Погружной зонд для контроля плавки
Изобретение относится к черной металлургии , в частности к контролю параметров плавки при выплавке металла. Погружной зонд позволяет повысить точность измерения углерода, а также получить информацию о содержании серы перегрева металла под линией ликвидус и, следовательно, эффективно вмешиваться в процесс управления плавкой. Для этого в пробоотборнике 3 погружного зонда размещена огнеупорная втулка 16с капиллярным 21 и продольным каналами, В последнем установлен, перемещаемый приводами 6, 7 шибер 20, который содержит калиброванную емкость 28 для отбора пробы металла и сквозное отверстие 26 для подачи окислителя. Причем втулка 16 имеет гнездо для установки термопары 18. Подачу сжатого воздуха, необходимого для управления приводами 6, 7 подачу окислителя в камеру сжигания 34, расчет параметров плавки осуществляет микроконтроллер 43. 4 ил. JO JSJ5 /s f J7 (Л С 00 ю ю ю ю
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК((9) ((I) (si)s С 21 С 5/30
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНП-(ОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГоспАтент cccp ) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4933351/02 (22) 26.03.91 (46) 23.12.92. Бюл. hh 47 (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (72) А.М.Митюряев, Б.Б.Анисимов, В,И.Шутов и Г.И.Недужий (56) Авторское свидетельство СССР
hL 533641, кл. С 21. С 5/30, 1975. (54) ПОГРУЖНОЙ ЗОНД ДЛЯ КОНТРОЛЯ
ПЛАВКИ (57) Изобретение относится к черной металлургии, в частности к l(QHTpoRIQ параметров плавки при выплавке металла. Погружной зонд позволяет повысить точность измерения углерода, а также получить информа.У/ цию о содержании серы перегрева металла под линией ликвидус и, следовательно, эффективно вмешиваться в процесс управления плавкой. Для этого в пробоотборнике 3 погружного зонда размещена огнеупорная втулка 16 с капиллярным 21 и продольным каналами. В последнем установлен, перемещаемый приводами 6, 7 шибер 20, который содержит калиброванную емкость 28 для отбора пробы металла и сквозное отверстие 26 для подачи окислителя. Причем втулка 16 имеет гнездо для установки термопары 18. Подачу сжатого воздуха, необходимого для управления приводами 6, 7 подачу окислителя в камеру сжигания 34, расчет параметров плавки осуществляет микроконтроллер 43. 4 ил.
Л1 - 5.7б
1782992
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для контроля состава, например, углерода, серы и температуры жидкого металла, перегрева металла над линией ликвидус и других параметров плавки в подовых дуговых печах, конвертерах и других агрегатах и емкостях, содержащих жидкий металл.
Известно устройство для непрерывного контроля состава жидкого металла, содержащее водоохлаждаемый зонд с пробоотборником в торце, выполненным в виде втулки со сквозным капиллярным каналом, каналами для подвода кислорода к устью капилляра и камерой сжигания металла, над которой размещен газовый фильтр, соединенный с газоотводящим трактом, сообща:ощимся с газоанализатором.
Недостаток устройства состоит в том, что эатекание жидкого металла в камеру сжигания под действием гидростатического давления происходит неравномерно и зависит от уровня жидкой ванны, давления в печной камере и других трудноучитываемых факторов, что затрудняет осуществление контроля состава металла с высокой точностью.
Наиболее близким к предлагаемому зонду по технической сущности является ус тройство, содер>кащее водоохлаждаемую фурму, окислительную камеру с капиллярным каналом и каналом для подвода кислорода, газоотводящий тракт с фильтром, сообщающийся с газоанализатором, оснащенного датчиком расхода кислорода и продуктов окисления металла, задатчиком и корректором количества расплава, регулятором давления газа в отводящем тракте, причем вход корректора связан с задатчиком количества расплава, датчиком расхода кислорода, отводящих газов и газоанализатором, а выход подключен на вход регулято" ра давления в отводящем тракте.
Недостаток этого устройства заключается в пОтере части газообразных продуктов окисления металла, связанной с прорывом их через толщу металла при регулировании давления в газоотводящем тракте, вызванном необходимостью стабилизации поступления металла в камеру окисления.
