Способ регулирования барботирования ванны расплавленного металла в металлургической емкости и устройство для осуществления указанного способа
Изобретение относится к металлургии. Технический результат - повышение точности измерений. Способ заключается во введении перемешивающего газа через днище емкости (1), измерении механической вибрации с помощью датчика, расположенного на емкости или на несущей ее конструкции. Осуществляют фильтрацию вибрационных сигналов высокочастотным фильтром (13а) и, предпочтительно, низкочастотным фильтром (13b) для подачи их на вторую фильтрацию, которая является цифровой и калиброванной по откликам вибрации емкости. После упорядочения откликов осуществляют для каждой последовательности вычисление скользящего во времени среднеквадратичного значения и получают из него общее эффективное значение RMS (среднеквадратическое значение) измеренного вибрационного сигнала. Причем указанное эффективное значение используется для регулирования расхода потока, подаваемого в емкость перемешивающего газа. Настоящее изобретение может быть использовано для перемешивающего стенда ковшей сталелитейных цехов, конвертеров, процессов Руршталя-Гереуса, электродуговых печей и т.д. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к барботированию в металлургическом ковше, в частности в сталеплавильном производстве, путем вдувания перемешивающего газа через дно. В более общем случае, изобретение относится к барботированию ванны расплавленного металла в соответственным образом оборудованной металлургической емкости, такой, например, как сталеплавильный конвертер, электродуговая печь или аппарат Руршталь-Гереус, напомнив, тем не менее, при этом, что барботирование в настоящее время наиболее часто проводится на стенде внутриковшевой обработки.
Известно, что обработка в сталеплавильном ковше (далее это преимущественное применение будет приниматься в качестве примера) позволяет производить различные металлургические операции, такие как сортировка, раскисление, деазотирование или обеззтлероживание стали в жидком состоянии. Поскольку время нахождения в ковше обязательно ограничено из соображений производительности, сталь обычно перемешивают с целью облегчения указанных выше различных операций, что, как правило, приводит к дополнительному плавающему на поверхности активному шлаку.
Таким образом, при его правильном проведении перемешивание ковша позволяет получить равномерный сорт, одновременно ускоряя обменные процессы между металлом и шлаком, что обеспечивает более быстрое достижение термодинамического равновесия между этими двумя фазами. Следовательно, перемешивание благоприятствует металлургическим операциям, таким как дегазация и обезуглероживание, в результате непрерывной подачи «свежей» жидкой стали в верхний слой, где она вступает в реакционный контакт со шлаком. Перемешивание способствует также декантации включений и, таким образом, вносит вклад в конечное отсутствие включений в отлитой стали. При этом следует иметь в виду, что в зависимости от предполагаемой металлургической операции могут существовать разные оптимальные интенсивности перемешивания, и такая же ситуация может возникнуть в процессе одной и той же обработки в ковше в зависимости от ожидаемого результата.
Хорошо известно, что сталь в ковше можно перемешивать пневматически (барботирование) или с помощью электромагнитных устройств. В случае пневматического перемешивания (наиболее частый случай для ковша), перемешивание традиционно осуществляется продувкой инертным газом, обычно аргоном, с помощью инжектора в днище ковша, как правило, пористой заглушки.
В общих чертах, чтобы быть эффективным, пневматическое перемешивание стали должно быть достаточно интенсивным, чтобы выполнить назначенную ему роль и при этом не привести к большим завихрениям на поверхности ванны. Если интенсивность перемешивания слишком мала, металлургические операции могут оказаться к моменту разливки незавершенными. Наоборот, чересчур энергичное перемешивание приводит к избыточному взбалтыванию ванны. Это может оказаться вредным, например, в отношении отсутствия включений, поскольку появляющиеся в результате металлургических операций включения захватываются затем завихрениями и остаются в жидком металле до разливки, не имея времени быть декантированными. Кроме того, в металлическую ванну может быть захвачено некоторое количество шлака, загрязняющего конечную сталь. При этом и особенно когда работы производятся не в вакууме, существует риск повторного окисления стали, вступающей в непосредственный контакт с кислородом воздуха, если завихрения разрывают непрерывность находящегося на поверхности слоя шлака. В экстремальном случае неконтролируемое взбалтывание может даже привести к расплескиванию жидкой стали и шлака, что загрязняет аппаратуру в такой степени, что может сделать невозможным проведение начала следующей загрузки.
