Устройство автоматического контроля масс жидкого металла и шлака в плавильном агрегате

 

Изобретение относится к автоматизации контроля технологических процессов в металлургии и предназначено для автоматического контроля металла и шлака в плавильном агрегате. Цель изобретения - повышение оперативности контроля плавки за счет выработки информации о конечной массе металла в агрегате до получения свеСЛ NJ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А2 (sg 4 С 21 С 5/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, : ь., 0

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н A ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1052544 (21) 4032347/23-02 (22) 03.03.86 (46) 30.12.87. Бюл. У 48 (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (72) Б.Б. Анисимов, Л.Я. Колесников, В.М. Денисенко, Н.А. Фомин, М.Б. Оржех, А.Е. Кошелев и Г.Я. Анисимов (53) 664.046(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N -1052544, кл. С 21 С 5/04, 1983. (54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ MACC ЖИДКОГО МЕТАЛЛА И ШЛАКА В

ПЛАВИЛЬНОМ АГРЕГАТЕ (57) Изобретение относится к автоматизации контроля технологических процессов в металлургии и предназначено для автоматического контроля металла и шлака в плавильном агрегате.

Цель изобретения — повышение оперативности контроля плавки за счет выработки информации о конечной массе металла в агрегате до получения све13627 дения о массах, выбранных для присадки в металл видов добавок. Существо изобретения заключается в том, что устройство дополнительно содержит прогнозатор 4 массы металла, выполненный в виде блоков 18, 19, 20 формирования исходной информации соответственно, о текущем и конечном химсоставе металла в агрегате и о химсоставе выбранных видов добавок в металл по 1-м элементам и подключенного к выходам этих блоков вычислителя 21 прогнозируемой массы металла. Информация о химсоставе металла и выбранных к присадке видов добавок поступает в блоки 22 и 23 делительных ячеек на входе вычислителя

21. Каждой из этих ячеек вырабаты48 вается сигнал, пропорциональный отношению: в блоке 22 — текущего содер. жания в металле j-ro элемента к em содержанию в соответствующей добавке, в блоке 23 — конечного содержания в металле j-го элемента к его содержанию в соответствующей добавке. Выходные сигналы ячеек блока 22 суммируются в блоке 24, а блока 23 в блоке 25. Выходные сигналы блоков

24 и 25 поступают в делительную ячейку 26, выход которой подключен к множительной ячейке 27, подсоединенной своим выходом к прибору 28 представления информации о прогнозируемой массе металла, а выходом к выходу

- вычислителя 3 текущих значений массы металла. 1 нл.

Изобретение относится к автоматизации контроля технологических процессов в металлургии.

Целью изобретения является повышение оперативности контроля плавки за счет выработки информации о конечной массе металла в агрегате до получения сведений о массах выбранных для присадки в металл видов добавок.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из пяти функциональньгх частей; блока 1 определения относительной доли жидкого металла в расплаве, определителя 2 массы расплава (металла плюс шлака) в агрегате, вычислителя 3 текущих значений масс жидкого металла и шлака в агрегате, прогнозатора 4 массы металла и блока 5 представления выход ной информации.

Блок 1 содержит определитель температуры расплава в агрегате, выполненный в виде функционального преобразователя 6 и подключенных на его входы датчика 7 температуры газовой фазы на выходе из рабочего пространства агрегата и датчика 8 температуры жидкого металла в агрегате, датчик 9 температуры жидкого шлака в агрегате и вычислитель 10 относи2 тельной доли жидкого металла в расплаве, причем определитель выходами функционального преобразователя 6 и датчика 8 и датчик 9 подключены на вход вычислителя 10.

Определитель 2 выполнен в виде вычислителя 11 массы расплава и подключенных на его входы задатчика

12 коэффициента угара масс, унесенного из агрегата с отходящими газами, датчика 13 начальной массы шихты, датчика 14 массы удаленной из агрегата части шлака и блока 15 датчиков масс введенных в агрегат шихтовых присадок.

Вычислитель 3 соединен входом с выходами вычислителей 10 и 11, а выходом подключен на блок 5 к приборам

16 и 17 представления информации о

20 текущих значениях соответственно массы жидкого металла и массы жидкого шлака в агрегате.

Прогнозатор 4.массы металла выполнен в виде трех блоков 18, 19 и

20 формирования исходной информации, содержащих датчики и задатчики химического состава, и подключенного к ним вычислителя 21 прогнозируемой массы металла.

Блок 18 формирования исходной информации содержит датчики текущего

1362748 химического состава металла в агрегате по j ì элементам, определяющим марку выплавляемого металла, например стали, в дуговой электропечи (j=1,2,..., N, где N — максимальное число учитываемых элементов, характеризующих химический состав металла) .

Блок 19 формирования исходной информации содержит задатчики требуемого химического состава металла по

j ì элементам на будущий момент времени, для которого прогнозируется масса металла, например марочного химического состава стали, на конец процесса плавки (j — то же, что для блока 18) .

Блок 20 формирования исходной информации содержит задатчики химичес- 2п кого состава по j ì элементам известных видов добавочных материалов (присадок), которые намечено ввести в металл (j — то же, что для блока 18).

Вычислитель 21 прогнозируемой мас- 25 сы металла подсоединен к выходу вычислителя 3, подключенному к прибору 16 представления информации о текущем значении массы жидкого металла в агрегате, а выходом — к входу блока 5. 3п

Вычислитель 21 состоит из двух блоков 22 и 23 делительных ячеек, двух суммирующих блоков 24 и 25, одной делительной ячейки 26 и множительной ячейки 27, причем блоки 22 и 23 подключены выходом каждой делительной ячейки первый — к входу суммирующего блока 24, второй — к входу суммирующего блока 25, выходы суммирующих блоков 24 и 25 подключены к входу делительной ячейки 26, выход которой соединен с входом множительной ячейки 27. Выход множительной ячейки 27 подключен к прибору 28 представления информации о прогнозируемой массе металла.

Вычислитель 21 входами каждой делительной ячейки блока 22 подсоединен к блоку 18 на выходы соответствующих датчиков текущего химического состава металла и блоку 20 на выходы соответствующих задатчиков химического состава добавочных материалов, выходом каждой делительной ячейки блок 23 подсоединен к блоку

19 на выходы соответствующих задатчиков требуемого химического состава металла и блоку 20 на выходы соответствующих задатчиков химического состава добавочных материалов.

При этом каждый задатчик химического состава добавочных материалов блока 20 соединен с двумя соответствующими делительными ячейками одной из блока 22 и одной из блока

23. Соответствие таких двух делительных ячеек задатчику предопределено отношением их к одному j ìó элементу, характеризующему химический состав металла и добавочного материала..

Исполнение вычислителей 3, 10 и

11 аналогично прототипу.

Вычислитель 21, как и вычислители

3, 10 и 11, может быть реализован на средствах вычислительной техники, например на блоках выполнения арифметических операций типа БВО, БКР и т.п. из аппаратуры АКЗСР.

Компоновка, включая связи блоков выполнения арифметических операций в вычислителях 3, 10, 11 и 21, обеспечивает их работу по алгоритмам, представленным ниже соответственно зависимостями (4, 5) (2), (3), (6-11), В качестве датчиков текущего химического состава металла в блоке 18 могут быть использованы выходные преобразователи сигнала приборов типа Ф208, используемых в системах автоматизации для представления информации персоналу о химическом составе металла, передаваемой из экспресслаборатории, например, посредством устройств ручного ввода данных.

В качестве задатчика химического состава в блоках 19 и 20 могут быть использованы, например, задатчики типа РЗД из аппаратуры АКЗСР.

Устройство функционирует следующим образом.

В периоды плавки после полного распыления шихты в плавильном агрега те датчики 7, 8 и 9 непрерывно или дискретно во времени вырабатывают информацию о температуре соответственно газовой фазы на выходе из рабочего пространства агрегата (Т,), жидкого металла в агрегате (Т„) и жидкого шлака в агрегате (Т„,„).

Одновременно по информации о тем- пературах Т „ и Т„, поступающей на вход функционального преобразователя 6 соответственно от датчиков 7 и 8, вырабатывают информацию о температуре расплава (Т ) согласно зависимости

1362748 ным; с — момент (интервал) вре<

10 мени, i=1, и

20 (3) Т (",) = а Т,(с.;) + Ь Т„(; + к, (1) где а, Ь,k — коэффициенты, устанавливаемые заранее экспериментально, например, по статистическим данВ вычислителе 10 по информации о температурах Т и Т„ и о температуре Т, поступающей от датчика 9, Иа ° последовательно (в темпе с процессом) в каждый -й момент времени рассчитывается соответствующая (на текущий 1-й момент времени) относительная доля (ñ6 ),жидкого металла в расплаве по зависимости (с, ) (1 P ) М(1) Информация об <(;) и о М (c ;) от вычислителей соответственно 10 и 11 поступает на вход вычислителя 3, который рассчитывает текущие значения массы (М„) жидкого металла и массы (N ) жидкого шлака в агрегате соыл гласно зависимостям:

N„(<; ) = оа(c,) М (cñ;); (4)

М (; ) = (1 -М(л,)), М, (г; ) . (5) С выхода вычислителя 3 информация о М (;) и М,„„(с, ) поступает в блок 5 йа соответствующие приборы

16 и 17 представления информации.

Одновременно информация о M„(;) поступает в прогнозатор 4 на вход множительного блока 27 и, если вычислитель 21 включен в работу, воспринимается множительным блоком 27 для обработки по алгоритму в соответствии с формулой (11). Пока прогнозатор 4 (вычислитель 21) в работу не включен, информация о М (;) множительным блоком 27 не обрабатывается, оставаясь на его входе.

В определенный текущий момент времени ь, = q где 1а q c п, по ходу

В темпе с процессом плавки в агрегате датчики 13 и 14 и датчики блока

15 вырабатывают информацию соответственно о начальной массе шихты (М„) на плавку, о массе (М „) удаленной из агрегата части шлака на момент ь; и о массе (М„ ) введенных в агрегат шихтовых присадок на. момент л

Задатчиком 12 формируют уставку коэффициента (P) угара масс, унесенных из агрегата с отходящими га. зами на момент ;, определяемого заранее, например, по статистическим данным.

В вычислителе 11 по информации о массах М (для текущей L-й плавки), Y

М „ и М„, поступающей соответственно от датчиков 13, 14 и от блока 15 и о коэффициенте Р от задатчика 12, рассчитывают массу расплава в агрегате на текущий момент времени с, согласно зависимости процесса из агрегата отбирают пробу металла для экспресс-анализа на хи-мический состав, по которому предписано технологической инструкцией рассчитывать массы (дозы) известных видов добавок (присадок) в металл, например легирующих (таких как феррохром, ферромолибден, ферротитан, ферроникель и т.п.), для доводки его по химсоставу до заданной (марочной) кондиции.

В этот момент с включают в работу прогнозатор 4. Включение осуществляют, например, вручную путем нажатия кнопки подачи электропитания на реле, снабженное необходимым числом контактов, замыкающих соответствующие входные цепи в блоке 18 датчиков текущего химического состава металла, а также цепь, подачи электропитания на вычислитель 21. Указанное реле, контакты, входные цепи в блоке 18 и цепь подачи электропитания на чертеже не показаны, так как по отношению к предлагаемому устройству являются внешними элементами.

Непосредственно перед включением в работу прогнозатора 4 или еще раньше например в начале процесса

1362748

N -Г (8) Э, (9) и!

10 (10) К=

H -Е:

C33221 %

j ° ° ° ф (6)

je 2.

50 (Э <) !,„ (12) 55 (7) выплавки известной марки стали, по-! средством задатчиков блока 19 и блока 20 М прогнозатор 4 вводят уставки соответственно на заданный (марочный) химический состав металла и на химический состав известных видов добавок в металл по j ì элементам.

Таким образом, на момент времени ; = ц прогнозатор 4 подготовлен к действию.

С появлением данных в момент времени о э, где q < S и, от анализатора химического состава пробы металла, отобранной в момент времени с с, датчиками блока 18 вырабатыва— ется информация (э„1 о текущем содержании в металле на момент времени соответствующего j-ro элемента, которая поступает на вход вычислителя 21.

Одновременно на вход вычислителя

21 поступает от задатчиков блока 19 и блока 20 заранее введенная в эти блоки информация (3Д „ о требуемом содержании в металле на будущий момент времени C соответствующего

j-ro элемента сформированная в блоУ

D ке 19, и информация Э " о содержании 3-ro элемента в 3-м намеченном к присадке в агрегат добавочном материале D, j-.é вид которого (марка) и химический состав заранее (на с -й момент времени) известны сфор%

У мированная в блоке 20.

Вычислителем 21 отрабатывается алгоритм расчета прогнозируемой массы (M ) жидкого металла с выполх нением операций по следующим зависимостям

В вычислителе 21 реализуются зависимость (6) блоком 22 делительных ячеек, зависимость (7) блоком 23 делительных ячеек, зависимость (8) суммирующим блоком 24, зависимость (9) суммирующим блоком 25, зависимость (10) делительной ячейкой 26, зависимость (11) множительной ячей30 кой 27.

Таким образом, прогнозатором 4 вырабатывается информация М* о пром гнозируемой массе жидкого металла, которая поступает далее в блок 5 устЗ5 ройства на прибор 28 представления информации о прогнозируемой массе жидкого металла.

Зависимости (10) и (11). вытекают из системы известных аналитических

40 уравнений, каждое из которых выражает среднемассовую концентрацию элемента s двухкомпонентной системе металл-присадка:!!. мм () mj р (эД = .Я„+ — Э;

1362748

)О

1- 1временной подготовки (выбора, доставки, настройки) разливочного оборудования на оптимальные типоразмеры слитков (мерных заготовок) металла.

20 (14) Обозначив

M* м

M„(1 ) (15) (16) М. .Э Зэк

) где m — масса присадки j-ro вида

У

j = 1jN °

Каждое из уравнений системы (12) можно преобразовать, представив в ниде

11„(i эД

1 дэ; м 3 i м„

J м 3

После операции суммирования всех . уравнений системы получим: т, м„- м„1 1

+ м м и решив уравнение (14) относительно к, получим

Таким образом, уравнения (10) и (16), а также (11) и (15) попарно тождественны.

Если особенностью работы плавильного агрегата является определенный угар элементов, в частности легирующих, вводимых в металл с добавками, то это может быть учтено соответстХ) д вующим изменением величин Э- ., задаваемых посредством блока 20.

Использование устройства на мощных дуговых сталеплавильных печах позволяет благодаря дополнительному наличию в нем прогнозатора массы

55 металла ускорить контроль плавки на полновесность за счет выработки информации о конечной массе металла в агрегате до получения сведений о массах выбранных для присадки в металл видов добавок.

Экономическая эффективность изобретения состоит в снижении потерь металла (или в увеличении выхода годных слитков) за счет уменьшения недоливок при разливке в изложницы и немерных длин заготовок при непрерывной разливке в результате своеФормула изобретения

Устройство автоматического контроля масс жидкого металла и шлака в плавильном агрегате по авт. св.

Ф 1052544, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения оперативности контроля плавки за счет выработки информации о конечной массе металла в агрегате до получения сведений о массах выбранных для присадки в металл видов добавок, оно снабжено прибором представления информации о прогнозируемой массе металла и прогнозатором массы металла, выполненным в виде вычислителя прогнозируемой массы металла и подсоединенных íà его входы первого, второго и третьего блоков формирования исходной информации, содержащих соответственно датчики текущего химического состава металла, задатчики требуемого на будущий момент времени химического состава металла, задатчики химического состава добавочных материалов, причем вычислитель прогнозируемой массы металла состоит из первого и второго блоков делительных ячеек, двух суммирующих блоков, делительной ячейки и множительной ячейки, первый блок делительных ячеек каждой делительной ячейкой соединен одним ее входом с соответствующим датчиком первого и другим ее входом с соответствующим задатчиком третьего блока формирования исходной информации, а ее выходом — с входом первого суммирующего блока, выход которого подсоединен на один из входов делительной ячейки, второй

362748

Составитель А. Абросимов

Техред M.дндык Корректор В. Гирняк

Редактор А. Лежнина

Заказ 6347/17

Тираж 550 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

ll 1 блок делительных ячеек каждой делительной ячейкой соединен одним ее входом с соответствующим эадатчиком второго и другим ее входом с соответствующим задатчиком третьего блока формирования исходной информации, а ее выходом — с входом второго суммирующего блока, выход которого подсоединен на другой вход делительной ячейки, выход которой соединен с вхо. дом множительной ячейки, другой вход

5 которой соединен с выходом вычислителя текущих значений масс металла и шлака, а выход подсоединен к прибору представления информации о прогнозируемой массе металла.