СИСТЕМА КОНТРОЛЯ РАБОТЫ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЯ ШИХТЫ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ Российский патент 1999 года по МПК C21B7/24 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам контроля и диагностики работы оборудования доменных печей, и может быть использовано для автоматизации процессов доменной плавки.

Известен распределитель шихты доменной печи (Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. А.И. Целиков, П.И. Полухин и др. Машины и агрегаты доменных цехов. Т.1, 2-е изд., М: Металлургия, 1987, с. 213 -226), состоящий из вращающейся воронки с механизмом вращения и малого конуса со штангой, а также привода вращения с тремя сельсинами, предназначенными для контроля работы распределителя шихты.

Между тем использование только трех сельсинов в качестве датчиков угла поворота не обеспечивает достаточной точности контроля работы распределителя шихты.

Наиболее близким устройством по технической сущности к предлагаемому изобретению является выбранная в качестве прототипа система контроля работы распределителя шихты доменной печи, которая содержит сельсин-датчик, кинематически связанный с приводом вращающегося распределителя шихты, и сельсин-приемник, который перемещает ходовой винт каретки вторичного прибора, регистрирующего на диаграммной бумаге угол текущего положения при вращении воронки распределителя шихты. (В.М. Клемперт. Автоматизация доменных печей. М.: Металлургия, 1965, с.157).

Таким образом известные устройства не обеспечивают необходимой точности контроля работы вращающегося распределителя шихты доменной печи, достаточной для надежного управления процессом формирования столба шихты с последующим исправлением ошибки угла поворота при вращении распределителя шихты, возникающей в процессе его эксплуатации.

Целью изобретения является обеспечение эффективного управления формированием столба шихты доменней печи с последующим при этом снижением удельного расхода кокса и увеличением производительности печи за счет увеличения точности контроля.

Указанная цель достигается тем, что система контроля работы распределителя шихты доменной печи содержит регистратор с датчиком угла поворота, соединенного с выходным валом редуктора привода вращения, оснащенного схемой управления. Согласно предлагаемому изобретению система дополнительно снабжена преобразователем, формирователем команды "Сброс", формирователем кода углов заданного положения, устройством определения углов отработки, блоком задатчиков, блоком выходных реле и блоком масштабирования, второй вход которого соединен с выходом формирователя команды "Сброс", причем выходы схемы управления приводом вращения соединены соответственно с входом формирователя команды "Сброс" и с входом формирователя кода углов заданного положения, а входы - с выходами блока выходных реле, выходы устройства определения углов отработки соединены с регистратором и с входами блока выходных реле, а первый, второй, третий и четвертый входы - соответственно с выходом блока масштабирования, с выходом формирователя кода углов заданного положения, с первым входом и со вторым входом блока задатчиков, вход преобразователя соединен с датчиком угла поворота, а выход - с первым входом блока масштабирования.

Проведенный авторами предлагаемого изобретения анализ патентной и научно-технической документации не выявил технических решений, подобных заявляемому. По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение имеет ряд новых блоков, при взаимодействии которых обнаружена возможность при функционировании системы не только более точного контроля, но и диагностики работы распределителя шихты доменной печи с последующим исправлением отклонения от заданного режима его работы.

Следовательно, заявляемая авторами система контроля соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения предлагаемого изобретения с другими техническими решениями в данной области техники показывает, что используемые в качестве новых элементов системы контроля: блока масштабирования, преобразователя, формирователей кода углов заданного положения и команды "Сброс", устройства определения углов отработки, блока задатчиков и блока выходных реле - широко известны. Вместе с тем при взаимодействии элементов системы, относящихся к прототипу и к предлагаемому техническому решению, проявляются отличительные особенности функционирования системы контроля, приводящие к значительному дополнительному положительному эффекту при ее внедрении.

Таким образом все это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения предложенного устройства критерию изобретения "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы автоматического контроля работы распределителя шихты доменной печи.

На фиг. 2 изображена блок-схема устройства определения углов отработки вращающегося распределителя шихты доменной печи.

Система контроля работы распределителя шихты доменной печи (фиг. 1) содержит засыпное устройство с распределителем шихты, который состоит из вращающейся воронки, ее нижней 3 и верхней 4 части с механизмом вращения 5, малого конуса 1 с жестко закрепленной штангой 2 и приводом вращения с угловым редуктором 6, соединенным карданным валом с цилиндрическим редуктором 8, который соединен упругой муфтой с электродвигателем 7. Выходной вал цилиндрического редуктора 8 с помощью муфты соединен с датчиком угла поворота 9, который выходом соединен с информационным входом преобразователя 10. Выход преобразователя 10 и выход формирователя 13 команды "Сброс" соединены соответственно с первым информационным и вторым управляющим входами блока масштабирования 11, выходом подключенного к первому информационному входу устройства определения углов отработки 15, ко второму информационному входу устройства 15 подключен выход формирователя кода углов заданного положения 14, к информационному входу которого подсоединен второй выход схемы управления 12 приводом вращения, первым выходом соединенной с управляющим выходом формирователя 13 команды "Сброс". Третий и четвертый информационные входы устройства определения углов отработки 15 подключены соответственно к первому и второму выходам блока задатчиков 16, а первый, второй и третий, четвертый выходы устройства 15 - соответственно к первому, второму информационным входам регистратора 17 и первому, второму управляющим входам блока выходных реле 18, первым и вторым выходами соединенного с первым и вторым управляющими входами схемы управления 12 приводом вращения, оснащенного электродвигателем 7.

