera avant ou au-delà de la position Δα.
- C'est le phénomène qui se produit pour toutes les goulottes de distribution oscillantes avec suspension à cardan qui, comme déjà dit plus haut, subissent lors de chaque révolution, deux pivotements autour de leur axe longitudinal et modifiant de ce fait le frottement entre la matière de chargement et la paroi de la goulotte. Cette modification du frottement accélère ou ralentit la chute des particules.
- Lorsqu'il y a accélération, le décalage Δα diminue jusqu'à, par exemple Δα- ε , ce qui tend à provoquer une augmentation de l'épaisseur du dépôt à un endroit se trouvant décalé d'un angle Δα - ε de la position angulaire de la goulotte où s'est produit ce pivotement. De même, lorsqu'il y a ralentissement, le décalage Δα devient Δα + ε , ce qui provoque une diminution de l'épaisseur du dépôt de la matière. Ce ralentissement se produit à la fin de la phase de pivotement et la diminution d'épaisseur se trouve, par conséquent, décalée d'un angle /Δα+ε de la position angulaire dans laquelle s'achève le pivotement de la goulotte.
- La figure 3 montre, en coordonnées polaires, l'épaisseur d'une couche annulaire de matière déversée sur le lit de fusion, cette épaisseur étant proportionnelle à leur distance jusqu'à l'origine.
- La courbe em représente l'épaisseur moyenne optimale calculable par exemple d'après le contenu d'un réservoir de stockage et la surface du lit de fusion. Cette épaisseur étant uniforme, la courbe représentant em est forcément un cercle.
- La courbe représentée par er est l'épaisseur réelle d'une couche déposée par une goulotte oscillante animée d'un mouvement giratoire à vitesse angulaire constante ωo et affectée des irrégularités décrites ci-dessus. L'épaisseur pour chaque position angulaire α est représentée par la longueur du vecteur e. La courbe er, dont le contour a été volontairement exagéré, laisse reconnaître deux positions à épaisseur maximale aux points Er-max se trouvant aux positions angulaires de 0° et 180°, ainsi que deux positions à épaisseur minimale aux points Er-min se trouvant respectivement aux positions angulaires de 90° et 270°.
- La figure 4 est un diagramme polaire analogue à celui de la figure 3, mais pour la représentation des vitesses angulaires ω. Ainsi ωo est la vitesse angulaire constante pour le dépôt de la couche irrégulière réelle er de la figure 3.
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- La vitesse angulaire pour chaque position angulaire → est représentée par la longueur ω.
- Dans cette formule :
- ωl = ωc = vitesse angulaire modifiée
- ωo = vitesse angulaire non modifiée qui engendre er
- f = est une fonction de α et de Δα, c'est-à-dire des paramètres déterminants de la modification de la vitesse angulaire.
- La fonction f est définie par f (α) = e (α) = épaisseur mesurée avant compensation.
- Le but de la compensation de la vitesse angulaire est que les phénomènes dus au pivotement de la goulotte et ceux dus à la variation de la vitesse angulaire se compensent pour obtenir une couche déposée uniforme.
- La courbe ec de la figure 3 correspond à la courbe ωc de la figure 3, c'est-à-dire l'épaisseur de la couche déposée en modifiant la vitesse angulaire selon la formule . ci-dessus. La courbe e est bien entendu décalée d'un an- c gle Δα par rapport à la courbe ωc pour tenir compte du temps de chute.
- L'effet de cette compensation de la vitesse angulaire selon la figure 4 est que la couche er est modifiée de manière à produire une courbe e se rapprochant de la courbe circulaire idéale e , c'est-à-dire en faisant évoluer m la goulotte plus vite aux positions angulaires correspondant à des augmentations de l'épaisseur du dépôt selon la courbe er et plus lentement aux positions angulaires correspondant à des épaisseurs de dépôt plus faibles de la courbe er, on tend à réduire les irrégularités d'épaisseur de la couche déposée.
- L'explication mathématique de la formule de compensation est la suivante :
- Soit er (α) l'épaisseur de la couche pour ωo = constant et présentant les irrégularités dues au pivotement;
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- Autrement dit, l'épaisseur compensée se rapproche de l'épaisseur uniforme idéale e .
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- La détermination de ω1, ω2,... est effectuée soit par des tests soit par calcul, car les paramètres intervenant dans cette détermination peuvent être mesurés ou calculés.
- Etant donné que α est fonction de P et de la granulométrie de la matière de chargement, les vitesses angulaires compensées ω1, ω2, ... peuvent être déterminées pour différentes inclinaisons et pour différentes granulométries.
- Ces différentes valeurs de la vitesse angulaire compensée peuvent être mémorisées dans un micro-ordinateur pouvant calculer, à chaque instant, par interpolations linéaires la valeur exacte de la vitesse angulaire compensée de la goulotte.
- La figure 5 représente un schéma synoptique d'un mode de réalisation d'un circuit de commande pour la compensation de la vitesse angulaire de la goulotte.
- Le micro-ordinateur dont question ci-dessus, est représenté par la référence 10. Ce micro-ordinateur reçoit des informations concernant l'inclinaison β et la nature de la matière de chargement pour le calcul des vitesses angulaires compensées.
- Un moteur 12 d'entraînement de la goulotte est assujetti aux signaux de commande d'un variateur de vitesses angulaires 14 comprenant, entre autres, un comparateur intégré.
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- Le détecteur de vitesses angulaires 18 engendre à chaque instant des signaux correspondant à la vitesse réelle 0 ret envoie ces signaux au variateur de vitesse 14. De même, le détecteur de position engendre, à chaque instant, des signaux correspondant à la position angulaire α de la goulotte de distribution et envoie ces signaux au micro-ordinateur 10. Ce micro-ordinateur 10 calcule, à chaque instant, sur base des informations reçues, c'est-à-dire α, β et les paramètres correspondant à la nature de la matière de chargement, la vitesse angulaire compensée ωc, grâce aux formules ci-dessus. Des signaux correspondant à la vitesse angualire ωc calculés par le micro-ordinateur 10 sont envoyés dans le variateur de vitesse angulaire 14. Le comparateur intégré de celui-ci compare à chaque instant la vitesse angulaire compensée ωc à la vitesse angulaire réelle ωr dont il reçoit l'information du détecteur 18 et, suivant le résultat de cette comparaison, le moteur d'entraînement 12 sera accéléré ou ralenti.
- Le procédé de correction de la vitesse angulaire de la goulotte, proposé ci-dessus, convient particulièrement bien à un dispositif d'entraînement du genre proposé dans la demande de brevet luxembourgeois précitée No 83.280 à cause du fait que le mouvement giratoire de cette goulotte oscillante est occasionnée par un dispositif d'entraînement à mouvement circulaire. Il est toutefois à noter que le dispositif de correction proposé convient également à d'autres dispositifs d'entraînement d'une goulotte oscillante avec suspension à cardan, par exemple celle entraînée par une paire de vérins hydrauliques.
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