Устройство для контроля параметров конверторного процесса

 

Изобретение относится к области управления кислородно-конвертерным процессом. Цель изобретения - определение скорости обезуглероживания в ванне конвертора. Существо изобретения заключается в том, что устройство совокупностью блоков и связей между ними производит вычисление скорости обезуглероживания (V|.) по следующей формуле: V(.0,169« .)jP, f, - 0,536-К-4, где . и V|. - соответственно объемы кессона и подъемного газохода; Р, - амплитуда колебаний давления газа в газоходе; f, - частота колебаний давления газа в газоходе; К - коэффициент пропорциональности, определяющий расход подсасываемого в газоход воздуха; tff - разрежение в нижней части кессона. Величина JР, определяется совокупностью элементов: датчиком 1 давления, усилителем 4, блоком 12 дифференцирования, блоком 18 задержки, сумматором 19. Величина 0,536-K-rfJ, определяется датчиком 21 давления, блоком 24 умножения. Величина f, определяется датчиком 1 давления, усилителем 4, фильтром 5, блоком 6 АРУ, смесителем 7 с гетеродином 8, фильтром 9, усилителем 10, детектором П. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с & (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1 41211 (51)4 С 21 С 5/30

ВСЕ01Н)Зч И l3,", „,13

ЬЮЛм1!ТИФ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2!) 4044412/22-02 (22) 18.02.86 (46) 30.09.87. Бюл. М 36 (71) Киевский институт автоматики им, XXV съезда КПСС (72) В.С.Богушевский, Н.А.Сорокин, И.В.Присяжнюк и Н.С,Церковницкий (53) 669.184.244(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 290048, кл. С 21 С 5/30, 1971.

Авторское свидетельство СССР

М 1089141, кл. С 2! С 5/30, 1983 ° (54) УСТРОЙСТВО Д!И КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ КОНВЕРТЕРНОГО ПРОЦЕССА (» ) Изобретение относится к области управления кислородно-конвертерным процессом. Цель изобретения— определение скорости обезуглерожнвания в ванне конвертора. Существо изобретения заключается в том, что устройство совокупностью блоков и связей между ними производит вычисление скорости обезуглероживания (Vc) по следующей формуле: Ч,=0,169 к!0- (V < +V< ) 3 Р, 1, — 0 536 К ор где V u V — соответственно объемы кессона и подъемного газохода; Р, амплитуда колебаний давления газа в газоходе; f, — частота колебаний давления газа в газоходе; К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяющий расход подсасываемого в гаэоход воздуха; ar — - разрежение в нижней части кессона. Величина d P, определяется совокупностью элементов: датчиком 1 давления, усилителем 4, блоком 12 дифференцирования, блоком

18 задержки, сумматором 19. Величи- ф на 0,536 К d< определяется датчиком

21 давления, блоком 24 умножения. Величина f определяется датчиком 1 давления, усилителем 4, фильтром 5, блоком 6 АРУ, смесителем 7 с гетеродином 8, фильтром 9, усилителем 10, детектором 11. I э.п. A-лы, 2 ил.

1 134

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к управлению кислородно-конвертерным процессом.

Цель изобретения — определение скорости обезуглероживания в ванне конвертера.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 — схема логического блока.

Устройство (фиг. 1) содержит первый датчик 1 давления, связанный с отборным устройством 2, установленным в гаэоходе 3, соединенный через предварительный усилитель 4, низкочастотный фильтр 5, блок 6 автоматического регулирования усиления со смесителем 7, который также связан с гетеродином 8. Выход смесителя 7 соединен через полосовой фильтр 9, усилитель 10 с детектором 11. Предварительный усилитель 4 соединен через блок 12 дифференцирования с логическим блоком 13 и непосредственно с первым и вторым блоками 14, 15 памяти

Второй вход первого блока 14 памяти соединен через первый блок И 16 с первым выходом логического блока 13, а второй вход второго блока 15 памяти соединен через второй блок И 17 с вторым выходом логического блока 13.

