SU1089141A1 - Устройство дл контрол уровн шлака в конвертере - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ШЛАКА В КОНВЕРТЕРЕ, содержащее датчик звукового давлени , предварительный усилитель, низкочастотный фильтр, смеситель, гетеродин, полосовой фильтр, усилитель, детектор , преобразователь напр жение-ток, регистрирующий прибор, причем выход датчика звукового давлени  подсоединен к входу предварительного усилител , вькод которого подсоединен к входу низкочастотного фильтра, к первому входу смесител  подсоединен выход гетеродина, выход смесител  подсоединен к входу полосового фильтра , выход которого подсоединен к входу усилител , а выход последнего через детектор подсоединен к входу преобразовател  напр жение-ток, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности и надежности контрол  уровн  шлака в конвертере , в него введены блок автоматического регулировани  усилени , вычислительный блок, анализатор состава кислорода дуть , анализатор состава отход щих конвертерных газов, расходомер кислорода дуть , датчик температуры отход щих конвертерных газов, датчик определени  момента погружени  среза ропелКислородной фурмы в щлакометаллическую эмульсию, компаратор, коммутатор и блок контрол  положени  кислородной фурмы, причем выход низкочастотного фильтра подсоединен к входу блока i автоматического регулировани  усилени , выход которого подсоединен к (Л второму входу смесител , выход датчика определени  момента погружени  среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию подсоединен через компаратор к первому входу коммутатора, другой вход которого подсоединен к выходу блока контрол  положени  кислородной фурмы, 00 а к первому, второму, третьему, четвертому , п тому и шестому входам со вычислительного блока подсоединены соответственно выходы преобразовател  напр жение-ток, анализатора состава кислорода дуть , анализатора состава отход щих конвертерных газов, расходомера кислорода дуть , датчика температуры отход щих конвертерных газов и коммутатора, а выход вычислительного блока подсоединен к входу регистрирующего прибора.

