Устройство для измерения уровня шлакометаллической эмульсии в кислородном конвертере



Устройство для измерения уровня шлакометаллической эмульсии в кислородном конвертере

 


Владельцы патента RU 2458152:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кузбасская государственная педагогическая академия" (RU)

Изобретение относится к измерительной технике. Техническим результатом является повышение точности измерения уровня шлакометаллической эмульсии в кислородном конвертере по поведению импеданса (активного электрического сопротивления) в переходе «фурма-корпус конвертера». Для этого устройство содержит контролирующий орган и источник переменного тока. Устройство снабжено переменным резистором, шунтом, измерителем импеданса, конденсатором и усилителем переменного напряжения, а контролирующий орган содержит сглаживатель, узел вычитания, блок измерения уровня, блок задания опорного сигнала. При этом фурма через конденсатор, шунт, источник переменного тока и переменный резистор электрически соединена с заземленным основанием конвертера и первым входом измерителя импеданса, а шунт соединен со вторым входом измерителя импеданса, выход которого через усилитель переменного напряжения соединен с входом контролирующего органа, который через сглаживатель соединен с первым входом узла вычитания, выход блока задания опорного сигнала соединен со вторым входом узла вычитания, а его выход соединен с входом блока измерения уровня. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения уровня шлакометаллической эмульсии в конвертере.

Изобретение может быть применено при измерении уровня шлакометаллической эмульсии (ШМЭ) в ходе продувки стали в кислородном конвертере. Оперативное измерение уровня ШМЭ позволяет своевременно принимать меры, необходимые для предотвращения переливов шлакометаллической эмульсии через горловину кислородного конвертера, а также правильно управлять процессом продувки стали с учетом поведения шлака.

Известно устройство для реализации способа контроля уровня ванны в кислородном конвертере, включающее микрофон, установленный вблизи горловины конвертера, усилитель, узкополосный фильтр и вычислительное устройство, преобразующие полученный сигнал от микрофона и передающие его на вторичный прибор. При этом уровень ванны определяют по логарифму отношения звуковых давлений на частотах 1,8-2,2 и 3,3-3,7 кГц, соотносящихся между собой по определенному математическому выражению (патент SU 357230 МПК 7, С21С 5/30. Способ контроля уровня ванны в кислородном конвертере. Явойский В.И., Колясин С.М., Окороков Б.Н., Голятин В.Н., Пропой А.И., Симсарьян Р.А., Серветник В.М., Колесник В.Д. - Заявл. 19.05.1969. Опубл. 31.10.1972. Бюл. №33).

Недостатком устройства является низкая точность задания уровня ванны, что объясняется прежде всего недостаточной информативностью звуковых давлений и их известным соотношением для оперативной оценки уровня ванны в кислородном конвертере. Кроме того, звуковое давление зашумляется звуками от двигающихся кранов, параллельно работающих конвертеров, систем загрузки и т.п. Установка микрофона вблизи горловины конвертера приводит к его быстрому загрязнению и повреждению.

Также известно устройство для реализации способа контроля уровня металлической ванны при электрошлаковом процессе, включающее контактный шунт и электрически связанный с ним контролирующий орган, причем перед контролирующим органом установлены эмиттерный повторитель и усилитель постоянного тока. С целью повышения надежности контроля в качестве контрольного сигнала используют изменение потенциала, возникающего на участке шунт-металл от протекающего через шлаки сварного тока (патент SU 1217609 МПК 7, В23K 25/00. Способ контроля уровня металлической ванны при электрошлаковом процессе. Бурдыкин В.К., Ситников И.И., Покровский Г.Т., Шалаев А.А., Рабинович А.Я., Камбаров В.А. - Заявл. 04.03.1980. Опубл. 15.03.1986. Бюл. №10).

