Устройство автоматического контроля температуры жидкого металла в реакционной емкости и изменения толщины огнеупорной футеровки электродуговой печи


 


Владельцы патента RU 2459168:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-экологическое предприятие ЭКОСИ" (RU)

Изобретение относится к области автоматизации контроля технологических параметров в электрометаллургических технологических процессах. Технический результат - повышение быстродействия точности измерения. Устройство автоматического контроля температуры жидкого металла в реакционной емкости электродуговой печи и изменения толщины огнеупорной футеровки электродуговой печи содержит тепловизор с программным блоком обработки сигналов инфракрасного излучения и не менее одного блока их приема, не менее трех теплопроводных стержней-датчиков инфракрасного излучения. Одни концы стержней сообщены через поток инфракрасного излучения с тепловизором через блок(и) приема потока инфракрасного излучения. При этом первый стержень-датчик установлен в сквозном отверстии в корпусе и огнеупорной футеровке электродуговой печи с возможностью взаимодействия вторым концом с жидким металлом в реакционной емкости электродуговой печи, второй конец второго стержня-датчика установлен в огнеупорной футеровке на заданном или фиксированном расстоянии от жидкого металла в реакционной емкости электродуговой печи, а второй конец третьего стержня-датчика прикреплен к корпусу электродуговой печи. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится преимущественно к области автоматизации контроля температуры жидких металлов и других параметров в электрометаллургических печах и может найти свое применение в других высокотемпературных процессах.

Как известно, прямой контроль температуры в высокотемпературных агрегатах как электродуговая сталеплавильная печь ДСП сопряжено с опасностью для обслуживающего персонала. Применение широкоизвестных устройств на основе термопар, зондов и т.д. ограничено малым сроком их службы (1-2 дня), съемом сигналов с первичных датчиков и проблемой защиты полезного сигнала от помех наводимой ДСП.

Известно также устройство для измерения температуры жидкого металла в доменной печи и электродуговой печи (Монография - Автоматизация и оптимизация управления технологическими процессами внепечной доводки стали. Авторы: Ишметьев Е.Н., Андреев С.М., Парсункин Б.Н., Салихов З.Г., Ахметов У.Б. Магнитогорск, ГОУ ВПО «МГУ», 2008. - 311. - см. стр.138, рис.1.50).

Недостатки известного устройства: контролируется температура огнеупорного футеровочного материала, что не позволяет получить высокую динамическую точность и обременяет трудностью и опасностью обслуживания многоэлектродных датчиков и кабельной системы.

Известен измерительный водоохлаждаемый зонд со сменной головкой ВНИИАЧермета, содержащий стальной защитный колпачок, керамический корпус, бумажную гильзу, штырь и термопару (см. стр.24, рис.1.3 той же монографии). Однако продолжительность жизни этого зонда не превышает 10 сек, а также работа с ним опасна, и дорого обходится изготовление и отдельное хранение дорогих и редких металлов для датчиков температуры.

Известно также устройство для непрерывного измерения температуры жидкого металла, предложенной Киевским политехническим институтом (Глинков Г.М., Косырев Д.Н., Шевцов Е.К. «Контроль и автоматизация металлургических процессов». Учебник для вузов. - М: Металлургия, 1989 - с.352).

Недостатком этого устройства является то, что температура жидкой стали определяется косвенным или расчетным путем, причем при расчете температуры жидкого металла необходимо знать текущее значение коэффициента усвоения электрической энергии металлом. Последний фактор обуславливает низкую точность контроля.

Известно также устройство датчика температуры для непрерывного контроля температуры жидкой стали в металлургических агрегатах (см. стр.145, рис.1.56 ранее упомянутой монографии «Автоматизация и оптимизация управления технологическими процессами внепечной доводки стали). Устройство содержит многозонную термопару, установленную в огнеупорном блоке из материала футеровки ДСП и набора компенсационных проводов. В этом устройстве датчики (термопары), непосредственно сопрягающиеся или контактирующие с жидким металлом, отсутствуют. Температура жидкого металла контролируется за счет решения обратной задачи теплопроводности, что вносит свои неточности за счет нестационарности теплопроводности огнеупорной футеровки и сложных вычислительных процедур. Данное устройство принимается за прототип.

Все приведенные аналоги и прототип не способны автоматически непрерывно контролировать одновременно температуру жидкой стали и оставшейся толщины (прогара) огнеупорного слоя футеровки ДСП, а также опасны в обслуживании и создают проблему обеспечения сохранности драгметаллов.

