Устройство для контроля уровня шлака в конвертере

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ШЛАКА В КОНВЕРТЕРЕ, содержащее датчик звукового давления, предварительный усилитель, низкочастотный фильтр, смеситель, гетеродин, полосовой фильтр, усилитель, детектор , преобразователь напряжение-ток, регистрирующий прибор, причем выход датчика звукового давления подсоединен к входу предварительного усилителя , вькод которого подсоединен к входу низкочастотного фильтра, к первому входу смесителя подсоединен выход гетеродина, выход смесителя подсоединен к входу полосового фильтра , выход которого подсоединен к входу усилителя, а выход последнего через детектор подсоединен к входу преобразователя напряжение-ток, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности контроля уровня шлака в конвертере , в него введены блок автоматического регулирования усиления, вычислительный блок, анализатор состава кислорода дутья, анализатор состава отходящих конвертерных газов, расходомер кислорода дутья, датчик температуры отходящих конвертерных газов, датчик определения момента погружения среза ропелКислородной фурмы в щлакометаллическую эмульсию, компаратор, коммутатор и блок контроля положения кислородной фурмы, причем выход низкочастотного фильтра подсоединен к входу блока i автоматического регулирования усиления , выход которого подсоединен к (Л второму входу смесителя, выход датчика определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию подсоединен через компаратор к первому входу коммутатора, другой вход которого подсоединен к выходу блока контроля положения кислородной фурмы, 00 а к первому, второму, третьему, четвертому , пятому и шестому входам со вычислительного блока подсоединены соответственно выходы преобразователя напряжение-ток, анализатора состава кислорода дутья, анализатора состава отходящих конвертерных газов, расходомера кислорода дутья, датчика температуры отходящих конвертерных газов и коммутатора, а выход вычислительного блока подсоединен к входу регистрирующего прибора.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (29) (21) 3(522 С 21 С 5/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3588996/22-02 (22) 23.03.83 (46) 30.04.84. Бюл. № 16 (72) Т.С.Намазбаев (71) Особое проектно-конструкторское бюро Научно-производственного объединенич "Черметавтоматика 1 (53) 669.184.244.66(088.8) (56) 1. Туркенич Д.И., Здановский В.В.

Акустика в технологии конверторной плавки. M. "Металлургия", 1978, с. 40-47.

2. Патент Франции ¹ 2289893, кл. С 21 С 5/28, 1975. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

УРОВНЯ ШЛАКА B КОНВЕРТЕРЕ, содержащее датчик звукового давления, предварительный усилитель, низкочастотный фильтр, смеситель, гетеродин, полосовой фильтр, усилитель, детектор, преобразователь напряжение-ток, регистрирующий прибор, причем выход датчика звукового давления подсоединен к входу предварительного усилителя, выход которого подсоединен к входу низкочастотного фильтра, к первому входу смесителя подсоединен выход гетеродина, выход смесителя подсоединен к входу полосового фильтра, выход которого подсоединен к входу усилителя, а выход последнего через детектор подсоединен к входу преобразователя напряжение-ток, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности контроля уровня шлака в конвертере, в него введены блок автоматического регулирования усиления, вычислительный блок, анализатор состава кислорода дутья, анализатор состава отходящих конвертерных газов, расходомер кислорода дутья, датчик температуры отходящих конвертерных газов, датчик определения момента погружения среза сопел. кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию, компаратор, коммутатор и блок контроля положения кислородной фурми, причем выход низкочастотного фильтра подсоединен к входу блока автоматического регулирования усиления, выход которого подсоединен к второму входу смесителя, выход датчика определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию подсоединен через компаратор к первому входу коммутатора, другой вход которого подсоединен к выходу блока контроля положения кислородной фурмы, а к первому, второму, третьему, чет- вертому, пятому и шестому входам вычислительного блока подсоединены соответственно выходы преобразователя напряжение-ток, анализатора состава кислорода дутья, анализатора состава отходящих конвертерных газов, расходомера кислорода дутья, датчика температуры отходящих конвертерным газов и коммутатора, а выход вычислительного блока подсоединен к входу регистрирующего прибора.

1089141

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю и регулированию процессов кислородноконвертерной плавки, и может быть использовано в кислородно-конвертер- 5 ном производстве стали.

Известно устройство для определения уровня шлака в кислородном конвертере, содержащее датчик звукового давления (микрофон) предварительный усилитель, частотно-избирательный усилитель, регулятор уровня сигнала, усилитель мощности, детектор со сглаживающим фильтром, блок питания и самопишущий прибор, причем выход микрофона подключен к входу предварительного усилителя, выход которого подключен к входу частотно-избирательного усилителя, выход блока питания подключен к входам всех трех усилителей, выход детектора подключен к входу регистрирующего самопишущего прибора, а выход частотноизбирательного усилителя подключен к входу регулятора уровня сигнала, выход которого через усилитель мощности подключен к входу детектора со сглаживающим фильтром (1) .

Шум, возникающий при продувке ванны конвертера кислородом, преобразовывается микрофоном в электрический сигнал, который усиливается предварительным усилителем. Частотно-избирательный усилитель выделяет наибо35. лее информативную частоту, по которой оценивается состояние и объем шлака в конвертере.

При использовании данного устройства из-за высокой скорости движения

40 газов по газоотводящему тракту изменяется воспринимаемая датчиком звукового давления величина частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, обусловленная

45 эффектом Доплера, согласно которому частота звуковых колебаний, воспринимаемая приемником (датчиком звукового давления), зависит от скорости движения приемника по отношению к среде, в которой распростра50 няется волна, или наоборот, от ско- рости движения среды по отношению к приемнику, что может привести к возникновению ошибок при определении уровня шлака в конвертере, вследствие того, что величина звукового давления при одном и том же уровне шлака будет иметь различные значения, так как величина звукового давления зависит от коэффициента поглощения звука средой, а коэффициент поглощения звука средой, в свою очередь, зависит от частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования.

Кроме того, изменение расхода кислорода дутья и положения фурмы приводит к изменению величины звукового давления акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, в результате чего изменяется уровень шлака в кислородном конвертере и появляются дополнительные погрешности. В результате недостоверной информации об уровне шлака в конвертере управление шлаковым .режимом плавки осуществляется неоптимально, вследствие. чего увеличиваются потери с выбросами и выносами, что уменьшает выход годного.

Таким образом, недостатком известного устройства является недостоверность его показаний, вследствие влияния скорости движения конвертерных газов на величину частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, а также влияния изменения расхода кислорода дутья и положения фурмы на величину звукового давления.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные между собой датчик звукового давления, предварительный усилитель, низкочастотный фильтр, смеситель, полосовой фильтр, усилитель, детектор, преобразователь напряжение-ток, регистрирующий прибор, а также гетеродин, причем выход последнего соединен с другим входом смесителя f2) .

Недостатком известного устройства является низкая точность и надежность контроля уровня шлака, вследствие влияния скорости движения конвертерных газов по газоотводящему тракту на величину частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, соответствующей разонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, а также вследствие отсутствия коррекции определяемого параметра по фактическому уровню шлака в ванне конвертера от плавки к плавке с учетом влияния износа футеровки по ходу компании.

1089141

Цель изобретения — повышение точности и надежности контроля уровня шлака в конвертере.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство. для контроля уровня шлака в конвертере, содержащее датчик звукового давления, предварительный усилитель, низкочастотный фильтр, смеситель, гетеродин, полосовой 10 фильтр, усилитель, детектор, преобразователь напряжение-ток, регистрирующий прибор, причем выход датчика звукового давления подсоединен к входу предварительного усилителя, выход которого подсоединен к входу низкочастотного фильтра, к первому входу смесителя подсоединен выход гетеродина, выход смесителя подсоединен к. входу полОСОВОГО фильтра, ВыхОд которого подсоединен к входу усилителя, а выход через детектор подсоединен к входу преобразователя напряжение-ток, введены блок автоматическоге регулирования усиления, вычислительный блок, анализатор состава кислорода дутья, анализатор состава отходящих конвертерных газов, расходомер кислорода дутья, датчик температуры отходящих конвертерных газов, датчик определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию компаратор, коммутатор и блок контроля положения кислородной фурмы, причем выход низкочастотного фильтра подсоединен к входу блока автоматического регулирования усилсния, Выход которого подсоединен к второму входу смесителя, выход датчика определения момента погружения среза

40 сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию подсоединен через компаратор к первому входу коммутатора, другой вход которого подсоединен к выходу блока контроля

45 положения кислородной фурмы, а к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам вычислительного блока подсоединены соответственно выходы преобразователя напряжение-ток, анализатора состава кислорода дутья, анализатора состава отходящих конвертерных газов, расходомера кислорода дутья, датчика температуры отходящих конвертерных газов и коммутатора, а выход вычислительного блока подсоединен к входу регистрирующего прибора.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Устройство содержит датчик 1 звукового давления, предварительный усилитель 2, низкочастотный фильтр 3, блок 4 автоматического регулирования усиления, смеситель 5, гетеродин 6, полосовой фильтр 7, усилитель 8, детектор 9, преобразователь .10 напряжение-ток, вычислительный блок 11, анализатор 12 состава кислорода дутья, анализатор 13 состава отходящих конвертерных газов, датчик 14 определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию, компаратор 15, коммутатор

16, блок 17 контроля положения кислородной фурмы, расходомер 18 кислорода дутья, датчик 19 температуры отходящих конвертерных газов, регис грирующий прибор 20.

Предварительный усилитель 2 представляет собой усилитель, имеющий следующие граничные частоты усиления

Хн = 15 Гц, fa = 170 Гц, где f н — нижняя граничная частота усиления, Гц, f в — верхняя граничная частота усиления, Гц.

Полоса пропускания низкочастотного фильтра 3 выбирается таким образом, чтобы выделить спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера при изменении уровня шлака от минимального до максимально Ь. го значения. Для конвертеров различной конфигурации резонансные частоты свободного объема рабочего пространства конвертера, соответствующие минимальному уровню шлака, изменя-. ются 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 изменяются от 70 до 111 Гц. Полоса пропускания низкочастотного фильтра 3 выбрана равной д f = f — f) =111-15=96 Гц

Выпрямленное напряжение с детектора 9 преобразуется в пропорциональный ток, например, в диапазоне 0-5 МА.

Анализатор 12 состава кислорода дутья, анализатор 13 состава отходящий конвертерных газов и вычислитель1089141 ный блок 11 могут быть представлены в виде серийно изготавливаемого масс-спекрометра MX-1215, оснащенного ЭВМ CM-1.

Датчик 14 определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию представляет собой электрическую цепь для измерения разности потенциалов, возникающей между фурмой и корпусом конвертера по ходу продувки. Сигнал на выходе электрической цепи между фурмой и корпусом конвертера имеет место только в период наличия контак-. та фурмы со шлако-металлической 15 эмульсией. Компаратор 15 представляет собой операционный усилитель, первый вход которого подключен к выходу датчика 14 определения момента поги ружения среза сопел кислородной фур- 20 мы в шлакометаллическую эмульсию, а второй вход операционного усилителя подключен к выходу источника опорного напряжения. Коммутатор 16 представляет собой, например, транзисторный 25 ключ, в коллекторную цепь которого подключена обмотка реле, например, типа РСМ-2, нормально разомкнутые контакты которого коммутируют выход блока 17 контроля положения кислород-З0 ной фурмы с входом вычислительного блока при наличии сигнала на выходе компаратора 15.

Устройство работает следующим образом.

До начала плавки в вычислительный блок 11 вводится информация о величине НО5... равной высоте от уровня спокойного металла до верхнего конечного положения фурмы (при поднятой

40 фурме), определяемой, например, во время тарировки фурмы.

С момента начала плавки акустический сигнал о ходе процесса шлакообразования, воспринимаемый датчиком 1

45 звукового давления, усиливается при помощи предварительного усилителя 2.

Усиленный сигнал проходит через низкочастотный фильтр 3, который выделяет спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера при изменении уровня шлака от минимального до максимального значения. Сигнал с выхода низкочастотного фильтра 3 поступает на вход блока 4 автоматического регулирования усиления, на выходе которого получается сигнал постоянной амплитуды со спектром частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертора при изменении уровня шлака от минимального до максимального значения. На смеситель 5 поступает сигнал с выхода блока 4 автоматического регулирования усиления и сигнал, выработанный гетеродином 6. Разность частот этих сигналов проходит через полосовой фильтр 7, усиливается усилителем 8 и выпрямляется детектором 9. Выпрямленное напряжение в преобразователе

10 напряжение-ток преобразуется в пропорциональный ток в диапазоне от

0 до 5 Ма. Сигнал с выхода преобразователя 10, пропорциональный резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, поступает на первый вход вычислительного блока 11, на второй вход поступают с выхода анализатора 12 состава кислорода дутья сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона в кислородном дутье, а на третий вход поступаеют сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона, двуокиси углерода в отходящих конвертерных газах с выхода анализатора 13 состава отходящих конвертерных газов.

На чертвертый и пятый входы вычислительного блока 11 поступают соответственно сигнал, пропорциональный расходу кислорода дутья с выхода расходомера 18 кислорода дутья, а также сигнал, пропорциональный температуре отходящих газов с выхода датчика 19 температуры отходящих конвертерных газов.

В момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию через коммутатор 16 на шестой вход вычислительного блока 11 с выхода блока 17 контроля положения кислородной фурми поступает сигнал, пропорциональный высоте от уровня спокойного металла до среза. сопел фурмые

Частота звуковых колебаний, воспринимаемая приемником (датчиком звукового давления), зависит от скорости движения источника волн и приемника по отношению к среде, в которой распространяется волна, Значение частоты звуковых колебаний, воспринимаемое датчиком звукового

1089141 муле 0

0 hC

С в а /в э

V f г

VB

И) где N2

Г

2 е

15

А

r к

20 д

Vor

hC

S cd (2) К = К (1 — -- ).

I ДГ о ь С (6) (3) 40.где С

То

X (к )—

Ср, С„, Ср,С„„давления, в зависимости от частоты источника волн определяется по форf где f — измеряемое значение частоты о звуковых колебаний, Гц, f — частота звуковых колебаний о источника (резонансная частота свободного объема рабочего пространства), Гц, Дс — скорость движения газов в газоотводящем тракте, м/с, с — скорость распространения звука в неподвижной среде, м/с.

Скорость движения газов по газоотводящему тракту определяется по зависимости где Кр — расход отходящих газов, 25 м 5/, Бск — площадь поперечного сечения газоотводящего тракта, м

Ф

d — скорость движения газов по газоотводящему тракту в 30 месте установки датчика звукового давления, м/с..

Скорость распространения звука в конвертерных газах, находящихся в состоянии покоя, определяется по зависимости скорость распространения звука в неподвижной среде, м/с, универсальная газовая постоянная, Дж/(Моль.К), температура отходящих газов, К, доля содержания СО2 в отходящих газах, 50 доля содержания СО в отходящих газах, соответственно удельные изобарные и изохорные теплоемкости двуокиси и окиси углерода, Дж/кг.К, соответственно молекулярные веса двуокиси и окиси углерода.

Расход отходящих газов определяется по зависимости о концентрация азота в воздухе, %, концентрация азота в дутье, % концентрация азота в отходящих газах, %, концентрация аргона в воздухе, %, концентрация аргона в дутье, %, концентрация аргона в отходящих газах, %, расход дутья, м /с, расход отходящих газов, м /с.

Подставив уравнения (4) и (2), получим зависимость для определения скорости движения газов в газоотводящем тракту

A Nã 112 А2 Vg

ДС (5)

В Е

A ° N -И2 А, 8СК

°

Значение частоты звуковых колебаний источника (резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера) определим из уровня (1) Свободную от металла и шлака полость груши конвертера в первом приближении рассматривают как резонатор Гельмгольца.

Собственная частота такого резонатора определяется его размерами ,и скоростью распространения звука в отходящих газах. Частота может быть определена из уровня с

f 6 (7)

1 k где fo — частота собственных колебаний свободного оюъема рабочего пространства конрертера, Гц, S — сечение горловины конверте.ра, м

1089141

Si c ю

4« le

Ф (8) 15 н сВ.оБ = н одщ— (16) 20 = сбд 8сы (9) 25

С

"и(4=Но, Н» — K

Обозначим

4 « ., (17>

S, В ходе компании из-за износа кладки футеровки конвертера изменяются

40 геометрические размеры свободного объема рабочего пространства конвертера, что приводит к изменению коэффициента К в зависимости (17), поэтому в случае

М н, н,>8 (18) (12) н„„= н„, - -3,(1,3) 50

% н, 55

V — свободный объем рабочего ространства конвертора, м, с — скорость распространения звука в отходящих газах, у- м/с, 6=2 Т вЂ” эффектная длина горловины конвертера, м, r — радиус горловины конвертера, Мi

Из уровня (7) найдем свободный объем рабочего пространства конвертера

Свободный объем рабочего пространства конвертера можно представить в виде цилиндра, тогда имеем: где Л - высота. свободного объема рабочего пространства конвертера, м, иск — площадь поперечного сечения полости конвертера, м .

По(ставив уравнения (9) и (8) и решив относительно Мс,1, получим:

СВ. К 8 у f, . (10) Подставив (11) и (10), получим уравнение для определения текущей высоты свободного объема рабочего пространства конвертера

c80б " «

Уровень шлака в конвертере определим по зависимости где Н д- текущий уровень шлака в ванне конвертера, м, — высота свободного объема рабочего пространства конвертера перед началом плавки, м.

Подставив (12) и (13).получим и-и к С 1

Подставив (5) в (6), а затем (14), получим зависимость для определения текущего уровня шлака в кислородном конвертере

Р =H К (цЛ eSab В а а

«. А «е е о(Я «-N Я «co С (15) Высоту свободного объема рабочего пространства конвертера H g определяют во время тарировки положения фурмы перед началом смены по следующей зависимости где Н оЕи5 — измеряемое значение высоты от уровня металла до верхней точки положения фурмы, м, Рк — высота от горловины конвертера до верхней точки положения фурмы, Mi

Подставив (16) в зависимости (15) после упрощения, получим

А где, Нщ — расчетное значение уровня шлака в ванне конвертера в момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию, м, — значение высоты фурьмы над уровнем спокойного металла в момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию, м, " постоянная величина, необходима коррекция коэффициента К.

10891

Решив уровнение (17) относительно коэффициента К, подставив вместо расчетного значения уровня шлака высоту

Фур мы получим.

„(u -u„-u t(P(i- " " ) (,д)

В общем случае скорректированное значение коэффициента К по ходу ком10 пании конвертера определится из уравнения

К,,, едут /Н ц. - Д® /(Я если /H - Н /pg

Подставив зависимость (20) в зависимость (17), получим зависимость

0 для определения уровня Шлака в ванне конвертера с2

Н (ил ОдиА, к 3. (" (" S„„c))

К <, ecnu (Н „„л - (-(+ I < Я

21) . 5

Если/Н„,л -Н р (>e

41 t2 ких размеров свободного объема рабочего пространства конвертора из-за износа футеровки.

Корректировка коэффициента Ki( отплавки к плавке осуществляется посредством сравнения фактического уровня шлака в ванне конвертера с расчетным значением уровня шлака в момент вхождения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию.

Учет изменения частоты звуковых колебаний по эффекту Допплера, а также учет влияния износа футеровки по ходу компании, позволяет повысить точность и надежность контроля уровня шлака в конвертере.

Экономический эффект для предлагаемого с учетом дополнительных капитальных затрат составит

117866 руб.

Таким образом, уровень шлака в ванне конвертера определяется по зависимости (21), причем при переходе из режима открытой струи в режим заглубленной струи корректируб ется значение коэффициента К, учитывающего изменение геометричес1089141

SHHHHH Заказ 2874/24 Тирах 540 Подписное

Филиал ШШ "Патент", r.Óêãîðîä, ул.Проектная, 4