К недостатку способа относится то, что он не предназначен для измерения уровня шлакометаллической эмульсии (смеси шлака, металла и газа) по ходу продувки стали в кислородном конвертере. Для реализации конвертерного процесса в конвертерной установке внешний источник электрического тока не используется. Таким образом отсутствует внешний источник для создания потенциала, возникающего на участке шунт-металл. Вместе с тем за счет физико-химических явлений, имеющих место в шлаке, металле, газовой фазе и на границах взаимодействия в конвертерной ванне, формируется собственный источник электрического напряжения. Численное значение возникающей разности потенциалов трудно предсказуемо и зависит от большого числа факторов. Его использование в качестве источника тока для создания разности потенциалов на участке шунт-металл затруднительно. Введение шунта в контакт со шлаком и металлом через стенку конвертера нетехнологично, так как существенно снижает стойкость футеровки и затрудняет обслуживание конвертера.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения уровня шлакометаллической эмульсии в кислородном конвертере, раскрытое в патенте Австрии №234127, 10.06.1964, которое содержит источник переменного тока и контролирующий орган. Уровень ванны измеряют контролирующим органом по взаимодействию фурмы со шлакометаллической эмульсией.

К недостатку устройства относится то, что оно не учитывает наличие в шлаке, металле, газовой фазе и на границах взаимодействия в конвертерной ванне собственного источника электрического напряжения. Создаваемое этим источником напряжение является помехой, снижает точность измерения уровня ШМЭ. Оно имеет постоянную полярность либо носит низкочастотный характер - изменяется 1-3 раза по направлению за весь период продувки плавки и переменно по величине. Причем численное значение возникающей разности потенциалов трудно предсказуемо и зависит от большого числа факторов. Увеличение тока за счет изменения характеристик источника переменного тока с целью повышения соотношения уровня полезного сигнала к уровню помехи (и увеличения за счет этого точности измерения уровня ШМЭ) является малоэффективным, поскольку внутреннее сопротивление источника тока мало и практически не влияет на многократно большее общее электрическое сопротивление первичной измерительной цепи устройства. В этих условиях измеряемый сигнал оказывается не только зашумленным, но и слабым по величине, что значительно снижает точность измерения уровня ШМЭ в кислородном конвертере.

Целью изобретения является повышение точности измерения уровня шлакометаллической эмульсии в кислородном конвертере по поведению импеданса (активного электрического сопротивления) в переходе «фурма-корпус конвертера».

Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения уровня шлакометаллической эмульсии в кислородном конвертере, оснащенном фурмой, содержащее контролирующий орган и источник переменного тока, дополнительно снабжено переменным резистором, шунтом, измерителем импеданса, конденсатором и усилителем переменного напряжения, а контролирующий орган содержит сглаживатель, узел вычитания, блок измерения уровня, блок задания опорного сигнала, при этом фурма через конденсатор, шунт, источник переменного тока и переменный резистор электрически соединена с заземленным основанием конвертера и первым входом измерителя импеданса, а шунт соединен со вторым входом измерителя импеданса, выход которого через усилитель переменного напряжения соединен с входом контролирующего органа, который через сглаживатель соединен с первым входом узла вычитания, выход блока задания опорного сигнала соединен со вторым входом узла вычитания, а его выход соединен с входом блока измерения уровня.

На фиг.1 приведено устройство для измерения уровня шлакометаллической эмульсии в кислородном конвертере.

На фиг.1 обозначено: 1 - корпус кислородного конвертера; 2 - цапфа кислородного конвертера; 3 - основание кислородного конвертера; 4 - фурма; 5 - конденсатор; 6 - источник переменного тока; 7 - переменный резистор; 8 - измеритель импеданса, 10 - контролирующий орган; 11 - сглаживатель; 12 - узел вычитания; 13 - блок измерения уровня; 14 - блок задания опорного сигнала; 15 - шунт.

Фурма 4 через конденсатор 5, источник переменного тока 6, шунт 15 и переменный резистор 7 электрически соединена с заземленным основанием кислородного конвертера 3. В свою очередь основание кислородного конвертера конструктивно несет на себе опирающийся на цапфы 2 корпус кислородного конвертера 1. Сигнал, снимаемый между основанием кислородного конвертера 3 и фурмой 4, поступает на первый, а с шунта 15 - на второй входы измерителя импеданса 8, выход которого через усилитель переменного напряжения 9 соединен с входом контролирующего органа 10, а от этого входа через сглаживатель 11 - с первым входом узла вычитания 12, выход блока задания опорного сигнала соединен со вторым входом узла вычитания 12, его выход соединен с входом блока измерения 13, второй вход которого соединен с выходом контролирующего органа и всего устройства.