В связи с этим в течение многих лет делались попытки измерять интенсивность перемешивания и, следовательно, качество производимого перемешивания с целью оптимизации его путем соответствующей регулировки. В случае пневматического перемешивания, которое является предметом настоящего изобретения, это измерение наиболее часто состоит в простом слежении за скоростью потока вводимого газа, и в результате этого, с помощью заранее составленных графиков, поддерживании этой скорости потока в пределах, необходимых для проводимой операции в ковше, воздействуя адекватным образом на впускной клапан, который регулирует давление.
К сожалению, получаемые таким образом данные измерения скорости потока часто не дают истинной картины взбалтывания ванны. Эти данные измерения могут быть искажены многочисленными факторами, в частности утечками газа при прохождении между металлическим корпусом ковша и его огнеупорной футеровкой, в результате чего расход перемешивающего потока, поступающего в ванну, не соответствует измеряемому расходу потока поступающего газа.
В тех случаях, когда это возможно, визуальное наблюдение взбалтывания поверхности ванны позволяет специалисту эмпирически оценить качество перемешивания. Такая возможность, однако, появляется редко и, во всяком случае, она не эффективна при умеренном перемешивании, например в конце обработки, из-за присутствия толстого слоя, находящегося в этот момент на поверхности шлака.
Известен «вибрационный» путь решения проблемы перемешивания ванны. В патенте US 6264716, например, описывается процедура вибрационного анализа в режиме реального времени, главный принцип которой прост: пневматически перемешиваемая в ковше ванна жидкого материала обязательно порождает вибрационные явления, содержащие количественную информацию о перемешивании, если известно, каким образом можно использовать ее с помощью надлежащей обработки получаемого сигнала. Анализ этого предварительно обработанного вибрационного измерения позволяет производить его сравнение с заданным диапазоном значений, в пределах которого, как предполагается, перемешивание является оптимальным, и в соответствии с этим производить корректировку давления подаваемого перемешивающего газа в целях обеспечения надлежащей скорости продувки (не обязательно зная ее).
На практике на стенку ковша помещают датчик типа акселерометра, который воспринимает радиальные вибрации ковша. После обычной фильтрации собранные сигналы подвергаются согласованию по амплитуде и дискретизации-оцифровыванию, после чего количественно оцениваются с помощью расчета на основе дискретного Фурье-преобразования. Далее, результаты этого Фурье-анализа могут быть направлены в режиме реального времени на контроллер, который, будучи защищенным от известных внешних воздействий (эпизодичного попадания пыли, отклонений температуры, попадания легирующих элементов и т.д.) и зависящим от предварительных установок, определяемых заранее определенными вибрационными порогами, должен обеспечивать возможность оптимального перемешивания ванны для каждой стадии обработки. Возможен также вариант, когда, с целью минимизации повреждений датчика от воздействия на него температуры ковша, датчик может не быть помещен в непосредственный контакт с корпусом ковша. Для этой цели предлагается ввести между корпусом ковша и датчиком подвижную опорную деталь или поместить датчик на саму газоинжекционную систему или на соединительный кожух, соединяющий ковш с несущей его конструкцией.
Эта известная система вибрационного анализа не является, однако, абсолютно удовлетворительной. Более конкретно, было показано, что принимаемый сигнал загрязнен нежелательными вибрационными компонентами, обусловленными особыми резонансными модами (в частности, гравитационными модами), расположенными на очень низких частотах стальной ванны, или электрическими всплесками. Кроме того, пользователь регулярно встречается с проблемами, возникающими при расчете спектра с помощью дискретного Фурье-преобразования. При этом система не позволяет пользователю иметь обратную связь с состоянием закупорки пористой заглушки или утечки газа, если таковые происходят в устройстве.
Целью изобретения, таким образом, является предложить другое решение для слежения за вибрацией и регулирования в режиме реального времени барботирования ковша с помощью аналоговой и цифровой фильтрации вибрационных сигналов, поступающих от датчиков, а также обеспечить возможность выявления утечки или оценки состояния закупорки пористой заглушки.
Соответственным образом, целью изобретения является способ регулирования барботирования металлической ванны в металлургической емкости при введении перемешивающего газа через ее днище, включающий измерение вибрации с помощью по меньшей мере одного датчика, расположенного на металлургической емкости или на несущей ее конструкции, дискретизацию и оцифровывание вибрационных сигналов, корректировку расхода потока перемешивающего газа, подаваемого в металлургическую емкость, отличающийся тем, что перед дискретизацией и оцифровыванием вибрационные сигналы подвергают фильтрации с помощью высокочастотных аналоговых фильтров, а после дискретизации и оцифровывания их подвергают цифровой фильтрации, калиброванной для вибрационного отклика, специфичного для указанной металлургической емкости, при этом после упорядочения последовательных оцифрованных сигналов для каждой последовательности рассчитывают скользящее во времени среднеквадратичное значение, из которого получают среднеквадратичное (RMS) эффективное значение измеренного вибрационного сигнала, которое используют для корректировки расхода потока перемешивающего газа, подаваемого в металлургическую емкость.
Предпочтительно, чтобы накопленные вибрационные сигналы были бы также обработаны с помощью «низкочастотной» аналоговой фильтрации во избежание явления, известного как «наложение», типичного при оцифровывании сигнала, который может содержать достаточно значимые компоненты за пределами частоты Найквиста, равной половине частоты дискретизации.
В одной из предпочтительных реализации изобретения используемые для второй операции фильтрации цифровые фильтры представляют собой фильтры с импульсной характеристикой (IR), предпочтительно фильтры с бесконечной импульсной характеристикой (IIR), которые обычно действуют по типу «рекурсивного» линейного функционирования. Преимущество такого рода рекурсивных фильтров состоит в их малой вычислительной цене, их малой задержке и их относительной стабильности, которая может быть получена при соблюдении некоторых предосторожностей при использовании, в особенности в том, что касается отношения между граничными частотами IR фильтра и частотой дискретизации.
В одном из предпочтительных воплощений изобретения эффективное значение (или RMS) измеренного таким образом вибрационного сигнала передается в режиме реального времени в систему для автоматической корректировки расхода потока газа.
Предметом изобретения является также устройство для регулирования барботирования металлической ванны в металлургической емкости с донным инжектором, соединенным трубой с источником подаваемого под давлением перемешивающего газа, содержащее средство для регулирования расхода потока газа, установленное в трубе, по меньшей мере один датчик вибрации (10 или 11), установленный на самой металлургической емкости или на несущей ее конструкции, и блок для обработки вибрационного сигнала, измеренного датчиком, отличающееся тем, что оно снабжено компьютером (17) для расчета скользящего во времени среднеквадратичного значения типа RMS, а блок (12) обработки вибрационного сигнала содержит, по меньшей мере и в указанной последовательности, высокочастотный аналоговый фильтр (13а), цифровой преобразователь (15), цифровой фильтр (16), откалиброванный по вибрационным откликам металлургической емкости.
Предпочтительно, чтобы цифровым фильтром был фильтр с бесконечной импульсной характеристикой (IIR).
Различные существенные и лежащие в основе изобретения особенности будут представлены поочередно и объяснены позже, но, прежде всего смысл изобретения будет выявлен при описании приведенного ниже примера, предлагаемого со ссылками на приложенные листы с чертежами, из которых:
- фиг.1 представляет диаграмму устройства, выполненного согласно изобретению;
- фиг.2 представляет график, на котором приведена корреляция между вибрационной энергией Evib P, измеряемой на ковше (абсцисса), и вибрационной энергией Evib В, измеряемой на несущей конструкции;
- фиг.3 представляет график, на котором приведена зависимость вибрационной энергии Evib Р ковша (ордината) от расхода Q потока вводимого перемешивающего аргона;
- фиг.4 представляет двойной график зависимости индикатора барботирования К (ордината) от расхода Q потока вводимого перемешивающего аргона, представленного абсциссой на логарифмической шкале.
