Устройство контроля скорости обезуглероживания в ванне конвертера

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (191 03) <511 4 С 21 С 5/30

/v, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2!) 3774656/22-02 (22) 25.07.84 (46) 07.01.86. Бюл. Ф 1 (71) Киевский институт автоматики им, XXV съезда КПСС (72) В, С. Богушенский, Н. А. Сорокин, Е. И. Беляев и И. С, Кочков (53) 669.046.564(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

33 - 260648, кл. С 21 С 5/30, 1970, Авторское свидетельство СССР

В 290048, кл. С 21 С 5/30, 1973. (54)(57) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ В ВАННЕ КОНВЕРТЕРА, содержащее датчики расхода и разности температуры воды на входе и выходе из фурмы, соединенные через первый блок умножения с первым сумматором, расхода кислорода и положения фурмы, соединенные с блоком начала продувки, первый выход которого че рез блок продолжительности продувки соединен с вторым сумматором, к входу которого подсоединены блоки определения количества железа, вносимого рудой в ванну, ввода начальных условий, источник и приемник импульсных ультразвуковых колебаний, соединенного с блоком продолжительности времени прохождения ультразвуковых колебаний через ванну, вход блока определения количества железа, вносимого рудой в ванну, соединен с весовым бункером, а также- через блок окончания цикла с приводом конвертера, отличающее ся тем, что, с целью повышения точности контроля, оно дополнительно содержит блок памяти, вход которого соединен с блоком начала продувки и блоком продолжительности времени прохождения ультразвуковых колебаний через ванну, а выход через первый блок деления соединен с первым сумматором, второй сумматор и блок ввода начальных условий через второй блок деления, третий сумматор, блок сигналиэации и переключатель подсоединены к первому сумматору, вход которого также подсо- Я единен к блоку указания, а выход через первый блок возведения в степень, %УФ третий блок деления, четвертый сумматор, первый функциональный преобразователь, второй блок умножения и вто- ф рой блок возведения, в степень под соединен ко входу блока указания, выходы которого подсоединены через интегратор к третьему сумматору, через пятый сумматор и непосредственно к четвертому блоку деления, выход

М а которого через третий блок возведения в степень подсоединен к переклю- чателю, причем интегратор также соединен с блоком окончания цикла, а третий сумматор подсоединен к переключателю.

12031

Изобретение относится к области черной металлургии, конкретнее к управлению кислородно-конвертерным

- процессом.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

На фиг, представлена блок-схема устройства контроля скорости обезуглероживания в ванне конвертера; на фиг, 2 — внутренняя структура блока f0 продолжительности времени прохождения ультразвуковых колебаний через ванну; на фиг. 3 — внутренняя структура блока определения количества железа, вносимого рудой в ванну; íà f5. фиг. 4 — внутренняя структура переключателя.

Датчики 1 и 2 расхода и разности температуры воды на входе и выходе из фурмы 3 подсоединены через первый 20 блок 4 умножения к первому сумматору

5, датчики 6 и 7 расхода кислорода и положения фурмы подключены к блоку

8 начала продувки, первый выход которого через блок 9 продолжительно- 25 сти продувки соединен со вторым сумматором 10, Вход второго сумматора

10, кроме того, подсоединен к блоку

11 определения количества железа, вносимого рудой в ванну, подключенному к весовому бункеру 12, Источник

13 и приемник 14 импульсных ультразвуковых колебаний соединены с блоком

l5 продолжительности времени прохождения ультразвуковых колебаний через ванну, выход которого соединен с бло ком 16 памяти, Вход блока 16 соединен также с блоком 8 начала продувки, а выход через первый блок 17 деления соединен с первым сумматором 5, Блок

18 ввода начальных условий через сумматор 10 и непосредственно соединен. со вторым блоком 19 деления, выход которого через третий сумматор 20, блок 21 сигнализации и переключатель

22 соединен с первым сумматором 5, третий сумматор 20 также подключен к переключателю 22. Вход первого сумматора 5 также подключен к блоку 23 указания, а выход через первый блок

