Устройство для определения содержания углерода в металле
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к разделу контроля состава и свойств металлов. Цель изобретения - повышение точности определения содержания углерода в металле. Устройство содержит кристаллизатор 1 с термоэлектрическим преобразователем, измеритель 2 температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, источник 3 опорных напряжений, коммутатор 5, блок 6 проверки наличия цепи ехидного датчика, блок 7 согласующий, микропроцессорный блок 8 управления с тремя входами и тремя выходами, блок 9 индикации и клавиатуры и блок 10 цифропечати. В устройство дополнительно введен блок 4 определения содер жания фосфора в металле, который содержит блок управления, блок определения температуры металла, блок определения уровня шлака в конвертере, блок определения положения кислородной фурмы , анализатор состава отходящих кон вер (Л С -ч 00 со о VI
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (!9) (I!) (и)з С 21 С 5/30
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ -,.,",,".:." :.".
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ
1 .:: ..-. 2 (21) 4917987/02 .. .; - содержит кристаллизатор 1 с термоэлектри(22) 12.03.91 .:- . ческим преобразователем, измеритель 2 (46) 15.12.92. Бюл. М 46 . температуры свободных концов термоэлек. (71)Особоепроектно-конструкторскоебюро трического преобразователя, источник 3
Научно-производственного объединейия опорных напряжений коммутатор 5, блок 6
"Черметавтоматика", проверки наличия цепи входного датчика, (72)Т.С. Намазбаев, Я.В. Медведев, Б.К.Тусуп- . блок 7 согласующий, микропроцессорный беков, IO. Э. Шандер и Г. А. Курипка; . блок 8 управления с тремя входами и тремя (56) Авторское свидетельство СССР „. выходами, блок 9 индикации и клавиатуры и
N. 1673939, кл, G 01 и 25/04, 1989, блок 10 цифропечати. В устройство допол(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ нительно введен блок 4 определения содер. СОДЕРЖАЙИЯ УГЛЕРОДА В МЕТАЛЛЕ жания фосфора в металле, который (57) Изобретение относится к измеритель- содержит блок управления, блок определе. ной технике, а именно к разделу контроля ния температуры металла, блок определе "составаисвойствметаллов. Цельизобрете- ния уровня шлака в конвертере, блок . ния — повышение точности определения со- определения положения кислородной фур- З держания углерода в металле, Устройство мы, анализатор состава отходящих конверl 781307
"терных газов, расходомер отходящих кон вертерных газов, рэсходомер кислорода дутья, блок определения параметров шихтовых материалов и конвертера, блок определения радиуса конической:и высоты цилиндрической части конвертера, блок определения количества фосфора в чугуне, Изобретение относится к измерительной технике, к разделу контроля состава и свойств металлов.
Известно устройство для определения содержания углерода в металле, содержащее кристаллизатор, датчик температуры, вторичный прибор, состоящий иэ усилителя, функционального преобразователя и узла с кареткой, преобразователь переМе щений в код, узел сМнхронизации, генератор тактовых импульсов, счетчик времени, пороговый и реверсивный счетчики; регистр, функциональнйй преобразователь, девифратор, имеющйй три вйхода и подключенный к выходам порогового и реверсивного счетчика, а также к единичным выходам первого и второго трйггера, первый выход дешифратора связан со входом запрета счетчика времени, второй — со входом установки в нуль порогового счетчика, третий — со входом запрета порогового счетчика и с управляющим входом функционального преобразователя, причем выход переполнения счетчика времени соединен с единичным входом второго триггера, и через ключ — со вторым входом установки в нуль порогового счетчика и управляющим входом регистра, управляющий вход ключа связан с нулевым выходом второго триггера, нулевой вход которого соединен с выходом переполнения порогового счетчика, а входы первого триггера соединены с- выходами преобразователя перемещения в код.
Существенное влияние на температуру ликвидуса оказывает содержание фосфора в металле, особенно при его большом значении.
Например, изменение содержания фосфора в металле от 0,015 до 0,27 приводит к изменению температуры ливидуса на 30 С при одном и том же содержании углерОда, следовательно. содержание углерода. определенное при данной температуре ликвидуса, будет существенно отличаться от истинного значения.
1 приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, блок определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, и сумматор для определения содержания фосфора в металле. 1 з. и. ф-лы, 6 ил, 1 табл, Таким образом,, недостаток известного устройства является низкая точность определения содержания углерода в металле, т.к. не учитывается влияние содержания
5 фосфора на температуру ликвидуса.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения содержания углерода в металле, содержащее
10 кристаллизатор с термоэлектрическим преобразователем, блок согласования, измеритель температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, источник опорных напряжений, коммутатор с
15 четйрьмя входами и двумя выходами, блок проверки цепи термоэлектрического преобразователя, микропроцессорный блок управления с тремя входами и тремя выходамй; блок индикации и клавиатуры и
20 блок цифропечати, при этом выходы кристаллизатора с термоэлектрическим преобразователем, измерителя температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, источника опорных на25 пряжений и первый выход микропроцессорного блока управления подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам коммутатора, первый выход которого через блок
30 согласующий подключен к первому входу микропроцессорного блока управления, ко второму входу которого подключен второй выход коммутатора через блок проверки цепи выходного датчика, выход блока индика35 ции и клавиатуры и блока цифропечати.