Далее способ описывается со ссылками в основном на фиг.1, на которой изображен сталеплавильный ковш 1, содержащий жидкую сталь, покрытую сплошным плавающим слоем шлака 3. Ковш установлен на несущей конструкции 9 с целью его последующего перемещения к распределителю непрерывного разливочного устройства. Жидкий металл в ковше перемешивается пневматически с помощью струи аргона 4, вводимой через донную пористую заглушку 5.
Перемешивающий газ подводится к инжектору 5 от работающего под давлением источника 20 посредством трубы 6 с электрическим вентилем 7 для регулировки расхода потока, оборудованной, как это обычно принято, датчиком давления и расходомером (не показаны).
Вибрация узла ковш-металлическая ванна, порождаемая пневматическим перемешиванием при вводе аргона, измеряется вибрационным датчиком типа акселерометра. Этот датчик 10 может помещаться на ковше 1 в контакте с металлической оболочкой непосредственно или через соединительный кожух 11, предусмотренный для этой цели на несущей конструкции 9, обеспечивающей жесткое механическое соединение с ковшом, например, во время барботирования. Изобретение позволяет также помещать датчик где-либо на несущей конструкции или на каком-либо другом неподвижном элементе устройства, жестко соединенном с ковшом. В этом случае измеренный сигнал уже не является непосредственно вибрационным сигналом ковша, а сигналом, переданным этим устройством. В частности, как это следует из графика на фиг.2, показано, что вибрационная энергия несущей конструкции линейно возрастает с вибрационной энергией ковша, вследствие чего измерение вибрации несущей конструкции в большой степени соответствует вибрации ковша.
Для определения оптимального положения чувствительной точки или точек предварительно изучаются динамические переносы из внутренней части ковша к внешней стенке или к находящимся на барботажном стенде опорам. Это изучение может быть проведено один раз для всех случаев с помощью спектрального анализа типа SIMO (однократный ввод, многократный вывод) или типа MIMO (многократный ввод, многократный вывод) в течение времени менее чем одни сутки на пустом ковше. Это позволяет определить оптимальное положение и оптимальное направление контроля датчика(ов) для предполагаемого барботажного стенда. Таким образом, измерение вибрации будет производиться с максимальной чувствительностью и максимальным соответствием нагрузкам на внутренние стенки, связанным с реальным барботированием.
Когда одно из выбранных положений находится на наружной поверхности ковша, измерение вибрации производят в радиальном направлении.
Датчик 10 вибрации является предпочтительно датчиком пьезоэлектрического типа. Его помещают на стенку ковша вручную или автоматически и удерживают с помощью постоянного магнита. Поскольку наружная стенка ковша может нагреваться до высоких температур, выбираемый датчик по этой причине предпочтительно не имеет встроенной электроники, чтобы выдержать температуры до 480°С без специального охлаждения. Его механическая чувствительность является высокой (минимум 100 пК/г). Датчик преимущественно оснащается дифференциальной электропроводкой, которая придает ему очень низкую электромагнитную чувствительность, и обладает очень малым тепловьм дрейфом. Само собой разумеется, если возникнет желание установить датчик не непосредственно на самом ковше, поскольку тепловое воздействие в месте положения датчика будет в принципе меньше, появится возможность использовать датчики даже с более высокой механической чувствительностью. Если датчик расположен на неподвижном элементе устройства, в этом случае опорная конструкция, ее положение и ее ориентация устанавливаются предварительно таким образом, чтобы осуществлялось оптимальное измерение вибрации. Используемый в этом случае датчик 11 представляет собой тип пьезоэлектрического сейсмического акселерометра с встроенной электроникой (ICP). Этот тип датчика выдерживает температуры порядка 120-150°С и обладает очень высокой чувствительностью: его выходные данные для аналитической частоты 2000 Гц имеют порядок 1000 мВ/г.