Недоучет части объема образуемых газообразных продуктов окисления металла затрудняет возможность получения требуемой точности определения состава металла. Кроме того, отсутствие приспособленности устройства дпя одновременного контроля состава металла и других важных технологических пара етров, например, температуры перегрева металла над линией ликвидус, ограничивает функциональные
30 отверстиями пробоотборника 3. Шибер 20 представляет собой огнеупорную призму со сквозными отверстиями 26,27 и калиброванной полостыю 28 для дозирования пробы жидкого металла. Топкатель 8,9 связаны тягами 10,11 с плун>керами 29,30 приводов
6,7. Трубки 14,15 с помощью трубопровода
31 подсоединены к источнику 32 окислителя. Подача окислителя регулируется вентилем 33. Камера 34 сжигания металла сообщена с гаэоотводящим трактом 4 и через отверстие 24 втулки 16 и отверстия 26 шибера 20 с приемником 22 жидкого металла. Газоотводящий тракт 4 оснащсн измерителем 35 расхода газообразных продуктов окисления м тапла и анализатором 36 газа, например СО2, Пневмоприводы 6,7 через регулируемые вентили 37,38 подключены к источнику сжатого воздуха и имеют конечные выключатели 39,49,41 для фиксации положения толкателей 8,9. Устройство управления 2 содер>кит последовательно сосдиненные пульс 42 оператора, микроконтроллер 42, репейный блок 44, и регистратор 45, связанный с микроконтроллером
43, причем входы микроконтроллера 43 являются входами блока управления 2, а выходы релейного блока 44 выходами блока 2 управления, Выходы термопары 18, измерителя 35 расхода газообразных продуктов окисления металла, анализатора 36 газа, ко5
25 возмо>кности устройства и увеличивает обьем работ, связанных с обслуживанием механизмов, используемых для контроля укаэанных параметров.
Целью изобретения является повышение точности контроля состава металла и расширение функциональных возможностей зонда.
На фиг.1 изображен зонд для контроля параметров плавки; на фиг,2- разрез А-А на фиг 1; на фиг.3,4 — структура программы управления работой зонда.
Погружной зонд состоит из водоохлаждаемой фурмы 1 и устройства управления 2.
Фурма 1 содержит пробоотборник 3, газоотводящий тракт 4 с фильтром 5, приводы 6,7 топкателей 8,9 с тягами 10,11 и направляющими 12,13, располо>кенными вдоль продольной оси зонда 1, и трубки 14, 15 для подвода окислителя, например, кислорода.
Внутри пробоотборника 3 размещены огнеупорная втулка t6, толкатели 8,9 и термопара 18 с чехлом 17. Втугка 16 выполнена с продольным каналом 19, необходимым для установки шибера 20, капиллярным каналом 21, приемником 22 жидкого металла, гнездом 23 для размещения чехла 17 термопары 18 и отверстиями 24, 25, располагающимися соосно с аналогичными
1782992 нечных выключателей 39,40,41 подключены ступаемого от измерителя 35 расхода. Если ко входам блока управления 2, входы венти- блок 8 программы продолжает находиться в лем 33,37,38, регистратора 45 и пульта one- состоянии "Нет", то микроконтроллер 43 ратора 42 подключены к выходам блока блоком 12 программы выдает сигнал "Авауправления 2. Трубка 15 герметично соеди- рия" на пульт 42 оператора. Зонд для пронена с отверстием пробоотборника 3, кото- 5 должения работы не готов, Если блок 8 рое соосно стыкуется с отверстием 25 программы переходит в состояние "Да", втулки 16 при крайнем положении шибера микроконтроллер 43 оповещает оператора блоком 11 программы о готовности зонда к
Погружной зонд для контроля плавки погружению. Оператор нажимает соответработает следующим образом. 10 ствующую кнопку на пульте 42, переводя
С пульта 42 устройства управления 2 блок 3 программы в состояние "Да", При подают электропитание и задают частоту необходимости контроля плавки оператор с анализа состава металла, После этого мик- пульта 42 оператора осуществляет запуск роконтроллер 43 блоком 2 программы осу- механизма погружения фурмы 1 в жидкий ществляет опрос информационных 15 металл (на чертеже не показана). После сигналов: с термопары 18; измерителя 35 окончания погружения фурмы 1 и стабилирасхода газообразных продуктов окисления зации показаний термопары 18 микрокойтметалла; анализатора 36 газа; конечных вы- роллер 43 переводит блок 13 программа в ключателей 39,40,41 и пульта 42 устройства состояние "Да" и при отсутствии сигнала управления 2; а блоком 3 программы прове- 20 "Проба", который формируется оператором ряет готовность погружного зонда к отбору нажатием кнопки на пульте 42 и, когда блок и анализу проб металла, которое определя- 14 программы находится в состоянии "Нет", ется наличием соответствующего сигнала обращается к блоку 18 программы, Блок 18 на пульте 42. При отсутствии такого сигнала программы, находясь в состоянии "Нет" блок 3 программы находится в состоянии 25 (контакты выключателя 41 разомкнуты), по"Нет" и микроконтроллер 43 блокирует ко- зволяет микроконтроллеру 43 установить нечный выключатель 39 блоком 4 програм- шибер 20 в исходное для отбора пробы мемы и далее проверяет состояние блоков 5 и талла положение. Для чего блок 20 програм7 программы. Если блоки 5 и 7 программы мы формирует команду релейному блоку 44 находятся в состоянии "Нет", а это значит, 30 на открытие вентиля 37, При открытии венчто конечные выключатели КВ39 и КВ40 ра- тиля 37 сжатый воздух приводит в движение зомкнуты, микроконтроллер 43 блоком 9 привод 6 и с.помощью толкателя 8 устанавпрограммы, воздействуя на релейный блок ливаетшибер20висходноеположение. При
44 устройства управления 2, открывает вен- замыкании контактов конечного выхлючатетиль 38 сжатого воздуха, Под воздействием 35 ля 41 блок 18 программа переходит s сосжатого воздуха плунжер 30 привода 7 при стояние "Да", и вентиль 37 закрывается. В помощи тяги 11 опускает тблкатель 9 и пе- исходном положении шибера 20 отверстия ремещает шибер 20 до совмещения отвер- 24,26 совмещены с приемником 22 металла, стий 27,25 с капиллярным каналом 21 а калиброванная емкость 28 с êànèëëÿðíûì втулки 16. Совмещение отверстий 27,25 и 40 каналом 21. Жидкий металл под воздейсткапиллярного канала 21 фиксируется вклю- вием гидростатического напора затекает по .чением конечного выключателя КВ40. С мо- каналу 21 в емкость 28, заполняя ее, Окисмента включения конечного выключателя 40 литель от источника 32 по тракту 31, трубке. блок 5 программы переходит в состояние 14 и через отверстия 24, 26, которые окэзы"Да" и микроконтроллер 43 блоком 6 про- 45 ваются совмещенными, поступает в приемграммы деблокирует конечный выключа- ник 22 металла, очищая его от посторонних тель 39, закрывая блоком 10 программы материалов. Микроконтроллер 43, после товентиль 38, и одновременно открывает вен-, го, как шибер 20 установлен в исходное потиль 33, воздействуя на релейный блок 44 ложение, выдает сигнал о готовности устройства управления 2, Окислитель от ис- 50 контроля плавки, При нажатии кнопки "Проточника 32 по трубопроводу 31 и трубке 15 Ga" на пульте 42 устройства управления 2 через отверстия 25,27 поступает в капил- блок 14 программы переводится в состоялярныйканал21, производя его продувку,и: ние "Да", и блок 15 программа запускает в дальнейшем исключает его засорение при таймер микроконтроллера 43, По истечению погружении водоохлаждаемой фурмы 1 в 55 времени соответствующего заданному цикжидкий металл через толщу шлака, Блок 8 лу отбора проб металла блок 16 программы программы после открытия вентиля 33 кон- переходит в состояние "Да", Блок 17 протролирует наличие или отсутствие потока граммы, контролирующий время начала кислорода в магистрали 31 по сигналу, по- окисления пробы металла, находится в состоянии "Нет" в результате чего микроконтроллс" ) 43. обращаясь к блоку 7 программы, анализирует его состояние и при разомкнутых контактах конечного выключателя 39 (состояние "Нет") блоком 9 программы, вы- 5 дает команду релейному блоку 44 устройства управления 2, который и открывает вентиль 38 сжатого воздуха. Пад действием сжатого воздуха плунжер 30 привода 7 опускает с помощью тяги 11 до замыкания кон- 10 тактов конечного выключателя 39 толкатель
9, переводя шибер 20 в положение окисления металла, После замыкания контактов конечного выключателя 39 блок 7 программы переходит в состояние "Да" и микрокон- 15 троллер 43 блоком 10 программы, формируя команду релейному блоку 44, закрывает вентиль 38. Толкатель 9 возвращается в исходное положение. Жидкий металл из калиброванной емкости 28 самотеком 20 переливается в приемник 22 и. поскольку в этот момент отверстие 24 перекрыто шибером 20, то исключается преждевременное окисление металла и "заростание" калиброванной емкости 28 продуктами окисления 25 металла. По истечению паузы, необходимой для слива металла, блок 17 программа переходит в состояние "Да", и микроконтроллер
43 при состоянии блока 18 программы "Нет" (Ko HTBK Tbl конечнаго . в ы кл ючателя разо- 30 мкнуты) блоком 20 программа формирует . команду релейному блоку 44 устройства управления 2, открывая вентиль 37 сжатого воздуха. Сжатый воздух, воздействуя на . плунжер 29 привода 6 опускает тягой 10 35 толкатель 8 до момента замыкания контактов конечного выключателя 41 и привод шибер 20 в состояние отбора пробы.
