<p>Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к контролю и регулированию кислородно-конверторной плавки.</p>
<p>Цель изобретения - повышение надеж-5 ности и точности контроля.</p>
<p>На фиг.1 изображена блок-схема устройства; на фиг,2 - графики характеристик трактов определения уровня ванны в режимах открытых струй и 10 заглубленного истечения; на фиг.З диаграммная запись изменения уровня ванны в конверторе для одной из промышленных плавок.</p>
<p>Устройство (фиг.1) содержит два 15 параллельных тракта; первый - для контроля уровня ванны в режиме заглубленных струй и второй - для контроля уровня ванны в режиме открытых струйо Первый тракт включает 20 последовательно соединенные между собой датчик 1 колебаний (датчик горизонтальных вибросмещения кислородной фурмы, например, типа СВ-4), предварительный усилитель 2, частот- 25 но-избирательный усилитель 3 с рабочей частотой в диапазоне 40 250 Гц, детектор 4, сглаживающий . фильтр 5, регулятор 6 уровня сигнала (блок масштабирования), ограничи- зд тель 7 минимума сигнала с настраиваемым уровнем ограничения и блок 8 сложения, на второй суммирующий вход которого подключен источник опорного регулируемого сигнала блока <sub>35 </sub>питания.</p>
<p>I</p>
<p>Второй тракт состоит из последоватгльно соединенных между собой датчика 9 колебаний (микрофона, установленного у сталевыпускного 40 отверстия конвертора), предварительного усилителя 10, частотно-избирательного усилителя 11 с рабочей частотой в диапазоне 60-200 Гц, преобразователя 12 частоты в напря— 45 · жение, сглаживающего фильтра 13, регулятора 14 уровня сигнала (блока</p>
<p>масштабирования) и блока 15 вычита-ния. К второму входу блока 15 вычитания и третьему входу блока 8 сложения подключены два идентичных выхода блока 16 преобразования сигнала положения фурмы, в который связывает устройство с выходом системы контроля положения кислородной фурмы.</p>
<p>В случае использования, например, системы автоматического контроля положения кислородной фурмы в конверторе типа КПФ-7367 блок 16 в качестве основных элементов будет содержать узлы преобразования цифро-импульсного кода в напряжение и масштабирования выходного сигнала. Преобразователь 12 частоты в напряжение состоит из последовательно соединенных между собой усилителя, триггера Шмитта, ждущего'мультивибратора и непосредственно узла преобразования. Применение перечисленных узлов позволяет получить перед преобразованием последовательность стандартизованных импульсов с фиксированными длительностью и амплитудой, не зависящими от амплитуды входных сигналов. Среднее значение напряжения в цепи нагрузки узла преобразования (выходной сигнал блока 12) определяется по формуле</p>
<p>где ΐ - частота преобразуемого сигнала;</p>
<p>ΟρΜ? - амплитуда и длительность сформированных прямоугольных импульсов.</p>
<p>Блок 8 сложения и блок 15 вычитания могут быть реализованы, например, на основе схем с операционными усилителями.</p>
<p>Выходы первого и второго трактов</p>
<p>(выходы блоков 8 и 15) подключены соответственно к первому и второму</p>
<p>информационным входам блока 17</p>
<p>3 1177353</p>
<p>ключей. Этот блок соединяет какойлибо один из выходов трактов с входом преобразователя 18 напряжения в ток, .который имеет два токовых выхода, к одному из них под- <sub>5 </sub>ключей ,самопишущий прибор 19, а другой предназначен для подключе' ния ЭВМ. Самопишущий цэибор 19 (например, типа КСУ или А541) имеет шкалу, соответствующую полному ю</p>
<p>диапазону изменения уровня ванны от начального уровня жидкого металла до уровня у среза горловины конвертора при максимально допустимом износе футеровки. 15</p>