Помещение датчика на несущую конструкцию 9 ковша дает то преимущество, что при этом устраняются манипуляции по укреплению и удалению датчика с ковша. Благодаря этому имеется возможность использования датчики с более высокой чувствительностью, так как в этом случае они работают при более низкой температуре. Кроме того, поскольку датчики обычно удерживаются с помощью постоянного магнита, риск неполадок с таким прикреплением из-за нагрева также снижается.
Вибрационный сигнал, полученный датчиком 10 (или 11), обрабатывается в блоке 12 обработки сигналов.
Полезно наряду с этим поместить перед блоком 12 тумблер 21 с целью соединения в соответствующем случае с датчиком 10, установленным на ковше, или с датчиком 11, установленным на опорной конструкции.
Сигнал подвергается вначале предварительной обработке высокочастотным аналоговым фильтром 13а и затем низкочастотным аналоговым фильтром 13b (или наоборот). Высокочастотная аналоговая фильтрация 13а позволяет удалить упомянутые выше компоненты на очень низких частотах, относящиеся к модам вибрации (гравитационным модам) металлической массы, образующей обсуждаемую ванну стали. Кроме того, она позволяет удалять всплески, относящиеся к частоте линий электропередачи (а именно 50 Гц и первые гармоники, в Европе). Низкочастотная аналоговая фильтрация 13b, с другой стороны, позволяет избегать хорошо известного явления наложения, типичного для любого последующего оцифровывания сигналов. При этом установлено, что эта низкочастотная аналоговая фильтрация 13b, хотя и не является, строго говоря, обязательной для первой реализации изобретения, однако создает «удобство» при следующей после оцифровывания обработке, обойтись без которой было бы нежелательно.
Указанные аналоговые фильтрации 13а и 13b могут осуществляться очень простым путем с использованием пассивных аналоговых фильтров, выполненных электронными электроотрицательно на основе минимального порядка. Предпочтительно рекомендуется порядок 8, что позволяет получать крутизну фильтра 48 дБ на октаву, поскольку увеличение порядка на единичное значение соответствует увеличению крутизны фильтров на 6 дБ с любой стороны, со стороны низких и высоких частот отсечки. При этом степень отсечения нежелательных частотных компонентов будет удовлетворительной.
Если речь идет о выборе граничной частоты высокочастотного аналогового фильтра, то этот выбор производится после анализа и экспертной оценки вибрационных спектров, полученных для разных режимов барботирования. В частности, барботирование с наивысшей интенсивностью перемешивания должно позволять легко устанавливать при необходимости вредное присутствие гравитационных мод, компоненты которых могут, если они неэффективно отфильтрованы, полностью «заглушить» частотные компоненты, связанные с явлением собственно барботирования.
Выбор граничной частоты низкочастотного аналогового фильтра, в свою очередь, производится, следуя обычным правилам обработки сигналов, касающимся проблем разрешения или наложения, относящихся, как известно, к оцифровыванию сигналов:
перед любым аналого-цифровым преобразованием следует быть действительно уверенным в том, что предназначенный для оцифровывания сигнал не содержит частотных компонентов за пределами частоты Найквиста (которая равна частоте дискретизации, деленной на 2). Если же, однако, по какой-либо причине применение низкочастотной аналоговой фильтрации, такой как здесь, окажется невозможным, для обеспечения того, чтобы спектральные компоненты по соседству с частотой Найквиста были естественным образом очень слабыми, следует позаботиться о проведении сверхдискретизации сигналов.
Отфильтрованные таким образом сигналы после этого оцифровывают в аналого-цифровом преобразователе 15. Для этой цели их прежде всего дискретизируют на стадии дискретизации 14, после чего оцифровывают на стадии собственно оцифровывания 15'. Благодаря «высокочастотной» аналоговой фильтрации, которой были перед этим подвергнуты сигналы, система 15 оцифровывания может сконцентрировать всю кодирующую динамику на полезных компонентах сигнала, которые являются репрезентативными в отношении явления барботирования.