Устройство работает следующим образом.
В кристаллизаторе проба жидкого
40 металла охлаждается и при достижении температуры ликвидуса начинает кристаллизоваться, По мере остывания пробы металла выполняется процедура записи термограммы в оперативное запоминаю45 щее устройство микропроцессорного блока управления. Запись начинается после того, 1781307 как сигнал с термоэлектрического преобразователя кристаллизатора превысит
1350 С, заканчивается после понижения температуры пробы металла до 1300 С. Далее осуществляется поиск стационарного участка на термограмме, соответствующего температуре ликвидуса. Процедура поиска стационарного участка на термограмме сводится к отысканию наиболее пологого участка заданной длительности. Длительность стационарного участка, соответствующего температуре ликвидуса, составляет Лt=
= 4,6 — 5,4 с (величина Л t определяется опытным путем). Наклон наиболее пологого участка, определяемого как разность значений температур на концах стационарного участка, не должен превышать ЛТ= 0,2—
0,5 С (величина ЬТ определяется опытным путем). Усредненное значение температуры на стационарном участке соответствует температуре ликвидуса. Далее определяет-, ся содержание углерода в металле по зависимости: (С)мет=А В Тл, (1) где (С)мет — содержание углерода в металле, % °
Те — температура ликвидуса, С;
А,  — эмпирические коэффициенты.
Определенное в микропроцессорном блоке управления значение содержания углерода в металле выводится для отображения на блок индикации и клавиатуры и регистрируется в блоке цифропечати и устройство переходит в исходное состояние.
В случае отсутствия стационарного участка на термограмме охлаждения пробы металла определение содержания углерода не производится и выдается диагностическое сообщение на блок индикации и клавиатуры, а устройство переходит в исходное состояние.
Определение содержания углерода в стали по температуре ликвидуса основано на известной зависимости этой температуры от содержания углерода в стали. Путем обработки экспериментальных данных, полученных методом многофакторного регрессионного анализа, получено управление для расчета содержания углерода в стали; 5 (С)мет=15,8725 0,01034042 Тд (2) где (С)мет — содержание углерода в металле, о .
T> — температура ликвидуса, OÑ, При использовании известного устрой- 5 ства также наблюдается низкая точность определения содержания углерода в металле по температуре ликвидуса, обусловленная влиянием на температуру ликвидуса содержания фосфора в анализируемой npobe металла, которое меняется от плавки к плавке, Целью изобретения является повыше5 ние точности определения содержания углерода в металле за счет. учета влияния содержания фосфора в металле на его температуру ликвидуса.
Это достигается тем, что в устройст10 во для контроля содержания углерода в металле, содержащее кристаллизатор с термоэлектрическим преобразователем, измеритель температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, ис15 точник опорных напряжений, коммутатор, блок проверки наличия цепи входного датчика, блок согласующий, микропроцессорный блок управления с тремя входами и тремя выходами, блок индикации и клавиату20 ры и блок цифропечати, при этом выходы кристаллизатора с термоэлектрическим преобразователем, измерителя температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, источника опорных напряже25 ний и первый выход микропроцессорного блока управления подсоединены, соответственно, к первому, второму, третьему и четвертому входам коммутатора, первый выход которого через блок согласующий подсое30 динен к первому входу микропроцессорного блока управления, ко второму входу которого подсоединен второй выход коммутатора через блок проверки цепи входного датчика, выход блока индикации и клавиату35 ры подсоединен к третьему входу микропроцессорного блока управления, второй и третий выходы которого подсоединены, соответственно, к входам блока индикации и клавиатуры и блока цифропечати, введен
40 блок определения содержания фосфора в металле, выход которого подсоединен к пятому входу коммутатора.