24 возведения в степень, третий блок

25 деления, четвертый сумматор 26, первый функциональный преобразователь

27, второй блок 28 умножения, второй блок 29 возведения в степень подклю чен ко входу блока 23 указания. Выходы блока 23 указания подключены через.интегратор 30 к третьему сумматору 20, через пятый сумматор 31 и непо13 2 средственно — к четвертому блоку 32 деления. Выход блоКа 32 черев третий блок 33 возведения в степень подсоединен к переключателю 22. Привод 34 конвертера 35 через блок 36 окончания цикла соединен с интегратором 30 и блоком 11 определения количества железа, вносимого рудой в ванну.

Источник и приемник ультразвуковых колебаний устанавливают в отверстия футеровки конвертера в слое, подвер-. женном минимальному износу (для 130тонных конвертеров — 5-6-й ряд кирпичей от днища), В качестве источника и приемника излучения используют, например пьезомагнитный составной вибратор с насадкой из диборида циркония. Частота излучения 49 кГц, мощность излучения 100 ВА в импульсе, Блок 8 начала продувки подсоедийен к реле 37 времени (фиг. 2), выход которого подключен к узлу 38 сброса и линии 39 задержки, Выход линии 39 задержки соединен через схему И 40 с источником 13 импульсных ультразвуковых колебаний вход которой, кроме того, соединен с источником 41 питания ° Выход схемы И 40 соединен через узел 42 памяти, схему И 43 со входом счетчика 44 импульсов. К схеме И 43 также подключен генератор 45 импульсов. Схема сброса счетчика 44 импульсов подсоединена через узел 46 памяти, усилитель 47 к приемнику 14. импульсных ультразвуковых колебаний, Выход счетчика 44 импульсов соединен с блоком 16 памяти.

Узел 48 (фиг. 3) включения транспортера подачи руды соединен с узлом

49 умножения и таймером 50, выход которого соединен с интегратором 51, к которому также подключен узел 49 умножения, Переключа-ель 22 состоит из Реле

Р с переключающим контактом 1Р (фиг„ 4), Блоки устройства могут быть реализованы, например, на стандартных блоках комплекса АКЭСР: сумматоры, блоки деления, умножения, возведения в степень, функциональный преобразовательна блоках вычислительных операций

БВО, интеграторы и блок продолжительности продувки — на блоках динамических преобразований БДП, блок сигнализации на блоках БСТ; датчики, задатчики, измерители параметров, а также указатель - на стандартных,(Г. — + f (g, t)

S (2) где — температурный кОэффициент скорости звука, м/с- С; температура жидкости, С, Для упрощения результирующего уравнения связь между изменением температуры и скоростью распространения ультразвуковых волн для диапазона изменения температур в сталеплавильной ванне ()200-1700 С) представим в линейном виде.

Так как искомое значение температурного коэффициента скорости ультразвука относится к жидкому состоянию металла и увеличение скорости ультразвука от начального значения происходит именно в диапазоне температур, относящихся к жидкому металлу, представим выражение (2) в виде.Ге

V g — +g(t- t) 19 (3) где — температура кристаллизации жидкО сти С °

Модуль объемной упругости — величина, обратно пропорциональная коэффициенту сжимаемости жидкого металла в процессе продувки конвертерной ванны при наличии в нем газовых пу3 1 приборах ГСП; таймер — на электронном реле; блок включения транспортера — на пускателе. Блок ввода начальных условий выполнен на базе соответствующих задатчиков и узлов вычислительных операций. Блок начала продувКИ представляет собой схему

И, Блок окончания цикла представляет собой, например, командоаппарат.

Скорость распространения ультразвука в жидкости определяется как

Е

Ч =,, (1) г где V — скорость распространения ультразвуковых колебаний, м/с, Š— модуль объемной упругости жидкости! Г/м (-! — плотность жидкости, г/м

Известно также, что с изменением температуры изменяется и скорость распространения ультразвуковых волн в жидкости в соответствии с температурным коэффициентом скорости. Отсюда

203113 4 зырей зависит от их количества в объеме металла, определяющем уровень расплава, а в конечном счете зависит от скорости обезуглероживания, Связь между уровнем металла и скоростью обезуглероживания следующая:

1 1

Е !!! g(. <,(V 0,7 (4) 10 где Я вЂ” коэффициент сжимаемости жидкости, мыс /г коэффициенты; и — скорость обезуглероживания металла, Fo/мин.