В основу заявляемого изобретения поставлена задача создания такого устройства одновременного автоматического контроля температуры жидкого металла, например стали, в реакционной емкости и измерения толщины огнеупорной футеровки ДСП, которое обеспечивало бы высокое быстродействие, точность и простоту изготовления и непрерывного контроля упомянутых параметров. Кроме того, срок службы первичных датчиков должен быть увеличен хотя бы до сроков службы огнеупорной футеровки ДСП. Решение совокупности перечисленных задач должно обеспечить экономию электроэнергии, повысить безопасность обслуживания, снизить стоимость датчиков, повысить производительность ДСП, включать получаемую информацию в структуру системы управления температурным и энергетическим режимами работы ДСП, а также обеспечить безопасность контроля параметров жидких металлов. Кроме того, при оптимальном управлении процессами ДСП необходимо знать температуру и толщину огнеупорной футеровки.

Задача решена в предлагаемом изобретении тем, что устройство автоматического контроля температуры жидкого металла в реакционной емкости электродуговой печи и изменения толщины огнеупорной футеровки электродуговой печи содержит тепловизор с программным блоком обработки сигналов инфракрасного излучения и не менее одного блока их приема, не менее трех теплопроводных стержней-датчиков инфракрасных излучений, одни концы которых сообщены через поток инфракрасного излучения с тепловизором через блоки приема инфракрасного излучения, при этом первый стержень-датчик установлен в сквозном отверстии в корпусе и огнеупорной футеровке электродуговой печи с возможностью взаимодействия вторым концом с жидким металлом в реакционной емкости электродуговой печи, второй конец второго стержня-датчика установлен в огнеупорной футеровке на заданном или фиксированном расстоянии от жидкого металла в реакционной емкости электродуговой печи, а второй конец третьего стержня-датчика прикреплен к корпусу электродуговой печи.

Кроме того, в предлагаемом устройстве стержни-датчики выполнены из вольфрама, или манганина, или соединений манганина, причем второй конец первого стержня-датчика, взаимодействующий с жидким металлом, выполнен из тугоплавкого и химически не взаимодействующего с жидким металлом материала, а в качестве материала, из которого выполнен второй конец первого стержня-датчика, взаимодействующий с жидким металлом, например с жидкой сталью, использован углеродный композитный материал или лейкосапфир.

Выполнение стержней датчиков температуры в предлагаемом виде позволяет беспроводно передавать степень нагретости металла или «износа» огнеупорной футеровки электродуговой печи (агрегата) и передавать контролируемую информацию для дальнейшей обработки и использования в различных целях (для наблюдения за процессом нагрева, для управления процессом и т.д.).

Отсутствие каких-либо дополнительных проводов и кабелей на теле агрегата существенно упрощает обслуживание агрегата и одновременно повышает надежность непрерывного контроля, а флуктуация тока и напряжение печного трансформатора не снижают точность работы предлагаемого устройства. Установка одного конца первого стержня между блоком приема инфракрасных излучений, а другого конца в непосредственном контакте с жидким металлом (сталью) обеспечивает практически без запаздывания формирование информации о температуре жидкого металла. Этот эффект усиливается от того, что сам стержень обмотан (кроме концов) или торкретирован материалом с низкой теплопроводностью, например асбестом, и т.д. Эффект быстродействия еще более усиливается, если часть стержня-датчика выполнена в виде медного прутка или шестигранника, а соприкасающийся с жидким металлом конец стержня-датчика изготовлен или покрыт слоем композитного материала, не взаимодействующего с жидким сплавом конкретного состава, не взаимодействующего с жидким металлом. Такое выполнение стержня-датчика не только увеличивает срок его службы, но и существенно снижает его стоимость, а также не требует специальных условий хранения, предъявляемых, например, к платине или радию.

Расположение одного конца второго стержня-датчика на фиксированном расстоянии от жидкого металла обеспечивает достаточно простое установление зависимости между выходными информационными сигналами первого и второго стержней, т.е контроль изменения толщины огнеупорной футеровки электродуговой печи (ДСП).

Независимость влияния тепловых потоков вне электродуговой печи или влияние окружающей среды на точность показаний устройства контроля температуры и толщины (а также температуры на некотором расстоянии от жидкого металла или внутри огнеупорной футеровки) исключается третьим стержнем, один конец которого излучает инфракрасный сигнал в направлении блока приема потока инфракрасного излучения, а другой конец прикреплен к корпусу ДСП в той же зоне расположения излучающих концов двух других стержней. Таким образом, участие третьего стержня в формировании информационного сигнала о температуре и об уменьшении (прогаре) огнеупорной футеровки ДСП обеспечивает корректировку этих сигналов по изменению внешних тепловых потоков, что дополнительно повышает точность автоматического контроля указанных параметров.