После замыкания контактов 41 блок 18 программы переходит в состояние "Да", 40 и вентиль 37 закрывается, а толкатель 8 возвращается в исходное положение.
Окислитель, поступающий по трубке 14 от источника 32, окислыт металл и его примеси. Газообразные продукты, абра- 45 зуемые в камере сжигания 34 в результаге окисления, проходя через фильтр 5 и газовый тракт 4, очищаются и охлаждаются и далее под собственным напором направля1отся к измерителю расхода га- 50 за 35 и анализатору 36. Блок 16 программы, контролирующий окончание цикла отбора следующей пробы, находится в состоянии "Нет", и микроконтроллер 43 блоками 23,24,25,26,27 программы пра- 55 изводит расчет параметров плавки. Расчет содержания углерода о металле производится блоком 23 программы по формуле:
2 (всо vr)l — — П) где (C) — содержание углерода в металле, ф; асо2 — количество двуокиси углерода в газах, об, ;
Ч, — объемное количество образуемых газов, м /«;
M<, — масса окисляемой пробы металла, кг;
p — плотность контролируемого гак„! 3
Конечный результат расчетов углерода выдается на блок 29 программы по завершению полного окисления металла, Окончание окисления пробы металла определяется блоком 24 программы по величине показания анализатора 36 газа. Если показания анализатора 36 равны нулю, та блок программы переходит в состояние "Да". Микроконтроллер 43 производит расчет перегрева металла блоком 26 программы, предварительно рассчитав температуру ликвидус блоком 25 программы по выражению: тл = {536 - 54(С) - 8;13(С), (2) где tn — температура ликвидус, С; (С) — величина углерода в металле. (.
Перегрев металла onðåäeëÿåòñë путем нахождения разницы между температурой ликвидус и фактической температурой металла, измеряемой температурой 18.
At — = тф- тл (3) где At — перегрев металла, С;
ty — фактическая температура жидкого
t< — температура ликвидус, С, Значение температуры металла заносится в память микроконтроллера 43 о момент отбора пробы металла и хранится до момента полного ее окисления. Динамические характеристики плавки; скорость обезуглероживания и скорость роста температуры жидкого металла рассчитываются блоком 27, 28 программы по идентичным зависимостил. (C)n — (C)п — 1 (4) тф n тф(и 1) t где (C)n, tg>(n) — значения углерода и температуры на момент отбора данной пробы металла; . (C)n->, tA(n-f) — значения углерода и температуры на момент отбора предыдущей пробы; Лr- длительность отбора и окисления пробы металла. По.завершению расчетов микроконтроллер 43 с помощью блока 29 программы 1782992 10 25 55 выводит результаты на регистратор 45 устройства управления 2 для использования их в управлении процессом плавки. -Каждый раз при наступлении времени отбора очередной пробы металла микроконтроллер 43 переводит шибер 20 из одного положения в другое и обратно, отбирая и окисляя дозу металла, производя. расчеты параметров плавки и выдавая йх оператору на пульт 42 до тех пор, пока блок 21 программы перейдет в состояние "Да". Перевод блока 21 программы осуществляется важатйем соответству ощей кнопки на пульте 42 оператора, при атом микроконтроллер 43 блокирует конечный выключатель 39 и открывает вентиль 36 до срабатывания конечного выключателя 40. После чего вентиль 38 закрывается, а отверстие 27 шибера 20 оказывается совмещенной с кэпиллярным каналом 21. Зонд подготовлен к подъему фурмы 1, Включают механизм подъема (на чертеже не показан) и извлекают фурму 1 из сталеплавильной ванны. Снимают электропитание. Вентиль 33 автоматически перекрывает подачу окислителя. При контроле следующей плавки проводят замену втулки 16, чехла 17 и фильтра 5, если это необходимодля надежной работы зонда. Таким образом использование в предложенном зонде пробоотборника в виде втулки, выполненной со сквозным поперечным каналом и шибером в нем, содержащим калиброванную полость (емкость) и сквозное отверстие для подачи кислорода, попеременно сообщающимся со стационарным приемником металла и капиллярным каналом втулки при перемещении шибера толкателями, оснащенными приводами, позволяет периодически с требуемой. частотой производить отбор строго дозированных по массе проб жидкого метала, доставлять их в стационарный приемник металла, окислять в топке кислорода, подаваемого по тракту в камеру сжигания. Таким образом устраняется главная помеха при контроле состава металла связанная с неточным отбором металла необходимого для его анализа. Отбор проб путем