Устройство контроля температуры металла в конвертере

 

1. УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕТАЛЛА В КОНВЕРТЕРЕ, содержащее электрод, .измеритель тока, блок питания, вычислительный блок, соединенный с указателем темпера-туры металла, о -т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно -дополнительно содержит электрод, установленный в металле, измеритель контактной разности потенциалов,блок управления, три блока памяти, причем входы измерителя контактной разности потенциалов соединены с электродами , установленными соответственно в .ядре факелу и в металле, а выход с входом блока управления, к которому также подсоединены выходы измерителя тока и блока питания, кроме того , выходы блока управления соединены с вычислительным блоком и с из- . мерителем контактной разности потенциалов непосредственно и через измеритель тока, а также соответственно чере.з первый, второй и тр.етий блоки памяти - с вычислительным блоком, который соединен с -входом блока управления. 2. Устройство по п.1, ,о т л ичающе .еся тем, что вычислительный блок содержит четыре узла cyMTvjHpoBaHHH, четыре узла умножения, два узла функционального преобразовани , узлы деления, задержки и компенсирующего преобразования,, причем выход первого узла суммирования через первый узел умножения -подсоединен к входу второго узла суглмирования , вход которого, кроме того, соединен через второй узел умножения и первый узел функционального преобразования с узлом компенсирующего преобразования, а выход второго узла сум1«шрования соединен с входом узла деления, к котором,, кроме того, че ,резвторой у.зел функционального преG S образованияи третий узел суь.шрования подсоединены выходы третьего и (Л четвертого узлов умножения, выходы узла деления подсоединены к четвер тому узлу суммирования и узлукомпенсирующего преобразования, в свою, йчередь, од|1н выход которого через узел задержки подсоединен к четвер тому узлу сумг ирования, а другой выход непосредственно соединен с вторым узлом умножения. 3. Устройство по п. 1,. о т л ичающееся тем, что блок уп .равления содержит узел И, узел НЕ, :таймер и реле времени с восемью контактами , причем ВХОД реле времени через таймер и узел И соединен с выходом узла НЕ, входы второго и четвертого контактов реле времени соединены между собой, входы третвего и пятого контактов реле времени соединены между собой, выходы второго и третьего контактов реле времени соединены между собой, выходы четвертого и пятого контактов реле времени соединены между собой, входы шестого и седьмого контактов реле .времени соединены между собой .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ (l9) 0 (1И

РЕСПУБЛИК

3(51) С 2 1 С 5 30

Ъ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3406279/22-02 (22) 02 .03.82 (46) 15,10.83. Бюл. 9 .38 (72) В.C. Богушевский, Ю.Л. Гребенчук, Н.А. Сорокин и B.À. Ясинский (71) Киевский институт автоматики им. ХХУ съезда КПСС (53) 536.532(088.8) (56) 1. Бубенков A.È. и -др. Автоматический контроль и регулирование в кислородно"аконвертерных цехах.

Киев, Техн1ка, 1968, с. 52.

2. Патент Японии Р 52-129604, кл. 10 A 533, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР ., 9 263626 кл. С 21 С 5/30, 1968. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЬ! МЕТАЛЛА В КОНВЕРТЕРЕ, содержащее электрод, измеритель тока, блок питания, вычислительный блок, соединенный с указателем температуры металла, о ..т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повыше ния точности контроля, оно .дополнительно содержит электрод, установленный в металле, измеритель контактной разности потенциалов, блок управления, три блока памяти, причем входы измерителя контактной разности потенциалов соединены с электродами, установленными соответственно в .ядре факела и в металле, а выход с входом блока управления, к которому также подсоединены выходы измерителя тока и блока питания, кроме того, выходы блока управления соединены с вычислительным блоком и с измерителем контактной разности потенциалов непосредственно и через измеритель тока, а также соответственно череа первый, второй и третий блоки памяти — с вычислительным блоком, который соединен с -входом блока управления.

Устройство по п. 1,,а т л ич а ю щ е .е с я тем, что вычислитель ный блок содержит четыре узла суммирования, четыре узла умножения, два узла функционального преобразования, узз..ы деления, задержки и компенсирующего преобразованич„ причем выход первого узла суммирования через первый узел умножения-подсоединен к входу второго узла суммирования, вход которого, кроме того, соединен через второй узел умножения и первый узел функционального преобразования с узлом компенсврующего преобразования, а выход второго узла суммирования соединен с входом узла делениF. к которому, кроме того, |ерез второй узел функционального преобразования. и третий узел суммирования подсоединены выходы третьего и четвертого узлов умножения, выходы узла деления подсоединены к четвер тому Qòçë ò суммирования и узл 7- ком пенсирующего преобразования, в свою очередь, один выход которого через узел задержки подсоединен к четвертому узлу суммирования, а другой выход непосредственно соединен с вторым узлом умножения.

3. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит узел И, узел НЕ, таймер и реле времени с восемью контактами, причем вход реле времени через таймер и узел И соединен с выходом узла НЕ, входы второго и четвертого контактов реле времени соединены между собой, входы третвего и пятого контактов реле времени соединены между собой, выходы второго и третьего контактов реле времени соединены между собой, выходы четвертого и пятого контактов реле времени соединены между собой, входы шестого и седьмого контактов реле времени соединены между собой.

1047962

Изобретение относится к контролю температурного режима конвертерного процесса и может быть использовано в мартеновских и электродуговых печах.

Известно устройство контроля температуры металла в конвертере, со-. держащее термопару, установленную в футеровке агрегата ниже уровня металла, и снабженное защитными наконечниками (1) . 10

Известно также ввЕдение термопары в агрегат при помощи специального термозонда (2) .

Устройства имеют малый срок службы (3-4 плавки), обусловленный низкой стойкостью защитных наконечников или же низкую точность вследствие оттока тепла по наконечнику и футеровке. При использовании термозонда

To IHccTü KoHTpoJIB снижается вследствие больших градиентов температуры ванны во врЕмя продувки, кроме того, в этом случае невозможно обеспечить непрерывный замер.

Наиболее близким к изобретению является устройство контроля температуры металла в конвертере, содержащее электрод, установленный в ядре факела, измеритель тока, блокь.питания, вычислительный блок, соединенный с указателем. Измерение производится в межэлектродном промежутке зонд — земля . Электропроводность факела находится (согласно закону

Ома) по величине электрического тока, текущего через межэлектродный проме- 35 жуток, и приложенного напряжения $3j.

Закон Ома для плазмы выполняется только при небольших напряжениях между электродами на начальном, прямолинейном участке вольтамперной ха- 40 рактеристики.

При напряжениях, которые больше критических, ток через плазму не за" висит от величины прикладываемого напряжения, т.е. выходит на насы1 щение вплоть до напряжения, при котором происходит пробой в газе и зажигается разряд. Таким образом, в прототипе измеряется ток через плазму на начальном, прямолинейном участке вольтамперной характеристики межэлектродного промежутка, т е. при напряжениях меньших, чем напряжения, характерные для режима насыщения .

Устройство имеет низкую точность вследствие того, что электропроводность факела (величина тока и напряжения на прямолинейном участке вольтамперной характеристики) неодноэнач- 60 но связана с температурой металла, так как, кроме температуры металла, на электропроводность влияют скорость обезуглероживания и режим шлакообраэования. 65

Цель изобретения — повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что устройство контроля температуры металла в конвертере, содержащее электрод, измеритель тока, блок питания, вычислительный блок, соединенный с указателем температуры металла, дополнительно содержит электрод, установленный в металле, измеритель контактной разности потенциалов, блок управления, три блока памяти, причем входы измерителя контактной разности потенциалов соединены с электродами, установленными соответственно в ядре факела и в металле, а выход — e входом блока управления, к которому также подсоединены выходы измерителя тока и блока питания, кроме того, выходы блока управления соединены с вычислительным блоком и с измерителем контактной разности потенциалов непосредственно и через измеритель тока, а также соответственно через первый, второй и третий блоки памяти — c вычислительным .блоком, который соединен со входом блока управления.

Вычислительный блок содержит четыре узла суммирования, четыре узла умножения, два узла функционального преобразования, узлы,целения, задержки и компенсирующего преобразователя, причем выход первого узла суммирования через первый узел умножения подсоединен к входу второго узла суммирования, вход которого, кроме того, соединен через второй узел умножения и первый узел функционального преобразования с узлом компенсирующего преобразования, а выход второго. узла суммирования соединен с входом узла деления, к которому, кроме того, через второй узел функциональногo преобразования и третий узел суммирования подсоединены выходы третьего и четвертого узлов умножения, выходы узла деления подсоединены к четвертому узлу сумсирования и узлу компенсирующего преобразования, в свою очередь, один выход которого через узел задержки подсоединен к четвертому узлу суммирования, а другой выход непосредственно соединен с вторым узлом умножения.

Блок управления содержит узел И, -узел НЕ, таймер и реле времени с восемью контактами, причем вход реле времени через таймер и узел И сое.динен с выходом узла НЕ, входы второго и четвертого контактов реле времени соединены между собой, входы третьего и пятого контактов реле времени соединены между собой, выхо-. ды второго и третьего контактов реле времени соединены между собой, выходы четвертого и пятого контактов

1047962

Плотность термоэмиссионного тока определяется температурой металла и работой выхода электронов

° 6040/7)Ч

)Тэ где (, — ричардсоновдкая термоэлектронная постоянная,A/(м к )

Т вЂ” температура металла, К; ф — работа выхода электронов с поверхности металла., В.

Так как поверхность расплава представляет собой смесь металла и шлака, то величина Ч для.такой поверхности лежит в пределах 3,8-5,3 В, что для характерных температур дает значение термозмиссионного тока

10" A.

Изменение % за счет колебания химического состава поверхности расплава во время продувки контролируется по изменению контактной разности потенциалов между электродом и ванной,например, по методу Томсона-Зисмана

Ч ="к yý (4) где UK — контактная разность потенциалов, В; ф — работа выхода электронов с

9 поверхности электрода, В. с учетом соотношений (1). — (4). находят температуру металла из следующего выражения:

5040(Ок+ г )

А(,Т, 4о =4- 1;,- 41 где

3.0

)в„= 29g )и, где (— ток насыщения при отрица61 тельном напряжении- на электроде, А; — площадь эмитирующей поверх- 35

9 ности электрода, определяемая его геометрией, м „, — плотность ионного тока, A/ì

4 (,= — м-.

4 2с > - 129м 25р, Из выражения (5) следует, что

При положительном напряжении на электроде происходит кажущееся уве.личение ионного тока на величину тока термозмиссии с поверхности металла (6)

: откуда

Z1 KQ (Ы Т)-504O (()„+q» (7)

ТИ,1„-d ),„)

Таким образом, идпользование дополнительно вводимых электрода, установленного в металле, измерителя контактной разности потенциалов,блока управления, трех блоков памяти и связей между ними позволяет производить контроль температуры металла в конвертере с более высокой точностью, так как при этом устраняется составляющая погрешности, вызываемая неоднозначной связью электропроводности факела с температурой металла (кроме температуры металла,на электропроводность влияет скорость обезуглероживания и режим шлакообразования) .

На фиг.1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — внутренняя

45 (= 2 < м+9.х) 3м+9м JTe3, (z) тОк,насыщения при пОлОжи- 50

2. тельном напряжении на электроде,,А; — площадь эмитирующей поверху ности металла (определяетм ся геометрией конвертера)

55 — площадь холодной (неэмитирующей) поверхности, электрически контактирующей сэмитирующей поверхностью металла (определяется кон-. б0 струкиией конвертера и местом расположения электрода), м плотность термоэмиссионного тока, A/ì . б5 реле времени соединены между собой, входы шестого и седьмого контактов реле времени соединены между собой.

В основе устройства лежит определечие тока термоэлектронной. эмиссии с поверхности расплавленного металла, величина которого связана с температурой металла, и работы выхода электронов. Измеренир.токов проводимости в режиме насыщения между электродом и металлом при, равных положи- 10 тельном и отрицательном напряжении на электроде позволяет определить ток термоэмиссии с поверхности металла, а измерение контактной разности потенциалов между электродом и металлом позволяет определить работу выхода электронов с поверхндсти металла во время продувки.

Электрический ток в факеле кислородного конвертора обусловлен наличием в нем ионов и электронов. Ввиду более низкой подвижности ионов по сравнению с электронами ток проводимости в режиме насыщения ограничивается ионной составляющей тока из плазмы.

При отрицательном относительно ванны напряжении на электроде ток насыщения 1< равен

1047962 структура вычислительного блока; на ! фиг.3 — внутренняя структура блока управления; на фиг.4 — диаграмма последовательности срабатывания контактов реле времени (Т ь — продолжительность времени вычисления значе ния температуры); на фиг.5 — пример вычисления температуры металла.

Устройство контроля температуры металла в конвертере (фиг.1) содержит электрод 1, установленный в ядре 10 факела, электрод 2, установленный в металле, конвертер 3, измеритель

4 контактной разности потенцйалов, блок 5 управления, измеритель 6 тока, блок 7 питания, измеритель 8 15 расхода кислорода, измеритель 9 расстояния сопла фурмы до уровня спокойного металла, фурма 10, датчик 11 расхода кислорода, датчик 12 расстояния сопла фурмы до уровня спокойного металла, первый блок 13 памяти, второй .блок 14 памяти, третий блок

15 памяти, вычислительный блок 16,. указатель 17 температуры металла.

Электрод 1, выполненный, например,, 25 в виде водоохлаждаемого зонда, установлен в ядре факела, а электрод 2, выполненный, например, в виде ме.— таллического штыря, установлен в футеровке конвертера 3 ниже уровня металла в зоне износа огнеупорного кирпича. Электроды 1 и 2 соединены с измерителем 4 контактной разности потенциалов, выход которого соединен .с блоком 5 управления. Электрод 1 соединен также через измеритель 6 35 тока, блок 5 управления с блоком 7 питания, который, кроме того, через блок 5 управления соединен с электродом 2. Выход измерителя 6 тока. соединен с блоком 5 управления, к кото- 4() рому, кроме того, подключены измеритель расхода 8 кислорода.и расстояния, 9 сопла фурмы 10 до. уровня спокойного металла, соединенные с соответствующими датчиками 11 и 12. Выход бло-45 ка 5 управления соединен с первым

13, вторым 14 и третьим 15 блоками памяти, которые через вычислительный блок 16 соединены с указателями 17 температуры металла.

Внутренняя структура вычислительного блока (фиг.2) содержит первый узел 18 суммирования, первый узел 19 умножения, второй узел 20 суммирования, второй узел 21 умножения, первый узел 22 функционального преобра- 55 зования; узел 23 компенсирующего преобразования, узел 24 деления, второй узел 25 функционального преобразования, третий узел 26 суммирования., третий узел 27 умножения, 6Î четвертый узел 28 умножения, четвертый узел 29 суммирования, узел 30 задержки.

Выход первого узла 18 суммирования вычислительного блока через пер-1 6g вый узел 19 умножения подключен к входу второго узла 20 суммирования, который, кроме того, связан через второй узел 21 умножения, первый узел функционального преобразования

22 с узлом 23 компенсирующего преобразования. Выход второго узла 20 суммирования связан с входом узла

24 деления, к которому, кроме того, через второй узел функционального преобразования 25 и третий узел 26 суммирования подключены выходы третьего 27 и четвертого 28 узлов умножения. Выход узла деления 24 подключен к четвертому 29 узлу суммирования и узлу 23 компенсирующего преобразователя, выход которого, в свою очередь, через узел задержки

30 подсоединен к четвертому узлу 29 суммирования и непосредственно к второму. узлу 21 умножения, Узлы вычислительного блока могут быть выполнены, например, на базе блоков КТС ЛИУС-2.

Внутренняя структура блока управления (фиг.3) содержит узел И 31, узел HE 32, таймер 33, реле времени

34, первый — восьмой контакты реле времени 1Р — 8РВ.

Вход узла И 31 блока 5 управления связан с узлом HE 32. Выход узла

И 31 подсоединен через таймер 33 к реле 34 времени. Входы второго 2РВ и четвертого 4РВ контактов реле времени соединены между собой, а входы третьего ЗРВ и пятого 5РВ контактов также соединены между собой. Выходы второго 2РВ и третьего ЗРВ контактов соединены между собой, выходы четвертого 4РВ и пятого 5РВ контактов также соединены между собой.

Входы шестого 6РВ и седьмого 7РВ контактов соединены между собой.

Устройство работает следующим образом.

При опускании фурмы 10 в конвертер 3 и подаче кислорода напряжения от датчиков 11 расхода кислорода и

12 расстояния сопла фурмы до уровня спокойного металла передается к соответствующим измерителям 8 и 9.

При достижении этими параметрами значения, равного 75% номинального, срабатывают позиционные контакты в измерителях 8 и 9, включающие блок

5 управления. Блок 5 управления подключает выход измерителя 4 контактной разности потенциалов, например, электронного потенциометра, к первому блоку 13 памяти, например, вторичному прибору Харьковского завода

КИП. Измеритель 4 измеряет контактную разность потенциалов между электродом 1 и поверхностью расплава, обусловленную разностью работ выхода.

Таким образом, показания первого блока 13 памяти будут пропорциональ-

1047962 ны величине ()к . Далее блок 5 управ— ления отключает измеритель 4 от блока памяти 13 и подключает блок 7 питания в цепь электрод 2 — факел электрод 1 — измеритель б тока. Блок

7 питания вырабатывает пилообразный импульс-напряжения, При подходе уровня напряжения к максимальному значению блок 5 .управления подключает выход измерителя б тока, например амперметр, к второму блоку 14 10 памяти. При этом показания блока 14 памяти пропорциональны величине 9„

Далее блок 5 управления отключает .блок 14 памяти от измерителя б тока, производит переключение полярности 15 цепи и при подходе уровн.я напряжения к максимальному блок 5 управления, подключает выход измерителя тока б к третьему блоку 15 памяти. При этом показания блока 15 памяти пропорциональны величине I . Блок 5 управления подает команду в вычислительный блок 16 на проведение вычислений значения температуры по соотношению (7) . Вычисленное значение передается в указатель 17 температуры металла, выполненный в виде сумматора, преобразующего значение температуры из абсолютной в градусы Цельсия.Одновременно из вычислительного блока

16 в блок 5 управления поступает сиг-30 нал об окончании измерений. По этому сигналу блок 5 приводит устройство в начальное поло>кение и цикл измерения повторяется. При окончании продувки позиционные контакты в из- 55 мерителях 8 и 9 размыкаются и блок управления 5 отключается.

Вычислительный блок 16 работает следующим образом.

Напряжение, пропорциональное 40 величине J5q, поступает с второго блока памяти 14 в третий узел умножения 27, где происходит вычисление величины с „, а напряжение, пропордиональное величине fqy поступает45 с третьего блока памяти 15 в четверЪ тый узел умножения 28, где происходит вычисление величины с(?5> . Вы ходные напряжения узлов 27 и 28 поступают в третий узел суммирования

26, выходное напряжение которого пропорционально величине (d 1, ) „)

Выходное напряжение с узла 26 йоступает во второй узел 25 функциональ-, ного преобразования, выходное напряжение которого, пропорциональное ве- 55 личине Р((с(„(-с <)<„) ., поступает в узел деления 24. Напряжение, пропорциональное величине Uy, посту-. пает с первого блока памяти 13 в первый узел суммирования 18, в кото- 60 рый в качестве задания введена величина Ч>э . Выходное напряжение узла

18, пропорциональное величине(0<+((>-) поступает в первый узел умножения

19, в котором производится вычисление величины 5040 ((. +Ц> ). Напряжение, пропорциональное произвольному значению температуры металла, поступает от уэлд 23 компенсирующего преобразования в первый узел 22. функционального преобразования, выходное напряжение которого пропорционально величине 2 fg (1Д т) . С выхода узла 22 напряжение поступает во второй узел 21 умножения, куда одновременно поступает напряжение с выхода узла 23. Таким образом, на вход второго узла суммирования

20 поступает напряжение, пропорциональное величине 2TI!g (.Д ), а с выхода снимается напряжение, пропорциональное числителю выражения (7).

Напряжение с выхода узла 20 посту.пает в узел 24 деления, с выхода которого снимается напряжение, пропорциональное правой части выражения (7) . Полученное напряжение поступает в узел 23 компенсирующего преобразователя, где устанавливаешься новое значение Т, равное значению в правой части выражения (7) . Найденное значение Т является корнем уравЙения (7). Одновременно напряжения с узлов 24 и 23 поступают в четвертый узел суммировачия 29, причем напря>кение с узла 23 предварительно задерживается в узле 30 задержки.

При равенстве этих напряжений с выхода узла 29 снимается напряжение, соответствующее логическому нулю, которое поступает в блок 5 управления, как сигнал об окончании расчета температуры. Узел 30 задержки позволяет избежать подачи ложных сигналов в блок 5 управления в переходных режимах.

Блок управления 5 работает следующим образом.

Напряжения от позиционных контактов измерителей 8 и 9, соответствующие .логической единице в течение продувки, поступает в узел И. 31. Туда же поступает инвертированный в узле НЕ 32 сигнал вычислительного блока 16, свидетельствующий об окончании вычисления значения температуры. Узел И 31 срабатывает и включает таймер 33, который запускает реле времени 34. Срабатывает первый контакт 1РВ реле времени, который подключает выход измерителя 4 контактной разности потенциалов к первому блоку,13 памяти. Далее контакт

1РВ размыкается, срабатывают контакты 2РВ и 5РВ, подключающие блок 7 питания к цепи электрод 2 — ванна факел — электрод 1 — измеритель тока.

По истечении времени, необходимого для достижения током режима насыщения, срабатывает контакт бРВ, подключающий выход измерителя б тока к второму блоку 14 памяти. Далее контакты 2РВ, 5РВ и 6РВ размыкаются, а

1047962

10 срабатывает контакты 3РВ и 4РВ, подключающие блок питания электрод 2 ванна — факел — электрод 1 - измеритель 6-тока. По истечении времени, необходимого для достижения током режима насыщения, срабатывает контакт 7РВ, подключающий выход измерителя 6 тока к третьему блоку 15 памяти. Далее контакты 3РВ, 4РВ и 7РВ размыкаются и срабатывает контакт

8РВ, включающий вычислительный блок

16 в режим расчета. После окончании расчета узел 31 И отпирается, включая таймер 33, и цикл контроля температуры повторяется.

На фиг,5 представлен пример вычисления температуры металла Т

= 1800 К при следующих значениях параметров: 0 = 0,8 В, )g -1,064 А, 1 я =2,721 А, 9g4,1 В, с(,„= 3,8 10- M - -, (- 0,167 м . Численные значения последовательной 4 кратной итерации, К: 1600,000 - 1813,522

1799, 147 — 1800,054. Дальнейшие вычисления проводить нецелесообразио так как искомое значение температуры находится между величинами, отличающимися менее чем на 1 К 1799,996

1800,00 — 1800,000

Исследование показывает, что стан дартное отклонение температуры металла от действительной по сравнению с базовым объектом уменьшается на

1,7ОС, что приводит к снижению себестоимости на 0,07 руб/т стали эа счет повышения производительности конвертера на 1,5% вследствие сокращения промежуточных повалок, повышения стойкости футеровки на 2% и снижения брака на 0,1Ъ.

1047962

1047962

f775

Составитель A. Абросимов

Редактор Л. Авраменко Техред ll ° Ãåðãåëü Корректор А. Дэятко

Заказ 7867/29

Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП 1натент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4