Автоматизированная установка для исследования металлургических процессов

 

Изобретение относится к технологическим процессам, в частности, к аппаратуре для экспериментального исследования металлургических процессов. Сущность: автоматизированная установка содержит реакционную камеру 1, блок управления 2, систему газорегулирования, включающую входной измерительный преобразователь 3, выходной измерительный преобразователь 4, датчики температуры 5 и давления 6 реакционной камеры 1, магистрали подачи газов 7, 8. В автоматизированную установку введен многоканальный источник напряжения 9 и размещено не менее одной калиброванной капиллярной трубки, выполненной из электропроводного материала на каждой магистрали подачи газа 7, 8. Капиллярные трубки 12 с помощью концевых клемм электрически связаны с многоканальным источником напряжения 9. Управляющие сигналы поступают с блока управления на вход многоканального источника напряжения 9. 2 ил., 1 табл. сл С

I 754208 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (I!) ГОСУДАРСТВЕНН !Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4872651/26 (22) 10.10.90 (46) 15;08,92. Бюл, N 30 (71) Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов (72) С. В. Михайлов, В. А. Ольшевский, И.В.Мироевская, А, В, Тарасов, В. Я. Романов, В, П. Назаров, А, Ф. Кияшко, И. Э.Махов и С. Е. Спиридонов (53) 66.012-52(088,8): (56) Экспериментальные работы по теории металлургических процессов, под ред. А. А. . Арсентьева. М,. Металлургия. 1989, с; 65.

ВИ!гпе! W.. Kafersteln P„Nutzung an

1.aborwirbei shichonlagen.- Chemlsche

Technik DDI, 1988, M 2, с. 67. (54) АВТОМАТИЗИРОВАН НАЯ УСТАНОВКА

-ДЛЯ - ИССЛ ЕДОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ (57) Изобретение относится" к технологическим процессам, в частности", к аппаратуре

Изобретение относится к оборудованию для технологйческих ripîöåññîâ, в частйости " . к . аппаратуре для экспериментального исследования мЕталлургическйх процессов.

Известна экспериментальная установка для определения кислородных пОтенциалов газовых потоков при окислительном рафинировании металлов, содержащая ин- дукционную электропечь с плавильным тиг- лем. устройство для перемещения водоохлаждаемой фурмы, кварцевый газозаборный зонд. К фурме от баллона через редуктор подводят кислород, расход которого контролируют ротаметром. Отводимый через газозаборный зонд газ поступает к газоанализатору. Однако в данной установ(sI)s В 01 . 11/00, G 01 N 33/20, 6 05 D 27./00

2 для экспериментального исследования металлургических процессов. Сущность: автоматизированная установка - Содержит реакционную камеру 1, блок управления 2, систему гаэорегулирования, включающую входной измерительный преобразователь 3, выкодной измерительный преобразователь

4, датчики температуры 5 и давления 6 реак-, ционной камеры 1, магистрали подачи газов

7, 8. В автоматизированную установку введен многоканальйый источник напряжения

9 и:размещено не менее. одной калиброванной капиллярной трубки, выполненной из электропроводного материала на каждой магистрали подачи газа 7, 8, Капиллярные трубки 12 с помощью концевых клемм электрически связаны с многоканальным источником напряжения 9, Управляющие сигналы поступают с блока управления на вход многоканального источника напряжения 9. 2 ил„1 табл. ке не предусмотрена возможность-автома.тического регулирования расхода газа в, .процессе эксперимента, что крайне затрудняет моделирование реа IbHIIx металлургических процессов.

Наиболее близкой к предлагаемой является автоматизированная лабораторная установка„содержащая реакционную камеру с датчиками давления и температуры, блок управления, блок регулирования температуры, магистрали подачи"газов, входной и выходной измерительные преобразователи системы газорегулирования и.блок управления.

Входной и выходной измерительные преобразователи электрически связаны с. блоком управления. Входной измеритель1754208

10

20

40

55 ный преобразователь системы газорегулирования представляет собой вентиль дозирования, сигнал на который поступает с блока управления.