Выполнение рабочих концов из тугоплавкого материала, химически не взаимодействующих с жидким металлом, увеличивает срок службы стержней-датчиков многократно по сравнению со сроками службы огнеупорной футеровки. Кроме того, предлагаемое устройство одновременно контролирует и температуру огнеупорной футеровки.

Функциональная схема разработанного устройства представлена на рис.1.

Устройство автоматического контроля температуры жидкой стали в емкости (назовем ее реакционной) и изменение толщины огнеупорной футеровки электродуговой печи (ДСП) содержит тепловизор инфракрасного излучения 1 с программным блоком обработки входных сигналов 2, блоков-приемников инфракрасного излучения 3, 4, 5 или один сканирующий приемник (это зависит от конструктивного исполнения тепловизора), теплопроводные стержни-датчики 6, 7, 8, одни концы которых через соответствующие потоки инфракрасного излучения сообщены со входами блоков-приемников 3, 4, 5, а второй конец первого стержня-датчика, проходя последовательно через корпус 9, первый и второй слои огнеупорной футеровки 10, 11, взаимодействует с жидкой сталью 12 в реакционной емкости ДСП (на рис.1 не обозначена), другой конец второго стержня-датчика 7, последовательно проходя через сквозное отверстие корпуса 9, первый слой огнеупорной футеровки 10, взаимодействует с огнеупорной футеровкой 11, другой конец третьего стержня-датчика 8 прикреплен к корпусу 9 ДСП. Следует отметить, что стержни-датчики 6, 7 весьма желательно закрыть или обмотать (торкретировать) нетеплопроводным огнеупорным материалом, т.к. это обеспечивает максимальное быстродействие реагирования датчика на изменение температуры.

При подаче напряжения на электрод 13 между ним и металлом (металлоломом или жидким металлом) возникает электрическая дуга, вызывающая расплавление и/или изменение температуры металла в реакционной емкости ДСП. Одновременно изменяются температура соприкасающегося с металлом конца первого стержня-датчика 6 и интенсивность инфракрасного излучения его другого конца.

Изменения излучения улавливается блоком-приемником 3 тепловизора, который после программной обработки этого сигнала изменения вызывает изменение информационных сигналов на выходах (не показаны) тепловизора 1, которые, по существу, являются контролируемыми значениями температуры металла, например жидкой стали, в реакционной емкости ДСП. Аналогичным образом контролируется температура второго слоя огнеупорной футеровки ДСП, а также температура окружающей среды в зоне расположения концов стержней-датчиков 7 контролируется стержнем 8 и автоматически ведется корректировка первых 2-х информационных сигналов стержней-датчиков 8, 7 по температуре окружающей среды (реализуется функция компенсации изменения температуры окружающей среды). Программный блок 2 одновременно ведет также сравнение контролируемых температур металла (жидкой стали) и огнеупорной футеровки 11 и по разности их, с учетом коэффициента взаимной корреляции между значениями этих дух температур, выдает информацию об изменении толщины слоя огнеупорной футеровки 11.

Любому специалисту известно, что знание значений фактической толщины и температуры слоя огнеупорной футеровки 11 в зоне действия дуги электрода 13 позволяет поддерживать оптимальный электрический режим ДСП, обеспечивающий: экономию электроэнергии на 3-5%; повышение производительности ДСП на 2-4%; экономию электродов на 1-2% и повышение срока службы огнеупорной футеровки на 5-8%, а также исключает необходимость дорогостоящего хранения датчиков из драгоценных металлов (рения, платины, родия и т.д.) и отчетности по ним.

1. Устройство автоматического контроля температуры жидкого металла в реакционной емкости электродуговой печи и изменения толщины огнеупорной футеровки в ней, включающее тепловизор с программным блоком обработки сигналов инфракрасного излучения и не менее одного блока их приема, не менее трех теплопроводных стержней-датчиков инфракрасного излучения, одни концы которых сообщены через поток инфракрасного излучения с блоками приема потока инфракрасного излучения, при этом первый стержень-датчик установлен в сквозном отверстии в корпусе и огнеупорной футеровке электродуговой печи с возможностью взаимодействия вторым концом с жидким металлом в реакционной емкости электродуговой печи, второй конец второго стержня-датчика установлен в огнеупорной футеровке на заданном или фиксированном расстоянии от жидкого металла в реакционной емкости электродуговой печи, а второй конец третьего стержня-датчика прикреплен к корпусу электродуговой печи.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стержни-датчики выполнены из вольфрама, или манганина, или соединений манганина.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй конец первого стержня-датчика, взаимодействующий с жидким металлом, выполнен из тугоплавкого материала, химически не взаимодействующего с жидким металлом.

4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что в качестве материала, из которого выполнен второй конец первого стержня-датчика, взаимодействующий с жидким металлом, например с жидкой сталью, использован углеродный композитный материал или лейкосапфир.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам управления работой электрических печей для получения легированного (циркониевого) корунда. .
Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумной дуговой плавке высокореакционных металлов и сплавов, и может быть использовано при выплавке слитков титановых сплавов из литых расходуемых электродов.

Изобретение относится к металлургии и химической электротермии, в частности к руднотермическим электропечам. .

Изобретение относится к металлургии. .

Изобретение относится к области измерений электрических параметров дуговых электропечей. .

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов и может быть использовано при выплавке слитков из титановых сплавов.

Изобретение относится к технологии производства электрокорунда, в частности к способам управления плавкой белого электрокорунда в электродуговой печи. .

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для контроля процесса плавления в дуговой электрической печи

Изобретение относится к области получения металла в электродуговой печи. Технический результат - повышение точности прогнозирования состояния твердого материала в электродуговой печи. Согласно способу определения кусковатости для твердого материала, в особенности скрапа, в электродуговой печи определяют ток электрода, подведенный к электроду (3а, 3b, 3с) для образования электрической дуги между электродом (3а, 3b, 3с) и твердым материалом. При этом из определенного сигнала тока (I(t)) электрода определяют меру эффективного значения определенного тока электрода. Причем из определенного тока (I(t)) электрода определяют (32) составляющую тока, относящуюся к частотному диапазону определенного тока электрода (3а, 3b, 3с), а в качестве значения кусковатости (М) формируют отношение составляющей тока и эффективного значения. 4 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к металлургии. Технический результат - повышение качества регулирования и оптимизация дожигания окиси углерода. Согласно способу регулирования выбросов окиси углерода электродуговой печи определяют высоту вспененного шлака в по меньшей мере трех зонах корпуса печи на основе измерения корпусного шума и соотносят с содержанием окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи. Ввод углерода и/или подачу кислорода в по меньшей мере одной из по меньшей мере трех зон регулируют таким образом, что высота вспененного шлака поддерживалась ниже максимального значения, коррелированного с допустимым предельным значением для окиси углерода в дожигаемом отходящем газе. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при производстве титана, тантала, урана, ниобия и циркония в вакуумной электродуговой печи (ВДП). Создают в коаксиальном резонаторе ВДП мощное электромагнитное поле на резонансной частоте резонатора внешним высокочастотным генератором с системой автоматического слежения за изменением резонансной частоты резонатора ВДП в процессе плавки, одновременно стабилизируют эффективный межэлектродный промежуток, электромагнитным полем дополнительно возбуждают вихревые токи на торце расплавляемого электрода, дополнительно создают в межэлектродном промежутке электромагнитное поле с частотой ниже резонансной частоты коаксиального резонатора ВДП, возбуждают этим полем в дуговой плазме магнитозвуковые волны, создающие упругие колебания в расплаве на границе фронта кристаллизации и образующие акустический магнитный резонанс в резонансном и магнитном поле соленоида ВДП. Изобретение позволяет повысить качество металла, сократить количество переделов, снизить потребление электроэнергии. 5 ил.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к контролю электрических параметров руднотермической печи при выплавке фосфора. Способ включает загрузку и расплавление шихты в печи, измерение в процессе плавки тока и напряжения электродов, потребляемой мощности, величины постоянной составляющей фазного напряжения электродов и печи и регулирование рабочей мощности печи переключением ступеней печного трансформатора, перемещением электродов и/или корректировкой состава загружаемой шихты. В процессе плавки дополнительно определяют значение доли тока дуги в токе электрода, причем рабочую мощность печи регулируют в зависимости от величины рассогласования с заданным значением доли тока дуги в токе электродов, равным 5-10%. Изобретение позволяет снизить удельный расход сырья и электроэнергии, повысить производительность печи и качество получаемого продукта. 2 пр., 1 ил.