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии, а именно к контролю и регулированию процессов кислородноконвертерной плавки, и может быть использовано в кислородно-конвертер ном производстве стали. Известно устройство дл  определе ни  уровн  шлака в кислородном конвертере , содержащее датчик звуковог давлени  (микрофон) предварительный усили1;ель, частотно-избирательньй усилитель, регул тор уровн  сигнала усилитель мощности, детектор со сглаживающим фильтром, блок питани  и самопишущий прибор, причем выход микрофона подключен к входу предварительного усилител , выход которог подключен к входу частотно-избирательного усилител , выход блока питани  подключен к входам всех тре усилителей, выход детектора подключен к входу регистрирующего самопишущего прибора, а выход частотноизбирательного усилител  подключен к входу регул тора уровн  сигнала, выход которого через усилитель мощности подключен к входу детектора со сглаживающим фильтром lj . Шум, возникающий при продувке ванны конвертера кислородом, преобр зовываетс  микрофоном в электрическ сигнал, который усиливаетс  предварительным усилителем. Частотно-изби рательный усилитель выдел ет наиболее информативную частоту, по которой оцениваетс  состо ние и объем шлака в конвертере. При использовании данного устрой ства из-за высокой скорости движени газов по газоотвод щему тракту изме н етс  воспринимаема  датчиком звукового давлени  величина частоты акустического сигнала о ходе процес са шлакообразовани , обусловленна  эффектом Доплера, согласно которому частота звуковых колебаний, воспринимаема  приемником (датчиком звукового давлени ), зависит от скорости движени  приемника по отно шению к среде, в которой распростра н етс  , или наоборот, от скорости движени  среды по отношению к приемнику, что может привести к возникновению ошибок при определени уровн  шлака в конвертере, вследствие того, что величина звукового давлени  при одном и том же уровне шлака будет иметь различные значени так как величина звукового давлени  зависит от коэффициента поглощени  звука средой, а коэффициент поглощени  звука средой, в свою очередь, зависит от частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразовани . Кроме того, изменение расхода кислорода дуть  и положени  фурмы приводит к изменению величины звукового давлени  акустического сигнала о ходе процесса шлакообразовани , в результате чего измен етс  уровень шлака в кислородном конвертере и по вл ютс  дополнительные погрешности . В результате недостоверной информации об уровне шлака в конвертере управление шлаковым .режимом плавки осуществл етс  неоптимально, вследствие чего увеличиваютс  потери с выбросами и выносами, что уменьшает выход годного. Таким образом, недостатком известного устройства  вл етс  недостоверность его показаний, вследствие вли ни  скорости движени  конвертерных газов на величину частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразовани , а также вли ни  изменени  расхода кислорода дуть  и положени  фурмы на величину звукового давлени . I Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство, содержащее последовательно соединенные между собой датчик звукового давлени , предварительньш усилитель, низкочастотный фильтр, смеситель, полосовой фильтр, усилитель, детектор, преобразователь напр жение-ток, регистрирующий прибор , а также гетеродин, причем выход последнего соединен с другим входом смесител  zj . Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность и надежность контрол  уровн  шлака, вследствие вли ни  скорости движени  конвертерных газов по газоотвод щему тракту на величину частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразовани , соответствующей разонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, а также вследствие отсутстви  коррекции определ емого параметра по фактическому уровню шлака в ванне конвертера от плавки к плавке с учетом вли ни  износа футеровки по ходу компании. 31 Цель изобретени  - повышение точ ности и надежности контрол  уровн  шлака в конвертере. Поставленна  цель достигаетс  те что в устройство, дл  контрол  уровн шлака в конвертере, содержащее датч звукового давлени , предварительный усилитель, ниэкочастотньй фильтр, смеситель, гетеродин, полосовой фильтр, усилитель, детектор, преобр зователь напр жение-ток, регистрирующий прибор, причем выход датчика звукового давлени  подсоединен к вх ду предварительного усилител , выхо которого подсоединен к входу низкочастотного фильтра, к первому- вход смесител  подсоединен выход гетеродина , выход смесител  подсоединен к входу полосового фильтра, выход которого подсоединен к входу усилител , а выход через детектор подсоединен к входу преобразовател  напр жение-ток , введены блок автоматическог регулировани  усилени , вычислительный блок, анализатор соста ва кислорода дуть , анализатор состав .а отход щих конвертерных газов, расходомер кислорода дуть , датчик температуры отход щих конвертерных газов, датчик определени  момента погружени  среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию компаратор, коммутатор и блок контрол  положени  кислородной фурмы, причем выход низкочастотного фильтр подсоединен к входу блока автоматического регулировани  усилени , выход которого подсоединен к втором входу смесител , выход датчика опре делени  момента погружени  среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию подсоединен через компаратор к первому входу коммутатора, другой вход которого подсоединен к выходу блока контрол  положени  кислородной фурмы, а к первому, второму, третьему, четвертому , п тому и шестому входам вычислительного блока подсоединены соответственно выходы преобразовател  напр жение-ток, анализатора состава кислорода дуть , анализатор состава отход щих конвертерных газо расходомера кислорода дуть , датчика температуры отход щих конвертерных газов и коммутатора, а выход вычислительного блока подсоединен к входу регистрирующего прибора. 