При этом вторые вмоды первого и второго блоков И 16, 17 соединены через блок 18 задержки с третьим выходом логического блока 13 ° Выходы первого блока 14 памяти и второго блока

15 памяти соединены через первый сумматор 19 с первым блоком 20 умножения, который также связан с детектором 11. Второй датчик 21 давления, связанный с отборным устройством 22, установленным в зазоре между горловиной конвертера 23 и газоходом 3, соединен через второй блок 24 умножения с вторым сумматором 25, второй вход которого связан с выходом первого блока 20 умножения, а выход— с блоком 26 указания. Логический блок 13 (фиг. 2) содержит соединенные между собой двухканальный блок

27 сигнализации и блок 28 сравнения, причем первый и второй выходы блока

27 сигнализации являются соответственно первым и вторым выходами логического блока, а выход блока 28 сравнения — его третьим выходом.

В качестве датчиков 1 и 21 давления могут быть применены стандартные измерители давления "Сапфир-22ДИ" с

1211 усилителями, блоки памяти могут быть выполнены на базе устройств выборки и хранения аналоговых сигналов ИС

КР1100СК2 блоки И и задержки — на

t стандартных блоках вычислительной техники, остальные блоки могут быть выполнены на базе стандартных блоков

АКЭСР.

Скорость обезуглероживания жидкой ванны характеризуется наличием пульсации. Пульсационный характер процесса обеэуглероживания приводит к изменению давления газов в полости конвертера, которое передается по газоотводящему тракту.

Согласно первому закону термодинамики, d Q=aU, (1)

20 где d Q — количество тепла, сообщенное рабочему телу, Дж;

dU — изменение внутренней энергии рабочего тела Дж.

С другой стороны, тепловыделение в системе в течение одного цикла колебаний можно определить как

4Q= (2) где q — удельная теплота сгорания топлива Дж/кг (для газообразного при нормальных условиях Дж/м ); ч — массовый расход топлива,кг/с;

f — частота колебаний давления

rasa, Гц.

Согласно теории классической статистики Максвелла, изменение внутренней энергии газа можно определить

40 по формуле д0= -, —, К dT, (3)

) Р

4Р7= - BgT, m

Н (4) где m — масса газа, кг; — молярная масса rasa, кг/моль; с учетом колебательных число степеней свободы движения одной молекулы газа;

8T — изменение температуры газа,К;

Б — универсальная газовая посто50 янная, равная 8314 Дж/кмоль К.

Для описания состояния реальных газов при низких давлениях и высоких температурах, что имеет место в кислородно-конвертерном процессе, мож55 но использовать уравнение МенделееваКлапейрона:

3 1341211 где 4Р— амплитуда колебаний давления газа, Па;

Ч вЂ . объем газа, м

Используя соотношения (1)-(4)

5 получаем выражение для амплитуды колебаний давления газа:

2q ч ьР= т1Vf (5) 10

В кислородно-конвертерном процессе газообраэование по ходу продувки происходит в реторте и газоходе. Длина пути, при котором происходит полное молярное перемешивание конвертер- 15 ного газа с подсасываемым воздухом, равна примерно десятикратному диаметру горловины конвертора. Поэтому наиболее достоверная амплитудно-частотная характеристика отходящих газов 20 контролируется в верхней части подьемного газохода.

Считая, что во время продувки конвертера выделяются тольКо углеродсодержащие газы СО и C0), выражение (5) можно преобразовать:

22 4

° v с бсо осо, 22 4

У вЂ” ч +Kd

12 (7) где К вЂ” коэффициент пропорциональности, определяющий расход подсасываемого воздуха при нормальных условиях в зависимости от разрежения в нижнем сечении кессона, м /(с Ila);

d о — разрежение в нижнем сечении кессона, Па.

Решая выражения (6) и (7) относительно: величины ч, получим: ч =О, 169 -10 (Ч„+Ч, ) P, 2, -0,536К/

Устройство работает следующим образом.

С момента начала продувки сигнал о давлении газов в гаэоходе 3, воспринимаемый датчиком 1, усиливается в предварительном усилителе 4. Затем сигнал проходит через низкочастотный фильтр 5, который выделяет спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема гаэохода.

С выхода низкочастотного фильтра сигнал поступает на вход блока 6 автоматического регулирования усилия, на выходе которого получают сигнал постоянной амплитуды с резонансным спектром частот. На смеситель 7 поступает сигнал с выхода блока 6 автоматического регулирования усиления и сигнал, выработанный гетеродином 8. Разность частот этих сигналов проходит через полосовой фильтр 9, усиливается усилителем 10 и преобразуется частотным детектором ll в сигнал, пропорх

1 о со где ОР,,лР

| амплитуды колебаний давления газа в верхней части подъемного газохода и парциального давления двуокиси от догорания окиси углерода, Па; объемная доля двуокиси углерода от догорания

40 конвертерных газов; удельная теплота сгорания окиси углерода от догорания конвертерных ов при нормаль 45 условиях, — равная 127

„105 Д /мз. массовый расход углерода ванны или скорость ее обезуглероживания, кг/с; степень окисления углерода до СО в полости конвертера, определяемая как объемная доля окиси 65 углерода в конвертерных газах; с учетом колебательных число степеней свободы

qo. со

Ч с

>ro

1 соо

22 4

1 2ясо — - vñò

dP, =ЛРсо (6) 30 движения одной молекулы двуокиси углерода, равная 8;

Ч„, Ч вЂ” объемы соответственно кессона и подъемного газохода, м

3. — частота колебаний давления газа в верхней части подъемного гаэохода, Гц.

Значение . определяем как отно«со, шение значений расхода двуокиси углерода от догорания конвертерных газов к,сумме расходов углеродсодержащих конвертерных газов и подсосанного воздуха, который принимаем пропорциональным разрежению в нижнем сечении кессона:

35 эоходе достигает максимального зна- 50 чения. В этот момент сигнал, поступающий с предварительного усилителя

4 на блок 12 дифференцирования, достигает максимального значения, а с выхода блока дифференцирования на ло- 55 гический блок 13 поступает сигнал, равный нулю. С третьего выхода логического блока на блок 18 задержки поступает "единичный" сигнал. При

5 134121 циональный частоте колебаний давления газа в гаэоходе. Сигнал с предварительного усилителя 4 поступает в блок 12 дифференцирования, с выхо5 да которого — на первый вход первого канала и второй вход второго канала блока 27 сигнализации и на первый вход блока 28 сравнения. При этом на второй вход первого канала и первый вход второго канала блока 27 сигнализации и второй вход блока 28 сравнения подается опорное напряжение, равное нулю (U« ). Если сигнал на первом входе одного из каналов блока

27 сигнализации превышает сигнал, подаваемый на его нторой вход, то на выходе канала появляется сигнал, соответствующий единичному" (в противном случае — "нулевому ). Таким

20 образом, на перном выходе логического блока 13 появляется "единичный сигнал, когда сигнал на его входе выше нуля, и нулевой, если сигнал на входе ниже нуля. На втором вы- 25 ходе логического блока 13 "единичный" сигнал появляется, когда сигнал на его входе ниже нуля, и "нулевой", если сигнал на входе выше нуля. "Единичный" сигнал на выходе блока 28

30 сравнения (третьем выходе логического блока 13) появляется только при совпадении входного сигнала с нулевым опорным сигналом и через блок 18 задержки поступает на вторые входы первого 16 и второго 17 блоков И.

Наличие двух "единичных" сигналов на входах первого блока И 16 позволяет получить единичный сигнал с его выхода, который подается на второй вход первого блока 14 памяти и разре- 40 шает запись сигнала, поступающего от предварительного усилителя 4 на первый вход первого блока 14 памяти.

Аналогично наличие "единичных" сигналон на входах второго блока И 17 45 разрешает запись сигнала от преднарительного усилителя 4 во второй блок 15 памяти. Рассмотрим случай, когда величина давления газов н га1 е переходе величины давления через максимальное значение сигнал, поступающий на блок 12 дифференцирования, уменьшается, и с выхода блока дифференцирования на логический блок 13 поступает сигнал ниже нуля, что приводит к появлению "нулевого сигнала на первом выходе логического блока 13 и "единичного" на его втором выходе. Таким образом, спустя время задержки на первый и второй входы первого блока И 16 поступают соответственно "нулевой" и "единичный" сигналы, а на входы второго блока И

17 - "единичные" сигналы, что разрешает зафиксировать во втором блок»

l5 памяти новое значение, соответствующее максимальному давлению газов в газоходе. Аналогично по достижении величины давления минимального значения "единичные" сигналы появляются на входах первого блока И 16, что позволяет зафиксировать в первом блоке 14 памяти значение, cooòâåòñòвующее минимальному давлению газов в гаэоходе. Напряжение с выходов первого 14 и нторого 15 блоков памяти суммируется в первом сумматоре 19.

С выхода последнего напряжение, пропорциональное амплитуде колебаний давления газа в верхней часги подьемного газохода, поступает в первый блок 20 умножения, в который также поступает напряжение с детектора ll, пропорциональное частоте колебаний давления отходящих газов. Числоной коэффициент, пропорциональный выражению 0,5 0,169.10 (Ч„ +Ч ), устанавливается в виде постоянного сомножителя и первом сумматоре 25. Таким образом, напряжение, поступающее на второй сумматор 25, пропорционально выражению 0 169 10 (Ч +Ч )лР1f .

Сигнал о давлении газов на выходе из конвертера с датчика 21 поступает на второй блок 24 умножения, в котором вычисляется произведение 0 536K d, поступающее во второй сумматор 25.

Скорость обезуглероживания вычисляется в сумматоре 25 согласно выражения (8 ) и фиксируется блоком 26 указания.

Пример. Определение скорости обезуглероживания в 130-тонном конвертере с продувкой кислородом сверху и дожиганием конвертерных газов.

Для этой конвертерной установки значение коэффициента пропорциональности K=0,93 м /(с.Па),геометрические

7 13412 факторы ранцы V,†= м, V =209 м .

Значения переменных, измеренных в момент подачи в ванну 50i! общего количества кислорода на плавку, в области резонансного колебания газа равны Г, =5 Гц; л Р=0,72 1() Па. Величина разрежения в нижнем сечении кессона равна с =20 Па. После подстановки данных в выражение (8 1 получим:

10 чс 0 169 10 (37+209) 0 72 10 5

-0,536.0,93 20=4,97 (кг/с).

Испытание макета показало, что использование устройства определения скорости обезуглероживания в ванне конвертера позволяет осуществить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, находящихся в заданных пределах, с первой повалки возрастает на 5-7X) что снижает себестоимость стали и повышает ее качество. формула изобретения

1. Устройство для контроля параметров конвертерного процесса, содержащее последовательно соединенные предварительный усилитель, ниэкочас- 3О тотный фильтр, блок автоматического регулирования усиления, соединенный с гетеродином смеситель, полосовой фильтр, усилитель и детектор, блок указания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью определения скорости обеэуглероживания в ванне конверll

8 тера, оно снабжено двумя датчиками давления, блоком дифференцирования, логическим блоком, блоком задержки, двумя блоками И, двумя блоками памяти, двумя сумматорами и двумя блоками умножения, причем предварительный усилитель соединен через блок дифференцирования с логическим блоком и непосредственно с первым и вторым блоками памяти, вторые входы которых соединены через первый и второй блоки И соответственно с первым и вторым выходом логического блока, при этом вторые входы первого и второго блоков И соединены через блок задержки с третьим выходом логического блока, а выходы первого и второго блоков памяти соединены через первый сумматор с первым блоком умножения, второй вход которого соединен с выходом детектора, а выход первого блока умножения соединен с вторым сумматором, второй вход которого через второй блок умножения соединен с вторым датчиком давления, а выход — с блоком указания, выход первого датчика давления соединен с предварительным усилителем, 2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что отборный элемент первого датчика давления установлен в гаэоходе,. а отборный элемент второго датчика давления установлен в зазоре между горловиной конвертера и гаэоходом.

1341211 фие. 2

Составитель А.Абросимов

Редактор М,Циткина Техред М.Ходанич Корректор Л. Пилипенко

Закаэ 4402/31

Тираж 549 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

1(роиэводственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4