Устройство для контроля уровня шлака в конвертере

 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к контролю и регулированию процессов кислородно конвертерной плавки, и может быть использовано для контроля уровня шлака в кислородно-конвертерном производстве. Цель изобретения повышение точности и надежности контроля уровня шлака в конвертере. В устройство введены два блока 4, И динамической компенсации помех, два сумматора 6, 13, блок 8 вибродатчика, второй предварительный усилитель 9, второй частотно-избирательный усюштель 10, второй детектор 12, второй преобразователь 14 напряжение - ток, расходомер 15 кислорода-дутья, блок 16определения режима продувки, блок 17контроля положения кислородной фурмы и микропроцессорный блок 19 управления . Совокупность этих блоков дает возможность контролировать уровень пшака в конвертере с учетом влияния изменения положения фурмы, интенсивности продувки, а также широкоспектральных звуковых помех как по каналу измерения шума конвертеря, так и по каналу измерения аьшлитуды вибрации корпуса конвертера. 6 ил. 2 табл. S

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1421775

А1!

Бв 4 С 21 С 5/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2!) 4204103/23-02 (22) 03.03.87 (46) 07.09.88. Бюл. 11 33 (71) Особое проектно-конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Черметавтоматика" (72) Т.С.Намазбаев, Д Муканов, А.Я.Гуммель, В.И.Богомяков, Я.В.Медведев и И.Г.Тухватшина (53) 669.184(088.8) (56) Туркенич Д.И.. Акустика в технологии конверторной плавки, М.: Металлургия, 1978, с. 40-47. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ

ШЛАКА В КОНВЕРТЕРЕ (57) Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к контролю и регулированию процессов кислородно-конвертерной плавки, и может быть использовано для контроля уровня шлака в кислородно-конвертер- ном производстве. Цель изобретения— повышение точности и надежности контроля уровня шлака в конвертере. В устройство введены два блока 4, ll динамической компенсации помех, два сумматора 6, !3, блок 8 вибродатчика, второй предварительный усилитель 9, второй частотно-избирательный усилитель 10, второй детектор 12, второй преобразователь 14 напряжение — ток, расходомер 15 кислорода-дутья, блок

16 определения режима продувки, блок

17 контроля положения кислородной фурмы и микропроцессорный блок 19 управления. Совокупность этих блоков дает возможность контролировать уровень шлака в конвертере с учетом вли- а

Ж яния изменения положения фурмы, интенсивности продувки, а также широкоспектральных звуковых помех как по каналу измерения шума конвертера, так ( и по каналу измерения амплитуды вибрации корпуса конвертера. 6 ил.

2 табл. ВвжЬ

1421775

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю и регулчрованию процессов кислородноконвертерной плавки, и может быть

ИспользОванО для КОнтволя урОвня шла5 ка в кислородно-конвертерном произВодстве.

Цель изобретения — повьппение точНости и надежности контроля уровня

1плака в конвертере.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — внутренняя структура блока определения режима продувки, микропроцессорного блока управления и блока динамической компенсации помех; на фиг„ 3 и 4 — внутренняя структура детекторов, на фиг. 5 — диаграмма записи изменения звукового давления на частоте 265 Гц по ходу плавки без компенсации помех (а) и с динамической комг1енсацией

Влияния на величину выходного сигнала йирокоспектральных пгумовых помех (Ъ);

Иа фиг.- 6 — график cpa"Håíèÿ опреде лясмого уровня шлака при использоваНии предложенного и известного устройств с истиннь1м значением уровня

1плака H конвертереe

Устройство (фиг. l содержит блок l микрофонного датчика с :-;лементом обдува волновода инертным газом, предварительный усилитель 2, частотно-избирательный усилитель 3 блок 4 динамической хо1женсацпи помех детек тор 5, сумматор 6, преобразователь 7

35 напряжение = ток блок 8 вибродатчи

Ка, второй предварительный усилитель

9 второй частотно-избирательжй усилитель 10, второй б;:,Ок 11 динамической компенсации помех, второй детектор 12, второй сумматор 13 второй преобразователь 14 напряжение — ток, рас;;водомер 15 кислорода дутья, блок

16 Определения режима продувки, блок

17 контроля положения фурмы, реле 18 времени, микропроцессорньй блок 19 управления и регистрирующий прибор 20:

Блок l микрофонного датчика с элементом обдува волновода инертным газом содержит волновод 21, блок 22

50 датчика звукового давления, модуль 23 датчика, дросселирующее устройство

24, вентиль 25 с электромагнитным приводом, пневматический вход которого подключен к магистрали сжатого ней-трального газа, электрический входя выходу реле 18 времени, а пневматический выход — к пневматическому входу блока ?2 датчика звукового давления. Параллельно вентилю 25 с электромагнитным приводом подключен обводной канал 26 с дросселирующим устройством 24. В качестве датчика 22 звукового давления и модуля 23 может быть представлен, например„ датчик типа

ДЦК-10 с номинальным диапазоном частот от 10 до 10000 Гц. В одном корпусе ДДК-10 размещены пьезоэлектрический чувствительный элемент с приемной мембраной (датчик 22)и усилитель переменного тока (модуль 23) с высоким входным и низким выходным импедансом. В качестве вентиля 25 с электромагнитным приводом, посредством которого корпус блока 22 датчика звукового давления подключен к магистрали сжатого нейтрального газа, может быть представлен вентиль типа

15КЧ880РСВИ с условным проходом Д =

=25 мм.