Блок определения содержания фосфора в металле содержит блок управления, блок
45 определения температуры металла, блок определения уровня шлака в конвертере. блок определения положения кислородной фурмы, анализатор состава отходящих конвертерных газов, расходомер отходящих
0 конвертерных газов, расходомер кислорода дутья, причем первый выход блока управления соединен с входом определения температуры, второй выход блока управления соединен одновременно с входами блока определения уровня шлака в конвертере, блока определения положения кислородной фурмы, анализатора состава отходящих конвертерных газов, расходомера отходящих конвертерных газов и расходомера кислорода дутья, содержит также блок
1781307 определения параметров шихтовых материалов и конвертера, блок определения радиуса конической и высоты цилиндрической . части конвертера, блок определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу обьема шлакометаллической эмульсии, блок определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии и сумматор для определения содержания фосфора в металле, причем второй выход блока управления соединен с входом блока определения параметров шихтовых материалов конвертера, первый выход которого сбединен одновременно со вторым входом блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера и третьим входом блока определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, к четвертому входу которого подсоединен второй выход блока определения параметров шихтовых материалов и конвертера, третий выход последнего соединен с первым входом блока определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода; аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, выход блока определения положения кислородной фурмы соединен с первым входом блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера, выход блока определения уровня шлака в конвертере соединен одновременно с третьим входом блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера и пятым входом блока определения количества фосфора в. чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, к первому, второму и шестому входам последнего подсодеинены, соответственно, третий и четвертый выходы блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера и третий выход блока управления, первый, второй, третий и четвертый выходы анализатора состава отходящих конвертерных газов соединены, соответст-. венно, со вторым, третьим, четвертым и пятым входами блока определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, к шестому, седьмому и восьмому входам последнего подсоединены; соответственно, выходы расходомера отходящих конвертерных газов, расходомера кислорода дутья и третий выход блока управления, к первому, второму и третьему входам сумматора для определения содержания фосфора в металле подсоединены, соответственно, выходы блока определения температуры металла, блока определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шла5 кометаллической эмульсии и блока определения количества извести, приходящегося на единицу кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии.
На фиг. 1 изображена блок — схема одно10 ro из вариантов заявляемого решения; на фиг. 2 — внутренняя структура источника опорных напряжений, коммутатора; на фиг.
3 — внутренняя структура блока определения содержания фосфора в металле; на фиг.
15 4 — внутренняя структура микропроцессорного блока управления и цифропечати; на фиг. 5 — внутренняя структура блока индикации и клавиатуры и блока проверки наличия цепи входного датчика; на фиг. 6 — геомет20 рические размеры конвертера.
Устройство содержит (см. фиг. 1) кристаллизатор 1 с термоэлектрическим преобразователем, измеритель 2 температуры свободных концов термоэлектрического
25 преобразователя, источник 3 опорных напряжений, блок 4 определения содержания фосфора в металле, коммутатор 5, блок 6 проверки наличия цепи входного датчика, блок 7 согласующий, микропроцессорный
30 блок 8 управления, блок 9 индикации и клавиатуры, блок 10 цифропечати.
Кристаллизатор 1 с термоэлектрическим преобразователем 11 может быть представлен, например, в виде серийно вы35 пускаемого однофункционального сменного блока пробниц П-155, разработанного
ВНИИАЧМ НПО "Черметавтоматика". Измеритель 2 температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя мо40 жет быть представлен, например, в виде серийного преобразователя сопротивления
12 типа ТСМ-6097 с диапазоном измеряемых температур от -50 до+150 С.
Источник 3 опорных напряжений может
45 быть выполнен, например (см. фиг. 2), на базе операционного усилителя 12 типа
КР14ОУЛ20А. Резистором 14 задается ток через стабилитрон 15, при котором обеспечивается минимальный температурный ко50 эффициент напряжения. Стабилитрон 15 поддерживает на инверсном входе операционного усилителя 13 напряжение 1В, Выходное напряжение источника равно: цоп=13см+0823 (3)
55 где Uc — напряжение стабилизации стабилитрона, В;
0я2з — напряжение на резисторе делителя, В. .Блок 4 определения содержания фосфора в металле может быть выполнен, напри1781307
10 мер, в виде (см. фиг. 3) блока, содержащего блок 28 управления, блок 29 определения температуры металла, блок 30 определения уровня шлака в конвертере, блок 31 определения положения кислородной фурмы, блок 5
32 определения параметров шихтовых ма. териалов и конвертере, блок 33 определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера, блок 34 определения количества фосфора в чугуне, 10 приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, анализатор 35 состава отходящих конвертерных газов, расходомер 36 отходящих конвертерных газов, расходомер 37 кислорода дутья, блок 15
38 определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, сумматор 39 для определения содержания фосфора. в металле, 20 первый цифровой процессор 40 для обработки сигналов, второй цифровой процессор 41 для обработки сигналов, Блок 28 управления может быть представлен, например, в виде таймера, который 25 по открытию отсечного клапана кислорода дутья выдает две чередующиеся между собой команды, сдвинутые по времени;например, в пределах 0,1-1,2 с, определяемых экспериментально, третью команду выдает 30 по закрытию отсечного клапана кислорода дутья.
Блок 29 определения температуры ме талла может быть представлен, например, в виде системы ИВКТ-7610„разработки 35
ОПКБ НПО "Черметавтоматика". Система
ИВКТ-7610 позволяет определять в цифровом виде температуру металла в ванне конвертера при его повалке по информации от термопары погружения ТП P — 2075. 40
Блок 30 определения уровня шлака в конвертере может быть представлен, например, в виде системы CKLU — 7604 разработки ОПКБ НПО "Черметавтоматика".