После этого проводится расчет скользящего во времени среднеквадратичного значения, так называемого «скользящего среднего значения RMS» (где RMS означает среднеквадратичное значение), с помощью компьютера 17 по оцифрованным сигналам, предварительно отфильтрованным одним или более цифровыми фильтрами 16. После предварительной аналоговой фильтрации 13а фильтрация 13b создает также возможность введения в расчет этого среднеквадратичного значения «полезных» высокочастотных, относящихся к барботированию компонентов, которые в противном случае оказались бы заглушенными в фоновом шуме сигнала. Спектр этих компонентов фактически относится к «широкополосному» типу, где полезные компоненты располагаются вплоть до 2000 Гц и даже вне этого предела.
Используемые цифровые фильтры 16 представляют собой, например, фильтры типа IR (фильтры с импульсной характеристикой), предпочтительно типа IIR (фильтры с бесконечной импульсной характеристикой). Их шаблоны (преимущественно типа «полосового пропускания») калибруются в виде функции вибрационных откликов, специфичных для каждого типа используемого ковша. Эта калибровка проводится для данного типа ковша после тщательного изучения обычных вибрационных спектров, полученных для разных режимов барботирования. Эта предварительная экспертная оценка позволяет, с одной стороны, идентифицировать и локализовать в частотной области зоны, относящиеся к собственно явлению барботирования и, с другой стороны, рекомендовать фильтрационный шаблон, наиболее подходящий для вычленения полезных компонентов этих частотных признаков специфичных для каждого типа ковша. В вычислительной программе в компьютере имеются разные варианты шаблона, что позволяет выбирать для данного вибрационного признака используемого типа ковша наиболее подходящую фильтрацию: фильтр Баттерворта, фильтр Бесселя, 0,5-децибельный фильтр Чебышева, 2-децибельный фильтр Чебышева. Могут быть запрограммированы и другие шаблоны. Вне зависимости от выбора цифровой фильтрации выбирается предпочтительно максимальный порядок, имеющийся в существующей программе цифровой фильтрации, в частности порядок 10, благодаря чему получают по возможности «наиболее крутую» крутизну фильтра. Главными характеристиками этих фильтров являются следующие:
- Фильтр Бесселя: характеризуется небольшим «выбросом» в отклике на ступенчатый линейно нарастающий сигнал. С другой стороны, его крутизна у граничных частот невелика, что влияет на интегрирование в отфильтрованный сигнал спектральных компонентов, расположенных по соседству с граничными частотами рассматриваемого полосового фильтра.
- Фильтр Баттерворта: характеризуется очень небольшой неравномерностью в пределах полосы пропускания фильтра и «средней» крутизной у граничных частот. С другой стороны, он дает очень большой выброс в отклике на ступенчатый линейно нарастающий сигнал.
- Фильтр Чебышева: характеризуется очень большой крутизной у граничных частот и может быть представлен в параметрической форме с использованием степени неравномерности в полосе пропускания рассматриваемого фильтра. Существующая программа позволяет определить эту степень неравномерности при 0,5 дБ или 2 дБ.
После этих цифровых фильтраций производится (в режиме реального времени) собственно расчет скользящего во времени среднеквадратичного значения RMS-типа за промежуток времени Т, который может быть полностью параметризован пользователем (как кратный N исходного интервала дискретизации Δt:Т=NΔt). Этот расчет затем повторяется для нового временного интервала из N отсчетов, который получается путем переноса по времени предшествующего временного интервала: значение этого временного переноса может быть представлено в параметрической форме, но предпочтительно его выбирают равным интервалу дискретизации Δt. Эта процедура далее продолжается для всех последующих временных интервалов до конца внутриковшевой барботажной обработки. Таким образом получают среднее RMS для всех интервалов дискретизации Δt и каждый раз производится расчет для временного интервала длительностью Т=NΔt, давая в конечном итоге скользящее среднее RMS значение K(t) временной зависимости уровня вибрации. Типичное значение N равно 4000 временных отсчетов для частоты дискретизации fe 4000 Гц, т.е. Δt=1/fe, откуда Т = 1 сек.
Расчет этого среднеквадратичного значения проводится практически путем суммирования, для заданного временного интервала N отсчетов (т.е. в течение времени NΔt), квадратов всех значений N временных отсчетов предварительно отфильтрованного вибрационного сигнала с последующим делением результата этого суммирования на число N отсчетов, что дает среднее значение вибрационной энергии в рассматриваемый интервал времени. Наконец, рассчитывается квадратный корень этого среднего значения энергии, давая тем самым величину, по размерности эквивалентную величине эффективного сигнала, называемую RMS-значением (среднеквадратичным значением) для рассматриваемого интервала времени и для частотных полос, ограниченных разными аналоговыми и цифровыми фильтрациями. Это рассчитанное среднеквадратичное значение, обозначаемое далее К, вибрационного уровня может быть использовано как простой и эффективный индикатор качества барботирования в ковше. В действительности принято считать, что усиление вибрации ковша коррелирует с увеличением расхода потока вводимого в сталь аргона.
Далее, было, кроме того, показано, что это усиление происходит по усредненной кривой логарифмического типа, как показано на фиг.3. Было также доказано, что кроме фактического расхода потока аргона, единственными очевидными факторами, влияющими на вибрационный сигнал, являются состояние пористой заглушки и утечки. При испытаниях было также установлено, что количество и реология шлака не влияют на вибрационный сигнал, так же как и размер ковша или состав марки стали.
Более конкретно, среднеквадратичное значение К рассчитанной вибрационной энергии подчиняется закономерности, в соответствии с которой
К=A•lg(Qгаз)+В, где Qгаз обозначает количество вводимого в сталь газа. Сказанное четко иллюстрируется графиком на фиг.4. Расход Q потока газа отложен как абсцисса на логарифмической шкале, а К приводится как ордината для двух приведенных один рядом с другим примеров.
a) левая часть представляет лабораторные испытания на макете в натуральную величину с водой (расплавленная сталь заменена водой),
b) правая часть представляет промышленные испытания, проведенные на 90-тонном сталеплавильном ковше.
В лабораторных условиях (левая часть) измеренные точки почти идеально укладываются на прямой линии для выбранных пределов расхода потока. Только очень плоское основание свидетельствует о том, что очень малые начальные величины расхода потока (менее 8 л/мин) не влияют на вибрационное состояние ковша.
В заводских условиях (правая часть) измеренные точки также в основном укладываются на очень близкую к прямой линию (выделенную на фигуре). С обеих сторон наблюдается некоторый разброс, который, однако, остается ограниченным в пределах почти прямолинейной полосы шириной 0,02 единицы. Это свидетельствует о неизбежных возмущениях в промышленных условиях, но которые ни в коем случае не снижают надежности методики.
С помощью этого первого индикатора барботирования имеется возможность установить второй индикатор, который свидетельствует о состоянии закупорки пористой заглушки. Для этой цели измеряют сигналы, поступающие от регулятора давления и расходомера (ни тот, ни другой не показаны) подающего вентиля 7 на пористую заглушку 5 так, чтобы получить фигуру, соответствующую расходу потока аргона, теоретически вводимого в ковш. Это измерение данных проводится совместно с измерением вибрационного сигнала ковша датчиком 10 (или 11). С помощью пульта 18 управления оператора эти разные данные передаются затем на компьютер 17 (который содержит базу данных по производству, относящуюся к рассматриваемому цеху, в данном случае к установке внутриковшевой обработки) с целью анализа, обеспечивающего, таким образом, обнаружение в режиме реального времени утечки газа или частичной закупорки пористой заглушки. Было бы полезно соединить компьютер с системой 19 для автоматического регулирования расхода потока аргона путем регулирования степени открытия вентиля 7 с целью изменения потока перемешивающего газа.
При проведенных испытаниях на месте эта система обеспечила возможность обнаруживать протечку или плохую работу пористой заглушки в трех из девяти плавок при низком расходе потока в конце обработки, чего нельзя было обнаружить только при слежении за расходом потока и давлением.