В качестве датчика угла поворота 9 может быть использован, например, сельсин-датчик типа БД-1404 или БД-1501. При этом может быть использован преобразователь, например, блок преобразователя положения типа БПП-М. Изготовитель - АО "Черметавтоматика", г. Москва.

Блок масштабирования 11 выполнен на базе, например, микросхемы типа МС К555 ИЕ2 с выходным счетчиком - микросхема типа МС К555 ИЕ5.

Формирователь команды "Сброс" 13 выполнен на базе, например, микросхемы типа МС К555 ЛА3; формирователь кода углов заданного положения 14 - микросхемы типа МС К 555 ИВ3 и микросхемы типа МС К155 РЕ3.

В качестве блока задатчиков 16 могут быть использованы, например, переключатели типа ПП-10; регистратора 17 - панель с двумя индикаторами, например, на базе светодиодов типа АЛС 333; блок выходных реле 18 - например, на базе реле РЭС 55.

Устройство (фиг. 2) определения углов отработки выполнено, например, на базе преобразователя 19 кода с использованием интегральной микросхемы типа МС К155 ПР7; первого и второго дешифратора 20 - МС К514 ИД2; первого и второго сумматора 21- МС К155 ИМ6; инвертора 22 кода - МС К555 ЛН1, первого и второго элемента 23 сравнения - МС К555 СП1.

Первый информационный вход устройства (фиг.2) определения углов отработки соединен с информационным входом преобразователя 19 кода, с первым информационным входом первого сумматора 21 и первым информационным входом второго сумматора 21, второй информационный вход устройства - со вторым информационным входом первого элемента 23 сравнения и с информационным входом инвертора 22 кода, третий и четвертый информационные входы устройства - со вторыми информационными входами соответственно первого сумматора 21 и второго элемента 23 сравнения. Первый и второй выходы устройства подсоединены к выходам соответственно первого и второго дешифраторов 20, а третий и четвертый выходы устройства - к выходам соответственно первого и второго элемента 23 сравнения. Причем выход первого сумматора 21 соединен с первым информационным входом первого элемента 23 сравнения, выход инвертора 22 кода соединен со вторым информационным входом второго сумматора 21, выходом подсоединенного к информационное входу второго дешифратора 20 и к первому информационному входу второго элемента 23 сравнения.

Устройство 15, так же как и блоки 11, 13 и 14, может быть реализовано, например, на элементной базе контроллера логического микропроцессорного типа "Ломиконт - 112".

Предлагаемая система контроля (фиг.1) работы распределителя шихты доменной печи работает следующим образом.

Шихтовые материалы в доменной печи, прежде поступая через систему нижней загрузки, поднимаются скиповым подъемником и загружаются в засыпное устройство, ссыпаясь через приемную воронку в распределитель шихты.

При закрытом малом конусе 1 порция шихты проходит через верхнюю 4 и нижнюю 3 воронки распределителя шихты, который с помощью механизма вращения 5 поворачивается на заданный угол вращения вместе с воронкой 3 и жестко закрепленной штангой 2, вращение которой обеспечивает вращение и малого конуса 1.

По достижении заданной по программе станции или места расположения порции шихты на поверхности малого конуса 1, последний открывается и шихта ссыпается на большой конус, находящийся в этот момент в закрытом положении. После накопления заданного по программе количества порций шихты в чаше большого конуса и соответствующей отработки этих порций шихты распределителем заданных программой станций или углов вращения с последующими высыпаниями шихты на малый конус 1 и его открытием, срабатывает большой конус и шихта ссыпается в доменную печь, равномерно распределяясь по поверхности колошника.

Таким образом при срабатывании большого конуса с помощью распределительного способа работы распределителя шихты загрузочного устройства в доменной печи формируется столб шихты по ее высоте с помощью механизма вращения 5 электропривода.

При этом привод распределителя шихты выполнен выносным и соединен с приводным валом углового редуктора 6, карданным валом связанного с цилиндрическим редуктором 8. Цилиндрический редуктор 8 получает вращение через упругую муфту с помощью электродвигателя 7, управляемого схемой управления 12.

Основной импульс, характеризующий работу распределителя шихты, поступает от датчика угла поворота 9, кинематически связанного с выходным валом цилиндрического редуктора 8 привода вращения. При этом один оборот выходного вала редуктора 8, как и вала датчика угла поворота 9, соответствует повороту зубчатого венца механизма вращения 5 распределителя шихты на угол, равный 30 град. (угловых). Если зубчатый венец механизма вращения 5 содержит, например, 204 зуба, следовательно, поворот распределителя шихты на один зуб венца механизма 5 соответствует 1,76 град. (угловых).