В качестве технической базы устройства используются, например, следующие элементы: конденсатор 5 - электролитический конденсатор марки К50-15; источник переменного тока 6 типа ВС; шунт 15 - постоянное сопротивление типа МЛТ; переменный резистор 7 - типа СП; измеритель импеданса 8, усилитель переменного напряжения 9 - на микросхеме К140УД8, сглаживатель 11 - на базе пассивных RC-цепей потенциального типа; узел вычитания 12 - на резисторах типа СП; блок измерения уровня 13 - потенциометр марки КСП-4; блок задания опорного сигнала 14 марки МТД SVV-10/4-Р.

Сущность работы устройства заключается в следующем.

Корпус кислородного конвертера 1 выполнен в виде стальной обечайки. Изнутри она футерована огнеупорным кирпичом. Жидкие сталь и шлак, располагающиеся в конвертере, обладают достаточно высокой электропроводностью. Это относится и к самому кислородному конвертеру.

В ходе продувки стали шлакометаллическая эмульсия (ШМЭ) может увеличиваться в объеме и ее верхний уровень поднимается в направлении горловины конвертера. При этом часть фурменной трубы оказывается погруженной в ШМЭ. Чем выше уровень ШМЭ, тем значительнее глубина погружения фурмы в ШМЭ.

В ходе продувки кислород поднимается вдоль стенок фурменной трубы, оттесняя ШМЭ к периферии конвертера. Спонтанное поведение ШМЭ в объеме конвертера обуславливает ее периодическое касание фурменной трубы. Одновременно может происходить касание в целом ряде областей фурменной трубы. Чем больше таких касаний происходит одновременно, чем выше суммарная площадь единовременных контактов ШМЭ с фурменной трубой, тем общая электропроводимость контактов выше. Если сделать развертку поверхности фурменной трубы, то схематично процесс образования контактов можно представить в виде параллельного по высоте фурменной трубы образования связей ШМЭ с ее поверхностью.

По мере подъема уровня ШМЭ в кислородном конвертере длина погруженной в ШМЭ фурменной трубы, а значит (при прочих равных условиях) суммарная площадь одновременно возникающих контактов растет, а электропроводность контактов увеличивается. Эта зависимость положена в основу данного изобретения. По величине сглаженного по времени импеданса множества контактов (электросопротивления контактов фурменной трубы с ШМЭ) устройство позволяет измерить уровень ШМЭ.

Устройство работает следующим образом.

В ходе продувки шлакометаллическая эмульсия поднимается в направлении горловины конвертера. Под действием источника переменного тока 6 создает переменный ток по цепи: источник переменного тока 6 - шунт 15 - переменный резистор 7 - основание кислородного конвертера 3 - цапфы 2 - корпус кислородного конвертера 1 - футеровка конвертера - металлическая ванна - шлакометаллическая эмульсия - фурма 4 - конденсатор 5 - источник переменного тока 6. Конденсатор 5 фильтрует постоянную составляющую тока, которая образуется в самом конвертере в результате протекающих в нем физико-химических процессов взаимодействия газа, шлака, металла, фурмы, футеровки и корпуса кислородного конвертера в процессе продувки стали. Шунт 15 выдает напряжение, пропорциональное переменной составляющей тока. Между основанием кислородного конвертера 3 и фурмой 4 создается падение напряжение только от переменного тока, создаваемого источником 6. Это падение напряжения, а также напряжение с шунта 15 поступает в измеритель импеданса 8, где по закону Ома для участка цепи находится величина импеданса:

где U - падение напряжения на конвертере - между основанием кислородного конвертера 3 и фурмой 4; J - падение напряжения на шунте, эквивалентное силе тока, протекающего по этому шунту.

Сигнал импеданса с измерителя импеданса 8 усиливается усилителем переменного тока 9 и передается в контролирующий орган 10. В нем сглаживатель 11 сглаживает усиленный сигнал импеданса. Это позволяет выделить низкочастотную составляющую усиленного сигнала импеданса. В результате фильтруются малозначимые колебания импеданса, связанные с периодичностью образующихся и разрывающихся контактов ШМЭ с фурмой. Тем самым сопротивления имеющихся в каждый данный момент времени контактов усредняются. Сглаживание позволяет в усиленном сигнале импеданса выделить неслучайную составляющую, характеризующую уровень ШМЭ.

Узел вычитания 12 из полученного таким образом сигнала фактического значения импеданса вычитает сигнал опорного значения импеданса, формируемый в блоке 14 задания опорного сигнала. Под опорным значением импеданса понимается сигнал фактического значения импеданса, заранее найденный при минимальном уровне ШМЭ.