<p>Каждый тракт имеет свою цепь управления блоком 17 ключей. Последовательными звеньями цепи управления первого тракта являются высокоомный усилитель 20, блок 21 логики и блок 20 22 управления ключами. Цепь управления второго тракта включает высокоомный усилитель 23, блок 24 логики и блок 25 управления ключами. Высокоомный усилитель 20 подключен к 25 выходу блока 7, а высокоомный усилитель 23 - к выходу блока 14. Оба усилителя 20 и 23 имеют по два идентичных выхода каждый. Один из выходов высокоомного усилителя 20 <sub>30</sub></p>
<p>первого тракта соединен с первым входом блока 21 логики , реализующего логическую функцию "Запрет" по второму входу, который соединен с ОДНИМ ИЗ ВЫХОДОВ ВЫСОКООМНОГО усилителя 23 второго тракта. Выход блока 21 соединен с входом блока 22 управления ключами, а его выход подключен к первому управляющему входу блока ключей. Второй выход высоко4и</p>
<p>омного усилителя 23 второго тракта соединен с первым входом блока 24 логики, реализующего логическую функ-. цию "Запрет" по второму входу, который соединен с вторым выходом· высокоомного усилителя 20 первого тракта. Выход блока 24 соединен с входом блока 25 управления ключами,</p>
<p>1а его выход подключен к второму (управляющему входу блока 17 ключей.</p>
<p>Блок 17 ключей состоит из электромагнитного двухобмоточного реле с· магнитной фиксацией, подобного, например, реле, применяемого в блоках оперативного управления агрегатиро- 55 ванного комплекса АК ЭСР, цепей подключения питания к обмоткам реле и' переключающих контактов, соединяющих</p>
<p>выход блока 8 или выход блока 15с входом преобразователя 18 напряжения в ток, а также подающих напряжение питания на световые табло 26 или 27, служащие для индикации режимов продувки: заглубленного истечения или открытых струй соответственно. Блоки 22 и 25 управления ключами представляют собой усилители с выходными каскадами усиления мощности известных типов, формирующие импульсы для коммутации цепей питанйя обмоток двухобмоточного реле блрка 17. Высокоомные усилители 20 и 23 представляют собой усилители напряжения с большим входным сопротивлением, настраиваемые на работу в режиме насыщения во всем диапазоне изменения входного сигнала и имеющие узлы масштабирования на выходах, что позволяет формировать логические "0" или "1" требуемого уровня напряжения. Так как усилители 20 и 23 подключены к информационным выходам блоков 7 и 14, то высокое входное сопротивление этих усилителей позволяет устранить (или свести до минимума) искажение сигналов, отражающих уровень конверторной ванны. Функция "Запрет" может быть реализована в блоках 21 и 24 с применнеием известных логических элементов', например с помощью трех элементов 2И-НЕ в каждом блоке.</p>
<p>Применение двух параллельных измерительных трактов с отдельными датчиками на их входах позволяет использовать положительные свойства как контроля уровня конверторной ванны в режиме открытых струй по величине сигнала изменения частоты шума продувки, так и контроля уровня вспененной ванны в режиме заглубленных струй по величине сигнала вибросмещений кислородной фурмы.</p>
<p>В режиме открытых струй ( в начале продувки и при "свертывании" шлака) установлена устойчивая зависимость изменения частоты шума продувки (4 ш ) в диапазоне 60-200 Гц от расстояния Н от торца головки •фурмы (среза сопел) до поверхностных частей ванны - жидких (металл и щлакометаллическая эмульсия) и твердых (металлолом). В основу данной зависимости положен механизм ударного взаимодействия кислородных струй с, <sup>1 </sup>;жидкой ванной или твердым металло5</p>
<p>1177353</p>
<p>6</p>
<p>ломом, а образующаяся при этом на поверхности ванны или в твердом металлоломе лунки представляют собой резонаторы. Система сопло фур- 5 мы - кислородная струя· - лунка является своеобразным генератором звуковых колебаний (подобие генератора Гартмана), частота генерации которого в названном частотном 10</p>