1 На чертеже представлено предлагаемое устройство. Устройство содержит датчик 1 звукового давлени , предварительный усилитель 2, низкочастотный фильтр 3, блок 4 автоматического регулировани  усилени , смеситель 5, гетеродин 6, полосовой фильтр 7, усилитель 8, детектор 9, преобразователь .10 напр жение-ток , вычислительный блок 11, анализатор 12 состава кислорода дуть , анализатор 13 состава отход щих конвертерных газов, датчик 14 определени  момента погружени  среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию, компаратор 15, коммутатор 16, блок 17 контрол  положени  кислородной фурмы, расходомер 18 кислорода дуть , датчик 19 температуры отход щих конвертерных газов, регистрирующий прибор 20. Предварительный усилитель 2 представл ет собой yc шитeль, имеющий следующие граничные частоты усилени  fH 15 Гц, fB 170 Гц, где f н - нижн   гранична  частота усилени , Гц, f в - верхн   гранична  частота усилени , Гц. Полоса пропускани  низкочастотного фильтра 3 выбираетс  таким образом, чтобы выделить спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера при изменении уровн  шлака от минимального до максимального з начени . Дл  конвертеров различной конфигурации резонансные частоты свободного объема рабочего пространства конвертера, соответствующие минимальному уровню шлака, измен т ютс  от 15 до 28 Гц, а резонансные частоты свободного объема рабочего пространства конвертера, соответствукицие заполнению полости конвертера шлаком до отметки 0,5 м от среза горловины конвертера измен ютс  от 70 до 111 Гц. Полоса пропускани  низкочастотного фильтра 3 выбрана равной f fj - f/ 111-15 96 Гц Выпр мленное напр жение с детектора 9 преобразуетс  в пропорциональный ток, например, в диапазоне 0-5 МА. Анализатор 12 состава кислорода дуть , анализатор 13 состава отход щий конвертерных газов и вычислитель51 ньш блок 11 могут быть представлены в виде серийно изготавливаемого масс-спекрометра МХ-1215, оснащенного ЭВМ СМ-1. Датчик 14 определени  момента погружени  среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию представл ет собой электрическую цеп дл  измерени  разности потенциалов, возникающей между фурмой и корпусом конвертера по ходу продувки. Сигнал на выходе электрической цепи между фурмой и корпусом конвертера имеет место только в период наличи  контак та фурмы со шлако-металлической эмульсией. Компаратор 15 представл е собой операционный усилитель, первый вход которого подключен к выходу датчика 14 определени  момента погружени  среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию, а второй вход операционного усилител подключен к выходу источника опорно напр жени . Коммутатор 16 представл ет собой, например транзисторный ключ, в коллекторную цепь которого подключена обмотка реле, например, типа РСМ-2, нормально разомкнутые контакты которого коммутируют выход блока 17 контрол  положени  кислоро ной фурмы с входом вычислительного блока при наличии сигнала на выходе компаратора 15. Устройство работает следующим образом. До начала плавки в вычислительны блок 11 вводитс  информаци  о величине Но5(ц , равной высоте от уровн  спокойного металла до верхнего коне ного положени  фурмы (при подн той фурме), определ емой, например, во врем  тарировки фурмы. С момента начала плавки акустиче кий сигнал о ходе процесса шлакообразовани , воспринимаемый датчиком звукового давлени , усиливаетс  при помощи предварительного усилител  2 Усиленный сигнал проходит через низ кочастотный фильтр 3, который выде л ет спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвер тера при изменении уровн  ошака от минимального до максимального значе ни . Сигнал с выхода низкочастотного фильтра 3 поступает на вход блока 4 автоматического регулировани  усилени , на выходе которого 16 получаетс  сигнал посто нной амплитуды со спектром частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертора при изменении уровн  шлака от минимального до максимального значени . На смеситель 5 поступает сигнал с выхода блока 4 автоматического регулировани  усилени  и сигнал, выработанный гетеродином 6. Разность частот этих сигналов проходит через полосовой фильтр 7, усиливаетс  усилителем 8 и выпр мл етс  детектором 9. Выпр мленное напр жение в преобразователе 10 напр жение-ток преобразуетс  в пропорциональный ток в диапазоне от О до 5 Ма. Сигнал с выхода преобразовател  10, пропорциональный резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, поступает на первый вход вычислительного блока 11, на второй вход поступают с выхода анализатора 12 состава кислорода дуть  сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона в кислородном дутье, а на третий вход поступаеют сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона, двуокиси углерода в отход щих конвертерных газах с выхода анализатора 13 состава отход щих конвертерных газов. На чертвертый и п тый входы вычислительного блока 11 поступают соответственно сигнал, пропорциональный расходу кислорода дуть  с выхода расходомера 18 кислорода дуть , а также сигнал, пропорциональный температуре отход щих газов с выхода .датчика 19 температуры отход щих конвертерных газов. В момент вхождени  среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию через коммутатор 16 на шестой вход вычислительного блока 11 с выхода блока 17 контрол  положени  кислородной фурмы поступает сигнал, пропорциональный высоте от уровн  спокойного металла до среза.сопел фурмы. Частота звуковых колебаний, воспринимаема  приемником (датчиком звукового давлени ), зависит от скорости движени  источника волн и приемника по отношению к среде, в которой распростран етс  волна. Значение частоты звуковых колебаний, воспринимаемое датчиком звукового давлени , источника муле