наполнения жидким металлом калиброванной емкости и передаче без потерь в приемник для дальнейшего его окисления существенно повышает точность контроля состава металла по сравнению с прототипом, где масса окисляемой пробы определяется расчетом на основании контроля расхода кислорода, подаваемого на окисление металла, обьема газа, образуемого при его окислении, и концентрации в них кислорода, Ошибки, получаемые при измерении расхода кислорода, объема газа и содержания кислорода, а также трудности регулирования поступления жидкого металла по капилляру, связаны с прорывом газа через толщу металла. затрудняют по прототипу получение высокой точности контроля состава металла. В предлагаемом устройстве, благодаря калиброванной по объему. емкости, которая исключает всякую неопределенность в навеске окисляемого металла, сокращается число контролируемых величин участвующих в расчете состава металла, в частности, углерода, что дополнительно ведет к повышению точности за счет снижения приборной погрешности. 15 Оборудование огнеупорной втулки пробоотборника гнездом необходимого для закрепления и подключения термопары к микроконтроллеру, используемому в составе блока управления отбором пробы металла, расширяет контрольные функции зонда, вследствие возможйости получения дополнительной информации о температуре металла и перегреве его под линией ликвидус, а также динамических характеристик — интенсивности обезуглероживания, десульфурации и росте температуры сталеплавильной ванны. Комплексная информация об изменении регулируемых параметров выплавляемого металла повышает эффективность управления плавкой и производительность плавильных агрегатов. Формула. изобретения Погружной зонд для контроля плавки, содержащий водоохлаждаемую форму, снабженную пробоотборником в виде огнеупорной втулки, имеющей сквозной капиллярный канал и стационарный приемник металла, камерой сжигания металла, трактом с регулирующим органом подачи кислорода в камеру сжигания и на продув капиллярного канала, газоотводящим трактом с фильтром, причем в тракте установлен датчик расхода газообразных продуктов окисления металла и анализатор газов, о т л и ч а 0 шийся тем, что, с целью повышения точности контроля состава металла и расширения функциональных воз50 можностей зонда, в нем втулка выполнена с разноосным расположением капиллярного канала и стационарного приемника металла и снабжена размещенным перпендикулярно им и сообщающимся с ними сквозным поперечным каналом, в который введен с возможностью двухпозиционного рабочего перемещения шибер, содержащий в своей центральной части калиброванную полость в качестве первичного перемещаемого приемника металла и имеющий у своих боковых с 1782992 11 торцов первое и второе отверстия, верхняя часть втулки над поперечным каналом содержит сообщенные с ним третье и четвертое отверстия. причем при одной из рабочих позиций шибера третье отверстие выполнено с возможностью сообщений через первое отверстие со стационарным приемником металла и образует камеру сжигания металла, капиллярный канал сообщен с калиброванной полостью, выход четвертого отверстия перекрыт шибером. второе отверстие находится вне поперечноlo канала, при другой из рабочих позиций шибера третье отверстие выполнено с воз- можностью перекрытия шибером, стационарный приемник металла сообщен с калиброванной полостью, первое. отверстие расположено вне поперечного канала, второе отверстие сообщено с четвертйм отверстием и соединяет капиллярный канал с трубкой подачи кислорода на продув, при этом зонд оборудован толкателями шибера, соединенными с приводами, например 5 пневматическими, снабженными регулирующими органами и конечными выключателями, содержит устройство управления и имеет для установки термопары с чехлом в нижнем торце втулки дополнительное при10 способление в виде гнезда, разноосно рас.положенного с капиллярным каналом, причем устройство управления подсоединено соответствующими входами к датчику расхоДа газообразных продуктов окисления 15 металла, к анализатору газов и к конечным выключателям приводов толкателей. а соответствующими выходами - к регулирующим органам приводов толкателей и тракта подачи кислорода. 1782992 1782992 Составитель А. Митгоряев Техред М.Моргентал Корректор М. лароши Редактор С, Кулакова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 4490 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