Разность сигналов фактического и опорного значений импеданса представляет собой сигнал отклонения фактического значения импеданса в каждый данный момент времени продувки стали от его опорного значения. Полученная в узле вычитания 12 разность оказывается очищенной от начального значения сигнала импеданса, описываемого сигналом опорного значения импеданса.

Блок измерения уровня 13 по поступившему на первый вход сигналу импеданса, очищенному от начального значения, измеряет уровень ШМЭ.

Введение конденсатора 5 позволило отфильтровать постоянную по направлению составляющую электрического тока, возникающую вследствие физико-химических процессов взаимодействия газа, шлака, металла, фурмы, футеровки и корпуса кислородного конвертера в процессе продувки стали.

Наличие источника переменного тока 6 позволило пропустить в переходе фурма-корпус кислородного конвертера электрический ток переменного направления, создать тем самым падение напряжения между основанием кислородного конвертера 3 и фурмой 4 и снять с шунта 15 падение напряжения, эквивалентное силе тока, зависящего от уровня ШМЭ.

Введение переменного резистора 7 позволило настроить устройство путем изменения силы тока, пропускаемого через конвертер.

Шунт 15 представляет собой датчик тока.

Введение измерителя импеданса 8 позволило получить сигнал импеданса замкнутой электрической цепи: основание кислородного конвертера 3 - цапфы 2 - корпус кислородного конвертера 1 - футеровка конвертера - металлическая ванна - шлакометаллическая эмульсия - фурма 4. Для измерения используется соотношение (1). Результат измерения представляет собой сигнал переменного напряжения, соответствующий величине полного импеданса названной электрической цепи.

Использование усилителя 9 переменного напряжения позволило усилить сигнал переменного напряжения, соответствующий величине полного импеданса названной электрической цепи.

Введение сглаживателя 11 позволило отфильтровать малозначимые колебания импеданса, связанные с периодичностью образующихся и разрывающихся контактов ШМЭ с фурмой и выделить неслучайную составляющую, характеризующую уровень ШМЭ.

Введение узла вычитания 12 позволило из усиленного сигнала полного импеданса замкнутой цепи вычесть сигнал опорного значения импеданса, очистив тем самым первый из них от начального значения импеданса замкнутой цепи.

Введение блока задания опорного сигнала 14 позволило задать сигнал опорного значения импеданса.

Введение блока измерения уровня позволило измерить уровень ШМЭ.

Номинальное значение сопротивления переменного резистора 7 устанавливают экспериментально. Для его выбора в ходе продувки металла добиваются получения номинального падения напряжения между основанием кислородного конвертера 3 и фурмой 4 не ниже 20-30 мB. При этом положение движка резистора должно соответствовать максимальному значению сопротивления. В ходе последующей настройки устройства допускается снижение сопротивления переменного резистора 7 на 15-20% для последующей коррекции работы устройства.

Шунт 6 представляет собой манганиновое сопротивление, численное значение которого выбирается исходя из требования получения номинального падения напряжения в 25 мВ на выходе шунта при силе тока, обеспечивающей номинальное значение падения напряжения между основанием кислородного конвертера 3 и фурмой 4.

Коэффициент усиления усилителя переменного тока 9, исполняющего роль согласующего звена, устанавливают исходя из требования согласования номинальных значений напряжений фактического и опорного сигналов, поступающих соответственно на первый и второй входы узла вычитания 12.

Сглаживатель 11 настраивается таким образом, чтобы, начиная с конца первого периода продувки, изменение состояния конвертерного процесса от выносов металла (интенсивного разбрызгивания жидкого металла через горловину конвертера) до выбросов ШМЭ (переливов ШМЭ через горловину конвертера) приводило к возрастанию сглаженного напряжения на выходе сглаживателя в 1,5-1,7 раза.

Устройство может быть использовано для измерения уровня ШМЭ широкой номенклатуры конвертеров и технологий производства сталей и сплавов.

