SU1245597A1 - Устройство дл контрол уровн шлака в конвертере - Google Patents

Description

10

15

20

11245597

Изобретение относитс  к черной металлургии, а$именно к контролю и регулированию Процессов кислородно- конвертерной плавки, и может быть ис- пользовано дл  контрол  уровн  шлака в кислородно-конвертерном производст- ве.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и надежности контрол  уровн  шлака в конвертере.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - частотные характеристики частотно-избирательных усилителей; на фиг. 3 - блок-схема вычислительного блока; на фиг. 4 - кривые изменени  сигнала, пропорциональные уровню шлака в конверторе.

Устройство (фиг. 1) содержит дат- чик 1 звукового давлени , предварительный усилитель 2, низкочастотный фильтр 3, блок 4 автоматического регулировани  усьшени , смеситель 5, гетеродин 6, двадцать семь частотно- избирательных усилителей 7, двадцать семь детекторов 8, двадцать семь компараторов 9, двадцать шесть элементов И 10, двадцать семь управл емых ключей 11, преобразователь код-ток 12, вычислительный блок 13, анализатор 14 состава кислорода дуть , анализатор 15 состава отход щих конвертерных газов, датчик 16 температуры отход Е их конвертерных газов,, расходомер 17 кислорода дуть , датчик 18 определени  момента погружени , фурмы в металл, первый компаратор 19, коммутатор 20, блок 21 контрол  положени  фурмы, регистрирующий прибор 22.

Датчик 1 звукового давлени  выполнен , например, телефонным капсюлем до типа ТК-67-Н с номинальным диапазоном частот Ю-ЮООО Гц.

Предварительный усилитель 2 представл ет собой усилитель, имеющий граим л 

5 гд

г н к м с с н

25

35

ничные частоты усилени 

15, . 1700,

нижн   гранична  частота

усилени , Гц, - верхн   частота усилени , Гц,,

Полосу пропускани  низкочастотного фильтра 3 выбирают так, чтобы вьще- лить спектр частот,J соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, при изменении уровн  шлака от минимального до максимального, значени .

имеет полосу пропускани , определ емую по зависимости

df f - f ,(1-)

где f - нижн   гранична  частота

пропускани  низкочастотного ф|ильтра, соответствующа  минимальному уровню шлака в ванне конвертера, Гц;

fj - в ерхн   гранична  частота

пропускани  низкочастотного фильтра 3, соответствующа  . максимальному уровню шлака в ванне конвертера, Гц;

А f полоса пропускани  низкочастотного фильтра 3, Гц.

Дл  конвертеров различной конфигурации резонансные частоты свободного объема рабочего пространства, конвертера, соответствующие минимальному уровню шлака, измен ютс  от 15 до 28 Гц, а резонансные частоты свободного объема рабочего пространства конвертера, соответствующие заполнению полости конвертера шлаком до отметки 0,5 м от среза горловины конвертера, измен ютс  от 70 до 111 Гц,, При этом полоса пропускани  низкочастотного фильтра 3 равна

&f

fj 96 Гц.

Блок 4 автоматического регулировани  усилени  вьшолнен, например, в виде ус:нлител  с переменным коэффициентом усилени , измен ющимс  автоматически , и служит дл  поддержани  на выходе блока 4 заданной величины амплитуда акустического сигнала о ходе процесса шлакообразовани . Благодар  переменному коэффициенту усилени  блока 4 автома.тического регулировани  усилени  амплитуда акустического сигнала о ходе процесса шлакообразовани  на выходе блока 4 автоматически поддерживаетс  на заданном уровне без искалсени  спектра частот, соответствующих частоте свободного объема рабочего пространства конвертера при изменении уровн  шлака от минимального до максимального значени  Величина выходного сигнала блока -4 автоматического регулировани  усилени  поддердсиваетс  на заданном уровне независимо от изменени  величины амплитуды входного сигнала, завис щей от положени  кислородной фурмы , расхода кислорода дуть .

Гетеродин 6 представл ет собой генератор звуковых колебаний, выходна  частота которого измен етс , .например, в пределах

f|, 450 Гц; f; 750 Гц,

где f - нижнее значение частоты выходного сигнала гетеродина „ - верхнее значение частоты выходного сигнала гетеродина.

Смеситель 5 осуществл ет преобразование частоты выходного сигнала, получаемого на выходе блока 4 автоматического регулировани  усилени , в сигнал с промежуточной частотой.

Калодьй из частотно-избирательных ,усилителей 7 представл ет собой соединение усилител  с полосовым фильтром с высокой добротностью, например Q 40, с полосой пропускани , например , 2 Гц, причем резонансна  частота полосового фильтра частотно-избирательных усилителей выбираетс , исход  из следующего услови :

f: f- + П .

1 Т-Н Р

где 3 2, 3, ..., N,

f - резонансна  частота полосового фильтра i-ro частотно-из- рательного усилител , Гц.

Частотные характеристики частотно- избирательных усилителей приведены на фиг. 2.

Каждьш из компараторов 9 представл ет собой операционный усилитель, первый вход которого подключен к выходу соответствующего детектора,, а второй вход каждого операционного усилител  - к выходу источника опорного напр жени .

I

Количество частотно-избирательных.

усилителей определ ют по зависимости

М |ЦЯ|сс М1ЛН

(3)

N - количество частотно-избирательных усилителей-; - резонансна  частота свободноC

го объема рабочего пространства конвертера в момент времени , предшествующий выбросам . шлако-металлической эмульсии, Гц

- резонансна  частота свобод-

ного обьема рабочего пространства конвертера при минимальном уровне шлака в ванне конвертера , Гц.

П , - полоса пропускани  полосового фильтра частотно-избирательного усилител , Гцо Полоса пропускани  полосового 5 фильтра .частотно-избирательного уси-, лител  определ етс  зксперименталь- ным путем с целью получени  минимальной погрешности контрол  уровн  шлака.

,Q Дл  большегрузных 350 т конвертеров экспериментальным путем определ ют ;„„ , f«MH v которые составл ют 75, 21, 2 1 ц соответственна .

Количество частотно-избирательных

15

20

25

30

усилителей, определенное по зависимости (3), составл ет N 27.

Измен   частоту гетеродина, настраивают так, что резонансна  частота полосового фильтра частотно-избирательного усилител  7 первого измерительного канала совпадает с. разностью частоты входного сигнала гетеродина и резонансной частоты свободного объема рабочего пространства конвертера при максимально допустимом уровне шлака, а резонансна  частота полосового фильтра частотно-избирательного усилител  совпадает с разностью частоты входного сигнала гетеродина и резонансной частоты свободного объема рабочего пространства конвертера при минимальном уровне шлака, т.е.

1 гет - f sxtf-a f

L k л I 1 ij

тет

(4)

Датчик 18 определени  момента пог- РЬ жени  фурмы в металл представл ет собой электрическую цепь дл  измерени  разности потенциалов, возникающей между фурмой и корпусом конвертера по ходу продувки. Сигнал на вы- ходе электрической цепи между фурмой и корпусом конвертера имеет место

45 только в период наличи  контакта фурмы со шлакометаллической эмульсией .. .

Вычислительный блок 13 (фиг. 3) содержит модуль 22 нормализации, вы50 ходы которого соединены с бесконтактным коммутатором 23, св занным через аналого-цифровой преобразователь 24 с первым выходом процессора 25, вто; рой вход которого совдинен с выходом 55 блока 26 ввода и вывода информации, выход процессора 25 св зан через бесконтактный модуль 27 кодового управлени  с входом преобразовател 

51

код-ток 28, а выход последнего соединен с входом регистрирующего прибора 23, Модуль 22 нормализации выполнен , например, в виде модул  нор- мализащ-ш А613-2 и предназначен дл  преобразовани  сигналов посто нного тока в сигналы напр жени  и дл  фильтрации сигналов датчиков от помех нормального вида. Бесконтактный коммутатор 23 выполнен в виде комму- татора бесконтактного, например, типа А 612-10 и предназначен дл  коммутации сигналов напр жени  посто нного тока дл  последующего преобразовани  с помощью аналого-цифрового пре- образовател  24, например, типа А611-19. Процессор 25 выполнен в виде , например, типа А131-10 (СМ-Ш). Блок 26 ввода и вывода информации выполнен , например, в виде дисплейного модул  типа А544-2. Модуль 27 кодового управлени  бесконтактный выполнен, например, в виде модул  кодового управлени  бесконтактного типа А641-9 и предназначен дл  приема и запоми- нани  двоичных сигналов, поступающих Из процессора 25, и коммутации электрических цепей, посто нного тока управл емого объекта, в частности преобразовател  код-ток 28, например, типа А631-65 которьш предназначен дл  преобразовани  электрических кодированных сигналов в электрический непрерывный сигнал посто нного тока.