<p>диапазоне при прочих неизменных условиях определяется геометрическими размерами резонатора - лунки, в первую очередь - ее глубиной» При увеличении глубины частота генера- 15 ции снижается. При постоянтсве давления дутья - размеров сопел глубина лунки зависит от высоты подъема · фурмы и плотности среды (ванны).</p>
<p>При подъеме фурмы, т.е» увеличе- 20</p>
<p>нии расстояния Н и неизменной плотности верхних объемов ванны<sub>3</sub> глубина лунки уменьшается, частота генерации увеличивается. При вспенивании ванны (уменьшении расстояния н) и 25 неизменной высоте фурмы плотность среды уменьшается, глубина лунки увеличивается, значит уменьшается частота генерации»</p>
<p>Рассмотренная зависимость при зо</p>
<p>использовании сглаженных значений сигнала с достаточной точностью может быть представлена в виде прямой линии и для промышленных условий продувки (интенсивности дутья, <sub>35 </sub>размеров сопел и др.) она сохраняется внутри интервала изменения Н от 0 до 3 м. ·</p>
<p>Нижняя граница (60 Гц) рабочего акустического диапазона соответсвует <sub>4</sub>θ моменту полного заглубления кислородных струй в шлакометаллическую эмульсию и определена срывом генерации по описанному механизму. Верхняя граница (200 Гц) установлена, <sub>45 </sub>исходя из условий устранения влияния других источников звука в конвер—> торе, не отражающих изменение уровня ванны в режиме открытых струй»</p>
<p>50</p>
<p>Фактический уровень конверторной ванны относительно начального (нулевого) уровня жидкого металла'в режиме открытых струй (Ηθ) определяется при вычитании из высоты подъема фурмы Ηφ относительно начального уровня ванны расстояния Н, т.е»</p>
<p>Н<sub>в</sub> » Η<sub>φ</sub> - Н»</p>
<p>В режиме заглубленных струй сигнал изменения горизонтальных вибросмеще·;* ний кислородной фурмы (ВСФ) в месте ее крепления в диапазоне 40-250 Гц однозначно характеризует изменение высоты шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой, причем чем больше эта высота, тем больше величина сигнала, и при использовании сглаженных значений сигнала эта зависимость может быть представлена в виде прямой линии.</p>
<p>Нижняя граница (40 Гц) выбранного частотного диапазона изменения сигнала ВСф установлена с целью исключения собственных резонансных частот вибрации фурмы и вибродатчика, которые обычно ниже 40 Гц,а также частот колебаний фурмы от воздействия процессов в реакционных зонах. Верхняя граница (250 Гц) этого диапазона исключает неоднозначность при расшифровке сигнала, в частности влияние процессов обезуглероживания.</p>
<p>Фактический уровень конверторной ванны относительно начального ее уровня в режиме закрытых струй (Ηβ,) определяется суммированием высоты подъема фурмы и высоты шлакометаллической эмульсии, контактирующей с фурмой (Н<sub>э</sub>), т.е.</p>
<p>Н<sup>и<sub></sup>в</sub> = Н - н<sub>9</sub>»</p>
<p>В режиме открытых струй сигнал вибросмещений фурмы имеет фоновый начальный уровень, который устраняется блоком ограничения минимума сигнала»</p>
<p>Устройство работает следующим образом»</p>
<p>Во время продувки электрические сигналы, поступающие от датчиков</p>
<p>I и 9, усиливаются предварительными усилителями 2 и 10 соответственно и подаются на входы соответствующих частотно-избирательных усилителей 3 и 11 »</p>
<p>ι '</p>
<p>В режиме открытых струй в начале продувки или при "свертывании" шлака сигнал рабочей частоты с выхода частотно-избирательного усилителя</p>
<p>II поступает в преобразователь 12, в котором происходит формирование Стандартизованной последовательности однополярных (положительных) импульсов и преобразование их в непрерывный однополярный сигнал - , напряжение, пропорциональное частоте</p>
<p>Ί</p>
<p>1177353</p>
<p>8</p>