Кроме того, использование более чувствительных датчиков позволяет понизить порог детектирования барботирования до реального расхода потока аргона ниже 40 л/мин. Благодаря этому становится возможным запрограммировать в заключительной стадии обработки стали перемешивание, которое достаточно слабо для того, чтобы облегчить декантацию включений в покровном шлаке, не дав возможности частицам этого шлака быть захваченньми в ванну.
Наряду с этим, регулирование внутриковшевого барботирования согласно изобретению позволяет снизить степень образования окисленных линий на листе металла, например обычного ферритного сорта, путем программирования слабого перемешивания в заключительной стадии внутриковшовой обработки. Действительно, ранее было установлено, что эти дефекты обусловлены захватом в стали включений, а также ковшового шлака.
Преимущественной областью применения изобретения является барботирование металла на стенде сталеплавильного ковша. Однако, как уже указывалось, изобретение применимо в общем виде для любого измерения вибрационной энергии в металлургической емкости, содержащей пневматически перемешиваемый жидкий металл, такой, например, как конвертеры или сталеплавильные электродуговые печи, или аппараты Руршталь-Гереус.
Само собой разумеется, что изобретение не может быть ограничено описанным примером и что оно охватывает множество вариантов или эквивалентных форм, которые будут находиться в согласии с прилагаемой формулой изобретения.
1. Способ регулирования барботирования металлической ванны в металлургической емкости при введении перемешивающего газа через ее днище, включающий измерение вибрации с помощью по меньшей мере одного датчика, расположенного на металлургической емкости или на несущей ее конструкции, дискретизацию и оцифровывание вибрационных сигналов, корректировку расхода потока перемешивающего газа, подаваемого в металлургическую емкость, отличающийся тем, что перед дискретизацией и оцифровыванием вибрационные сигналы подвергают фильтрации с помощью высокочастотных аналоговых фильтров, а после дискретизации и оцифровывания их подвергают цифровой фильтрации, калиброванной для вибрационного отклика, специфичного для указанной металлургической емкости, при этом после упорядочения последовательных оцифрованных сигналов для каждой последовательности рассчитывают скользящее во времени среднеквадратичное значение, из которого получают среднеквадратичное эффективное значение измеренного вибрационного сигнала, которое используют для корректировки расхода потока перемешивающего газа, подаваемого в металлургическую емкость.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что измеренные вибрационные сигналы дополнительно подвергают фильтрации с помощью «низкочастотных» аналоговых фильтров до или после фильтрации с помощью высокочастотных аналоговых фильтров.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для проведения цифровой фильтрации используют фильтры с бесконечной импульсной характеристикой (IIR).
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что скользящее во времени среднеквадратичное значение вибрационного сигнала передают в систему автоматического регулирования расхода потока перемешивающего газа.
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в качестве металлургической емкости используют сталеплавильный ковш.
6. Устройство для регулирования барботирования металлической ванны в металлургической емкости с донным инжектором, соединенным трубой с источником подаваемого под давлением перемешивающего газа, содержащее средство для регулирования расхода потока газа, установленное в трубе, по меньшей мере один датчик вибрации (10 или 11), установленный на самой металлургической емкости или на несущей ее конструкции, и блок для обработки вибрационного сигнала, измеренного датчиком, отличающееся тем, что оно снабжено компьютером (17) для расчета скользящего во времени среднеквадратичного значения типа RMS, а блок (12) обработки вибрационного сигнала содержит, по меньшей мере, и в указанной последовательности высокочастотный аналоговый фильтр (13а), цифровой преобразователь (15), цифровой фильтр (16), откалиброванный по вибрационным откликам металлургической емкости.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что блок (12) обработки вибрационного сигнала содержит низкочастотный аналоговый фильтр.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве цифрового фильтра использован цифровой фильтр (16) с бесконечной импульсной характеристикой.
9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что оно снабжено системой (17, 19) автоматического регулирования расхода потока вводимого перемешивающего газа.