Устройство для измерения уровня шлакометаллической эмульсии в кислородном конвертере, оснащенном фурмой, содержащее контролирующий орган и источник переменного тока, отличающееся тем, что оно снабжено переменным резистором, шунтом, измерителем импеданса, конденсатором и усилителем переменного напряжения, а контролирующий орган содержит сглаживатель, узел вычитания, блок измерения уровня, блок задания опорного сигнала, при этом фурма через конденсатор, шунт, источник переменного тока и переменный резистор электрически соединена с заземленным основанием конвертера и первым входом измерителя импеданса, а шунт соединен со вторым входом измерителя импеданса, выход которого через усилитель переменного напряжения соединен с входом контролирующего органа, который через сглаживатель соединен с первым входом узла вычитания, выход блока задания опорного сигнала соединен со вторым входом узла вычитания, а его выход соединен с входом блока измерения уровня.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству высококачественных сталей. .

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для контроля состояния продувочной фурмы при обработке стали в ковше азотом или аргоном. .

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к управлению продувкой металла в конвертере, и может быть использовано при нарушении режима шлакообразования и появлении угрозы выбросов металла и шлака.

Изобретение относится к области металлургии. .

Изобретение относится к автоматизации металлургических процессов. .
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к обеспечению бесперебойной работы металлургического оборудования путем управления электроприводом исполнительных механизмов металлургических машин и агрегатов.

Изобретение относится к металлургии и предназначено для выполнения измерений в жидкостях, в частности в расплавленных металлах. .

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в процессе управления металлургической плавкой. .

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству высокохромистых сталей в агрегате аргонокислородного рафинирования (АКР). .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу выплавки стали с низким содержанием фосфора в конвертере. Способ включает загрузку в конвертер чугуна и скрапа, продувку расплава кислородом, подаваемым на зеркало ванны расплава с помощью кислородного копья в соответствии со схемой продувки, и подачу извести. Для схемы продувки кислородного копья задают высоту расположения копья над зеркалом ванны расплава и абсолютную продолжительность вдувания частичного количества кислорода постепенно в зависимости от содержания кремния в используемом чугуне и от требуемого ошлаковывания кремния и железа. Использование изобретения обеспечивает низкое содержание фосфора в стали при сохранении высокой надежности процесса. 4 з.п. ф-лы, 4 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для оперативного контроля состояния конвертерного процесса. Технический результат - повышение качества контроля. Технический результат достигается за счет того, что устройство содержит несколько последовательно связанных между собой элементов телевизионной аппаратуры, а именно телевизионную камеру с видиконом, предварительный видеоусилитель и приемно-усилительное устройство, состоящее из видеоконтрольного и предложенного управляющего блоков. Указанные элементы позволяют по телевизионному изображению локальной области сканирования - верхней части корпуса конвертера, расположенной ниже юбки конвертера в узкой контролируемой полосе, - осуществить визуальный контроль и измерение характеристик процесса шлакообразования в конвертере, а именно состояние конвертерной ванны, выносов и выбросов. Устройство фиксирует сигнал о величине напряжения сканированной локальной области, расположенной ниже юбки конвертера в узкой контролируемой полосе, пропорциональный освещенности этой локальной области. В сканированной локальной области по нему выделяются точки с характерной высокой светимостью, превысившей порог 1 (для выносов) и порог 2 (для выбросов). При этом светимость шлакометаллической эмульсии, переливающейся через горловину конвертера, при выбросах выше, чем светимость брызг металла из горловины конвертера при выносах. Подсчитывают общее число точек, превысивших порог 1, и общее число точек, превысивших порог 2. Измеряется скорость движения каждой выделенной точки. Измеряются соответствующие текущие средние скорости движения точек. По указанным параметрам оценивается наличие выносов и выбросов и общее термодинамическое состояние конвертерной ванны. 1 ил.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу динамического управления в конвертере процессом продувки при производстве стали, включающему анализ отходящего газа с помощью модели процесса со статическим обсчетом процесса и с помощью независимой от этой модели процесса подмодели с динамическим наблюдением за процессом на основании анализа отходящего газа конвертера. С помощью независимой от модели процесса подмодели, которая, основываясь на анализе отходящего газа, работает как наблюдатель за процессом, посредством рациональной комбинации полученных сигналов компонентов вычисляют наблюдаемые значения для критического момента времени (t'crit) обезуглероживания и для конца продувки О2 (t'EoB), посредством которых предварительно вычисленное по модели процесса содержание кислорода к началу процесса корректируют и согласуют с фактическими условиями к концу интервала времени обезуглероживания. Использование изобретения обеспечивает повышение качества производимой стали. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх