SU1752778A1 - Устройство контрол уровн ванны в конвертере - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к черной металлургии , а именно к управлению кислородными конвертерами. Цель - повышение точности контрол  уровн  ванны в конвертере . В основу контрол  положено измерение реакции опор кисродоной фурмы с учетом выталкивающей силы по ходу продувки. Дл  повышени  точности контрол  вустрой- ство дополнительно введены измеритель времени запаздывани  изменени  температуры воды охлаждающей форму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, измеритель давлени  кислорода перед фурмой и блоки вычислительных операций. Введение дополнительных блоков и св зей между ними позвол ет учитывать при расчетах массу налипшего на фурму сло  шлакометалличе- ской эмульсии и вли ние реактивной т ги кислорода, истекающего из сопел фурменного наконечника. 2 ил. ел С

Description

Изобретение относитс  к области контрол  и управлени  агрегатами черной металлургии , конкретнее к управлению кислородными конвертерами, и может быть использовано в конвертерных и других сталеплавильных цехах.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности контрол  уровн  ванны в конвертере .

На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема измерител  времени запаздывани .

Измеритель 1 уровн  ванны в спокойном состо нии соединен с первым сумматором 2. к второму входу которого подключен измеритель 3 положени  фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера. Блок 4 ввода начальных условий соединен с вторым сумматором 5, к которому, кроме того, подключен измеритель б времени запаздывани  изменени  температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, к входу которого подключен измеритель 7 температуры воды. Измеритель 8 давлени  кислорода перед фурмой через первый блок 9 умножени  подключен к блоку 10 извлечени  корн . Измеритель 11 реакции опор фурмы в процессе продувки через третий сумматор 12 подключен к выходу второго блока 13 умножени . Первый вход блока 13 умножени  соединен с выходом блока 10 извлечени  корн , а второй - с измерителем 14 расхода кислорода, Выход второго сумматора 5 соединен с входом третьего сумматора 12. Первый вход блока 15 делени  соединен с выходом первого сумматора 2. Второй вход блока 15 делени  соединен с выходом третьего сумматора 12. Выход блока 15 делени  подключен к блоку 16 умножени .

Я

ГО

VI

VJ 00

Измеритель 1 уровн  ванны в спокойном состо нии представл ет собой, например , задатчик типа РЗД с выходным токовым датчиком. Показани  задатчика выставл ют по результатам измерени  уровн  металла штырем, приваренным к торцу фурмы . В качестве измерителей положени  фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера, измерител  температуры воды, измерител  давлени  кислорода, измерител  расхода кислорода, блока умножени  применены стандартные приборы ГСП, установленные в конвертерных цехах. Блок 4 ввода начальных условий представл ет собой четыре задатчика типа РЗД. Измерители реакции опор фурмы представл ют собой, например, датчики усилий типа ДСТБ-С-060, установленные в месте подвеса фурмы. Остальные блоки выполнены на основе блоков БВО системы АКЭСР.

В измерителе 6 времени запаздывани  изменени  температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера (фиг. 2) узел 17 формировани  сигнала о вводе сыпучих материалов в конвертер и узел 18 формировани  сигнала об изменении расхода кислорода соединены со схемой ИЛИ 19. Выход схемы ИЛИ 19 подключен к первому входу схемы И 20, котора  св зана с первым ключом 21. Первый ключ 21 св зан с формирователем 22 импульса. Дифференциатор 23. вход которого  вл етс  входом блока 6, подключен к первому входу узла 24 сравнени , который через узел Н Е 25 подключен к второму входу схемы И 20. К второму входу узла 24 сравнени  подключен первый задатчик 26. Выход ключа 21 подключен к схеме сброса-запуска интегратора 27, к входу которого подключен второй задатчик 28, Выход интегратора 27  вл етс  выходом блока 6. Схема останова интегратора 27 подключена к выходу второго ключа 29, который св зан4 с узлом 24 сравнени  и формирователем 30 импульса.

В качестве узлов 17 и 18 могут быть использованы контакты пускател  открыти  заслонки бункера сыпучих материалов и пускател  привода заслонки, регулирующей расход кислорода. В качестве дифференциатора 23 и узла 24 сравнени  могут быть использованы блоки БПД и БСГ системы АКЭСР. В качестве задатчиков 26 и 28 применены задатчики типа РЗД с выходным токовым датчиком. В качестве остальных блоков применены стандартные блоки вычислительной техники,

В процессе продувки конвертерной ванны на фурму действуют сила т жести,

реакци  опор фурмы, сила реактивной т ги истекающего из фурменного наконечника кислорода, архимедова сила и сила аэродинамического воздействи  потока отход ще- го газа:

G-FT-Fp.T-Fa-Fagp 0,(1)

где G - сила т жести фурмы, Н;

FT - реакци  опор фурмы, Н;

Рр.т - сила реактивной т ги, Н; Fa - архимедова сила, Н;

Раэр - сила аэродинамического воздействи  потока отход щего газа, Н.

Сила т жести фурмы определ етс  согласно выражению

G (гпф + гпв + тн)д,(2)

где гпф - масса конструкции фурмы, кг;

тв - масса воды, заполн ющей фурму, кг;

тн - масса наслоени  на наружной по- верхности фурмы, кг;

g- ускорение свободного падени , равное 9,81 м/с2.

Здесь

(Ат-Дтъ),(3)

где«1 - коэффициент пропорциональности, численно равный 1,2-103 кг/с;

Ат0 - врем  запаздывани  изменени 

температуры воды, охлаждающей фурму

при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера

на первой плавке кампании фурмы, с;

А г - врем  запаздывани  изменени  температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, с;

Сила реактивной т ги вследствие истечени  кислорода из фурменного наконечника выражаетс  формулой

Fp т mw + (Рвых - РсР) 5вых п,(4)

1

где m -gW Vр- массовый расход кислорода , кг/с;

V - объемный расход кислорода при нормальных услови х,м3/мин; р - плотность кислорода при нормальных услови х, равна  1,43 кг/м ;

w - скорость истечени  кислорода из сопла, м/с;

Рвых - давление кислорода в выходном сечении сопла, Па;

Рср-давление среды, куда истекает кислород , Па;

Звых - выходное сечение сопла, м2; п - число сопел в фурменном наконеч- нике.

Дл  сопла Лавал  значение Рвых - Рср « О, поэтому вторым слагаемым можно принеб- речь.

Счита , что потери на трение о стенки и завихрение при истечении кислорода из сопел Лавал  можно компенсировать эффектом неполного его расширени , дл  расчета величины w используем формулу дл  обыч- ных сопел с учетом критических параметров рабочего тела

W V к vi Pi К--- RTi

k -f 1 У1 n k + 1 K I1

где yi - удельный объем кислорода при входе в сопло, м3/кг;

Pi - давление кислорода при входе в сопло, Па;

k - показатель адиабаты, равный дл  двухатомного газа 1,4;

R - удельна  газова  посто нна  дл  кислорода, равна  260 Дж/(кг-К);

Ti - температура кислорода перед со- плом, К.

Так как измерение удельного обьема и давлени  кислорода при входе в сопло затруднено , измер ем эти параметры перед фурмой, выража 

w:

5

10

15

20

25

Нп - глубина погружени  формы в эмульсию, м.

Учитыва , что можно прин ть /he,(9)

Нп пв-пс-Нф,.(10)

где «з - коэффициент пропорциональности , определ емый по геометрическим данным рабочего пространства конвертера в середине компании по футеровке, кг/м ;

he уровень ванны в конвертере, отсчитываемый от внутренней поверхности днища , м;

hc - уровень ванны в спокойном состо нии , м;

Нф - положение фурменного наконечника относительно уровн  спокойного металла , м, получим

Р.«((11)

Значение коэффициента-Си определ етс  по геометрическим параметрам рабочего пространства конвертера в середине кампании футеровки. Исход  из закона сохранени  массы при изменении уровн  ванны , очевидно,что

где у - удельный объем кислорода перед фурмой, м /кг;

Па;

P - давление кислорода перед фурмой,

Ог коэффициент.

Коэффициент аз определ ют тарировкой фурмы при продувке в свободное про- странство, принима  температуру кислородного дуть  равной температуре воды , охлаждающей фурму, с учетом соотношений (5) и (6):

Oi

2 k R TicB

(k-f 1)уСвРсв

где Ties - температура кислорода перед соплом , равна  температуре воды, охлаждающей фурму, К;

УСВ -удельный объем кислорода перед фурмой, измеренный при продувке в свободное пространство, м /кг;

Рев давление кислорода перед фурмой , измеренное при продувке в свободное пространство. Па.

Архимедову силу определ ем по формуле

-|2

ДТСГ 4

Нп

(8)

где fa - плотность металлошлакогазовой эмульсии, кг/м3;

d - наружный диаметр фурмы, м;

ой,

7)

ед

союед воурное

у (8)

ой

30

овро- 35 ру воно40

45

50

55

где р - плотность газошлакометалличс, ской эмульсии перед продувкой, кг/м3;

hi - уровень газошлакометаллической эмульсии перед продувкой, м.

Сила аэродинамического воздействи  потока отход щего газа на фурму определ етс  по формуле

Рлэр Рдав + FTp,(12)

Рдав ОА Змид/Огу-,(13)

где Рдав - сопротивление давлению, Н;

ОА - коэффициент сопротивлени  давлению;

Змид -2j- площадь миделевого сечени  (проекци  тела на плоскость, нормальную к направлению движени  газа), м2;

РГ - плотность потока отход щего газа, кг/м3;

wr - скорость движени  отход щего газа , м/с,

2 FTp G57Td Номыв/ -у-,(14)

где Ftp - сопротивление трению, Н;

«5 коэффициент сопротивлени  трению;

Номыв - участок образующей фурмы, омываемый газом, м.

В рассматриваемом случае дозвуковой области числа Маха (М), представл ющие

собой отношение скорости газа и скорости звука в данной среде, М « 1. Общее сопротивление набегающему потоку близко к нулю , поэтому величиной можно пренебречь. Реша  совместно уравнени  (1) - (6) и (11) получим

he

hc + Нф

(тф+rri-fai Ar-ai Р

«ад

ЛсГ

Устройство работает следующим образом .

Информаци  об уровне ванны в спокойном состо нии (измерение провод т перед началом продувки.после заливки чугуна) из измерител  1 поступает в первый сумматор 2, куда одновременно поступает информаци  с измерител  3 положени  фурмы отно- сительно неподвижных конструкций конвертера. Выходное напр жение первого сумматора 2, пропорциональное величине

d2 03 д -j- (he + Нф), поступает в блок 15 деле .2 ни . Величину аз $ -г- устанавливают как

масштабный коэффициент сумматора. Величина , пропорциональна  массе конструкции фурмы и массе воды, заполн ющей фурму, поступает из блока 4 ввода начальных условий во второй сумматор 5. Во второй сумматор 5 также поступает информаци  с измерител  6 времени запаздывани  изменени  температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве ковертера. С блока 4 ввода начальных условий также поступает величина,

ло1

пропорциональна  выражению азд-т

В ыходное напр жение с второго сумматора 5, пропорциональное выражению

л

03$ -т-- тфд - msg - а- д Дг + ori cj Ar0j поступает в третий сумматор 12 (напр жение, пропорциональное величине «1 д Дт0 , поступает из блока 4 ввода начальных условий ). Коэффициенты перед параметрами устанавливают во втором сумматоре 5 как масштабные.

Напр жение, пропорциональное давлению кислорода перед фурмой, поступает с измерител  8 в первый блок 9 умножени , выходное напр жение которого, пропорциональное величине у р , поступает в блок 10 извлечени  корн . Выходное напр жение блока 10, пропорциональное величи0

не Уф у р . поступает на первый вход второго блока 13 умножени , на второй вход которого поступает напр жение с измерител  14 расхода кислорода. Таким образом, с выхода второго блока 13 умножени  снимаетс  напр жение, пропорциональное вели1 чине -р- Vyo Va2y p . которое поступает в

третий сумматор 12. На вход третьего 0 сумматора 12 поступает также напр жение , пропорциональное реакции опор фурмы, с измерител  11. Выходное напр жение третьего сумматора 12, пропор2

5 циональное величине ( CQCJ-J-- глф-гпв

-а Дг + сц Aro) +FT + g V/ VG2yp (

поступает в блок 15 делени , выходное напр жение которого, пропорциональное величине hB, поступает в блок 16 умножени .

Измеритель б времени запаздывани  изменени  температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера работает следующим образом.

Единичный сигнал о вводе сыпучих материалов в конвертер или об изменении расхода кислорода соответственно с формирова-, злей 17 и 18 поступает на схему ИЛИ 19. На выходе схемы ИЛИ 19 по вл етс  единичный сигнал, поступающий на вход схемы И 20, на второй вход которой поступает единичный сигнал с узла НЕ 25. С выхода схемы И 20 поступает единичный сигнал, открывающий ключ 21. При этом с формировател  22 поступает импульс на схему сброса-запуска интегратора 27, на вход которого поступает посто нное напр жение с задатчика 28. С измерител  7 температуры воды выходное напр жение поступает на дифференциатор 23, выходное напр жение которого, пропорциональное скорости изменени  температуры, сравниваетс  в узле 24 сравнени  с напр жением, поступающим с задатчика 26, При превышении напр жени  задатчика 26 напр жени  дифференциатора 23 (т.е. при достижении температурной волной, вызванной резким изменением температурного режима в рабочем пространстве конвертера, охлаждающей воды) на выходе узла 24 сравнени  по вл етс  единичный сигнал, который включает ключ 29. При этом с формировател  30 подаетс  импульс в схему останова интегратора 27. На выходе интегратора 27 напр жение соответствует запаздыванию изменени  температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении темпера5

0

5

0

5

0

5

турного режима в рабочем пространстве конвертера. Дл  предотвращени  сброса интегратора 27 в переходном режиме предусмотрена блокировка по цепи узел 24 сравнени  - схема НЕ 25 - схема И 20.

Испытание макета, реализующего предлагаемое устройство, показало, что использование устройства контрол  уровн  ванны в конвертере позвол ет осуществить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, наход щихс  в заданных пределах с первой повалки, возрастает на 5%), что снижает себестоимость стали и увеличивает ее количество.

Экономическа  эффективность обеспечиваетс  за счет повышени  производительности конвертера на 1.1%, сокращени  расхода огнеупорных материалов на 2%, что снижает себестоимость стали.

Увеличение точности контрол  уровн  ванны в конвертере позвол ет уменьшить количество промежуточных повалок агрега- га, что приводит к улучшению экологических условий.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Устройство контрол  уровн  ванны в конвертере, содержащее измерители реакции опор фурмы в процессе продувки, положени  фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера и расхода кислорода , отличающеес  тем, что, с целью

   повышени  точности, оно дополнительно содержит измерители времени запаздывани  изменени  температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера и давлени  кислорода перед фурмой, причем измерители уровн  ванны в спокойном состо нии и положени  фурмы относительно неподвижных конст- рукций конвертера соединены между собой через первый сумматор, а блок ввода начальных условий подсоединен к первому входу второго сумматора, к второму входу которого через измеритель времени запаз- дывани  изменени  температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера подсоединен измеритель температуры воды, выход первого сумматора непосредственно, а второго - через третий сумматор соединены с блоком делени , измеритель давлени  кислорода перед фурмой через первый блок умножени , блок извлечени  корн  подсоединен к первому входу второго блока умножени , к второму входу которого подсоединен измеритель расхода кислорода, выход второго блока умножени  подсоединен к третьему сумматору, к которому также подсоеди зь измеритель реакции опор фурмы в процессе продувки, выход блока делени  подсоединен к блоку умножени .

   Фиг.1