Устройство работает следующим образом.

До начала плавки в вычислительный блок 13 вводитс  информаци  о величине , равной высоте от уровн  спокойного металла до верхнего конечного положени  фурмы (гфи подн той фурме), определ емой, например, во врем  тарировки фурмы.

С момента начала плавки акустический сигнал о ходе процесса шлакообразовани  э воспринимаеьшй датчиком 1 звукового давлени , усиливаетс  при помощи предварительного уси тител  2. Усиленный сигнал проходит через низ- хоч;;стотный фильтр 3, который выдел  ет спектр частот, сбответствующнх резонансной частоте свободного объем . рабочего пространства конвертера при изменении уровн  жлака от минимального до максимального значени . Сигнал с вьисода низкочастотного фильтра. 3 поступает на вход блока 4 автоматического регулировани  усилени , на

0 0 5 о

5

5976

выходе которого получают сигнал посто нной амплитуды со спектром частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего прострат - ства конвертера при изменении уровн  шлака от минимального до максимального значени . На смеситель 5 поступает сигнал с выхода блока 4 автоматического регулировани  усилени  и сигнал, вьфаботанный гетеродином 6. Разность частот этих сигналов с выхода смесител  5 одновременно поступает на входы частотно-избирательных усилителей 1, Присовпадении частоты входного сигнала, соответствующей резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, с резонансной частотой полосового фильтра частотно-избирательного усилител  i-ro измерительного канала на выходе i-ro

частотно-избирательного усилител  по вл етс  сигнал, который через соответствующий детектор поступает на вход соответствующего компаратора, который через соответствующий управ- л емьш ключ поступает на соответствующий вход преобразовател  код-ток 12, на выходе которого по вл етс  токовый сигнал, пропорциональный резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера. В случае, когда преобразованна  резонансна  ч:астота свободного объема рабочего пространства конвертера после смесител : 5 равна величине

+ f,

то по вл етс  сигнал на выходе двух частотно-избирательных усилителей с полосовьми фильтрами f -. и , которые поступают на вход соответствующих компараторов по (i - Т)-му и измерительным каналам (фиг,2). Допустим, например, что на выходе компараторов 9 смежных измерительных канал ов по вл ютс  сигналы, соответствующие 1. С выхода компаратора 9 первого измерительного канала сигнал поступает на первый вход элемента И 10, общего дл  первого и вто- рого каналов, на вход управл емого ключа 11 первого канала. С выхода компаратора 9 второго канала сигнал поступает на второй вход элемента И 10, общего дл  первого и второго каналов, на первый вход элемента И 10, общего дл  второго и третьего каналов и на вход управл емого ключа

11 второго канала. На выходе элемента И 10, общего дл  первого и второго каналов, по вл етс  сигнал, соответствующий 1, который поступает на первый управл ющий вход управл емого ключа 11 первого канала и на второй управл ющий вход управл емого ключа 10 второго канала,- а также на второй вход преобразовател , код-ток 12, на выходе которого по вл етс  токовый сигнал, пропорциональный резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера.

Сигнал с выхода преобразовател  код-ток 12 поступает на первый вход вычислительного блока 13, на второй вход поступают с выхода анализатора 14 состава кислорода дуть  сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона в кислородном дутье, а на третий вход - сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона, двуокиси углерода в отход щих конвертерных газах с выхода анализатора 15 состава отход щих конвертерных газов. На чет .вертьш и п тый входы вычислительного блока 13 поступают соответственно сигнал, пропорциональный температуре

отход щих газов с выхода датчика 16 температуры отход щих газов, а также сигнал, пропорциональный расходу кислорода дуть  с выхода расходомера 17 кислорода дуть .

В момент вхождени  среза сопел фурмы в ошакометаллическую эмульсию через коммутатор 20 на шестой вход вычислительного блока 13 с выходка

блока 21 контрол  положени  фурмы поступает сигнал, пропорциональный высоте от уровн  спокойного металла до среза сопел фурмы.

В вычислительном блоке 13 по ходу плавки осуществл етс  определение текущего значени  уровн  шлака по еле- дующбй зависимости:

шл 0604 С2

- Н, - : - с

о L

.де Нщ - текущее значение уровн 

пшака в ванне конвертера,м,

245597 . 8

обкс измер емое значение высоты от уровн  металла до верхней точки положени  фурмы, м;

5 высота от горловины конвертера до верхней точки положени  фурмы, м; - коэффициент, завис щий от

геометрических размеров 10конвертера

Нщ - расчетное значение уровн  шлака в ванне конвертера в момент вхождени  среза сопел фурмы в шлакометалли- 15ческую эмульсию, м;

Н - значение высоты фурмы над уровнем спокойного металла в момент вхождени  среза сопел фурмы в шлакометалли- 20ческую эмул ьсию, м;

- посто нна  наперед заданна 

величина; .

f - измер емое значение частоты звуковых колебаний, Гц; 25 V - расход отход щих газов,

MVc- С - скорость распространени 

звука в неподвижной среде, м/с.

30 На выходе вычислительного блока . 13 получают текувдга уровень гштака в ванне конвертера, регистрируемт й прибором 23.

В устройстве весь диапазон измерений разбиваетс  на 27 поддиапазо- нов (27 измерительных каналов), следовательно вли ние суммарного уровн  помех по каждому из каналов уменьшаетс  в 27 раз по сравнению с вли ни- и ем суммарного уровн  помех во всем .измер емом диапазоне, О Таким образом, изменение величи- ны выходного сигнала в зависимости от амплитуды низкочастотной составл ющей акустического сигнала о ходе процесса шлакообразовани  в измер е- . мом диапазоне частот записываетс  в следующем виде:

5

5

(5)

(6)

А рез рез

m

k . А f

+ Ч ч --jj-- ,

е k, kj , k - коэффициент усилени усилител  на калугой частоте в измер емом

диапазоне частот; k.gjj - коэффициент усилени  усилител  на

частоте, соответствующей резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера; S ной частотой 178 Гц, наблюдают максиf

ре5

А

1

А, , « . . 5 А ,

А

pej

резонансна  частота свободного объема рабочего пространства конвертера, Гц; величина амплитуды низкочастотных составл ющих акустического сигнала о ходе процесса шлакообразовани  на каждой частоте в измер емом диапазоне частот; величина амплитуды низкочастотной составл ющей акустического сигнала о ходе процесса шлакообразовани , соответствующей резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера .

Таким образом, при низком уровне шлака в ванне конвертера в предлагае мом устройстве суммарный уровень помех в 27 раз меньше суммарного уровн  помех известных устройств и сос10

мальныи сигнал при минимальном уровне шлака. Таким образом, резонансна  частота свободного объема рабочего пространства конвертера при минимальном уровне шлака составл ет

тавл ет величину, равную

Ъ}

где f.,,

гет

fq. 21 Гц,

котора  намного меньше велргчины kpgj Apg fpgj , т.е. определение резонансной частоты свободного объема рабочего пространства конвертера осуществл ют с минимальной погрешностью, следовательно повышаетс  точность и надежность контрол  уровн  шлака в ванне конвертера.

При изготовлении макета устройства дл,  контрол  уровн  шлака в ванне конвертера используют К(,-фильтры с резонансными частотами 124, 127, 128, 178 Гц. Полоса пропускани  кшкдого фильтра составл ет 2 Гц. Измен   частоту выходногб сигнала гетеродина

резонансна  частота свободного объема рабочего

15пространства конвертера

при минимальном уровне шлака, Гц;

f,g. частота сигнала, вырабатываемого гетеродином, 20Гц;

резонансна  частота свободного фильтра, Гц. Резонансна  частота свободного объема рабочего пространства конвер- 25 тера при максимальном уровне ишака, предшествующему выбросам и переливам шлакометаллической эмульсии составл ет ,,(, fper f«F l Гц - - 178 Гц 21 Гц 30 где f . „,„,., - резонансна  частота o г

бодного объема рабочего пространства конвертера при максимальном уровне шлака, предшествующему выбросам и переливам шлакометаллической эмульсии , Гц.