Предварительный усилитель 2 может быть представлен, например, в виде усилителя, в отрицательную обратную связь которого включен регулятор уровня сигнала. Усиленный сигнал от блока 1 микрофонного датчика в устройстве анализируется в отдельности по двум .трактам, условно названным трактом рабочей частоты и трактом компенсации.

Тракт рабочей частоты по каналу от блока 1 микрофонного датчика включает последовательно соединенные между собой частотно.-избирательный усилитель 3, содержащий перестраиваемый фильтр с рабочей частотой, расположенной s диапазоне от 80 до 2000 Гц, и детектор 5 со сглаживающим фильтром. Тракт частоты компенсации содер- . жит блок 4 динамической компенсации помех, в отрицательную обратную связь которого включен регулятор уровня компенсации, который может бьггь представлен в виде потенциометра. Выходы трактов подключены к соответствующим входам сумматора 6, выход которого соединен с входом преобразователя 7 напряжение -- ток, Блок 8 вибродатчика содержит вибродатчик 27 и модуль 28 датчика. Вибродатчик 27 может бьггь представлен, например, вибропреобразователем типа

А4 с номинальным диапазоном частот от 10 до 5000 Гц.

Блок 4 динамической компенсации помех содержит (фиг, 2) компенсациз 142 онный частотно-избирательный фильтр

29, который может быть выполнен как с перестраиваемой в диапазоне от 1 до 10 кГц, так и с фиксированной резонансной частотой, причем последняя выбирается для каждого конвертера в отдельности, и амплитудный детектор

30 сигнала компенсации. Вход компенсационного частотно-избирательного фильтра 29 является входом блока 4 динамической компенсации помех и подключен к выходу предварительного усилителя 2, а выход компенсационного частотно-избирательного фильтра 29 подключен к входу амплитудного детектора 30 сигнала компенсации, выход которого является выходом блока 4 динамической компенсации помех, причем выход амплитудного детектора 30 сигнала компенсации соединен со своим входом посредством регулятора уровня компенсации, представляющего собой потенциометр. В детекторах 5 и 12 (фиг. 1) применены детекторы с постоянным коэффициентом передачи, а в блоках 4 и 11 (фиг. 2) — с регулируемым коэффициентом.

Ъ

Второй предварительный усилитель

9 может быть представлен, например, в виде усилителя, в отрицательную обратную связь которого включен регулятор уровня сигнала. Усиленный сигнал от блока 8 вибродатчика также анализируется в отдельности по двум трактам, условно названным трактом рабочей частоты и трактом частоты ком пенсации.

Тракт рабочей частоты по каналу от блока 8 вибродатчика включает последовательно соединенные между собой частотно-избирательный усилитель 10, содержащий перестраиваемый фильтр с рабочей частотой, расположенной в диапазоне от 80 до 2000 Гц, и детектор

12 со сглаживающим фильтром. Тракт ча стоты компенсации содержит блок 11 ди намической компенсации помех, в отрицательную обратную связь которого включен регулятор уровня компенсации.

Выходы тракта подключены к соответствующим входам сумматора 13, выход которого соединен с входом преобразователя 14 напряжение — ток.

Блок 11 динамической компенсации помех содержит (фиг. 2) компенсационный частотно-избирательный фильтр 31, который может быть выполнен как с перестраиваемой в диапазоне от 1 до

10 кГц, так и с фиксированной резонансной частотой, причем последняя выбирается для каждого конвертера в отдельности, и амплитудный детектор

32 сигнала компенсации.

Расходомер 15 кислорода дутья мо-. жет состоять, например, иэ диффманометра ДС-Э3-2500, манометра МЛС-32, термометра сопротивления ТСМ-5071, Блок 16 (фиг. 2) определения режима продувки может состоять, например, из последовательно соединенного датчика 33 определения разности потенциа15 лов между фурмой и корпусом конвер тера и компаратора 34. Датчик 33 определения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера 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 мес26 то только в период наличия контакта фурмы со шлакометаллической эмульсией, Компаратор 34 представляет собой операционный усилитель, первый вход которого подключен к выходу модуля

30 23 датчика определения разности нотенцналов между фурмой и корпусом конвертера, а второй вход операционного усилителя — к выходу источника опорного напряжения.

Блок 17 контроля положения фурмы представляет собой, например, устройство типа КПФ-7367.

Микропроцессорный блок 19 управления содержит, например (фиг. 2), мо"

4р дуль 35 нормализации, выходы которого соединены с бесконтактным коммутатором 36, связанным через аналого-цифровой преобразователь 37 с первым выходом процессорного модуля 38, второй вход которого соединен с выходом блока 39 ввода и вывода информации, выл ход про це с сор но го модуля 38 связ ан через модуль 40 кодового управления бесконтактного с входом преобразователя бо 41 код - ток, а выход последнего соединен с входом регистрирующего прибора 20.

Модуль 35 нормализации может быть представлен, например, в виде модуля

БВ нормализации А613-2 и предназначен для преобразования сигналов постоянного тока в сигналы напряжения и дпя фильтрации сигналов датчиков от помех нормального вида.

1421 775

Бесконтактный коммутатор 36 может быть представлен в виде коммутатора бесконтактного, например, типа А612-!

О и предназначен для коммутации сигналов напряжения постоянного тока для

5 последующего преобразования с помощью аналого-цифрового преобразователя 37, например, типа А611-20.

Процессорный модуль 38 может быть представлен в виде процессора, например, типа А!31-10, Блок 39 ввода и

Вывода информации может быть представлен, например, в виде модуля кодового управления бесконтактного типа А641-9 и предназначен для приема и запоминания двоичных сигналов, поступающих из процессорного модуля

38, и коммутации электрических цепей постоянного тока управляемого объек- 2 » та, в частности предназначен для преобразования электрических кодированНь«х сигналов н электрический непрерывный сигнал постоянного тока.

Устройство работает следую«««им образом.

С момента начала плавки сигналы о ходе процесса шлакообразонания ь

Воспринимаемые блоком 1 микрофонного датчика с элементом обдува нолновода инертным газом и блоком нибродатчика, усиливаются соответственно предварительными усилителями 2 и 9 и подаются на входь« трактов рабочей частоты и частоты компенсации соотнетстненно по каналу от датчика звуко35 ного давления и по каналу от вибродатчика.

В тракте рабочей частоты по каналу от блока 1 микрофонного датчика из общего сигнала частотно-избирательным усилителем 3 выделяется сигнал рабочей частоты, который ныпрямляется и сглаживается детектором 5 и подается на соответствующий вход сумматора 6. Рабочая частота частотно-избирательного усили",åëÿ 3 выбирается отдельно для каждого конвертера на серии плавок с точки зрения на!«большей информативности выходного сигнала устройства по данному ка50 налу, согласно технологии ведения конвертерной плавки. В тракте часто- . ты компенсации из общего сигнала компенсационнымм частотно-избирательнь«м фильтром 29 выделяется сигнал ком55 пенсации, который поступил на вход амплитудного детектора 30 сигнала компенсации, детектируется и сглаживается, а затем поступает на соотнетстнуюший вход сумматора 6, Компенсационный частотно-избиратель««ь«й фильтр

29 настраивается на такую частоту, при которой отношение амплитудь« широкоспектральной шумовой помехи к амплитуде составляющей спектра шума конвертера имеет максимальное значение.

Величина сигнала компенсации на выходе блока 4 динамической компенсации помех настраивается регулятором уроння компенсации. В сумматоре 6 происходит вычитание сигнала компенсации из сигнала рабочей частоты, в результате чего выходной сигнал сумматора 6, поступающий на вход преобразователя 7 напряжение — ток, не содержит искажающей его составляющей широкоспектральной шумовой помехи. С преобразователя 7 напряжение — ток выходной сигнал поступает на первый вход микропроцессорного блока 19 управления, Применение блока 4 динамической компенсации помех основано на следующих теоретических и экспериментальных предпось«пках.

Шумовые помехи, возникающие в местах уплотнений фурменного окна и течек сыпучих .материалов, имеют довольно.широкий спектр, приближающийся к бе««ому шуму. Поэтому в них содержатся шумы, совпадающие по .частоте с информативным сигналом, на частоту которого настроен частотно-избирательный усилитель (фильтр) 3, и которые никак не могут быть отделены этим фильтром.

Как показывают экспериментальные исследования на конвертерах с увеличением частоты (1 ) в диап-зоне от 80 до 10000 Гц долевой коэффициент помехи К„ заметно растет.

Долевой коэффициент помехи (K„) определяется по формуле

=« т

--«Ъ к

1 где,«„ — суммарное звуковое данление помехи ("белого шума) и шума конвертера на частоте ч, Па;

l„звуковое давление шума конвертера на частоте ), Па, 0

Для определения,. во время продувки конвертера кратковременно прекращают подачу газа (или пара1 в места уплотнения фурменно«.о окна и течек сыпучих матерна:«он, тем самым ис7 14217? ключается влияние помехи (" белого" шума).

Так, например, на частоте 250 Гц

K„ составляет порядка 0,5-0,7, а на частоте. 5000 Гц — порядка 3-5.

Поэтому в предлагаемом устройстве сигнал компенсации выделяется из общего спектра на более высокой частоте (1-10 кГц) и его величина, равная величине помехи, устанавливается переменным резистором R (фиг.4).

Сигнал рабочей частоты и сигнал компенсации с разной полярностью после детекторов 5 и 30 поступают в сумматор 6, где происходит вычитание величины помехи и выделение полезного сигнала, характеризующего уровень шпака в ванне конвертера.

На фиг. 5 приведены две реальные 20 диаграммы а и Ь, полученные на одной плавке, На диаграмме а приведена запись изменения звукового давления на частоте 265 Гц по ходу плавки без компенсации помех. Как видно из этой ди- 25 аграммы, при наведенном шлаке величина полезного сигнала сравнима с величиной шумовых помех, так как далью нейшее увеличение уровня шлака с последующими переливами шлака не приводит к изменению величины звукового давления (выходного сигнала), Например, в моменты, когда наблюдались переливы шлака (на диаграмме указаны стрелками) величина выходЪ

35 ного сигнала практически оставалась на том же уровне, что и при наведенном шлаке и не характеризовала изменение уровня шлака в .ванне конвертера. 40

Такая низкая инф6рмативность выходного сигнала не позволяет вести контроль за уровнем шлака, когда уровень его становится выше нормального и приближается к горловине конвертера. 45

На диаграмме Ь приведена запись выходного сигнала макета на той же частоте (265 Гц) с динамической комт»енсацией влияния на величину выходного сигнала широкоспектральных шумовых помех. На этой диаграмме в моменты перелива шлака величина выходного сигнала значительно изменяется, благодаря чему становится возможным контролировать изменение уровня наведенного шлака и его переливы и выбросы.

Таким образом, применение блока динамической компенсации позволяет увеличить информативность выходного сигнала предложенного устройства.

В тракте рабочей частоты по каналу от вибродатчика иэ общего сигнала частотно-избирательным усилителем 10 выделяется сигнал рабочей частоты, который выпрямляется и сглаживается детектором 12 и подается на соответствующий вход сумматора 13. Рабочая частота частотно-избирательного усилителя 10 выбирается отдельно для каждого конвертера на серии плавок с точки зрения наибольшей информативности выйодного сигнала по данному каналу устройства согласно технологии ведения конвертерной плавки.

Hа вибродатчик, установленный на корпусе или цапфе конвертера, широкоспектральнь»е шумовые помехи влияют в значительно меньшей степени, чем микрофон. Однако различные импульсные вибрационные помехи, возникаю»пие B цехе при выполнении ремонтных и технологических работ, имеют также широкоспектральньпй характер, и поэтому указанньп» способ компенсации широкоспектральных помех применим и для канала вибрационного контроля.

Путем подбора величины сопротивления резистора R (фиг.4) устраняется влияние импульснь»х вибрационных помех на величину выходного сигнала устройства.

В тракте частоты компенсации иэ общего сигнала компенсационным частотноизбирательным фильтром 31 выделяется сигнал компенсации, который, поступая на вход амплитудного детектора 32 сигнала компенсации, детектируется и сглаживается, а затем поступает на соответствующий вход сумматора 13.

Компенсационный частотно-избирательный фильтр 31 настраивается на такую частоту, при которой отношение амплитуды помех, создаваемых при работе механического оборудования цеха, к амплитуде составляющей спектра вибрации корпуса конвертера сопровождающее процесс шпакообразования, имеет максимальное значение, Величина сигнала компенсации на выходе блока 11 динамической компенсации помех .настраивается регулятором уровня компенсации.

В сумматоре 13 происходит вычитание сигнала компенсации из сигнала рабочей частоты, в результате чего выходной сигнал сумматора 13, поступаю- щий на вход преобразователя 14 на!

1421775

/1ПГ0,2 1 (t))/ ..Ф" при Б (t)< I

/1n (02 l (t )j/

-с

h +b 1п V

I,Ã

/1п(0,2 1 (1Д/ с.,+с, 1йД,,ЯЦ при

U (t) 1

" " 1, H () с 1, fU () Ри „() 1 н,(t)= (t)+

/1n j0,2 Х (t)J/ а,+а, 1n(V, (t)j где Н (Ь) I (t) v0 (t)

U (t) пряжение — ток, не содержит искажающей составляющей вибрационных помех, создаваемых при работе механического оборудования цеха. С преобразователя

l4 напряжение. — ток выходной сигнал поступает на второй вход микропроцессорного блока 19 управления, 3 режиме открытой струи соответствующей нахождению фурмы надшлакометалли- 10 ческой эмульсией,на третий вход микропроцессорного блока 19 управления поступает сигнал, пропорциональный

" О" с выхода блока 16 определения режима продувки, а в режиме заглубленной струи, соответствующей нахождению среза сопел фурмы в шлакометаллической эмульсии, на третий вход микропроцессорного блока 19 управления поступает сигнал, пропорциональный "1", с выхода блока 16 определения режима продувки. На четвертый и пятыи входы мйкропроцессорного блока 19 управления поступают сигналы, пропорциональнь1е текущему расходу кислорода дутья 25 и положению кислородной фурмы соответственно с выходов расходомера 15 кислорода дутья и блока 17 контроля положения фурмы.

С момента начала плавки при замыкании контактов реле отсечного клапа- . на кислорода дутья на первом выходе

-. текущее значсние положе" ния кислородной фурмы,м; — текущее значение выходно50 го сигнала по каналу от датчика звукового давлеия9 9 — текущее значение расхода

3 кислорода дутья, м /мин;

- текущее значение разнос55 ти потенциалов между фурмой и корпусом конвергера, может принимать знареле 18 времени появляется инициативный сигнал, соответствующий "1", с поступлением которого на шестой вход микропроцессорного блока 19 управления производится определение текущего уровня шлака в ванне конвертера по следующей зависимости, объединяющей два различных алгоритма

Н (1)=Р, Н (1)+Р Н „(1) где Р,,Р - весовые коэффициенты, которые могут принимать значения от 0 до 1 (первоначально Р, =Р =0,5);

Н „() — текущий уровень шлака в конвертере, м; ак

Н Ä (t ) — значение уровня шлака в конвертере, определяемое по информации от датчика звукового давления, и;

Н „(1) — значение уровня шлака в конвертере, определяемое по информации от вибродатчика, м.

По первому алгоритму расчет текущего уровня шлака в конвертере осуществляется на основе информации, поступающей по каналу от блока микрофонного датчика, а также информации о текущем расходе кислорода дутья и положения кислородной фурмы по следующеи зависимости чение U „,(t)=0, соответствующее .режиму открытой струи, и (! (1)=1, соответствующее режиму заглубленной струи, 1 1 граничные значения пОлОжения фурмы при дискретной разбивке на отдельные зоны рабочего положения фурмы, м, а,, а, — коэффициенты уравнения полиноминальной регрессии

)42) 775

Ь,, Ь, с,, с, симости

I1n(0,2 т " НД/ -"()», 1,+1, 1п(тЪ,7t7)

i1nt0,2 I (t))l U (t) 1 н,(t)+

/1пГ0,2 Х (1Д! Г (t)) 1

g,+g, 1n(.V 7t)) " " H ()» -, н ."„ (t) = соответствующие режиму открытой струи; — коэффициенты уравнений по5 линоминальной регрессии, соответствующие режиму заглубленной струи, где I "" (t) — текущее значение выходного сигнала по каналу

20 от. вибродатчика, мА;

S — граничное значение положения фурмы, определяемое опытным путем, м;

1, 1, — коэффициенты уравнения

25 полиноминальной perpecсии, соответствующие режиму откры;ей струи;

f 1 — коэффициенты уравнений g0 о полиноминальной регрессии, соответствующие значению заглубленной струи.

Если в.процессе эксплуатации устройства для контроля уровня шлака в

35 конвертере отказал один из информационных каналов, то весовой коэффициент

Р по данному каналу принимается равным нулю, и по работающему каналу весовой коэффициент Р; принимается рав- 40 ным единице.

Обнаружение отказа в работе каналов осуществляется следующим образом.

С момента начала плавки в течение промежутка времени длительностью ., =

=2-3 мин (длительность а, определя.ется экспериментально) сигналы по каналу от блока 1 микрофонного датчика и блока 8 вибродатчика в микропроцессорном блоке 19 управления проверяются на соответствие следующему условию

I„„(t) К.„1". „", () ) где I „(t) — текущее значение выходного сигнала по каналу от блока микрофонного датчика, мА;

K „=0,61-0,76 — коэффициент, определяемый экспериментально;

12

По второму алгоритму расчет текущего уровня шлака в конвертере осуществляется на основе информации, и оступающей по каналу от блока вибродатчика, а также информации о текущем расходе кислорода дутья и положения кислородной фурмы по следующей завиНаЧ значение выходного сигнала по каналу от блока микрофонного датчика в начальный момент продувки на характерной плавке, мА.

Если выполняется неравенство (1), то канал от блока 1 микрофонного датчика неисправен и Р, =0;,а по второму каналу, если не выполняется неравенство (2) где Х (1) — текущее значение выходвил ного сигнала по каналу от блока вибродатчика, мА;

К =0,61-0,76 — коэффициент, опредейОЧ ляемый экспериментально

I — значение выходного сигнала по каналу от блока вибродатчика в начальный момент продувки на характерной плавке, мА то канал от блока 8 вибродатчика исправен и Р =1.

При работе устройства возможны еще следующие ситуации: не выполняется неравенство (1) и выполняется неравенство (2), это соответствует тому, что канал от блока

1 микрофонного датчика исправен и

Р, =1, а канал от блока 8 вибродатчя" ка неисправен и Р =0; не выполняются неравенства (1) и ,.(2), это соответствует тому, что оба канала исправны и Р, =Р =0,5; выполняется неравенство (1) и (2), это соответствует тому, что оба канала неисправны и Р„ =Р О, что os

1421775

l4 начает неисправность всего устройства, однако такая ситуация, соответствующая одновременному отказу двух каналов возникает практически редко

9 т,е. надежность контроля уровня шлака в конвертере у предложенного устройства значительно выше, чем в известных технических решениях с одним каналом., 10

Таким образом, наличие двух информационных каналов от блока микрофонного датчика и блока вибродатчика повышает надежность контроля уровня шлака в конвертере, так как отказ од- 15 ного иэ каналовне приводит к потере работоспособности устройства для контроля уровня шлака в конвертере.

На выходе микропроцеасорного блока 19 управления получается сигнал, 20 пропорциональный текущему значению уровня шлака в конвертере, который поступает на вход регистрирующего прибора 20.

В момент окончания .плавки при раз- 25 мыкании контактов реле отсчетного клапана кислорода дутья на первом выходе реле 18 времени появляется сигнал., соответствующии "0", который поступает на шестой вход микропроцессор- 0 ного блока 19 управления, что приводит к прекращению расчета текущего уровня шлака в конвертере, одновременно в момент окончания плавки на втором выходе реле 18 времени появляется сигнал, соответствующий "1", при поступлении которого на электрический вход вентиля 25 с электромагнитным приводом открьвается вентиль

25, соединяя магистраль со сжатым ней-4р тральным газом с блоком 22 датчика звукового давления и акустическим волноводом 21, в которые поступает нейтральный газ под давлением 0,2О,б ИПа в течение 15-40 с, очищая их внутренние поверхности от крупных частиц пыли, осевших там эа время плавки, унося эту пыль в газоход конвертера„ чем достигается автоматическая циклическая чистка.

Вместе с тем внутренние поверхно59 сти блока 22 датчика звукового давления и волновода 21 непрерывно как во время плавки, так и в межпродувочный период продуваются нейтральным газом, поступающим по обводному каналу 26 с дросселирующим устройством 24 от магистрали сжатого нейтрального газа.

Расход нейтрального газа подбирается при помощи дросселирующего устройства

24 таким образом, чтобы в волноводе

2l создавалось наибольшее (порядка

1-10 Па) избыточное давление по отношению к давлению отходящих газов в гаэоходе конвертера, исключающее возможность проникновения в волновод пламени, конвертерных газов и мелкодисперсной пыли, В результате этого сам волновод 21 в течение всей планки заполнен однородным по составу нейтральным газом, что обеспечивает постоянство основных физических параметров (состав, температура и т.д.) среды в волноводе, определяющих его резонансные свойства, т.е. частотная характеристика волновода остается неизменной в течение всей плавки.

Контроль уровня шлака в конвертере с помощью устройства основан на следующих теоретических предпосылках.

Уровень акустического сигнала процесса определяется из уравнения о

P (1-exp(-(Н-Е) P,) +Р,, при Е Н;

Я,., Р, ° exp(-g (Е-Н)1, при Е о Í, (3) где P — звуковая мощность аэродинамиЕ ческого шума струи в любом режиме истечения, P — звуковая мощность аэродинамио ческого шума струи в начальный момент продувки; с

P, - звуковая мощность струи при ее контакте со шлаковой фазой;

Р— звуковая мощность аэродинамио ческого шума струи в момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию, и „ — коэффициент прохождения звука из шпака в отходящие газы;

М - коэффициент поглощения звука шлаком, P, — коэффициент затухания звуковой мощности в полости конвертера;

Н вЂ” положение Фурмы, м, Z — уровень шлака в ванне конвертера, м.

Решая уравнение 3) относительно величины уровня шлака в ванне конвер" тера, получаем

1 Р, +Р,-Р

Z=H+ -- ln - --- — -, при Z Н, (4)

p„P, 15

1421775

Р -P,-P о о 1г

Н+ — ln

Н- -- ln о, при Z H;, при Z o Н. (6)

P." R rr

/1п(0,2 1 (t)J/ т-"

-9 1, 32+ 1 5 ю 4 1 ln (Vj) zest 1 у-к

И (t) 1 н (t)= г,г

11 () ь 1

I 9с Н, (t) 2,2 ()ъ 1

Н, (t) 1,9

i (t)J/

1 В7 1п(Ч ГЬ73 э при х "(t,)J I .23 lnP а 3 — при

1 (Л/ ,28 in (V„(t7) /in 0,2

51,86-1

/1п(0,2

15,57-2

Н,"„(С)= (7) н (t)+

/lп 0,2

15,32-2 где Н" Ä (t) н (t)

z ""(t) r, (+.) /1п(0,2 1 "()1/ — — — "---„-" -т-, при U (t) а 1

«а,+а, 1п(7 71 у

U (t) 1

Н (t)3 1, Р"()=1

1

/1п(0,2 Т (t))/

/in(O,2 X ()1/

HÄÄ (t)= н (t) 1пГ0,2.I (t)3/ U (t) 1 ,+d, 1пГ1т. ГС7) H>(t) lz т,е. для случая, когда срез сопел фурмы находится над шпакометаллнческой эмульсией.

Для случая заглубленной сФруи (срез сопел фурмы находится в шлакометаллической эмульсии) из уравнения (3) получаем

Z=H- -- ln -др-- —, при Z > Н. (5)

Ъ ш Рo Н ы-r

Ъ

Объединяя уравнения (4) и (5), получаем зависимость для определения уровня шлака в конвертере — значения уровня шлака в

35 конвертере, определяемое по информации от датчика звукового давления, м, — текущее значение кислородной фурмы, м;

40 — текущее значение выходного сигнала по каналу от датчика звукового давления, мА; текущее значение расхода 45 кислорода дутья, нм /мин; э

16

Использование уравнения (6) для определения уровня шлака в конвертере значительно затруднено из-за сложности измерения таких параметров аэродинамического шума струи кислорода, с как Р, P, P,, P и определения коэффициентов Р, М, Я„

Поэтому путем обработки экспериментальных данных методом многофак» торного регрессионного анализа для условий кислородно-конвертерного цеха получены аналогичные по своей структуре уравнению (6) уравнения для расчета уровня шлака в конвертере на основе информации, поступающей по каналу от датчика звукового давления, а также информации о текущем расходе кислорода дутья и положении кислород" ной фурмы

U (т,) — текущее значение разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, может принимать значения U -(t)=0, соответствующее режиму открытой струи, и U (С)=

=1, соответствующее ре— жиму заглубленной струи.

Переписав уравнение (7) с введением коэффициентов а, в,, Ь, Ъ,, с,, с„, d., d,, 1, и 1„ получаем! 775 18 ре уравнению (6) уравнения для расчета уровня шлака в конвертере на основе информации, поступающей по каналу от вибродатчика, а также информации о текущем расходе кислорода дутья и положении кислородной фурмы (О 2, 1 (t)g/ <Р-к

7 Тбб 7

/1п(0 2 ° I " (1)1/ Г (t) 1 (9)

3,04-0,36 1п(о,Г )) H (t) 2,0 н, (t)+!

Т " (1 ) — текущее значение выходного сигнала по каналу от вибродатчика„ мА.

Переписав данное уравнение с введением коэффициентов 1,, 1,, 25 gîÔ КФ Ф S1 получаем

/1п(0,2 I ()g/

1Т. +1, 1п (ч О,71 ) ) U !t)» 1 н (t)» s, U (t)= 1

Я ()с Я нÄÄ(t)= н, ()+

/1п(0,2 Z " (tД/ при а,+Г, 1ПГ/071}3 Ъ

Определение режимов продувки основывается на регистрации момента вхождения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию. Если срез сопел кислородной фурмы находит- 40 ся над шлакометаллической эмульсией, то это соответствует режиму открытой струи. Если же срез сопел кислород ной фурмы находится в шлакометаллической эмульсии,, то это соответствует ре- 5 жиму заглубленной струи.

Для определения момента вхождения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию использовано следующее физическое явление, В мо50 мент вхождения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию образуется замкнутая электрическая цепь фурма-земля-корпус-футеровка-расплав фурма, по которой протека55 ет электрический ток„ что приводит к пОявлению разнОсти потенциалов на участке электрической цепи фурмакорпус конвертера.

17 142

Известно, что вибрация корпуса конвертера является аналогом уровня шума. Поэтому путем обработки экспериментальных данных методом многофакторного регрессионного анализа для условий кислородно-конвертерного цеха получены аналогичные по всей структугде H „(t) — значение уровня шлака в конвертере, определяемое по информации от датчика звукового давления, м;

Ф

В ходе конвертерной плавки по мере увеличения уровня шлака в конвертере интенсивность шума, а также амплитуда вибрации корпуса конвертера снижаются. Однако наличие в общем шуме конвертера широкоспектральной шумовой помехи приводит к увеличению и искажению выходного сигнала от блока микрофонного датчика, особенно при сильно вспененном шлаке, что лишает его достоверности. Кроме того, интенсивность широкоспектрального шума уплотнений зависит от величины давления рабочего газа или пара в магистрали и степени открытия задвижки, т. е. непостоянна, следовательно устранить влияние этой гомехи на выходной сигнал введением какого-либо постоянного смещения не представляется возможным, В устройстве по каналу от блока микрофонного датчика величина сигнала компенсации шумовой помехи изменяется пропорционально интенсивности

1421775

0 8l

0,79

650

1,04

1,14

800

l 26

1,46

960

Таблица l

72 50

2,63

2,38

2,21

1,23

0,94

0,75

1,84

0,61

55 самой помехи, таким образом, полностью исключая ее влияние на выходной сигнал по каналу от датчика звукового давления. Механическое оборудова5 ние цеха при работе является источником вибраций, которое может передаваться на корпус конвертера и приводит к увеличению и искажению выходного сигнала вибродатчика, и особенно при сильно вспененном шлаке снижается точность контроля уровня шлака в конвертере.

B устройстве по каналу от блока вибродатчика величина сигнала помехи, 15 создаваемой при работе механического оборудования, изменяется пропорционально интенсивности самой помехи, т.е. полностью исключая ее влияние на выходной сигнал по каналу от виб- 20 родатчика.