(1)

fo

, AC

1 - -jj

где fp - измер емое значение частоты

звуковых колебаний, Гц, fp - частота звуковых колебаний источника (резонансна  частота свободного объема рабочего пространства), Гц, 4с - скорость движени  газов в газоотвод щем тракте, м/с, с - скорость распространени  звука в неподвижной среде , м/с.

Скорость движени  газов по газоотвод щему тракту определ етс  по зависимости

лс - (2)

8се« где Vpj - расход отход щих газов, м/с, Scei - площадь поперечного сечени газоотвод щего тракта, м, ЛС скорость движени  газов по газоотвод щему тракту в месте установки датчика звукового давлени , м/с/ Скорость распространени  звука в конвертерных газах, наход щихс  в состо нии поко , определ етс  по зависимости , R-fC -y Cpfi-XU-Tor nl t dХ/ДСу X Cyf т-/ М скорость распространени  звука в неподвижной среде, м/с, универсальна  газова  посто нна , Дж/(Моль.К), температура отход щих газов. К, дол  содержани  СО в отход щих газах, (/)() - дол  содержани  СО в , отход щих газах, Ср,Су,Ср, соответственно удельные изобарные и изохорные теплоемкости двуокиси и окиси углерода, Дж/кг.К, соответственно молекул р ные веса двуокиси и окиси углерода,