Существенным недостатком известной установки является низкая точнОсть регулирования, вызванная большой инерционностьЮ вентилей, вследствие чего подача газа в реакционную камеру крайне нестабильна, что отрицательно сказывается на результатах исследований, Цель изобретения — повышение точности исследований на автоматизированной установке за счет повышения точности дозирования газов.

Это достигается тем, что в автоматизированную установку, содержащую реакционную камеру с датчиками давления и температуры, блок регулирования температуры, магистрали подачи газов, входной и выходной измерительные преобразователи системы газорегулирования и блок управлеййя, дополнительно введен многоканаль ный источник пйтания, каждый из входных Измерительных преобразователей системы газбрегулйровэиия состоит из одной или нес-.ольких капиллярных трубок, изготовленных из- злектропроводного материала и снабженных концевйми клеммами, которые соединены с выходами многоканального источника питания.

Входной измерительный преобразователь системы газорегулирования дополнительно содержит не менее одной калиброванной капиллярной трубки, выполненной йз электропроводного материала.

Напряжение на концевые клеммы трубки подаетСя с многоканального источника питания, вход которого соединен с выходом блока управления. Предлагаемая капиллярная трубка обладает возможностью изменять собственную газовую проводимость вследствие эффекта обьемного термическоm расширения за счет протекания электри-. ческого тока по цепи: многоканальный источник питания — концевая клемма — калиброванная капиллярная трубка — концевая клемма — многоканальный источник питания.

Исследования показали, что количество капиллярных трубок во входном измерительном преобразователе системы газорегулирования может составлять одну и более, Установлено, что в любом случае общая сумма величин внутренних диаметров капиллярных трубок не должна превышать величины внутреннего диаметра магистрали подачи газа, при этом последовательность значений внутренних диаметров капиллярных трубок должна составлять ряд чисел Фибоначчи, что позволяет осуществлять гибкую переналадку системы газорегулирования на заданные .пределы регулирования расхода газа.

На чертеже приведена функциональная схема установки.

Автоматизированная установка содержит реакциойную камеру 1, блок 2 управления, систему газорегулирования, включающую входной измерительный йреобразователь 3 и выходной измерительный преобразователь 4; датчик 5 и 6 температуры-и давления реакционйой камеры. магистрали 7, 8 подачи газов, многоканальный источник 9 пйтания, блок 10 регулирования температуры. Входной измерительный преобразователь 3 установлен на каждой магистрали 7, 8 подачи газа и выполнен в виде последовательно соединенного регулировочного вентиля 11 и пучка калиброванных трубок 12. Управляющие входы регулировочного вентиля 11 связаны с блоком 2, Капиллярная трубка 12 изготовлена иэ электропроводного материала, имеет концевые клеммй (не показано). электрически связанные с отдельным каналом многока-. нального источника 9. Капиллярные трубки предварительйо откалиброваны по зависи- мости напряжение — расход газа для получения коэффициентов преобразования

Пучок капиллярных трубок соединен торцовой поверхностью с магистралью 7, (8) так, что внутренние межкапиллярные пустоты являются дополнительными каналами 13 регулирования расхода газа (фиг. 2) Пучок капиллярных трубок имеет концевые клеммы для подачи управляющего напряжения.

Предлагаемая автоматизированная установка работает следующим образом

В блок 2 вводится специальная программа, предназначенная для расчета расходного режима на каждой магистрали 7 (8), а также данные о фйзических свойствах ком-. понентов подаваемой газовой смеси, коэффициенты преобразования капиллярных трубок 12, По команде с блока 2 блок 10 выводит реакционную камеру 1 на заданный тепловой режим, По сиг нал у с бл ока 2 на управляющие входы регулирбвочных вентилей 11 производится грубая настройка. газового расхода магистрали 7 (8) по нижней границе. Сигналы с выходного йзмерительного преобразователя 4 сйстемы газорегулирования поступают на вход блока 2 для расчета необходимого измененйя расхода газа"нв каждой магистрали 7 (8). Затем сиг-. нал из блока 2 поступает на соответствующий канал источника 9, создающего разность потенциалов на концевых клеммах

1754208 капиллярных трубок 12 или на клеммах пуч- 0,3 мм 4 — 4 ка капиллярных трубок. При протекании (740 мм 10 ) газовый хРоматогРаф электрического тока капиллярная трубка на- гЛХМ-8МД вЂ” хромато ф б j — хроматограф ла ораторный) с гревается и вследствие эффекта термиче- измененной схемо . А схемои. налогические сигнаского расширения изменяет собственную 5 лы выводятся на показывающий прибор (погазовую проводимость по предварйтельно тенциометр КСП-4-909), а также на блок определенной зависимости, управления IBM PC — совместимый компьюТаким образом осуществляется тонкая тер). В качестве многоканального источника настройка на заданный режим расхода газа. питания использован усилитель тиристорРежимные параметры установки стабилизи- 10 ный (У-232), руются блоком 2 по информации, поступаю- Выходной измерительный преобразощей с выходного измерительного ватель вйполнен в виде газовогохроматог-, преобраэователя 4, датчиков 5 и 6, рафа (хроматограф лабораторный ЛХМ-8В).

Данные, поступающие в блок 2 с выход- Аналогические сигналы выво ятся н ного изме ит з ер тельного преобразователя 4, 15 зывающий прибор — потенциометр (КСП-4используются для непрерывной самоповер- 909), а также íà IBM PC — совместимый ки и самонастройки системы газорегулиро- компьютер. В качестве газа — носителя для вания путем сопоставления с расчетными хроматографа использован газообразный значенияМи расхода газа и последующей очищенный гелий марки 6(TY6-21-3 1-83). подачикорректирующихсигналовнамного- 20 В качестве источника магистрального канальный источник 9. При изменении дав- газа Б использован баллон с ангидридом, ления и температуры в реакционной камере . сернистым (жидкий технический, ГОСТ

1 данные с датчиков 5 и 6 поступают на блок 2918-72), 2 для расчета новых равновесных значений Автоматическое измерение расхода гарасхода газа на входе и выходе"реакЦион- 25 зов А и Б, а также отходящих газов с поной камеры 1.

P мощью детектора по теплопроводности (со асчетные значения расхода газа сойо- стандартной электрической схемой от хроставляются в блоке 2 с данными, поступаю- матографа ЛХМ-8МД) основано на сравнещими с выходного измерительного нии теплопроводностей неподвижной дозы преобразователя 4 системы газорегулиро- 30 газа; находящейся в одной из сравнительвания, с последующим согласованием пу- ных камер детектора и проходящего потока тем подачи корректирующих сигналов на анализируемого газа через параллельную входы многоканального источника 9, свя- камеру детектора. Выходной сигнал детекзанного с входным измерительным преоб- тора пропорционален разности теплопро35 водностей, Выходной сигнал (мВ) детектора

Пример 1 (по предлагаемому техни-, подается на измеритель(И-102) и на показы-. ческому решению). Испытания проводились вающий прибор (КСП-4). Соотношение знана лабораторной установке для исследова- чений выходного сигнала (мВ) с численным ния равновесия в системе газовая фаза — значением расхода газа (л/ч) осуществляетявлял конденсированная фаза, Целью испытаний 40 ся по стандартным методикам. Получен ось изучение точности исследований значения передаются в блок управления, С ные на автоматизйрованной установке в сравне- блока управления корректирующие сигналы нии с прототипом. Лабораторная автомати- поступают на усилитель тиристорный, соезированная установка включаетследующие диненный с капиллярной трубкой. В ходе конструктивные элементы: реакционную ка- 45 эксперимента необходимо было стабилизимеру, выполненную s виде печи с карбидк- ровать на заданном уровне состав газовой ремниевыми нагревателями (ГОСТ смеси на входе в реакционную камеру и ее

16139-70) с встроенным цилиндрическим расход. При этом одному и тому же реактором, выполненным из кварцевого потенциалу газовой фазы должносоответстстекла (TY 21-РСФСР-813-81) и датчиком 50 вовать определенное значение концентратемпературы -термопара платино-платино- ции основного компонента (Cu) независимо родиевая (ПР— 30/6), Лабораторная автома- от первоначального содержания данного тизированная установка также содержит компонента в исходной конденсированной блок регулирования температуры (BPT-2), фазе. магистрали подачи газов в виде полихлор- 55 Всего проведено три серии эксперивиниловых трубок, входной измерительный ментов со следующими конденсированныпреобразователь, включающий капилляр- ми фазами; Сщ$, Сц, СщО. Условия ную трубку, выполненную из нержавеющей эксперимента: Т=1523 К, соотношение комстали (марка 12Х18Н10Т), с отношением понентов газовой фазы внутреннего диаметра к длине ЯО ;СО:Ng=91,24:6,56:2,20. расход 10 л/ч, 1754208

Со е жанйе ме и в кон енси овайной азе, мас, Время выдержки, ч серия ¹ 1 (исходный ма- серия ¹ 2 (исходный ма- серия ¹ 3 (исходный мате иал CuzS те иал Си те иал СирО

Уст ойство предлагаемое прототип прототип предлагаемое предлагаемое прототип

80,3

78,1

76,7

Й =3,6

79,2

79,2

79,2

А=О

79,2

79,2

79,2

6=0

75,2

77,3

79,8

dg. = 4,6

79,2

79,2

79,2

Л=О

11

77,2

80.4

83,1

Ьз=5,9 общее давление 1 атм, После промывки реактора газовой смесью и вывода печи на заданный тепловой режим осуществлялся периодический отбор конденсированной фазы кварцевой трубкой, предварительно промытой аргоном. Пробы анализировались на содержание основного компонента

- меди, результаты приведены в таблице.

Пример 2 (по прототипу), В этом случае выше описанная лабораторная установка для исследования равновесия системы газовая фаза — конденсированная фаза для регулирования и поддержания заданного соотношения компонентов газовой смеси была снабжена вентилем дозирования (согласно прототипу), установленным на магистрали подачи газа и электрически соединенным с блоком управления, Результаты исследований также сведены в таблицу.

Как следует из данных таблицы применение автоматизированной установки обеспечивает достижение устойчивого равновесия в системе газовая фаза — конденсированная фаза, критерием которого является установление постоянного содержания основного компонента в конденсированной фазе(79,2 % Cu, А=О).

Проведение исследований на установке-прототипе не обеспечивает достижение устойчивого равновесия в системегазовая фаза — конденсированная фаза (6 =3,6 %;

hp=4,6 %; Ьз-5,9 %), так как состав газовой фазы не постоянен, Результаты — невоспроизводимые.

5 Таким образом, использование автоматизированной установки с высокой точностью исследований позволяет эффективно сочетать экспериментальные результаты и модельные расчеты для совершенствования

10 металлургических процессов.

Формула изобретения

Автоматизированная установка для исследования металлургических процессов, содержащая реакционную камеру с датчи15 ками давления и температуры, блок регулирования температуры, магистрали подачи газов, входной и выходной измерительные преобразователи системы газорегулирования и блок управления, о т л и ч а ю щ а я20 с я тем, что, с целью повышения точности исследований за счет повышения точности дозирования газов, в ее состав дополнительно введен многоканальный источник питания, каждый иэ входных, измеритель25 ных преобразователей системы газорегулирования состоит из одной или нескольких капиллярных трубок, изготовленных из электропроводного материала и снабженных концевыми клеммами, которые соеди30 нены с выходами многоканального источника питания.

1754208

Составитель В. Ольшевский

Редактор Н."Федорова Техред М,Моргентал Корректор А ВоРов""

Заказ 2841 . :;, 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