Наличие двух информационных каналов от блока микрофонного датчика и вибродатчика повышает надежность контроля уровня шлака в конвертере . Дей- 25 ствительно, отказ одного иэ каналов не приводит к потере работоспособности устройства для контроля уровня шлака в конвертере, Экспериментальные исследования, проведенные в кислородно-конвертерном цехе, показали, что учет влияния изменения положения фурмы и интенсивности продувки, а также учет влияния помех повышает точность контроля уровня шлака в конвертере.

В табл. 1 приведены результаты экспериментальных исследований на опытной плавке при проведении кратковременных.дискретных изменений положе- 40 ния кислородной фурмы при относительно постоянном уровне шлака в конвертйре и постоянном расходе кислорода дутья.

Н„,„()=4,2,м Vp (ь)=850 нм /мин

Н (С), м Т (1) мА T (t), мА

Кратковременное дискретное изменение положения кислородной фурмы при относительно постоянном уровне шлака в конвертере и постоянного расхода кислорода дутья приводит к изменению выходных сигналов как от блока микрофонного датчика, так и от бло. ка вибродатчика. Следовательно, учет влияния изменения положения кислородной фурмы по ходу продувки повьппает точность контроля уровня шлака в конвертере.

В табл. 2 приведены результаты экспериментальных исследований на опытной плавке при проведении кратковременных изменений расхода кислорода дутья при относительно постоянном уровне шлака в конвертере и постоянном положении кислородной фурмы.

Кратковременное изменение расхода кислорода дутья при относительно постоянном уровне шлака в конвертере и постоянном положении кислородной фурмы приводит к изменению выходных сигналов как от блока микрофонного датчика, так и блока вибродатчика. Следовательно, учет влияния изменения расхода кислорода дутья по ходу продувки повышает точность контроля уровня шпака в конвертере, Та блица 2

H„„(t)=3,8 м H (t)=2,4 м

7 t), нм /мин ".. (t)MÀ Т (t). мА

Результаты экспериментальных исследований на опытных плавках подтвердили, что точность контроля уровня шлака в конвертере предложенным устройством вышее, чем известным, так как остаточное средне-квадратическое отклонение результатов измерений с помощью предложенного устройства на

0,58 м меньше по сравнению с известным устройством.

Таким образом, с учетом указанных факторов следует, что полученный на выходе предложенного устройства сигнал (фиг. 6, кривая 42) позволяет определить уровень шлака в конвертере наиболее близко к истинному его значению (фиг. 6, кривая 43). Полученные

21

14217 значения уровня шлака посредством известного устройства (Фиг. 6, кривая 44) значительно отличаются от истинного

Техйическая эффективность от использования предложенного устройства состоит в том, что оно позволяет оптимально управлять процессом шлакообраэования за счет повышения точнос- 1ð ти и надежности контроля уровня шлака в конвертере. В свою очередь, оптимальное протекание процесса шлакоабразования -позволяет уменьшить потери металла с выбросами и выносами, т.е. увеличить выход годного. формула изобретенная устройство для контроля уровня шлака в конвертере, включающее блок микрофонный с элементом обдува волновода инертным газам, предварительный усилитель, частотно-избирательный усилитель, детектор, преобразова- 2 тель напряжение — ток, регистрирующий прибор, причем выход блока микрофонного с устройством обдува волновода инертным газом соединен с входом

ЗО торого соединен с входом частотно-избирательного усилителя, а выход последнего соединен с входом детектора, 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 два блока динамической компенсации помех, два сумматора, блок вибродатчика, второи предварительный усилитель, второй частот,но-избирательный усилитель, второй детектор, второй преобразователь напряжение — ток, расходомер кислорода

75 22 дутья, блок определения режима продувки, блок контроля положения фурмы, реле времени и микропроцессорный блок управления, причем выход предварительного усилителя соединен с входом блока динамической компенсации помех, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, первый вход первого сумматора. соединен с выходом детектора, выход первого сумматора через преобразователь напряжение -„ ток соединен с первым входом микропроцессорного блока управления, выход блока вибродатчика соединен с входом второго предварительного усилителя, выход которого одновременно соединен с входом второго ча- . стотно-избирательного усилителя и второго блока динамической компенсации помех, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора, выход второго частотно-избирательного усилителя соединен с входом второго детектора, выход которого соединен с первым входом второго сумматора, выход второго сумматора соединен с входом второго преобразователя напряжение - ток, выход которого соединен с вторым входом микропроцессорного блока управления, с третьим, четвертым, пятым и шестым входами которо- го соединены соответственно выходы блока определения режима продувки, расходомера кислорода дутья, блока контроля положения Фурмы, а также первый выход реле времени, второй выход которого соединен с входом блока микрофонного датчика, с элементом обдува волновода инертным газом, а вы" ход микропроцессорного блока управления соединен с входом регистрирующего прибора. 1421775

num

l421775

1 2 5 Ф 5 6 7 8 9 Ю 11 121114

1РЫй. 6

Составитель А.Абросимов

Редактор B.Äàíêî Техред М. Ходанич Корректор Н.Король

Заказ 4392/26 Тираж 545 Подписное

BHHEIH Государственного комитета ССОР по делам изобретений и открьггий

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

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