Изобретение относится к электродуговой печи, устройству обработки сигналов, носителю для хранения данных, машиночитаемому программному коду и способу для определения момента времени загрузки для загрузки, в особенности дозагрузки, расплавляемого материала (9), в особенности скрапа, в электродуговую печь (1), причем электродуговая печь (1) имеет по меньшей мере один электрод (3a, 3b, 3c) для нагрева находящегося в электродуговой печи (1) расплавляемого материала (G) посредством электрической дуги. За счет того что определяют первый сигнал (S) для определения фазового состояния основания электрической дуги со стороны расплавленного материала на основе зарегистрированного электродного тока (Ik), причем проверяют, превышает ли первый сигнал (S) заданное пороговое значение для заданной наименьшей временной длительности, причем момент времени загрузки достигается самое раннее тогда, когда первый сигнал превышает пороговое значение для заданной наименьшей временной длительности, может определяться ориентированный на состояние момент времени загрузки для функционирования электродуговой печи, чтобы снизить использование энергии, использование ресурсов и время производства для технологического цикла для получения массы плавки.7 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к металлургии. Технический результат - повышение точности измерения. Измерение производят с использованием радиолокации. При этом радиолокационное приемо-передающее устройство соединяют при помощи устройства для подсоединения волновода с волноводом, расположенным на электроде. Волновод расположен в направлении расхода электрода от конечного поперечного сечения электрода до расходуемого поперечного сечения электрода. Измеряют разность времени между посылкой радиолокационного сигнала и приемом эхо-сигнала, полученного при отражении от точки разрыва непрерывности волновода в расходуемом поперечном сечении электрода. По указанной разности определяют длину электрода. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для автоматического регулирования теплового режима нагревательных печей периодического действия. Система автоматического регулирования нагрева металла в нагревательных печах периодического действия, содержащая блок формирования задания по теплопоглощению металла, блок определения теплопоглощения металла, состоящий из тепломера и дифференциатора, три блока сравнения, регулятор расхода воздуха, блок формирования задания по скорости и изменения температуры футеровки, блок определения скорости изменения температуры футеровки, регулятор расхода топлива; первые входы первого и второго блоков сравнения соединены с выходом блока определения теплопоглощения металла, а вторые выходы подключены к выходу блока формирования задания по теплопоглощению металла, выход второго блока сравнения соединен с регулятором расхода воздуха, выход первого блока сравнения подключен к блоку формирования задания по скорости изменения температуры футеровки, выход которого соединен с первым входом третьего блока сравнения, второй вход которого подключен к блоку определения скорости изменения температуры футеровки, а выход третьего блока сравнения соединен с регулятором расхода топлива, дополнительно содержит блок определения скорости роста толщины окалины, блок задания по минимуму окалины, четвертый блок сравнения, при этом выход блока определения теплопоглощения соединен с входом блока определения скорости роста толщины окалины, выход которого подключен к первому входу четвертого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока задания по минимуму окалины, а выход четвертого блока сравнения подключен к регулятору расхода воздуха. Технический результат: повышение качества процесса регулирования теплового режима печи и сокращение расхода топлива на нагрев металла и повышение качества нагрева заготовок. 2 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники. Техническим результатом заявляемого решения является отслеживание длины дуги в процессе плавки в вакуумной дуговой печи. Технический результат достигается тем, что в способе контроля процесса плавки в вакуумной дуговой печи, включающем образование колебательного контура с использованием кристаллизатора и измерение резонансной частоты колебательного контура, образуют колебательный контур из последовательно соединенных кристаллизатора, навесного конденсатора и расходуемого электрода с дугой. В указанном колебательном контуре возбуждают электромагнитные высокочастотные колебания и измеряют резонансную частоту, по величине которой определяют текущее значение длины дуги в вакуумной дуговой печи, изменение которой используют в качестве параметра контроля процесса плавки. 1 ил.

Изобретение относится к электрометаллургии стали с подачей металлизованных окатышей через полые электроды в зону электрических дуг и на поверхность менисков при контакте электрических дуг с жидким металлом под шлаком. Дуговая печь содержит систему загрузки металлизованных окатышей через трубчатые электроды и компьютерную систему управления ходом плавки, которая снабжена выполненными с возможностью подачи сигналов в микроЭВМ датчиком веса лома, датчиком веса сыпучих материалов, датчиком веса металлизованных окатышей, датчиком потребления активной мощности, датчиком потребления мощности, системой контроля температуры металла, датчиками тока и напряжения, программным блоком расчета параметров процесса плавки металлизованных окатышей, при этом микроЭВМ выполнена с возможностью выдачи сигнала в исполнительный механизм системы загрузки металлизованных окатышей. Изобретение позволяет повысить эффективность процессов плавки металлизованных окатышей в ванне дуговой печи за счет подачи окатышей в зону высоких температур в приэлектродном пространстве дуговой печи в управляемом режиме с помощью компьютерной системы сталеплавильного агрегата. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх