Устройство для определения степени окисления углерода до окиси углерода в полости конвертора

 

Изобретение относится к управлению кислородно-конвертерным процессом и предназначено для определения степени окисления углерода до окиси углерода (СО) в полости конвертера. Цель изобретения - повышение точности определения степени окисления углерода до СО в полости Конвертера за счет учета влияния масообменных IT процессов и температурного режима ванца на величину параметров обезуглероживания . Устройство содержит блок 1 контроля скорости обезуглероживания, соединенньй с отборами давления 2 и 3, измеритель 5 давления газа в полости конвертера, соединенный через предварительный усилитель 8 с блоками 9, 10 определения амплитуды и частоты колебания давления газа, блок 11 умножения , связанный через первый сумматор 12 с блоком 13 деления-указания , к которому также через второй сумматор 14 подключен блок контроля скорости обезуглероживания. Поставленная цель достигается путем введения новых блоков по измерению давления газа в полости конвертера, блоков определения амплитуды и частоты колебания давления газа, а также вычислительных блоков и их связей, что позволяет получить объективные характеристики состояния ванны конвертера и определить степень окисления углерода до СО в полости конвертера. 4 ил. S (Л со О9 сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 С 21 С 5 30

1

1,: е 1

/, P

-:11

1 !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4162622/23-02 (22) 16.12.86 (46) 30.05.88. Бюл. Р 20 (71) Киевский институт автоматики им. ХХУ съезда КПСС (72) В.С. Богушевский, И.В. Присяжнюк, Н,С. Церковницкий и Н.А. Сорокин (53) 669.184.24.4(088.8) (5e) Баранова А.А., Кричевцов Е.А. и Ширинкин Н.А. Усвоение кислорода ванной 100-т. конвертера: Сб. "Горение, теплообмен и нагрев металла", М.: Металлургия, 1972, вып.24, с.53 ° (54) УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ

ОКИСЛЕНИЯ УГЛЕРОДА ДО ОКИСИ УГЛЕРОДА

В ПОЛОСТИ KOHBEPTEPA (») Изобретение относится к управлению кислородно-конвертерным процессом и предназначено для определения степени окисления углерода до окиси углерода (СО) в полости конвертера.

Цель изобретения — повьппение точности определения степени окисления углерода до СО в полости конвертера за счет учета влияния масообменных. SU„, 1399350 А1 процессов и температурного режима ванны на величину параметров обезуглероживания. Устройство содержит блок 1 контроля скорости обезуглероживания, соединенный с отборами давления 2и 3, измеритель 5 давления газа в полости

f конвертера, соединенный через предварительный усилитель 8 с блоками 9, !

0 определения амплитуды и частоты

Ф колебания давления газа, блок 11 умножения, связанный через первый сумматор 12 с блоком 13 деления-указания, к которому также через второй сумматор 14 подключен блок контроля скорости обезуглероживания, Поставленная цель достигается путем введения новых блоков по измерению давления газа в полости конвертера, блоков определения амплитуды и частоты колебания давления газа, а также вычислительных блоков и их связей, что позволяет получить объективные харак" теристики состояния ванны конвертера и определить степень окисления углерода до С0 в полости конвертера.

4 ил.

1399350

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

Пель изобретения — повышение точ5 ности..

На фиг. 1 приведена схема устройстна; на фиг. 2 — схема блока контроФ ля скорости обеэуглерожинания, на фиг. 3 и 4 — схемы узлов определения амплитуды и частоты колебания -давления газа.

Блок 1 контроля скорости обезуглероживания соединен с отборами давле1 ния 2 и 3, установленными н газоходе 4.