Температуру кристаллизации металла представим по диаграмме железо— углерод в виде (5) ск — ы7 !!(С !

40 где а,,:(3 — коэффициенты;

С вЂ” содержание углерода в ванне жидкого металла! 7 °

Коэффициенты о и а(з выбраны для участка с содержанием углерода менее

О,ЗЖ. Некоторое завышение температуры кристаллизации для высоких содержаний углерода (2X и вьппе) оправдано тем, что в этом случае в ванне конвертера присутствует, как правило, не30 расплавившийся лом и !!Истинный!! перегрев металла ниже измеренного, Скорость распространения звука может быть измерена как отношение расстояния, проходимого звуком, ко времени прохождения этого расстояния:

35 L

V =— (6)

Ь (. где L — расстояние, проходимое звуком, м;

Л вЂ” продолжительность времени прохождения ультраз вуковых колебаний через ванну пути равного L c.

Рассматривая соотношения (3), (4) и (5) совместно получим

+у с, о " p +p О17 -! 5 з+ где P -, PS — коэффициенты, С другой стороны, температуру ванны мозно получить из уравнения, определяющего тепловой поток на фурму: =К Ч +У7Vñ Рз (8) где q — тепловой поток на хурму, КВт;

55 7 З вЂ” коэффициенты.

Решая совместно уравнения (7) и (8), получим выражение для определения скорости обезуглероживания:

1203113 где а L — расстояние между источником и приемником ультразвуковых колебаний, м..

Для решения уравнения (9) относительно скорости обезуглероживания с помощью метода итераций его преобразуют к следующему виду .

„ < + + 1»з

10 о» a% У 6 с »» 1 0,7 ф+ ygq—

М» о 11 г

I (10) при С. 0,25%

-Н (+6 ) 20 содержание углерода в чугуне и ломе соответственно, %; масса на плавку чугуна, лома и руды, кг, д коэффициент, характеризующий степень восстановления руды и содержание в ней кислорода; ЗО коэффициент, характеризующий среднюю скорость угара. компонентов садки, кг/мин; продолжительность . продувки, мин; коэффициенты. а определяется по где С> С„

Q» Ghs СР

118 Y

Коэффициент формуле

-0 1 (Gq+ Gg) (12) где Сг, Я вЂ” средняя масса на плавку чугуна и лома, кг; 1 - средняя продолжитель45 ность продувки, мин.

Для условий 130-тонного конвертера при расположении источника и приемника ультразвуковых колебаний в районе цапф друг против друга ко50 эффициенты соответственно равны: ф 539%; Ф = -0,31%/KBT

21 .1Ф(%) (м/с о7. ф = 0 162»,м/с)" = -0,262; .ф = -1300 мин;. 3 7 = 80

g 5,52 (% мин) ; . = -34,5 (%) . Коэффициент ф определяют по формуле У * С % = 1 68 С % (13)

2,5

++9,V,) f,C =О, где ф †:. ф — коэффициенты, Содержание углерода. в ванне жидко"

ro металла определяют по формуле

СИСА + ChGn

С =, 17 дг ЬрG„+ bG<+aEi при С <> 0,25% » з ф„О,7 — c. (»5J (о + Р, $++g" С Щ 3 5

»

5 (Ф О - = 1"Я» g С - v ) Устройство работает следующим образом.

Перед продувкой информация о массе чугуна и лома поступает из блока

18 ввода начальных условий в сумматор

10, где вычисляется сумма (Gp + G<), Информация о сумме (С»,С,, + С„ С,») поступает из блока 18 ввода начальных условий в блок 19 деления, в котором производится вычисление начального

Г содержания углерода в ванне жидкого металла по формуле G G „+ ѻÄ

На-, пряжение, пропорциональное этой величине, поступает через сумматор 20 в блок 21 сигнализации и непосредственно из сумматора 20 на переключатель 22, В начале продувки конвертера при опускании фурмы 3 и подаче дутья в блоках 6 расхода кислорода и положения фурмы 7 срабатывают позиционные контакты, установленные на рабочих значениях параметров (например, для 130-тонных конвертеров при расстоянии сопла фурмы до уровня спокойного металла 3000 мм и расходе кислорода, равном 75% номинального значения),.При этом на выходе блока 8 начала продувки, представляющего собой схему И, появляется напряжение, соответствующее логической "единице", которое поступает в блок 16 памяти, блок 15 продолжительности времени прохождения ультразвуковых колебаний через ванну и блок

9 продолжительности продувки, представляющий собой, например электродвигатель, соединенный с функциональ1203! !3 ным преобразователем, Выходное напряжение из блока 9 продолжительности продувки, пропорциональное величине а, поступает в сумматор 10 в который одновременно из блока 11 определения количества железа, вносимого рудой в ванну, поступает напряжение, пропорциональное величине bGp, Показания датчика 1 расхода воды и датчи- !О ка 2 разности температуры воды на входе и выходе иэ фурми поступают в блок 4 умножения, выходное напряжение которого, пропорциональное величине теплового потока на фурму, поступает в сумматор 5. Источник 13 импульсных ультразвуковых колебаний излучает импульсы ультразвука, которые проходят через металл и воспринимаются приемником 14. При этом определяется продолжительность вреМени.прохождения ультразвуковых колебаний через ванну в блоке 15, поступающих далее в блок 16. Напряжение, пропорциональное этой величине, 25 поступает на делитель 17, где вычисляется отношение 1 „/g (и далее в сумматор 5. Напряжение, пропорциональное произвольно выбранному значению скорости обезуглероживания в ванне конвертера, поступает с выхода

° блока 23 указания в сумматор 5.Выходное напряжение сумматора 5 пропорционально величине „% а д 1 &

35 причем на первом шаге вычисления содержания углерода принимается равным начальному. Выходное напряжение блока 24 возведения в степень, пропорциональное величине 40 (т,,"., ку r, -g,v,) поступает в блок 25 деления, в котором вычислятся . отношение з 45

О t + т С - 6Vñ)

Ъ

Выходное напряжение с сумматора

26, пропорциональное величине з 5О 4о —,-ф.7.5" Р, -МЭ поступает на функциональный преобразователь 27, в котором вычисляется натуральный логарифм этого выражения. Выходное напряжение блока 28 умножения, пропорциойальное величине ф — !.г

О.ч Ф (1 + a+Ó %+УС-4Ч) l15 цуе

Чс !,,»/мин

Ж/мин (vÄÄ)

7/мин

Номер итерации

0,207488 1,07488 ° 10

0,257077 4,95889 1О

0,276136 1,9059 10

1 0,1

2 0,207488

3 0,257077

4 0.,276136

5 0,282911

0,282911 6,7775 10

-Ъ

0,285250 2,339 10

Так как/gVc5t = 0,002339(<0,005 Е/мин, то искомое значение скоро сти о без угле рожив ания р авно

= P(Vc> ) = 028525 Ж/мин.

Выходное напряжение блока 23 указания поступает в интегратор 30, с выхода которого снимается величина, 1 пропорциональная значению 1 "сп

1 которая поступает в сумматор 20, С выхода сумматора 20 снимается напряжение, пропорциональное значению формулы (10), Это .напряжение через поступает в блок 29 возведения в степень, где вычисляется величина, пропорциональная правой части выражения (16), которая поступает в блок 23 указания, представляющий собой усилитель мощности. Новое значение. Vc, определяемое по выражению (16), поступает на сумматор 5 и приведенные вычисления повторяются. Вычисления прекращаются, когда достигается с заданной точностью значение скорости обезуглероживания, Пример вычисления для конкретных л величин q = 1800 кВт, Ь i = 1,68 х х !О с и С„ = 2 . Начальное заданное значение скорости обезуглероживания V 0,! /мин, Заданное значение точчости вычисления промежуточного значения скорости обезуглероживания дЧ = 0,0053/мин.

Данные расчета занесены в табли1203113 переключатель 22 поступает в сумматор 5.

По истечении определенного времени (например, для плавок, проводимых по обычной технологии, 10 с) цикл измерения продолжительности времени прохождения ультразвуковых колебаний через ванну повторяется.

При достижении содержания углерода, определяемого в сумматоре 20, равного 0,257, на выходе блока 21 сигнализации появляется единичное напряжение, переключатель 22 срабатывает и подключает к сумматору 5 блок 33 возведения в степень. Напряжение, пропорциональное скорости.обезуглероживания в ванне конвертера, из блока 23 поступает в сумматор 31, выходное напряжение которого, пропор- 20 циональное величине(/<+7< ) поступает в блок 32 деления, Туда же поступает напряжение, пропорциональное величине V с блока 23 указания, Выходное напряжение из блока 32. 25 пропорциональное величине (), g>+g g поступает в блок 33 возведения в сте= пень, выходное напряжение которого пропорционально величине содержания углерода в ванне жидкого металла, определенной по формуле (ll). После окончания плавки и слива металла срабатывает блок 36 окончания цикла выполненный в виде датчика положения

35 соединенного с приводом 34 конвертера, При этом сбрасываются блок 11 определения количества железа, вно-" симого рудой в ванну, и интегратор

30 в начальные положения, Блок 15 продолжительности времени прохождения ультразвуковых колебаний через ванну работает следующим обра- зом.

При появлении на выходе блока

8 напряжения, соответствующего логи т ческой "единице", срабатывает реле

37 времени, которое включает узел

38 сброса. Это же напряжение через линию 39 задержки поступает в схему

5О

И 40 и подает напряжение от источника 41 питания к источнику !3 импульсных ультразвуковых колебаний, Одновременно напряжение со схемы И 40 поступает в узел 42 памяти, с выхо55 да которого поступает на схему И 43, Схема срабатывает и пропускает импульсы от генератора 45 импульсов . на счетчик 44 импульсов, который подсчитывает эти импульсы, Источник 13 излучает импульсы ультразвука, которые проходят через металл и принимаются приемником 14 импульсных ультразвуковых колебаний, Сигнал с приемника усиливается усилителем

47 и поступает в узел 46 памяти, на выходе которого появляется напряжение, соответствующее логической "единице"„ которое останавливает счетчик

44 импульсов. Таким образом, показания счетчика пропорциональны продолжительности времени прохождения ультразвуковых колебаний через ванну, По истечении определенного промежутка времени (например, для плавок, проводимых по обычной технологии, 10 с) срабатывает реле 37 времени, и цикл измерения повторяется, Регулировка промежутка времени цикла измерения осуществляется установкой

pBJIp- времени, Блок il определения количества железа, вносимого рудой в ванну, работает следующим образом.

Загрузка руды осуще твпяется транспортером подачи руды, который включается узлом 48, Напряжение, пропорциональное количеству железа, вносимого рудой в ванну, поступает от весового бункера 12 к узлу 49 умножения, выходное напряжение которого пропорционально величине Ъср в данной присадке, Одновременно с включением транспортера включается таймер 50. Выходное напряжение узла

49 поступает на интегратор 51, время включения которого определяется таймером 50, Последующие добавки руды приводят к аналогичному срабатыванию блока 11, Таким образом, выходное напряжение интегратора 51 пропорционально величине ЪСр, Переключатель 22 работает следующим образом, При появлении с блока 21 сигнализации единичного напряжения срабатывает реле P переключающее контакт

1Р. При этом ко входу сумматора 5 подключается блок 33 возведения в степень и отключается сумматор 20. гоз з

1203!13

Заказ 8387/31

Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель А, Абросимов

Редактор К. Егорова Техред Т.Дубинчак корректор В. Синицкая