Устройство контроля уровня ванны в конвертере

 

Изобретение относится к черной металлургии , а именно к управлению кислородными конвертерами. Цель - повышение точности контроля уровня ванны в конвертере . В основу контроля положено измерение реакции опор кисродоной фурмы с учетом выталкивающей силы по ходу продувки. Для повышения точности контроля вустройство дополнительно введены измеритель времени запаздывания изменения температуры воды охлаждающей форму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, измеритель давления кислорода перед фурмой и блоки вычислительных операций. Введение дополнительных блоков и связей между ними позволяет учитывать при расчетах массу налипшего на фурму слоя шлакометаллической эмульсии и влияние реактивной тяги кислорода, истекающего из сопел фурменного наконечника. 2 ил. ел С

,, Я2,, 1752778 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э С 21 С 5/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

, " Л ;-;) 4„,, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 -":::-::-:;::; —,;. :;, "1

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Изобретение относится к области контроля и управления агрегатами черной металлургии, конкретнее к управлению кислородными конвертерами, и может быть использовано в конвертерных и других сталеплавильных цехах. (21) 4842998/02 (22) 26.06.90 (46) 07.08.92. Бюл. ¹ 29 (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (72) В.C,Áîãóøåacêèé, И,Л.Лигоцкий, Е.А.Иванов, М.А Поживанов, Н.А.Сорокин, Н.С.Церковницкий, П,M,Ñåìåí÷åíêî, В,И,Ганошенко и В.В.Сорокин (56) Патент Японии

¹ 63-65012, кл. С 21 С 5/28, 1988, (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ УРОВНЯ

ВАННЫ В КОНВЕРТЕРЕ (57) Изобретение относится к черной металлургии, а именно к управлению кислородными конвертерами. Цель — повышение точности контроля уровня ванны в конверЦелью изобретения является повышение точности контроля уровня ванны в конвертере.

Г

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — блок-схема измерителя времени запаздывания.

Измеритель 1 уровня ванны в спокойном состоянии соединен с первым сумматором 2, к второму входу которого подключен измеритель 3 положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера.

Блок 4 ввода начальных условий соединен с вторым сумматором 5, к которому, кроме того, подключен измеритель 6 времени затере. В основу контроля положено измерение реакции опор кисродоной фурмы с учетом выталкивающей силы по ходу продувки.

Для повышения точности контроля вустройство дополнительно ввеДены измеритель времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей форму, при резком изменений температурного режима в рабочем пространстве конвертера, измеритель давления кислорода перед фурмой и блоки вычислительных операций. Введение дополнительных блоков и связей между ними позволяет учитывать при расчетах массу налипшего на фурму слоя шлакометаллической эмульсии и влияние реактивной тяги кислорода, истекающего из сопел фурмен- З ного наконечника. 2 ил. паздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, к входу которого подключен измеритель 7 температуры воды.

Измеритель 8 давления кислорода перед фурмой через первый блок 9 умножения подключен к блоку 10 извлечения корня.

Измеритель 11 реакции опор фурмы в процессе продувки через третий сумматор 12 подключен к выходу второго блока 13 умножения. Первый вход блока 13 умножения соединен с выходом блока 10 извлечения корня, а второй — с измерителем 14 расхода кислорода. Выход второго сумматора 5 соединен с входом третьего сумматора 12. Первый вход блока 15 деления соединен с выходом первого сумматора 2. Второй вход блока 15 деления соединен с выходом третьего сумматора 12, Выход блока 15 деления подключен к блоку 16 умножения, 1752778

35

Измеритель 1 уровня ванны в спокойном состоянии представляет собой, например, .задатчик типа РЗД с выходным токовымдатчиком. Показания задатчика выставляют по результатам измерения уровня металла штырем, приваренным к торцу фурмы. В качестве измерителей положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера, измерителя температуры воды, измерителя давления кислорода, измерителя расхода кислорода, блока умножения применены стандартные приборы

ГСП, установленные в конвертерных цехах.

Блок 4 ввода начальных условий представляет собой четыре задатчика типа РЗД. Измерители реакции опор фурмы представляют собой, например, датчики усилий типа ДСТБ-С-060, установленные в месте подвеса фурмы. Остальные блоки выполнены на основе блоков БВО системы

АКЭСР, В измерителе 6 времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера (фиг. 2) узел 17 формирования сигнала о вводе сыпучих материалов в конвертер и узел 18 формирования сигнала об изменении расхода кислорода соединены со схемой ИЛИ 19. Выход схемы ИЛИ 19 подключен к первому входу схемы И 20, которая связана с первым ключом 21. Первый ключ 21 связан с формирователем 22 импульса. Дифференциатор 23, вход которого является входом блока 6, подключен к, первому входу узла 24 сравнения, который через узел Н Е 25 подключен к второму входу схемы И 20. К второму входу узла 24 сравнения подключен первый задатчик 26. Выход ключа 21 подключен к схеме сброса-запуска интегратора 27, к входу которого подключен второй задатчик 28. Выход интегратора 27 является выходом блока 6. Схема останова интегратора 27 подключена к выходу второго ключа 29, который связаФс узлом 24 сравнения и формирователем 30 импульса.

В качестве узлов 17 и 18 могут быть использованы контакты пускателя открытия заслонки бункера сыпучих материалов и пускателя привода заслонки, регулирующей расход кислорода. В качестве дифференциатора 23 и узла 24 сравнения могут быть использованы блоки БПД и БСГ системы

АКЭСР. В качестве задатчиков 26 и 28 применены задатчики типа РЗД с выходным токовым датчиком. В качестве .остальных блоков применены стандартные блоки вычислительной техники, В процессе продувки конвертерной ванны на фурму действуют сила тяжести, реакция опор фурмы, сила реактивной тяги истекающего из фурменного наконечника кислорода, архимедова сила и сила аэродинамического воздействия потока отходящего газа:

G " Ет" Fð.ò - Fa ввэр = О, (1) где 6 — сила тяжести фурмы, Н;

FT — реакция опор фурмы, Н;

Fp,ò — сила реактивной тяги, Н;

Рв — архимедова сила, Н;

Fop сила аэродинамического воздействия потока отходящего газа, Н.

Сила тяжести фурмы определяется согласно выражению

G = (птф + тпв + п н)9, (2) где тф — масса конструкции фурмы, кг;

m8 — масса воды, заполняющей фурму, кг;

m„ — масса наслоения на наружной поверхности фурмы, кг;

g — ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с, Здесь тп н = (XI (A T A To ), (3) гдей1 — коэффициент пропорциональности, численно равный 1,2 ° 10 кг/с;

ATc, — ВРЕМЯ ЗаПаЗДЫВаНИЯ ИЗМЕНЕНИЯ температуры воды, охлаждающей фурму при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера на первой плавке кампании фурмы, с;

ЛT — врЕмя Запаэдывания иэменЕнил температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, с;

Сила реактивной тяги вследствие истечения кислорода из фурменного наконечника выражается формулой

Fp.ò mw+ (Ps x Pcp) живых и, (4)

1 где m = —. Чр — массовый расход кислороОО да, кг/с;

V — объемный расход кислорода при нормальных, условиях,м /мин; р — плотность кислорода пои нормальных условиях, равная 1,43 кг/м;

w — скорость истечения кислорода из сопла, м/с;

Рвцх давление кислорода в выходном сечении сопла, Па;

Рср-давление среды, куда истекает кислород, Па;

S< x — выходное сечение сопла, м;

z.

n — число сопел в фурменном наконечнике.

Для сопла Лаваля значение Р„х - Pcp 0 поэтому вторым слагаемым можно принебречь.

1752778

Считая, что потери на трение о стенки и завихрение при истечении кислорода из сопел Лаваля можно компенсировать эффектом неполного его расширения, для расчета величины w используем формулу для обычных сопел с учетом критических параметров рабочего тела,y,,=,, В где 1 — удельный объем кислорода при входе в сопло,м /кг;

Pl — давление кислорода при входе в сопла, Па;

k — показатель адиабаты, равный для двухатомного газа 1,4;

R — удельная газовая постоянная для кислорода, равная 260 Дж/(кг.К);

Tl — температура кислорода перед соплом, К.

Так как измерение удельного объема и давя@.ия кислорода при входе в сопла затруднено, измеряем эти параметры перед фурмой, выражая (6) где — ууельный объем кислорода перед фурмой. м /кг;

P — давление кислорода перед фурмой, Па; аг — коэффициент, Коэффициент а2 определяют тарировкой фурмы при продувке в свободное пространство, принимая температуру кислородного дутья равной температуре воды, охлаждающей фурму, с учетом соотношений (5) и (6):

2 k R T1ce

2 (7) где Т1св — температура кислорода перед соплом, равная температуре воды, охлаждающей фурму, К; ус> -удельный объем кислорода перед фурмой, измеренный пои продувке в свободное пространство, м /кг;

Рс, — давление кислорода перед фурмой, измеренное при продувке в свободное пространство, Па.

Архимедову силу определяем по формуле 2

4 (8) где Р— плотность металлошлакогазовой эмульсии, кг/м;

d — наружный диаметр фурмы, м;

Н вЂ” глубина погружения формы в эмульсию, м.

Учитывая, что можно принять ,% =С 3 Вв, (9)

5 Нп- hs пс Нф, . (10) где аз — коэффициент пропорциональности, определяемый по геометрическим данным рабочего пространства конвертеРа s середине компании по футеровке, кг/м;

10 h, — уровень ванны в конвертере, отсчитываемый от внутренней поверхности днища,м;

hc — уровень ванны в спокойном состоянии. м;

15 Нф — положение фурменного наконечника относительно уровня спокойного металла,м, получим

20,г

F,=, (1 -" — +Н -). (11)

Значение коэффициента. оэ определяется по геометрическим параметрам рабочего пространства конвертера в середине кампании футеровки. Исходя из закона сохранения массы при изменении уровня ванны, очевидно, что е1 М

30 где р1 — плотность газошлакометалличе ской эмульсии перед продувкой, кг/м;

h1 — уровень газошлакометаллической эмульсии перед продувкой, м, Сила аэродинамического воздействия потока отходящего газа на фурму определяется по формуле

F+ ýð = Рдав + тр, (12) г д 8 4 SvvP Pr 2 (1 3) где Рд„— сопротивление давлению, Н; аа — коэффициент сопротивления давлению;

)2

45 Заид = — — площадь миделевого сече4 ния (проекция тела на плоскость, нормальную к направлению движения газа), м; р — плотность потока отходящего газа, 50 кг/м; з.

wr — скорость движения отходящего газа, м/с, г ч @ гс Н0»Р 2 ° (14) где Fr> — сопротивление трению, Н; о — коэффициент сопротивления трению;

Номаде — участок образующей фурмы, омываемый газом, м.

В рассматриваемом случае дозвуковой области числа Маха (М), представляющие

1752778 собой отношение скорости газа и скорости звука в данной среде, M «1, Общее сопро-. тивление набегающему потоку близко к нулю, поэтому величиной можно пренебречь.

Решая совместно уравнения (1) — (6) и (11) получим

hg-hc+H (вф+Щ+Я1 Лт — (х1 Лтo)g FT — щ ф гг) р

Лд

Устройство работает следующим образом.

Информация об уровне ванны в спокойном состоянии (измерение проводят перед началом продувки, после заливки чугуна) из измерителя 1 поступает в первый сумматор

2, куда одновременно поступает информация с измерителя 3 положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера, Выходное напряжение первого сумматора 2, пропорциональное величине г аз о 4 (пс+ Нф), поступает в блок 15 делес,г ния. Величину йз 4 устанавливают как масштабный коэффициент сумматора. Величина, пропорциональная массе конструкции фурмы и массе воды, заполняющей фурму, поступает из блока 4 ввода начальных условий во второй сумматор 5, Во второй сумматор 5 также поступает информация с измерителя 6 времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве ковертера, С блока 4 ввода начальных условий также поступает величина, г пропорциональная выражению йз g 4

В ыходное напряжение с второго сумматора 5, пропорциональное выражению ,,„.г аз — - тфц - пъц - а1 9 Л + а1 g Л r,, поступает в третий сумматор 12 (напряжение, ПРОПОРЦИОНаЛЬНОЕ ВЕЛИЧИНЕ Q1 g Лtc,, ПОступает из блока 4 ввода начальных условий), Коэффициенты перед параметрами устанавливают во втором сумматоре 5 как масштабные.

Напряжение, пропорциональное давлению кислорода перед фурмой, поступает с измерителя 8 в первый блок 9 умножения, выходное напряжение кото ого, пропорциональное величине, г Р, постУпает в блок 10 извлечения корйя. Выходное напряжение блока 10, пропорциональное величи30

45 териалов в конвертер или об изменении расхода кислорода соответственно с формирова; елей 17 и 18 поступает на схему

ИЛИ 19, На выходе схемы ИЛИ 19 появляется единичный сигнал, поступающий на вход схемы И 20, на второй вход которой поступает единичный сигнал с узла НЕ 25, С выхода схемы И 20 поступает единичный сигнал, открывающий ключ 21. При этом с формирователя 22 поступает импульс на схему сброса-запуска интегратора 27, на вход которого поступает постоянное напряжение с задатчика 28, С измерителя 7 температуры воды выходное напряжение поступает на дифференциатор 23, выходное напряжение которого, пропорциональное скорости изменения температуры, сравнивается в узле 24 сравнения с напряжением, поступающим с задатчика 26, При превышении напряжения задатчика 26 напряжения дифференциатора 23 (т.е. при достижении температурной волной, вызванной резким изменением температурного режима в рабочем пространстве конвертера, охлаждающей воды) на выходе узла 24 сравнения появляется единичный сигнал, который включает ключ 29. При этом с формирователя 30 подается импульс в схему останова интегратора 27. На выходе интегратора 27 напряжение соответствует запаздыванию изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении темперане т ó ð поступает нв первый вход второго блока 13 умножения, на второй вход которого поступает напряжение с измерителя 14 расхода кислорода. Таким образом, с

5 выхода второго блока 13 умножения снимается напряжение, пропорциональное вели1 чине 60VP гур, которое поступает в третий сумматор 12. На вход третьего

10 сумматора 12 поступает также напряжение, пропорциональное реакции опор фурмы, с измерителя 11. Выходное напряжение третьего сумматора 12, пропорлд циональное величине ((аз g — - глф-гл .

1

-в йтiсо Лтв)я + р + — урттотуй поступает в блок 15 деления, выходное напряжение которого, пропорциональное величине h>, поступает в блок 16 ум. ножения.

Измгритель 6 времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера работает следующим образом.

Единичный сигнал о вводе сыпучих ма1752778

10 турного режима в рабочем пространстве конвертера, Для предотвращения сброса интегратора 27 в переходном режиме предусмотрена блокировка по цепи узел 24 сравнения — схема HE 25 — схема И 20.

Испытание макета, реализующего предлагаемое устройство, показало, что использование устройства контроля уровня ванны в конвертере позволяет осуществить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, находящихся в заданных пределах с первой повалки, возрастает на 5%), что снижает себестоимость стали и увеличивает ее количество.

Экономическая эффективность обеспечивается эа счет повышения производительности конвертера на 1,1;, сокращения расхода огнеупорных материалов на 2%, что снижает себестоимость отали.

Увеличение точности контроля уровня ванны в конвертере позволяет уменьшить количество промежуточных повалок агрегага, что приводит к улучшению экологических условий.

Формула изобретения

Устройство контроля уровня ванны в конвертере, содержащее измерители реакции опор фурмы в процессе продувки, положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера и расхода кислорода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно дополнительно содержит измерители времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении

5 температурного режима в рабочем пространстве конвертера и давления кислорода перед фурмой, причем измерители уровня ванны в спокойном состоянии и положения фурмы относительно неподвижных конст10 рукций конвертера соединены между собой через первый сумматор, а блок ввода начальных условий подсоединен к первому входу второго сумматора, к второму входу которого через измеритель времени запаз15 дывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера подсоединен измеритель температуры воды, выход первого

20 сумматора непосредственно, а второго — че- рез третий сумматор соединены с блоком деления, измеритель давления кислорода перед фурмой через первый блок умножения, блок извлечения корня подсоединен к

25 первому входу второго блока умножения, к второму входу которого подсоединен измеритель расхода кислорода, выход второго блока умножения подсоединен к третьему сумматору, к которому также подсоеди -.:ен

30 измеритель реакции опор фурмы в процессе продувки, выход блока деления подсоединен к блоку умножения.

1752778

Составитель А.Абросимов

Техред M,Ìoðãåíòàë Корректор O.Þðêîâåöêàÿ

Редактор В.Петраш

Заказ 2734 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101