. V9

-/v;-VA

W

де N2 - концентраци  азота в воз духе, %,

«г концентраци  азота в дутье. N концентраци  азота в отход щих газах, %,

4концентраци  аргона в воздухе, %, А концентраци  аргона в дутье, %,

А; концентраци  apiroHa в отход щих газах, %,

УЗ - расход дуть , м/с,

V- - расход отход щих газов,

ог

мз/с. в зависимости от частоты волн определ етс  по фор1089141 .8 Расход отход щих газов определ етс  по зависимости Подставив уравнени  (А) и (2), получим зависимость дл  определени  скорости движени  газов в газоотвод щем тракте A;.,, Vg N -Ы/А sae/г Значение частоты звуковых колебаний источника (резонансна  частота свободного объема рабочего пространства конвертера) определим из уровн  (1) (1 - ). Свободную от металла и шлака полость груши конвертера в первом приближении рассматривают как резонатор Гельмгольца. Собственна  частота такого резонатора определ етс  его размерами И скоростью распространени  звука в отход щих газах. Частота может быть определена из уровн  с Г где fo - частота собственных колебаний свободного оюъема рабочего пространства конрер - тера, Гц, S - сечение горловины конвертера , м , V - свободный объем рабочего ространства конвертора, м с - скорость распространени  звука в отход щих газах, р i-ffT - эффектна  длина горловины конвертера, м, г - радиус горловины конверте Из уровн  (7) найдем свободный объем рабочего пространства конвер тера V М- -Г(8) f; Свободньц объем рабочего простр ства конвертера можно представить виде цапиндра, тогда имеем: где сйо высота свободного объе рабочего пространства конвертера, м, Sci/i - площадь поперечного се чени  полости конвертера , м . Подставив уравнени  (9) и (8) и , получи решив относительно С Л 7Т (1 св., / Обозначим V Подставив (11) и (10), получим уравнение дл  определени  текущей рысоты свободного объема рабочего пространства конвертера 4 ..Cf CBoS rS Уровень шлака в конвертере опре делим по зaвиcимoctи где текущий уровень шлака в ванне конвертера, м, - высота свободного объем рабочего пространства конвертера перед начало плавки, м. Подставив (12) и (13).получим и 1/ шл св.off и О Подставив (5) в (6), а затем (14), учим зависимость дл  определени  ущего уровн  шлака в кислородном вертере Высоту свободного объема рабочего странства конвертера .of едел ют во врем  тарировки полои  фурмы перед началом смены по дующей зависимости CS.oS Н ojuj - Н - измер емое значение высоты от уровн  металла до верхней точки положени  фурмы , м, Нк - высота от горловины конвертера до верхней точки положени  фурмы, м. Подставив (16) в зависимости (15) ле упрощени , Hitke-MckfuT HjT к ходе компании из-за износа кладутеровки конвертера измен ютс  етрические размеры свободного ма рабочего пространства конвера , что приводит к изменению коэфента К в зависимости (17), поэв случае - н1 . расчетное значение уровн  шлака в ванне конвертера в момент вхождени  среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию, м, значение высоты фурьмы над уровнем спокойного металла в момент вхождени  среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию, м, посто нна  величина, необходима коррекци  коэффициента К. Решив уровнение (17) относител коэффициента К, подставив вместо четного значени  уровн  шлака выс фурмы, получим: у rH«s ,-WK-Mj)()J В общем случае скорректированн значение коэффициента К по ходу к пании конвертера определитс  из у нени  ( Ki.,,ec/7i//Hua w|/4 г{ (.-М), еС//У/Hш/-Hф/ g Пoдcтaвив зависимость (20) в зависимость (17), получим зависим дл  определени  уровн  Шлака в ва конвертера -- Г.2 оЛк к . ()l fKt-f , еслм/Н л -Нф (4 U ИосГил - к - Нф) f (i -5сец .ecAW/Hu xi -Нф / ких размеров свободного объема рабочего пространства конвертора из-за износа футеровки. Корректировка коэффициента отплавки к плавке осуществл етс  посредством сравнени  фактического уровн  шлака в ванне конвертера с расчетным значением уровн  шлака в момент вхождени  среза сопел кислородной фурмы в шлакометалли4ескую эмульсию. Учет изменени  частоты звуковых колебаний по эффекту Допплера, а также учет вли ни  износа футеровки по ходу компании, позвол ет повысить точность и надежность контрол  уровн  шлака в конвертере. Экономический эффект дл  предлагаемого с учетом дополнительных капитальных затрат составит 117866 руб. . Таким образом, уровень шлака в ванне конвертера определ етс  по зависимости (21), причем при переходе из режима открытой струи в режим заглубленной струи корректируетс  значение коэффициента К; учитывающего изменение геометричес

«

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ШЛАКА В КОНВЕРТЕРЕ, содержащее датчик звукового давления, предварительный усилитель, низкочастотный фильтр, смеситель, гетеродин, полосовой фильтр, усилитель, детектор, преобразователь напряжение-ток, регистрирующий прибор, причем выход датчика звукового давления подсоединен к входу предварительного усилителя, выход которого подсоединен к входу низкочастотного фильтра, к первому входу смесителя подсоединен выход гетеродина, выход смесителя подсоединен к входу полосового фильтра, выход которого подсоединен к входу усилителя, а выход последнего через детектор подсоединен к входу преобразователя напряжение-ток, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности контроля уровня шлака в конвертере, в него введены блок автоматического регулирования усиления, вычислительный блок, анализатор состава кислорода дутья, анализатор состава отходящих конвертерных газов, расходомер кислорода дутья, датчик температуры отходящих конвертерных газов, датчик определения момента погружения среза ропел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию, компаратор, коммутатор и блок контроля положения кислородной фурмы, причем выход низкочастотного фильтра подсоединен к входу блока автоматического регулирования усиления, выход которого подсоединен к второму входу смесителя, выход датчика определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию подсоединен через компаратор к первому входу коммутатора, другой вход которого подсоединен к выходу блока контроля положения кислородной фурмы, а к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам вычислительного блока подсоединены соответственно выходы преобразователя напряжение-ток, анализатора состава кислорода дутья, анализатора состава отходящих конвертерных газов, расходомера кислорода дутья, датчика температуры отходящих конвертерных' газов и коммутатора, а выход вычислительного блока подсоединен к входу регистрирующего прибора.

   tn 6801 7TS