Измеритель 5 давления соединен с отбором 6 давления газа и полости конвертера 7. Выход измерителя 5 давле- ния через предварительный усилитель 8 соединен с блоками 9 и 10 определения 20 амплитуды и частоты колебания давления газа, подключенными к блоку 11 ум! ножения, Выход блока 11 умножения связан через первый сумматор 12 с блоком 13 деления-указания, к которому 25 также подключен через второй сумматор 14 блок 1 контроля скорости обезуглерожинания. Выход блока 11 умноже нияя подсоединен к второму сумматору 14. (На фиг. 2 приведена структурная 30 схема блока контроля скорости обезуг лероживания. Вход узлов 15 и 16 о»»ределения амплитуды и частоты колеба1 ния давления газа подключен к второму предварительному усилителю 17, а выход к первому узлу 18 умножения.

Выход узла 18 умножения. подключен к пеовому узлу 19 суммирования, который также связан с вторым узлом 20 умножения, 40

На фиг. 3 приведена структурная схема узла 15 определения амплитуды колебания давления газа (структурная схема блока 9 определения амплитуды колебания давления газа аналогична), Пенный узел 21 сравнения соединен с первым ключом 22, а второй узел 23 сравнения — с вторым ключом 24, Первый ключ 22 соединен через первый узел 25 задержки с первым узлом 26 памяти, схема сброса которого соединена с выходом первого узла 21 сравнения, который также соединен с первым узлом 2? дифференцирования. Кроме того„ схема сброса первого узла 26

55 памяти соединена через второй узел 28 задержки с вторым узлом 29 дифференцирования. Второй ключ 24 через третий узел 30 задержки соединен с вторым узлом 31 памяти, схема сброса которого соединена с выходом второго узла 23 сравнения, который также соединен с вторым узлом 29 дифференцирования. Кроме того, схема сброса второго узла 31 памяти соединена через четнертьп» узел 32 задержки с первым узлом 27 дифференцирования. Выходы первого 27 и второго 29 узлов дифференцирования соединены через узел 33

ИЛИ и пятый узел 34 задержки с третьим ключом 35. Выходы первого 26 и второго 31 узлов памяти соединены соответственно с входом первого 21 и второго 23 узлов сравнения и с нходом второго узла 36 суммирования, выход которого соединен с третьим ключом 35.

Выход третьего ключа 35 соединен с входом третьего узла 37 памяти.

На фиг. 4 приведена структурная схема узла lá (блок 10 выполнен аналогично) определения частоты колебания давления газа. Низкочастотный фильтр 38 соединен. с узлом,39 автоматического регупирования усиления, Узел 39 соединен с смесителем 40, который также связан с гетеродином 41.

Выход смесителя 40 соединен через полосоной фильтр 42, усилитель 43 с детектаром 44.

В качестне датчиков давления могут быть применены стандартные измерители давления "Сапфир-22ДИ" с усилителями, остальные блоки выполнены на стандартных элементах вычислительной техники.

Отбор давления газа и полости конвертера располагается н шлемной части конвертера над цапфой и представляет собой трубу, приваренную к корпусу конвертера и. сообщающуюся с полостью конвертера через отверстия в футеровке. Измеритель давления располагается на наружном конце трубы в водоснабжаемом кожухе. Коммуникации (для.подвода газа, подвода и отвода воды, подвода кабеля) введены через отверстие в неприводной цапфе конвертера, Подвод сжатого воздуха к отбору давления газа в полости конвертера предотвращает ошлакования отверстия в футеровке конвертера.

Контроль степени окисления углерода до СО в полости конвертера опредее ляется н блоке деления-указания, в качестве которого может быть использован БВО системы АКЭСР, снабженный указывающей стрелкой и выходным преобразователем.

Скорость обеэуглероживания жидкой ванны характеризуется наличием пуль5 саций. Пульсационный характер процесса обеэуглероживания приводит к изменению давления газов в полости конвертера, которые передаются по гаэоотводящему тракту. !О

Согласно первому закону термодинамики

4Q dU» (!) где В Ц, — количество тепла, сообщаемое рабочему телу, Дж;

b U †изменение внутренней энергии рабочего тела, Дж.

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

4Q (2) Ь1 — изменение температуры газа, !.;

B — универсальная газовая постов явная, ра в на я 8 3 4 П» /(к. моль- К) .

Для описания состояния реальных газов при низких давлениях н высоких температурах, что имеет место ц кислородно-конвертерном процессе, можно использовать уравнение МенделееваКлайперона ð Ч = - В -дт ш

)) 1 (4) где b р — амплитуда колебания rasa, Па;

V — -объем г,аза,,и

Используя соотношения (! ) — (4), получают выражение для амплитуды колебания давления газа

Ч f где и — удельный тепловой эффект реакции горения топлива, Дж/кг g5 (для газообразного топлива при нормальных условиях Дж/м )>

Я

Ч вЂ” расход топлива, кг/с;

f — частота колебания давления газа, Гц, Согласно теории классической статистики Максвелла изменение внутренней энергии.газа можно определить по формуле

m 1 ди - — — В-b T

Р 2

40 для подъемного газохода с дожиганием

22 4

Т! рсо у

2 СО

Ig ñ0

1 где bp,, ар

СО

С СО

О где m - масса rasa, кг; ,/!» — молекулярная масса газа, кг/моль; — с учетом колебательных число степеней свободы движения одной молекулы газа; амплитуды колебания давления газа соответственно в конвертере, в верхней части подъемного газохода и парциального давления двуокиси от догорания окиси углерода, Па;. — степень окисления углерода до СО в поВ кислородно-конвертерном процессе газообразование по ходу продувки происходит в реторте и гаэоходе. Длина пути, при котором происходит полное молярное перемешивание конвертерного

rasa с подсасываемым воздухом, равна примерно десятикратному диаметру горловины конвертера. Поэтому наиболее достоверная амплитудно-частотная характеристика отходящих газов контролируется в верхней части подъемного газохода.

Считая, что во время продувки конвертера выделяется только углесодержащие газы СО и СО>, выражение (5) можно преобразовать

Усо СО j Uñ лости конвертера, определяемая как объемная доля окиси углерода в конвертерных газах; объемная доля двуокиси углерода от догорания конвертерных газов; удельные тепловые эффекты реакции горения углерода ванны

1399350

Величину 11 определяют как отиса шение значений расхода двуокиси углерода от догорания конвеотеоных газов и подсосанного воздуха который принимают поопорционлльным оазоежению в нижнем сечении кессона

СО

22 4 (8) CO СО где К вЂ” коэффициент пропорционально с ти, о пр еделяющий расход подсасываемого воздуха при нормальных условиях в зависимости от разрежения в нижнем сечении кессона, м /(с Па);

d — разрежение в нижнем сечении кессона, Па.

Разрешив уравнение (6) относительно С», получают

Vg ° V< в

V Ч„ .КС

2000 Ч q — з. - р Г (Ч -Ч )

"СО 20 (9) I нем сечении кессона поступает от отборов давления 2 и 3 в блок 1 контроля скорости обезуглероживания, в котором производится расчет скорости обеэуглероживания. Одновременно сигнал о давлении газа в конвертере поступает от отбора 6 давления измерителю 5. Для исключения отшпакования или заметаливания отбора давления в конвертере в измерительную трассу по. дается постоянный подпор от источника газа. Сигнал от измерителя 5 усиливается в предварительном усилителе 8 и поступает в блоки 9 и 10 определения амплитуды и частоты колебания давления газа. Напряжение, пропорциональное значению амплитуды и частоты колебания давления газа, поступает в блок 11 умножения, в котором вычисляется произведение g р Г ф

Напряжение, пропорциональное вычисленному произведению, поступает на первый сумматор 12, на который одновременно поступает напряжение„ с участием холодного кислорода соответственно до СО и СО

9 равны 10460 и

31250 кДж/кг;

5 частота колебания давления газа соответственно в рабочем пространстве конвер- 10 тера и в верхней части подъемного гаэохода, Гц; удельная теплота сгоРания окиси уГле- 15 рода от догорания конвертерных газов при нормальнь|х условиях, равная

127.10 Дж/м с учетом колебательных число степеней свободы движения одной молекулы соответственно окиси и двуокиси углерода, равные 6 и 8; объемы соответственно ванны и внутрен- 30

Значение V находят иэ совместно- 35 го решения уравнения (7).и (8)

Р fã iсо (Чка Чг) 0,268

СО (1О) 40

Подставив численные значения параметров для условия 130-.тонных конверторов (V> = 19 м ; V< = 190 м

3, V ñ = 37м . Vã 209 м )

45 получают

31,25 V 2 ° 10 — 1368 Л р f ф (11)

"СО 6

20,79 ° Чс 2 10 — 342 Л р Г

Ч = 0,416 10 рр 1 — 0,536 K 1р .

Устройство работает следующим образом.

С момента начала продувки кислоро- да через фупму сигнал о давлении газов в газоходе 4 и разрежении в нижних полостей конвертера в середине компании по футеровке, кессона и подъемного газохода, м

399350 пропорциональное скорости обезуглероживания. Выходное напряжение сумматора 12 пропорционально числителю (I 1 ) . Агалогично в сумматоре 14 вьгчисляется значение знаменателя выражения (Il). Выходные напряжения первого 12 и второго 14 сумматоров поступают на блок 13 деления-указания, в котором вычисляется значение величины степени окисления кислорода до

СО в полости конвертера.

Блок контроля скорости обеэуглеооживания работает следующим образом.

Сигнал о значении давления в газо- 1 ходе усиливается в предварительном усилителе 17 и поступает на узел 15 определения амплитуды и узел !6 определения частоты колебания давления газа. Выходные напряжения узлов 15 и 16 поступают на узел 18 умножения, выходное напряжение которого пропор-4 ционально величине 0,416 10 д р f

Сигнал о разрежении в нижнем сечении кессона поступает в узел 20 умножения, выходное напряжение которого пропорционально величине 0,536 К d ð °

Выходные напряжения узлов 18 и 20 поступают на первый узел 19 суммирования, В котором вычисляется значение Vg ° 30

Узел 15 (9) определения амплитуды колебания давления газа работает следующим образом.

Сигнал с выхода предварительного усилителя 17 (8) поступает на вход первого узла 21 сравнения, на второй вход которого поступает напряжение с первого узла 26 памяти (в данном случае напряжение соответствует нулевому). С выхода первого узла сравне40 ния 21 снимается напряжение, соответствующее единичному, которое открывает первый ключ 22. Ключ 22 пропус.кает сигнал с предварительного усилителя 17 (8) на вход первого узла 26 памяти. Сигнал задерживается в узле

25 задержки. При изменении значения давления газа в гаэоходе в сторону увеличения описаннйй цикл повторяется и новое значение записывается в первом узле 26 памяти. При этом ста" рое значение сбрасывается по цепи: выход первого узла сравнения 21 — схема сброса узла 26 памяти. Время задержки в узле 15 задержки обеспечивает последовательный сброс-запись в 55 узле 26 памяти. При изменении значения давления газов в гаэоходе в сторону уменьшения напряжение, поступающее с узла 26 памяти па вход первого узла 21 сравпе ия, оказывается выше, чем напряжение с предварптельпого усилителя !7 (8), и на выходе первого узла 21 сравнения появляется папрнжение, соо-.веfñòâóþùåå Hóëåâîìó, Первый ключ 22 остается запертым и значение, записанное в узле 26 памяти, не меняется, таким образом, B первом узле 26 памяти записано значение, соответствующее максимальному значению давления газов в гаэоходе. Аналогично работает цепь второй узел 23 сравнения — второй ключ 24 — узел задержки 30 — второй узел 31 памяти, но при этом на вход заданий узла 23 сравнения подключен сигнал с предварительного усилителя 17 (8), а на параметрический вход-напряжение с второго узла 31 памяти. Кроме того, сброс второго узла 31 памяти осуществляется B максимально возможное значение. Таким образом, в втором узле 31 памяти записывается значение, соответствующее минимальному эначению давления газов в гаэоходе. Напряжение с выходов первого 26 и второго 31 узлов памяти суммируются во втором узле 36. При появлении напряжения, соответствующего

"нулевому", с выхода первого узла 21 сравнения на выходе первого узл:. 27 дифференцирования появляется напряжение, которое, пройдя через узел 33

ИЛИ и третий узел 34 задержки, открывает третий ключ 35. Тоже происходит при появлении напряжения, соответствующее "нулевомуп, с выхода второго узла 23 сравнения. В эти моменты сбрасывается старое значение в третьем узле 37 памяти, а новое значение с выхода узла 36 суммирования, пропорциональное двойному значению амплитуды изменения сигнала давления газа в газоходе, переписывается в третий узел 37 памяти. После этого происходит сброс старого значения либо в первом 26, либо во втором 31 узлах памяти. При появлении сигнала на выходе второго узла 29 дифференцирования через второй узел задержки сбрасывается первый узел 26 памяти, а при появлении сигнала на выходе первого узла 27 дифференцирования через четвертый узел 32 задержки сбрасывается второй узел 31 памяти.

Узел 16 (10) определения частоты колебания давления работает следующим образом.

1399350

Сигнал с выхода предварительного усилителя 17(8) поступает на низкочастотный фильтр 38, который выделяет спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема гаэохода (конвертера). Сигнал с выхода низкочастотнот о фильтра 38 поступает на вход узла 39 автоматического регулирования усиления, на выходе которого получается сигнал постоянной амплитуды со спектром частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема газохода (конвертера). На смеситель 40 поступает сигнал с выхода блока 39 автоматического регулирования усиления и сигнал, выработанный гетеродином

41. .Разность частот этих сигналов проходит через полосовой фильтр 42, усиливается усилителем 43 и выпрямляется детектором 44.

Испытания макета, реализующее техническое решение, показало, что использование устройства определения степени окисления углерода до СО в полости конвертера позволяет осуществить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, на.ходящихся в заданных пределах, с первой повалки возрастает на 5-7%), что снижает себестоимость стали и повышает ее качество.

Экономическая эффективность обеспечивается за счет повышения производительности конвертера на 1,1%, сокращения расходов огнеупорных матери" алов на 2%, что снижает себестоимость стали на 0,05 руб./т.

Увеличепие точности определения степени окисления углерода до CO в полости конвертера позволяет уменьшить количество промежуточных пова5 лок агрегата, что приводит к общеполезному преимуществу изобретения— . улучшаются экологические условия.

Формула изобретения

Устройство для определения степени окисления углерода pо окиси углерода в полости конвертера, содержащее блоки контроля скорости обезуглероживания и деления-указания, причем блок контроля скорости обезуглероживания соединен. с отборами давления газа, установленными в газоходе, о т20 л и ч а ю щ р е с я тем что с целью увеличения точности, оно снабжено отбором давления газа в полости конвертера, предварительным усилителем, двумя сумматорами, блоком умно" жения, блоками определения амплитуды и частоты колебания давления газа, измерителем давления, вход которого соединен с отбором давления газа в полости конвертера, а выход через предварительный усилитель — с блоками опоеделения амплитчды и частоты колебания давления газа, которые подсоединены к блоку умножения, выход которого соединен через первый сумматор с блоком деления-указания, к которому также подсоединен через второй сумматор блок контроля скорости обезуглероживания, причем блок контроля скорости обезуглероживания соединен с первым сумматором, а блок умножения— с вторым сумматором.

1399350

Ф1) Составитель А. Абросимов

Техред М.Дидык

Корректор И. Муска

Pepakòîð Н. Киштулинец

Подписное

Тираж 545

В1!ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 37!2

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