Устройство для контроля параметров конверторного процесса

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАЖТРОВ КОНВЕРТОРНОГО ПРОЦЕССА; содержащее источник питания, два электрода , регистрирующий прибор, сигна|Ей затор, вычислительный блок, добавочное сопротивление, коммутатор, преобразователь нап)яжение-ток причем первый электрод подсоединен к первому входу преобразователя напряжение-Ток, второй вход которого заземлен, второй элект-род подсоединен к первому входу коймутатора , а второй вход коммутатора через добавочное сопротивление подсоединен к первому выходу источника питания , второй выход которого заземлен выход преобразователя напряжение-ток прдсоединен к входу вычислительного блока, первый второй и третий выходы которого подсоединены соответственно к входам регистрирующего прибора, сигнализатора и управляющему входу коммутатора, причем в качестве электродов используется фурма.и корпус конвертора, отличающе-еся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей устройства за счет прогнозирования температуры 5 металла, в него введены термопара погружения, второй преобразователь напряжение-ток и второй регистрирующий прибор, причем выход термопары погружения через второй преобразователь напряжение-ток подсоединен к вычислительному блоку, четвертый выход которого подсоединен к входу D Ж) второго регистрирующего прибора. N9 Х IfS fO

0% (j3)

3(я) С 31 С 5/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССОР

ПО ДЕЛАМ.ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРИТЙ3

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автсеснсмм свидвтигветвм.. 13 (21) 3539946/22-02 (22) 14. 01.83. (46) 30..03.84. Вюл.912 (72) Т.С.Намазбаев, В.В.Титов, М.Ж.Толымбеков, Н.М.Нокенова и и Е.А.Медухина (71) Особое. проектно-конструкторское

-бюро Научно-производственного объединения "Черметавтоматика" (53) 669. 184.244(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР по заявке 83407248/22-02, кл. С 21 С 5/30 07.09.82. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ. КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ КОНВЕРТОРНОГО ПРОЦЕССА, содержащее источник питания, два элект.рода, регистрирующий прибор, сигнализатор, вычислительный блок, добавочное сопротивление, коммутатор, преобра- зователь напфяжеяие-ток причем первый электрод подсоединен к первому входу преобразователя напряжение-ток, второй вход которого эаземлен, второй элект- . род подсоединен к первому входу коммутатора, а второй вход коммутатора через добавочное сопротивление подсоединен к первому выходу источника питания, второй выход которого эаземлен выход преобразователя напряжение-ток цодсоединен к входу вычислительного блока, первый второй и третий выходы которого подсоединены соответственно к входам регистрирующего прибора, сигналнзатора и управляющему входу коммутатора, причем в качестве электродов используется фурма.и корпус конвертора, о т л и ч а ю щ е -е с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей устройства за счет прогнозирования температуры 3 металла, в него введены термопара пагружения, второй преобразователь напряжение-ток и второй регистрирующий прибор, причем выход термопары погружения через второй преобразоват ль напряжение-ток подсоединен к вычислительному блоку, четвертый выход которого подсоединен к входу второго регистрирующего прибора.

1082832

Изобретение относится к черной металлургии а именно к контролю параметров конверторного процесса.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля износа футеровки кислородного конвертора, используемое преимущественно для контроля параметров конверторной плавки, содержащее источник питания, два электрода, регистрирующий при- 10 бор, сигнализатор, вычислительный, блок, добавочное сопротивление, коммутатор, преобразователь напряжениеток, при этом первый электрод подсоединен к первому входу преобразова- 15 теля напряжение-ток, второй вход которого заземлен, второй электрод подсоединен к первому входу коммутатора, а второй вход коммутатора через добавочное сопротивление подсоединен к первому выходу источника питания, другой выход последнего заземлен, выход преобразователя напряжение-ток подсоединен ко входу вычислительного блока, первый, второй 5 и третий выходы вычислительного блока подсоединены, соответственно, ко входам регистрирующего прибора, сигнализатора и управляющему входу коммутатора, причем в качестве двух элект.

30 родов используется фурма и корпус конвертора.

На выходе вычислительного блока получают сигнал, пропорциональный сопротивлению футеровки конвертора, который регистрируется регистрирующим при35 бором. Величина сопротивления футеров. ки сталеплавильного агрегата функционально зависит от общего состояния и степени износа футеровки. В вычислительном блоке производится срав40 кение сопротивления футеровки с заданным значением критического сопротивления футеровки, когда возможна аварийная ситуация. Если сопротивление футеровки меньше или равно за45 данному критическому сопротивлению футеровки, то выдается сигнал на сигнализатор и в случае необходимости оператор останавливает процесс в агрегате.

В известном устройс ве неполностью используется информация содержащаяся в .величине электрического сопротивления футеровки конвертера, которая зависит не только от сте- $5 пени износа футеровки, но и от изменения температуры металла в ванне конвертера.

Цель изобретения — расширение эксплуатационных возможностей устройства за счет прогнозирования температуры металла.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля парамет. ров конверторного процесса, содержащее источник питания, два электрода, регистрирующий прибор, сигнализатор, вычислительный блок, добавочное сопротивление, коммутатор, преобразователь напряжение-ток, причем первый электрод подсоединен к первому входу преобразователя напряжение- ток,второй вход которого заземлен, второй электрод подсоединен к первому входу коммутатора а второй вход коммутатора через добавочное сопротивление подсоединен к первому выходу источника питания, второй выход которого заэемлен, выход преобразователя напряжение-ток подсоединен к входу вычислительного блока, первый, второй и третий выходы которого подсоединены соответственно к входам регистрирующего прибора, сигнализатора и управляющему входу коммутатора, причем в качестве электродов используется фурма и корпус конвертора, введены термопара погружения, второй преобра-. зователь напряжение-ток и второй регистрирующий прибор, причем выХод тер мопары погружения через второй преобразователь напряжение-ток подсоединен к вычислительному блоку, четвертый выход которого подсоединен к входу второго регистрирующего прибора.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства на фиг.2эквивалентная схема электрической цепи фурма-земля-корпус-футеровка-расплав-фурма, на фиг.З вЂ” структура одного из вариантов вычислительного блока на фиг.4 — характерная диаграмма изменения температуры металла в ванне конвертора и величины электрического сопротивления футеровки на плавке, проведенной в кислородно-конверторном цехе.

Устройство содержит первый электрод 1, второй электрод 2, коммутатор

3, добавочное сопротивление 4, источник 5 питания, первый преобразователь 6 напряжение-ток, вычислитель-, ный блок 7, первый регистрирующий . прибор 8, сигнализатор 9, термопару

10 погружения, второй преобразователь

11 напряжение-ток, второй регистрирующий прибор 12.

3 1082

Первый электрод 1 может быть представлен, например, в виде кислородной фуриы конвертора, второй электрод может быть представлен, например, в виде корпуса кислородного конвертора.

Коммутатор 3 может быть представлен в виде модуля управления бесконтакт- ного, например, типа А641 -8, добавоч" ное сопротивление 4 может быть представлено в виде резистора, например типа

ТВО-60 201103 ОЖО 467.036 ТУ, при этом величина добавочного сопротивле ния выбирается равной величине сопротивления участка электрической цепи корпус-земля, так как при

R>+j R < > величина общего сопротивления участка электрической цепи корпус-земля уменьшается в два раза, т.е. достигается максимальное изменение величины общего сопротивления электрической цепи фурма-земля-корпус футеровка-расплав-фурма, источник 5 питания представляет собой источник постоянного тока, например, типа

ВП5 на напряжение 1 В и ток до 2 А. 25

Первый преобразователь 6 напряжениеток, а также второй преобразователь

/ напряжение-ток 11 представляет собой например, нормирующий измерительный преобразователь типа НП-5-Б1.

Вычислительный блок 7 может быть представлен, например, в виде ЗВМ

СМ-1. Вычислительный блок 7 содержит, например, модуль 13 нормализации, выход которого соединен с бесконтактным коммутатором 14, связанным через аналого-цифровой преобразователь, 15 с входом процессора 16, выходы пос- . леднего блока соединены соответствен40 ио с входами первого бесконтактного модуля 17 управления, второго бескон тактного модуля 18 управления, третьего бесконтактного модуля 19 управления и четвертого бесконтактного модуля 20 управления,,выход первого

4$ бесконтактного модуля соединен с входом первого преобразователя 21 код- ток, а выход четвертого бесконтактного модуля 20 управления соединен с входом второго преобразователя 22 код-ток.

Регистрирующие приборы 8 и 12 мо-

50 гут быть представлены в виде самопишущего прибора, например, типа КСП-4, сигнализатор 9 может быть представлен в виде звукового сигнализатора, например, типа ДЭМ-4. Термопара 10 погружения может быть представлена ,в виде блока, например, типа ТТСБ"1000 с вольфрам-рениевой термопарой.

832 4

Устройство работает следующим образом.

Перед началом очередной плавки в вычислительный блок 7 вводится значение теипературы металла в ванне конвертора С „„ измеренное с

Ф помощью термопары 10 погружения на пре дыдущей плавке и запоминается, кроме того, в вычислительном блоке 7 хранится информация о значении электрического сопротивления футеровки ф

Р „ измеренное перед окончанием продувки на предыдущей плавке.

По ходу плавки в режиме заглубленной струи в электрической цепи фурмазеиля-корпус-футеровка-расплав-фурма протекает ток. Сигнал о величине разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля преобразуется в токовый сигнал в диапазоне, например, от 0 до 5 иА в преобразователе

6 напряжение=ток. Сигнал с выхода преобразователя 6 напряжение-ток поступает на вход вычислительного блока 7. В вычислительном блоке 7 запоминается для данного момента времени величина разности потенциалов в элект рической цепи фурма-земля U> при разомкнутых контактах коммутатора 3, потом по управляющему сигналу вычислительного блока 7 коммутатор 3 замыкает электрическую цепь от выхода источника 5 питания через добавочное сопротивление 4 со вторым электродом

2 (корпус агрегата). Величина тока, протекающего в электрической цепи фур

MR çåèëÿ-корпус-футеровка-расплавфуриа изменится, что приводит к изменению разности потенциалов на участке электрической цепи фуриа-земля.

В вычислительиои блоке 7 запоминается для момента времени (t+ht )(Ag

2 подбирается опытным путем и составляет 0,5-1,5 с) величина разности потенциалов в электрической цепифурма- ° н земля ПеР при замкнутых контактах коммутатора 3. В момент времени (t +

+ht+ at> (at> - подбирается опытным путем и составляет 0,3-0,5 с) по управ ляющему сигналу вычислительного блока

7 коммутатор 3 размыкает электрическую цепь от добавочного сопротивления 4 совторым электродом 2 (корпус агрегата).

В вычислительном блоке 7 рассчитывается для данного момента времени величина электрического сопротивления футеровки по зависимости (1.), а также температуры металла в ванне конвертера по зависимости (2) 1082832

aLI4H„-ь С где К, „.

"ор-3 электрическое сопротивле". ние футеровки, Ом; йзмеряемое значение разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля при разомкнутых контактах К коммутатора 3, МВ; измеряемое значение раз осности потенциалов иа участке электрической це

О пк фурма-земля при замкнутых контактах K коммутатора 3э мВ3 постоянные коэффициенты. (г1ь Г )(а а ц

Ю ф т

% где t><< — температура металла в ванне конвертера, еС; — зиачеиие температуры мет металла в ванне конвертора,"измеренное термопарой- 10 погружения на . предыдущей .плавке, С;

К „ - значение электрического сопротивления футеровки, измеренное перед окончани ем продувки на предыду5 щей плавке, Ощ

К - электрическое сопротивление футеровки, Ои

В - постоянная величина, характерная для данного ог. неупорного материала футеровки конвертера.

Яа выходе вычислительного блока

7 получают сигнал, пропорциональный электрическому сопротивлению футеровки конвертора для момента времени (t+ ht ), который регистрируется первым регистрирующим прибором

8, а также сигнал, пропорциональный температуре металла в ванне конвертора для момента времени (t+ bt< ), который регистрируется вторым регистрирующим прибором 12.

Величина электрического сопротив ления футеровки сталеплавильного агрегата функционально зависит от общего состояния и степени износа футеровки. В вычислительном блоке

7 для момента времени (t +bt„ производится сравнение электрического сопротивления футеровки с заданным значением критического элект рического сопротивления футеровки, когда возможна аварийная ситуация.

Если электрическое сопротивление футеровки меньше или равно заданному критическому электрическому сопро тивлению футеровки, то выдается сигнал на сигнализатор и в случае необходимости оператор останавливает процесс в агрегате.

В момент времени (t+5pbQ b t ) где Ь t — подбирается опытным

3 путем и составляет 15-130 с в вычислительном блоке запоминается величина сигнала U > потом снова замыкается цепь коммутатора, запоминается величина сигнала U о в вычислительном блоке 7 рассчитывается величина электрического сопротивления футеровки и температура металла в ванне конвертора для момента времени {t+2btgS t+ dt>) и т.д до конца плавки в определенные дискретные моменты времени определяются величина электрического сопротив- ления футеровки и температуры металла в ванне конвертора, Электрическая цепь фурма-землякорпус-футеровка-расплав-фурма можно представить в виде эквивалентной электрической схемы (фиг.2) °

Источником ЭДС в данной цепи явля: ется разность потенциалов, возникающая по ходу плавки на границе металл. шлак.

Обезуглероживание металла сопровождается вьщелением электронов, и в этом случае, металл получает избыток отрицательного заряда.

В электрической цепи фурма-землякорпус-футеровка-расплав-фурма сопро тивлеиие участка цепи корпус-футеров ка-расплав-зависит от степени износа футеровки. Сопротивление участка цепи фурма-расплав, а также внутреннсе сопротивление источника ЭДС намного меньше сопротивления футеровки, т е. К «К „л, rE((При выполнении расчетов для элект рической цепи можно пренебречь г и R . Сопротивление участков электрической цепи фурма-земля RIfi if а также корпус"земля R „ для данного конвертора являются постоянной величиной.

7 Ю82832 8

На основании второго закона Кирх=- . Из уравнений (5) и (7) следует ,гофа при разомкнутых контактах ком иутеторе Иия иервого коитуре (фиг..2) (E>- е )И следует уравнение, . Е = !Я Д +9 -Э+" 6 1 1 ф к Э+ +, (31. - Величина тока, протекающего в первом контуре при замкнутых контакгде E — величина ЭДС источника, В; тах коммУтатора Равна

Т вЂ” величина тока, протекающе, в первом контуре при 10 МФ Э ч II ФЭ разомкнутых контактах ком- - . = - 11 мутатора, А;

1 .Я

Ф-3

R сопротивление футеровки, Ом," - где 3" — величина .тока протекаюр — сопротивление участка щего по участку электричесэлектрической цени корпус15 кой цепи фурма-земля при земля, Ом; замкнутых контактах коммуR — сопротивление участка элект-. р -3

Ю татора А р рической цепи фурма-земля,Ом. U-- измеряемое значение разности ч 3

Величина тока, протекающего в пер- потенциалов на участке электвом контуре при разомкнутых контактах- 0 рической цепи фурма-земля при

К коммутатора следует из уравйения замкнутых контактах коммута тора, В. ф-3 Интервал времени между измерением разности потенциалов иа участке ф-3 25

1 электрической цепи фурма-земля при где Э„ — величина тока, протекаю- разомкнутых контактах коммутатора щего по участку электри- и измерением разности потенциалов ческой цепи фурма-земля .на участке электрической цепи фурма- лри разомкнутых контак-, земля при замкнутых контактах коммуl тах коммутатора, А; 50 татора выбирается минимальным поэто- ф

U — измеряемое значение раз- му изменение величины разности потенности потенциалов на, циалов ка границе металл-шлак будет участке электрической . минимальная, т.е. величиной изменецепи фурма-земля при ра, ния разности потенциалов на границе зомкнутых контактах ком- З5 металл-шлак за столь минимальный промутатора, А. межуток времени можно пренебречь. ИсДля первого контура имеет место ходя из этого и уравнений (5) и (8) ,следующее уравнение: получаем

E =3" (ff +ff off „)f3" ð„,, (r) яф

1де 3н — величина тока, протекающего в первом контуре при замкнутых контактах комму. татора, Аф: g5

3< - величина тока, протекающего во втором контуре при замкнутых кон актах коммутатора, А.

Для второго контура имеем следую- $0 щее уравнение:

Еу=у„ рк, Яфя) у,р„. (ц е, Величина тока, протекающего во втором контуре следует из уравнения (6) Е2-3„" Рк 3

З„„=R +R (7)

k-Э -Aos

Е-V" R )й ,k-3 k 3 (о)

"к-Э+ "*об

Подставив уравнение (4) и (9) в уравнение (10) и решив относительно сопротивления футеровки R . получим

I ()И

ЯФЭ к-Э 2 кЭ Ф Э

Я -Е RR

ФЗБН (р „р (ц я ) ге-Э ф-3

С целью упрощения зависимости (11) вводим следующие обозначения: к-Э

"=я (Ц

Ф-Э

1082832

10 ь=г

К-3 ф-3 (. )= R +Й

К-3 Ф-ъ (13) (14) (15) (

Величина сопротивления футеровки сталеплавильного агрегата функциональ( нально зависит от общего состояния и степени износа футеровки.

Расчетное значение R > срав-. нивается с заданным значением критического сопротивления футеровки P4÷ò

KPN> .когда возможна аварийная ситуация, по зависимости крнт 4sT "Ф т итическое электрическое сопротивление футеровки, когда возможна аварийная ситуация, Ом.

Если К зт - „, то вычислитель. крит

4 ный блок выдает сигнал в сигнализатор.

Определение температуры металла в ванне конвертора с помощью уст- ройства основано на следующем.

Большинство огнеупорных материалов при низких температурах являются диэлектриками. С ростом температуры и появлением жидкой фазы внутри огнеупоров электропроводность их начинает возрастать.

Существует следующая зависимость между электрическим сопротивлением огиеупоров и температурой .Т gÌ= +8, (2 где R — - электрическое сопротивление огнеупорного материала, Ом;., ° Т - абсолютная температура, К, А - коэффициент,  — постоянная величина, характерная для данного огнеупорного материала.

Из уравнения (19) относительно температуры получаем

1 = — --. ((20}

4 е к-8

Подставив (12-16) в уравнение (11) получаем

Между температурой металла в ванне конвертора и температурой футеров( ки существует линейная зависимость, следовательно, из уравнения (20)

5 можно получить зависимость для определения температуры металла в ванне конвертора. Значение коэффициента

А в уравнении (20) можно рассчитывать перед началом очередной плавки по информации о значении температуры

/ металла в ванне конвертора измеренное при повалке, а также значения электрического сопротивления футеровки, измеренное перед окончанием

15 продувки,,на предыдущей плавке по зависимости, полученной из уравнения (20)

A=z(((,e »-sl, (11( где Т"- абсолютная температура металла в ванне конверто- ра, К;

R — значение электрического со%

25 противления футеровки, измеренное перед окончанием продувки на предыдущей плавке, Ом.

Абсолютная температура определяется по зависимости

T = +Л3, (гг.) где С„щт — температура металла в ван.

35 не конвертора,.измеренная термопарой 10 погружения на предыдущей плавке, С.

Подставив (22) в (21) получаем

A=(t „+ã7ç)(ã ê „,-6), (131

Подставив (23) в (20) получаем

27 +<мет Ь Rфчт метфмт (24)

Таким образом, по уравнению (17) можно определить величину злектричес50 кого сопротивления футеровки котоФ рая функционально зависит от общего состояния и степени износа футеровки, а по уравнению (24) определять температуру металла в ванне конвертора.

5$ устройство просто в реализации и позволяет контролировать температуру металла в ванне конвертора по ходу продувки.

2832

Таблица

П л а в к а 9224225

КФ„! 23,0 Ом

С =1600оС

МФТ

II раст Расч

"Ф-3 Ит о вот мВ С е„,„. с

„Факт. мет

Ф-Э мВ мин

22 1 32 35 1390, 13

22,6 31,49 1404,97

128, !

130,9

23,1 30,64 1420,08

133, 9

23,8 29,62 1439,99

137,6 . 141,5

147,2

152,0

24,5

28,62 1459,96

25,6 27,23 1489,96

26.,4 26, 15 1515,04 1520 . -4,96

155,8

27, 1 25,35 1534,88

1560,04

28,0 : 24,4

160, 5

165,9

29,0 23,38 1588,59 !595 -6,41

11 108

Графическая реализация изменения параметров на одной из,плавок приве- дена на фиг.4, где показано изменение температуры металйа в ванне конвертора и изменение величины электрического сопротивления футеровки по ходу продувки. Тем же показано рассчитанное к концу первого периода продувки при переделе фосфрристого чугуна значение температуры металла t< (1 и фактическое значение t а также рассчитанное к концу второго периода продувки значение температуры металла и фактическое значение t

II н

3 таблицах 1-3 приведены сравнения рассчетных и фактических значений тем пературы металла на трех плавках.

Постоянные коэффициенты а,s,с,d„ е,в, имеют следующие значения: а=0,66 в 2000 с11, 76

d 5,6 е=7

ВО, 1873

Расчет величины электрического сопротивления футеровки осуществляется по формуле (17), расчет величины температуры металла в ванне конвертора

5 осуществляется по формуле (24), Среднеквадратичная погрешность контроля по результатам второго периода 114 плавок при переделе фосфористого чугу-: на составляет 10,82 С. Среднеквадратич о

10 ная погрешность контроля по результатам первого периода 114 плавок составляет 9,74 С.

Использование предлагаемого устройства позволяет за счет контроля

1 температуры металла в ванне конвертора оптимально управлять температурным режимом плавки, что приводит к снижению количества плавок с додувками по температуре.

2п Экономический эффект складывается из сокращения средней продолжительности плавок на 1,0Х за счет увеличения доли плавок, попадающих ,с первой повалки в заданные пределы

2,по температуре.

Годовой экономический эффект состав ляет 140950 руб.

1082832

П л а в к а № 224252 Рчт =20,05 Ом

М 1605 С

PoGV

Фут маг

« ц ст мет

Сpaсч peCl апет мет

f.

Ъ-з мВ и ф-3 мВ мюй

24,5 28,88 1375,11

24,9 28,18 1385,15

25,2 27,7 1394,93

26,1 26,54 1419,02

150,3

156,3

27,2

25,25 1450,12

28, 0 24, 45 1470, 21

29,0 23,34 1500.,03

28,9 22,48 1524,99 1530

160,2 16

171 О

-5, 01

30 8

21,66 „1550,05

175,8

181,6, 20,75 1580,23

31,9

32, 6 20, 18 1600, 29 1610

185,4,23.

-9,71

Таблица 3

П л а в к а ¹224253 фут. =20,18 Ом ф= 1610 С фс(к т рс сч фц кт е" мет " «ет "мет:

С и pace

"Ф"3 "Ф т мет

МВ С.

Оф-3

ИВ мин..

140,6 24,4 28,85 1380,26 !

1395, 34

24,9 28, 1

143

147,6 25,6 27, 15 1415, 28

1440,16

152,5 26,5 26,04

10.

157, 5 27, 4 25, 00 1465, 34

163,3 28,5 23,86 1494,84

«14

1520 -0,01

1519,99

168,2 29,4

172,1 30,1

22, 96

22,28 1540,23

30,8 21,64

31.9 20.74

32,6 20,12

1610 +2,19

22

141,2

143, 2

145,2

176, О.

181,7

185, 8

1560, 14

1590, 16

1612,19

Таблица 2

1082832

t082832

1082832

Составитель А. Абросимов

Редактор Н. Ковалева Техред T.Ôàíòà Корректор О. Тигор

Заказ 1681/25 Тира)к 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Уагород, ул. Проектная, 4