Система СКШ-7604 позволяет определять 45 уровень шлака 8 конвертере по ходу продувки.
Блок 31 определения положения кислородной фурмы может быть представлен, например, в виде системы цифрового 50 измерения УКПФ-7618 разработки ОПКБ НПО "Черметавтоматика". Система УХПФ7618 позволяет контролировать положение кислородной фурмы по ходу продувки и хранить в регистре значение высоты подйятой 55 фурмы над уровнем спокойного металла при его тарировке перед началом данной плавки.
Блок 32 определения параметров ших товых материалов и конвертера может быть
Rtv — R0 +
L и (4) где Rp — радиус цилийдрической частй конвертера при новой футеровке, м;
L — толщина рабочего слоя футеровки конвертера, м;
Ni — номер плавки от начала компании на данном конвертере;
Rq — величина внутреннего радиуса конвертера на данной плавке, м;
И1+ Йг+ Йз+ Й4+ М
1 5 средняя стойкость футеровки конвертера на предыдущих пяти кампаниях.
Блок 23 определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера может быть представлен, например, в виде серийно выпускаемой однокристальной микро-ЗВМ (КМ 1813 ВЕ1), представляющий собой новый класс приборов — цифровой процессор обработки аналоговых сигналов (ЦПОС). Однокристальная микро-3ВМ КМ 1813 ВЕ1 представляет собой микросхему, имеющую следующие габаритные размеры: 33,5 мм х 15 мм х 5,5 мм". Проблема быстрой обработки последовательности чисел решена в процессоре KM
1813 В Е1 за счет компактйой архитектуры и оригинального алгоритма умножения, требующего меньше времени, чем традиционно используемый в микропроцессорах алгоритм сдвига и сложения. Размещенные на кристалле аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи, центральный процессор, постоянное запоминающее устройство ПЗУ и оперативно-запоминающее уСтройство ОЗУ, образуют устройство, способное выполнить большой объем вычислений между отсчетами. В качестве памяти программ в КМ 1813 ВЕ1 используется стираемое ультрафиолетовым излучением репрограммируемое ПЗУ (УФ
РПЗУ), содержащее 4608 бит. В рабочем режиме УФ РПЗУ организовано как 192 слова по 24 разряда, каждое из которых соответствует одной команде процессора. ЦПОС
КМ1813ВЕ1 имеет 4 аналоговых входа, 2 представлен, например, в виде статической системы управленйя койвертерной плавкой, которая по команде от блока 28 управления выдает информацию о весе фосфора, содержащегося в чугуне, рассчитанного по зависимости 6ф=0,01 . (PJv 6ч, информацию о весе извести, присаженной в ванну конвер- тера и значение внутреннего радиуса конвертера на данной плавке, рассчитанное по зависимости
1781307
В блоке 33 определения радиуса кони- 10 ческой части и высоты цилиндрической части конвертера на базе ЦПОС КМ1813 ВЕ1 реализованы зависимости
RN — г
Вк=г+(Нк+ Нц- Ншл (Т)), (5) 15
Нк
Нц= Н3", -Н*-Н,, (6) где Як — РадиУс конической части конвеРте- 20 ра на уровне шлакометаллической эмульсии при приближени его к горловине конвертера (Ншл(х)>нц), м;
r — радиус горловины конвертера, м;
Нк — высота конической части конверте- 25 ра, м, Нц — высота цилиндрической части конвертера над уровнем спокойного металла, м;
К (Р)г ьг
+,„., +яг т я — 1 мер, в виде трубы Вентури с типовыми
35 датчиками давления и перепада давления отходящих конвертерных газов и его температуры. Расходомер 37 кислорода дутья может быть представлен, например, в виде сужающего устройства с типовыми датчика40 ми давленйя; перепада давления кислорода и его температуры, 3 1, ВСЛИ Ншд (t) а Нц 0, если Нш (т) > Нц (8) Блок 38 определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, может быть представлен, например, в виде двух серийно выпуСкаемых однокристальных микроЭВМ КМ 1813ВЕ1.
50 ЦПОС40 реализует следующую зависимость: (0,766 ССн-1,266 (COz+Cb)-0,234 Hz — 25,5823 (9) а в ЦПОС 41 реализуются зависимости:
Op — — - — - (0,766 COi1266 (COzt
Чо2 (т)
+02)-0234 Нг-25,582), (10) входа для приема и передачи цифровой информации (TTJl уровня) и 8 аналоговых выходов. Параметры ЦПОС КМ 1813 ВЕ1 по быстродействию следующие: при тактовой. частоте 6,6 МГц (600 нс командный цикл) и количестве команд 192 частота отсчетов составляет 8680 Гц.
Р к и Ц
7 ja RA j Н .(т) т+(1-а) т то
"где Pp — количество фосфора в чугуне, приходящееся на единицу объема шлакометаллической эмульсии, кг/мз;
k — коэффициент пропорциональности; (P)г — содержание фосфора в чугуне, ф„
%> — время начала продувки, с; г- текущее время продувки, с;
n = () — количество точек отсчеТ вЂ” to
Лт та;
Ог- вес чугуйа, кг;
Лг -. интервал времени между отсчетами значений уровня шлака в конвертере, определяемый экспериментальным путем, с: а- весовой коэффициент, Анализатор 35 состава отходящих конвертерных газов может быть представлен, например, в виде серийно выпускаемой системы газового анализа на базе масс-рефлектрона ФТИАН вЂ” 3.
Расходомер 36 отходящих конвертерных газов может быть представлен, наприНш (t) — измеряемая величина высоты слоя шлака в конвертере по ходу продувки, м;
Rq — величина внутреннего радиуса конвертера на данной плавке, м;
Нфш — измеряемая высота от уровня спокойного металла до верхнего положения кислородной фурмы (при поднятой фурме), м;
Н* — высота от горловины конвертера до верхнего положения кислородной фурмы, м.
На первом выходе блока 33 во время плавки получаем сигнал, пропорциональ- .. ный величине радиуса конической части конвертера Я», а на втором выходе блока
33 получаем сигнал, пропорциональный величине высоты цилиндрической части конвертера над уровнем спокойного металла Нц.
Блок 34 определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, может быть представлен, например, в ви-. де серийно выпускаемой однокристальной микро-3ВМ КМ 1813ВЕ1, реализующей зависимость
13
1781307
ИЗВ
С Ра 44, микроконтроллера 45 типа 1816 BE
48, цифроаналогового преобразователя 46, Х{1-0,) чо,(т) т компаратора 47, источника 48 опорного на<о пряжения, .регистра 49, дешифратора 50, 5 больших интегральных схем последовательгде 0p — коэффициент распреде ения кисло- ного интерфейса 51, 52. рода между металлом и шлаком; о г ) — Расход отходящих конвертер- стальная микро-ЭВМ КМ1816 В 48 является представителем йовОгб knacса средств мик10 роэлектронной вычислительной техники и
Q2 т — расход кислорода дутья, м /с; гле о а, в окиси гл
СО, СО2, 02, Н2 — содержaHvte owe представляют собой БИС, имеющие в своем у р д д У v YrnepoAa кислорода " ° составе все характерные части небольшой водорода в отходящих конвертерньгх газах, мйкр -"ЭВМ ф о, мйкро —: арифметическо-логическое устройство, устройство управления, nepeScao — количество извести, прихоДяще- 15 программируемое fl3У и ог эмульсии кгlм данных и программйо-управляемое инэмулаьсии кгlм: терфейсные схемы Габариты однокри иее вес извести, присаженной в ванну стальной микро — ЭВМ 54 КМ 1 81 1 6ВЕ48:
20 35,5мм х 5,5мм х 15MM.
Сумматор 39 для определения содер- Блок 9 индикации и клавиа и туры может пРедставлен, напРимеР,ввидесеРийновы- видеб " р " онт ол виде ольшой интегральной схемы конт олпускаемой однокристальной микро-ЭВМ
КМ 1813 ВЕ1 - лера индикации и клавиа уры 56 кнопочных
3 25 переключателей 57-72, дешифратора 73 се, реализующей зависимость — + мет 2 мет e3 t мет а4 p мисегментного кода;,дешифратора 74, се+аб ЯСеО где () eT — содержание фосфоРа в металле, транзисторных ключей 91 — 106 каждый из
1 которых состоит из транзистора 107, реэиСмет 30 сторов 108 и 109. тмет= температура металла
10000 Блок 10 цифроподачи может быть выпри повалке конвертера в масштабе полнен, напРимеР(см. фиг.4), в видемикРо1:10000, С; контроллера 53, транзисторного буфера 54 т*мет — измеряемая величина темпера- и печатающего механизма 55. о туры металла С; 35 УстРойство Работает следУющим обРаае, а1, а2, аз, а4, а5 — эмпирические коэффициенты После включения электропитания в
На выходе блока 39 получается сигнал, . микРопРоцессорном блоке 8 управления пропорциональный содержанию фосфора в начинает выполняться программа инициа40 лизации, которая приводит устройство в исКоммутатор 5 может быть выполнен, на- ходное состояние. пример (cM. фиг. 2), в виде релейных пере- . Далее по открытию отсечного клапаключателей 21 — 25, каждый из которых на кислорода дутья по первому сигналу может быть выполнен в виде транзисторно- из блока 28 управления происходит региro ключа 26 и реле 27. 45 страция момента начала продувки в блоБлок 6 проверки наличия цепи входного ке 34 определения количества фосфора в датчика может быть выполнен, например чугуне, приходящегося на единицу объе(см. фиг. 5), в виде оптронного переключате- ма шлакометаллической эмульсии и в блоля 110 и резистора 111. ке 38 определения количества извести, Блок 7 согласующий может быть выпол- 50 приходящегося на единицуобьема кислоронен, например, в виде инструментального да, аккумулированного в шлакометалличеусилителя, имеющего высокое входное со- ской эмульсии, а по второму сигналу противление и обеспечивающего установку запускаются блок 31 определения положезаданного коэффициента усиления, ния кислородной фурмы, блок 32 определеМикропроцессорный блок 8 управле- 55 ния параметров шихтовых материалов и ния может быть выполнен (см. фиг. 4), конвертера, анализатор 35 состава отходянапример, в виде постоянного запомина- щих конвертерных газов, расходомер 36 отющего устройства 42 емкостью 2 Кбайт, ходящих конвертерных газов, расходомер регистра 43 адреса, кварцевого резонато- 37 кислорода дутья. С момента начала ïðîдувки в блоке 33 определяется высота ци16
1781307
15 линдрической части конвертера над уровнем спокойного металла Нц, а при приближении уровня шлака к горловине конвертера определяется величина радиуса конической части конвертера на уровне шлакометаллической эмульсии Нк. Сигналы с выхода блока 33, пропорциональные Нц и
В» поступают на второй и третий входы 34 определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, На четвертый, пятый и шестой входы блока 34 поступают сигналы, пропорциональные, соответственно, Нщд(т), йд и 0,01 х (P)r х Gr.
На выходе блока 34 получается сигнал, пропорциональный Дя, который поступает на первый вход сумматора 39 определения содержания фосфора в металле. Одновременно в блоке 38 определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, непрерывно по ходу йродувки рассчитывается величина Sc>o.
Сигнал с выхода блока 38, пропорциональный величине Ясзо, поступает на второй вход сумматора 39 для определения содержания фосфора в металле. В момент закрытия отсечного клайана кислорода дутья при остановке конвертера для скачивания фосфористого шлака, на третьем выходе блока 28 управления появляется сигнал, по которому запускается блок 29 определения температуры металла. На выходе блока 29 появляется сигнал, пропорциональный температуре металла, поступающий на третий вход блока 39 определения содержания фосфора в металле. В сумматоре 39 рассчитывается содержание фосфора в металле при повалке конвертера и запоминается.
В исходном состояни (см. фиг. 2) транзисторные ключи релейных переключателей
21 — 23 закрыты, а транзисторный ключ релейного переключателя 24 открыт, Перед замером содержания углерода в металле сменный блок кристаллизатора 1 с термоэлектрическим преобразователем 11 через разъем соединяются со входом коммутатора 5;
При наличии цепи и готовности термоэлектрического преобразователя 11 кристаллизатора 1 к измерению через нормально замкнутые контакты релейного переключателя 24 подается от источника
+12 В зондирующее напряжение на вход оптопары 110, что приводйт "к "появлению сйгнала низкого уровня в коллекторйой цепи оптолары, который поступает на вход Т о (см. фиг. 5) микроконтроллера 45 микропроцессорного блока 8 управления. Если в течение Лт1=2 .с (величина определяется опытным путем) сигнал не меняется, что свидетельствует о наличии надежного контакта термоэлектрического преобразовате5 ля 11 кристаллизатора 1 с измерительной цепью, то устройство переходит к выполнению процедуры автоматической калибровки, в противном случае устройство остается в исходном состоянии. Процедура автома10 тической калибровки осуществляется следующим образом. По сигналу с выхода микропроцессорного блока 8 управления открывается транзисторный ключ 21, что приводит к размыканию нормально замкну15 тых контактов реле 26 и подключение выходных цепей источника 3 опорных напряжений; с .выхода которого подается напряжение 01 (величина U> определяется опытным путем, исходя из диапазона вы20 ходных напряжений термоэлектрического преобразователя 11 кристаллизатора, применяемого для измерения температуры остывания пробы металла) в течение 6|2=0,8 сек на вход блок 7 согласующего (величина
25 tz определяется опытным путем), затем транзисторный ключ 21 закрывается, что приводит к размыканию выходной цепи 01 источника 3 опорных напряжений; далее по сигналу с выхода микропроцессорного бло30 ка 8 управления открывается транзисторный ключ релейного переключателя 22, что приводит к размыканию его нормально замкнутых контактов и подключению выходных цепей источника 3 опорных напряжений Vz
35 (величина Uz определяется опытным путем исходя-из диапазона выходных напряжений термоэлектрического преобразователя 11 кристаллизатора 1, причем U< выбирается в начале диапазоне, а Uz выбирается в конце
40 диапазона выходных напряжений термоэлектрического преобразователя 11) в течение Лтз=0,8 сек на вход блока 7 согласующего (величина Ьтз определяется опытным путем), затем транзисторный ключ
45 релейного переключателя 22 закрывается, что приводит к размыканию выходной цепи
Uz источника 3 опорных, напряжений и подключению выхода термоэлектрйческого преобразователя 11 к входу блока 7 согласу50 ющего. Далее в микропроцессорном блоке
8 управления рассчитывается коэффициент усиления и величина смещения нулевого уровня блока 7 согласующего по следующим зависимостям:
55 1(=(0а1 — 0а2)/(01 — Uz), (13)
0o = (Ua1+Usz k(01+02))/2 (14) где k — коэффициент усиления;
0 1 — величина выходного напряжения блока согласующего при подключении к его
1781307
18 входу второго выхода источника опорного напряжения, В;
Ое — величина смещения нулевого уров. ня блока согласующего на его выходе, В;
U1 — величина напряжения первого источника опорного напряжения, В;
Ug — величина напряжения второго источника опорного напряжения, В.
Далее по сигналу из микропроцессорного блока 8 управления переключается транзисторный ключ релейного переключателя 23 и сигнал с термопреобразователя сопротивления 12 измерителя 2 температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, пропорциональный температуре окружающей среды, коммутируется на вход блока 7 согласующего. Сигнал с выход блока 7 согласующего, пропорциональный температуре окружающей среды, поступает в микропроцессорный блок 8 управления, где осуществляется поправка для компенсации термо-ЭДС холодных концов термоэлектрического преобразователя 11 кристаллизатора 1.
После завершения процедуры калибровки и учета термо-ЭДС холодных концов термоэлектрического преобразователя переключается транзисторный ключ релейного переключателя 25 и сигнал с блока 4 определения содержания фосфора в металле, пропорциональный содержанию фосфора в металле на промежуточной повалке конвертера, коммутируется на вход блока 7 согласующего. Сигнал с выхода блока 7 согласующего, пропорциональный содержанию фосфора в металле, поступает в микропроцессорный блок 8 управления, где осуществляется учет влияния содержания фосфора в металле на температуру ликвидуса.
Далее, через 10-20 с после установления и подсоединения кристаллизатора 1 с термоэлектрическим преобразователем 11 к коммутатору 5, производится заливка пробы металла в кристаллизатор 1 и по мере остывания металла выполняется процедура записи термограммы в операционное запоминающее устройство микропроцессорного блока 8 управления. Запись начинается после того, как сигнал с термоэлектрического преобразователя 11 кристаллизатора 1 превысит 1350 С, заканчивается после понижения температуры пробы металла до 1300 С.
Частота считывания сигнала с термоэлектрического преобразователя 11 составляет I
Гц. Время записи термограммы в указанном диапазоне составляет 30-50 с. Далее осуществляется поиск стационарного участка на термограмме, соответствующего температуре ликвидуса. Процедура поиска стацио5
10 нарного участка на термограмме сводится к отысканию наиболее пологого участка заданной длительности. Длительность стационарного участка, соответствующего температуре ликвидуса, составляет Ь с4=
=4,6 — 5,4 с (величина Ь|4 определяется опытным путем). Усредненное значение температуры на стационарном участке соответствует температуре ликвидуса.
Далее определяется содержанйе углерода в металле по зависимости (С)мет=А В Тп+С(Р)мет, (15) где (С) ме - содержание углерода в металле, :
15 Тл — температура ликвиДуса, C; (Р)мет содержание фосфора в металле, o °
А, В, С вЂ” эмпирические коэффициенты.
Определенное в микропроцессорном
20 блоке 6 управления значение содержания углерода в металле выводится для отображения на блок 9 индикации и клавиатуры, а устройство переходит в исходное состояние.
25" Экспериментальные исследования подтвердили, что данное устройство позволяет определять содержание углерода в металле наиболее близко к истинному его значению.
В таблице 1 приведены значения содер30 жания углерода в металле, определенные посредством устройства — прототипа и заявляемого устройства на характерных замерах содержания углерода в металле на промежуточной повалке конвертера nðé пе35 ределе фосфористого чугуна двухшлаковым процессом в кислородно-конвертерйом цехе Карметкомбината на конвертере М 3 при различных содержаниях фосфора в металле.
В таблице 1 приняты следующие обоз40 начения:
Т вЂ” температура ликвидуса, С; (Р)м — содержание фосфора в металле, % (С) м — фактическое содержание углеро45 да в металле, ; (С)"м — содержание углерода в металле, определенное посредством устройства— прототипа, ; (С)зм — содержание углерода в металле, 50 определенное посредством заявляемого устройства, %.
Из таблицы видно, что значения содержания углерода в- металле, определенные посредством устройства — прототипа, зна55 чительно отличаются от истинных. Например, на плавках ЬЬ 382126, 1Ф 382181, когда содержание фосфора в металле на промежуточной повалке конвертера составляло соответственно 0,292 и 0,344, наблю1781307
20 управления, второй и третий выходы кото- 50 рого подсоединены соответственно к входам блока индикации и клавиатуры и блока цифропечати, отл и ч а ю щеес я тем,что, с целью повышения точности определения содержания углерода в металле, в него введен блок определения содержания фосфора в металле, выход которого подсоединен к пятому входу коммутатора, 2.Устройство no n.1,отл ича ю щеес я тем, что блок определения содержания дались наибольшие погрешности определения содержания углерода в металле.
На плавках М 382142, М 382151, hh
382163, когда содержание фосфора в металле было незначительным, погрешности определения содержания углерода в металле посредством устройства — прототипа и заявляемого устройства оказались примерно одинаковыми. Среднеквардатичные значения отклонений фактического"содержания углерода в металле от значений, определенных посредством устройства — прототипа, на 164 плавках составили 0,211, а посредством заявляемого устройства на том же массиве плавок составили 0,020 %, Техническая эффективность устройства состоит в том. что за счет более высокой точности контроля содержания углерода в металле в ванне конвертера снижается длительность цикла плавки, что позволяет повысить производительность конвертеров.
Формула изобретения
1. Устройство для определения содержания углерода в металле, содержащее кристаллизатор с термоэлектрическим преобразователем, измеритель температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, источник опорных напряжений, коммутатор, блок проверки наличия цепи входного датчика, согласующий блок, микропроцессорный блок управления с тремя входами и тремя выходами, блок индикации и клавиатуры и блок цифропередачи, при этом выходы кристаллизатора с термоэлектрическим преобразователем, измерителя температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, источника опорных напряжений и первый выход микропроцессорного блока управения подсоединены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам коммутатора,"первый выход которого через согласующий блок подсоединен к первому входу микропроцессорного блока управления, к второму входу которого подсоединен второй выход коммутатора через блок проверки цепи входного датчика, выход блока индикации и клавиатуры подсоединен к третьему входу микропроцессорного блока
35 фосфора в металле содержит блок управления, блок определения температуры металла, блок определения уровня шлака в конвертере, блок определения положения кислородной фурмы, анализатор состава отходящих конвертерных газов, расходомер отходящих конвертерных газов, расходом кислорода дутья; причем первый выход блока управления соединен с входом блока onpеделения температуры, второй выход блока управления соединен одновременно с входами блока определения уровня шлака
s конвертере блока определения положения кислородной фурмы, анализатора состава отходящих конвертерных газов, расходомера отходящих конвертерных газов и расходомера кислорода дутья, содержит также блок определения параметров шихтовых материалов и конвертера, блок определе-. ния радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера, блок определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, блок определейия количества из- . вести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, а сумматор для определения содержания фосфора в металле, причем второй выход блока управления соединен с входом блока определения параметров шихтовых материалов и конвертера, первый выход которого соединен одновременно с вторым входом блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера и третьим входом блока определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, к четвертому входу которого подсоединен второй выход блока определения параметров шихтовых материалов и конвертера, третий выход последнего соединен с первым входом блока определения количества извести; приходящегося на единицу объема кислоро= да, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, выход блока определейия положения кислородйой фурмы соединен с первым входом блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера, выход блока определения уров-ня шлака в конвертере соединен одновременно с третьим входом блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера и пятым входом блока определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, к первому, второму и шестому входам последнего подсоединены соответственно третий и четвертый выходы блока определения радиуса
1781307
22 расходомера кислорода дутья и третий выход блока управления, к первому, второму и третьему входам сумматора для определения содержания фосфора в металле подсоединены соответственно выходы блока определения температуры металла, блока определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, и блока определе10 ния количества извести, приходящегося на единицу кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, конической и высоты цилиндрической части конвертера и третий выход блока управления, первый, второй, третий и четвертый выходы анализатора состава отходящих конвертерных газов соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым входами блока определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, к шестому, седьмому и восьмому входам последнего подключены соответственно выходы расходомера отходящих конвертерных газов, (P)м %. (С)"м,$ (С)м, Тл С
C)MM
С », (С)м °
Плавка
382126 382128 382136 382141 382142 382143 382144 382151 382153 382163 382164 382166 382176 382181 1443 1497 1464 1507 1436 1504 1476 1469 1390 0,292 0,247 0,059 0,193 0,053 0,314 0,203 0,059 0,099 0,062 0,246 0,097 0,239 0,291 0,344 1,21 1,18 0,37 0,85 0,26 1,06 1,18 0,30 0,63 0,66, 1,22 1,08 1,37 1,85 1,82 0,951 0,982 0393 0,734 0,289 0,775 1,024 0,321 0,610 0,682 1,034 1,086 1,189 1,603 1,499 1,227 1,195 0,353 0,875 0,242 1,083 1,175 0,281 0,623 0,643 1,245 1,090 1,389 1,869 1,840 0,259 0,198 -0,023 0,116 . -0,029 0,285 0,156 -0,021 0,020 -0,022 0,186 -0,006 0,181 0,247 0,321 -0,017 -0,015 0,017 -0,025 0,018 -0,023 0,005 0,019 0,007 0,017 -0,025 -0,010 -0,019 -0,019 -0,020 1783307 1781307 1781307 1781307 Фиг. 6 Составитель Е. Гударина Техред М.Моргентал Корректор С. Патруаева Редактор Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 4256 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