Полученный на выходе устройства сигнал (фиг. 4, крива  А) позвол ет определить уровень шлака в ванне конвертера наиболее близко к истинному его значению (фиг. 4, крива  В ) . Получб .нные значени  уровн  шлака посрел.ством известного устройства (фиг. 4, крива  В ) значительно отличаютс : от истинного.

35

40

45

50

Техническа  эффективность от использовани  предлагаемого устройства состоит в том, что оно позвол ет оптимально управл ть процессом шлакообразовани  за счет повьшени  точности и надежности контрол  уровн  uuia- ка- в ванне конвертера. Оптимальное протекание процесса шлакообразовани  позволит у1 1еньп1ить потери металла с выбросами и выносами, т.е. увеличить выход годного.

экспериментально устанавливают.

при f

гет

199 Гц на выходе частотно-избирательного усилител , имеющего полосовой фильтр с резонансной частотой 124 Гц, наблюдаетс  максимальный сигнал при максимальном уровне шлака, предшествующем моменту посгупленн  выбросов и -переливов шлако- металлической эмульсии, а на выходе частотно-избирательного усилител , имеющего полосовой ф -шьтр с резонанс

мальныи сигнал при минимальном уровне шлака. Таким образом, резонансна  частота свободного объема рабочего пространства конвертера при минимальном уровне шлака составл ет

f.,,

гет

fq. 21 Гц,

резонансна  часто бодного объема ра

ансна абоче макс вующе аллич ,,(, f 21 ,., -

Техническа  эффективность от использовани  предлагаемого устройства состоит в том, что оно позвол ет оптимально управл ть процессом шлакообразовани  за счет повьшени  точности и надежности контрол  уровн  uuia- ка- в ванне конвертера. Оптимальное протекание процесса шлакообразовани  позволит у1 1еньп1ить потери металла с выбросами и выносами, т.е. увеличить выход годного.

%w.e

/,/«

Ф14г.2

шл.м

Bi,,K,ru,

Фиг.З

7.2 5.Ч

3,0

10 20 3G 40 SO 60 70 80 90 WO t,%

Составитель А.Абросимов Редактор Н.Гунько Техред Л.Олейиик Корректор Е.Сирохман

Заказ 3961/17Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и, открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Пр оизводственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ШЛАКА В КОНВЕРТЕРЕ, содержащее последовательно соединенные датчик звукового давления, предварительный усилитель, низкочастотны^ фильтр, блок автоматического регулирования усиления и смеситель, а также гетеродин, выход которого соединен со смесителем, вычислительный блок, анализатор состава кислорода дутья, анализатор'состава отходящих конвертерных газов, датчик температуры отходящих конвентерных газов, расходомер кислорода дутья, датчик определения момента погружения фурмы в металл, компаратор, коммутатор, блок контроля положения фурмы и регистрирующий прибор, причем последовательно соединены между собой датчик определения момента погружения фурмы в металл, первый компаратор и коммутатор, к второму входу коммута тора подсоединен выход блока контроля положения фурмы, к второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам вычислительного блока подсоединены соответственно выходы анализатора состава кислорода дутья, анализатора состава отходящих конвертерных газов, датчика температуры отходящих конвертерных газов, расходомера кислорода дутья и коммутатора, а выход вычислительного блока подсоединен с входу регистрирующего прибора, отличаю щеес я тем, что, с целью повышения точности и надежности контроля уровня шпака в конвертере, в него введены несколько измерительных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные между собой частотно-избирательный усилитель, детектор, компаратор и управляемый ключ, а также элементы И, в количестве на один меньше, чем количество измерительных каналов, преобразователь (Л с:

   код - ток, вход каждого частотно-избирательного усилителя соединен с выходом смесителя, выходы компарато ров смежных измерительных каналов соединены с входами соответствующего элемента И, выход которого соединен с управляющими входами управляемых ключей смежных измерительных каналов, выходы всех управляемых ключей и ^элементов И соединены с входами преобразователя код-ток, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока:

   -1245597 А1