<p>изменения входного сигнала» Преобразованный сигнал сглаживается фильтром 13 и через регулятор 14 уровня</p>
<p>сигнала (блок масштабирования) 5</p>
<p>подается на вход вычитаемого 'блока15 вычитания. Величина этого сигнала пропорциональна расстоянию Н„</p>
<p>На вход уменьшаемого блока 15, после соответствующего преобразования и 40 масштабирования в блоке 16 подается сигнал в виде однополярного напряжения от системы контроля положения кислородной фурмы, пропорциональный высоте подъема фурмы Н^. 15</p>
<p>Выходной сигнал блока 15, представляющий разность входных сигналов, пропорционален фактическому уровню конверторной ванны Н<sub>0</sub>.</p>
<p>В режиме заглубленного истечения 20 сигнал на выходе блока 1ί отсутствует, а сигнал рабочей частоты с выхода частотно-избирательного усилителя 3, несущий информацию об уровне конверторной ванны, после 25</p>
<p>выпрямления в блоке 4 и сглаживания фильтром 5 через регулятор 6 уровня сигнала (блок масштабирования) подается на вход ограничителя 7 минимума сигнала, настраиваемого на ве- 3θ личину напряжения ограничения, равную напряжению фонового уровня горизонтальных вибросмещений кислородной фурмы, имеющего место в режиме открытых струйо Сигнал напряжения с вы- <sub>35 </sub>хода блока 7, превышающий величину напряжения ограничения и пропорциональный высоте Н<sub>?</sub>, поступает на один из суммирующих входов блока 8 сложения, на другие суммирующие входыдц которого поступают сигнал напряжения от блока 16, пропорциональный высоте подъема фурмы Η-, и сигнал от источника опорного регулируемого Напряжения блока питания. Опорное <sub>45</sub></p>
<p>напряжение равно по величине напряжению ограничения блока 7, но противоположно по знаку другим входным сигналам напряжения блока 8. Оно необходимо в качестве поправки при <sub>50 </sub>формировании блоком 8 выходного сигнала, пропорционального факти- <sub>1( </sub>ческому уровню конверторной ванны Н<sub>в</sub>.</p>
<p>В режиме открытых струй блоками 20 и 23 формируются соответственно 55 логические сигналы ”0" и "1" на их выходах, которые поступают далее на входы блоков 21 и 24. В результате</p>
<p>решения логической функции "Запрет по входу 2" в блоках 24 и 21 логики, на выходе блока 24 будет "1", а на выходе блока 21 будет "0".Сигнал "1 '/поступающий на вход блока 25, является сигналом формирования в блоке 25 импульса для коммутации цепи питания одной из обмоток двухобмоточ — ного реле блока 17,переключающие контакты которого соединяют выход блока 15 с входом преобразователя 18 напряжения в ток. Выходной токовый сигнал преобразователя 18, приведенный к стандартному диапазону изменения (0-5 мА), подается на вход самопишущего прибора 19 и может быть подан на ЭВМ. Одновременно с помощью дополнительных переключающих контактов двухобмоточного реле блока 17 подается напряжение питания на световое табло 27 для индикации . режима открытых струй.</p>
<p>В режиме заглубленного истечения блоками 20 и 23 формируются сигналы "1" и "0" соответственно, которые также подаются на входы блоков 21 и 24 логики. Выходным сигналом блока 21 в этом случае будет "1", а блока 24 "0". Сигнал "1" подается на вход блока 22, который формирует импульс для коммутации цепи питания другой обмотки двухобмоточного реле блока 17, переключающие контакты которого соединяют выход блока 8 с входом преобразователя 18 напряжения в ток. Выходной токовый · сигнал преобразователя 18, пропорциональный фактическому уровню ванны в режиме заглубленного истечения, . подается также на вход самопишущего прибора. Дополнительные переключающие контакты реле блока 17 в этом случае соединяют источник питания со световым табло 26, индицирующем режим заглубленного истечения.</p>
<p>При переходе от режима открытых струй к режиму заглубленного истечения и наоборот возможны случаи одновременного появления сигналов на выходах блоков 7 и 14, а значит и на входах блоков 20 и,23. Сигна.лы "1", сформированные на выходах блоков 20 и .23, поступают одновременно на оба входа как блока 21 логики, так и блока 24 логики. Тогда на , выходах блоков 21 и 24 появляются.</p>
<p>9</p>
<p>1177353</p>
<p>10</p>
<p>сигналы "0" и переключения трактов<sup>1</sup>·, не произойдет, т.е. преобразователь 18 останется подключенным на время переходного периода к первоначальному тракту.</p>
<p>На фиг.2 показаны совмещенные графики базовых характеристик:</p>
<p>АБ - первого тракта (для режима заглубленного истечения) и ВГ второго тракта (для режима открытых струй) в координатах уровень ванны Н<sub>0</sub> - величины сигналов (Ч,-и<sub>ой</sub> ),и<sub>2</sub>, где Щ - сигнал напряжения на выходе блока 7; - опорное напряжение, подаваемое на один из входов блока 8 сложения; И<sub>2</sub> - сигнал напряжения на выходе блока 14.</p>
<p>Характеристики построены для конкретного конвертора, причем АБ - с учетом максимально дрпустимого износа его футеровки и при условии, когда Н<sub>ф</sub> = 0, а ВГ - при максимальном расстоянии Н, равном отрезку АВ на оси ординат, при котором еще сохраняется установленная зависимость 4<sub>Ц</sub> от Н. Точка А соответствует начальному уровню жидкого металла в конверторе; Н<sub>6ГМ</sub> - предельный урог» вень ванны у среза горловины конвертора при максимально допустимом износе его футеровки; Н<sub>8Г</sub> - предельный уровень ванны у среза горловины конвертора для одной из плавок в середине кампании. Углы наклона отрезков АБ и ВГ задаются регуля- торами 6 и 14 уровней сигналов.</p>
<p>В качестве примера на фиг„2 показаны характеристики трактов для двух значений высоты подъема фурмы Ηφ, и Ηφ<sub>2</sub>. Это отрезки прямых Нф, Б, и Ηφ, Б<sub>г</sub>, параллельные АБ и Г^ и Ηφ<sub>χ</sub>Γ<sub>х</sub>, параллельные ВГ. Первые предназначены для определения уровня ванны (Н<sub>в</sub>) в режиме заглублен- . ного истечения при значении высоты подъема фурмы, равном Н<р<sub>?</sub> или</p>
<p>Ηφ<sub>2</sub>, а вторые - в режиме открытых струй при тех же значениях Ηφ,Η Ηφ<sub>2</sub>.</p>
<p>Кривая изменения уровня конверторной ванны (фиг.З) для одной из промышленных плавок показывает, что на первых четырех минутах плавки зафиксировано превьоение уровня ванны относительно начального уровня жидкого металла (н<sub>вн</sub>)и его уменьшение почти до начального уровня , что объясняемся наличием в этом перио.де твердого металлолома над уровнем •Н<sub>6Ч</sub> и его постепенным оплавлением и оседанием под уровень. Интенсивное вспенивание ванны на 5-ой минуте приводит к замене режима открытых струй (РОС) режимом заглубленного истечения (РЗИ). При дальнейшем вспенивании ванны и подъеме ее уровня до предельного значения у среза горловины конвертора возникают выбросы (δ-ая и 9-ая минуты). Запоздалое нанесение управляющих воздействий по устранению этих выбросов . приводит к "свертыванию" шлака и смене режимов РЗЙ на РОС (ΐΐ-ая минута). В конце плавки (13-ая и 14-ая., минуты) шлак нормально вспенен и уровень конверторной ванны занимает среднее положение.</p>
<p>, Устройство позволяет точно и надежно контролировать уровень конверторной ванны в течение всей плавки, включая, ее начальный период, когда происходит оплавление и осадка металлолома. Его использование способствует оптимизации процессов управления плавкой,в том числе процесса управления шлаковым режимом, а также позволяет точнее предсказывать и своевременно устранять аномальные явления плавки, сократить потери железа с вьиосами и выбросами, рациональнее использовать шлакообразующие добавки и уменьшить загрязнение окружающего воздушного бассейна.</p>
<p>1177353</p>
<p>ФигЛ</p>
<p>1177353</p>
<p>1177353</p>
<p>Выбросы</p>