Опыт эксплуатации распределителя шихты в условиях работы доменных печей Акционерного общества "Новолипецкий металлургический комбинат" показывает, что для ведения нормального режима загрузки шихтой печи допустимое отклонение угла поворота распределителя шихты от заданной программой и его действительной отработки не должно превышать двух зубьев венца механизма 5 или 3,5 град. (угловых). В случае превышения величина 3,5 град. (угловых) для повышения эффективности распределения и формирования столба шихты необходимо производить регулировку параметров динамического торможения электродвигателя 7, воздействуя на схему управления 12 приводом вращения распределителя шихты. При этом распределитель шихты устанавливается в положение, при котором исключается ошибка его отработки.

Для достижения поставленной цели путем увеличения точности контроля в предлагаемой системе используется в качестве датчика угла поворота 9, например, сельсин-датчик таким образом, что трехфазная система напряжений сельсин-датчика поступает на вход преобразователя 10 типа блока преобразователя положения БПП-М, который на выходе формирует число-импульсный сигнал пропорционально углу поворота сельсин-датчика и с учетом направления вращения его вала. Блок преобразователя положения типа БПП-М содержит микропроцессорный элемент с требуемой версией рабочей программы с коэффициентом преобразования, равном 1/120, т. е. при повороте вала сельсин-датчика на один оборот на выходе преобразователя образуются 120 импульсов, которые и обеспечивают функционирование предлагаемой системы в режиме требуемой точности контроля.

Таким образом с выхода преобразователя 10 импульсы, пропорциональные углу поворота датчика 9, поступают на первый информационный вход блока масштабирования 11 в виде число-импульсного сигнала. В блоке масштабирования 11 производится обработка импульсов входного сигнала. Количество этих импульсов и_вх в конечном итоге пропорционально углу отработки вращающегося распределителя шихты. При условии, что один оборот сельсин-датчика соответствует повороту зубчатого венца механизма вращения 5 распределителя шихты на угол, равный 30 град. (угловых), коэффициент масштабирования к_м будет соответствовать значению к_м = и_вх/4, град/импульс.

В блоке масштабирования 11 преобразованный в соответствии с коэффициентом к_м счетно-импульсный сигнал, представляющий собой физическую величину в виде угла поворота распределителя шихты, град. (угловые), поступает на вход выходного двоичного счетчика, выполненного на базе трех интегральных микросхем типа МС К555 ИЕ2.

После масштабирования сигнала выходной двоичный счетчик блока 11 формирует сигнал в форме двоичного кода, поступающего на выход блока 11 и далее на первый информационный вход устройства определения углов отработки 15.

На второй управляющий вход блока масштабирования 11 в виде короткого импульса приходит сигнал управления выходным двоичным счетчиком блока 11, производя сброс информации перед поступлением очередной при отработке следующего по программе заданного угла распределителя шихты. Этот сигнал прежде поступает на второй управляющий вход блока 11 с выхода формирователя команды "Сброс" и образуется следующим образом. В нормальном режиме работы распределителя шихты схема управления 12 приводом вращения по заданной программе последовательно отрабатывает следующие станции или углы вращения: 0, (360); 60; 120; 180; 240; 300 град (угловых). Для реализации поворота распределителя шихты на станциях: 60; 120 и 180 град (угловых) используется в схеме управления 12 режим управления электродвигателем 7 "Вперед" путем включения контактора "В", а для поворота распределителя шихты на станциях: 240 и 300 град (угловых) - режим управления "Назад" при включении контактора "Н". При этом на базе интегральной микросхемы типа МС К555 ЛАЗ используется принцип ограничения длительности входного в блок 13 управляющего сигнала, образованного от срабатывания нормально открытых (н.о.) контактов "В" и "Н" и поступающего на первый выход схемы управления 12 привода вращения распределителем шихты.

Таким образом в момент включения в схеме управления 12 контакторов включения электродвигателя 7 - "В" и "Н" на выходе блока 13 формируется короткий импульс, который поступает на второй управляющий вход блока масштабирования 11, устанавливая его выходной двоичный счетчик в исходное "нулевое" состояние, обеспечивая при этом очередной прием и выход информации блока 11.

На втором информационном входе устройства определения углов отработки 15 задействован сигнал в форме двоичного кода и поступающего с выхода формирователя кода углов заданного положения 14, конструктивно собранного на шифраторе - интегральная микросхема типа МС К 555 ИВ3 и ячейке памяти - интегральная микросхема типа МС К155 РЕ3.

На информационном входе формирователя 14 обычно присутствуют позиционные коды, поступающие со второго выхода схемы управления 12 и образованные в результате коммутации н.о. контактов заданного по программе отработки станции вращения распределителя шихты. При этом шифратор блока 14 преобразует позиционный код данного заданного положения в двоично-десятичный код номера станции. Например: N станции 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 соответствует углу отработки 30 и 330; 60 и 300; 90 и 270; 120 и 240; 150 и 210; 180; 360 (0) град (угловых) и соответствует числу импульсов - 30, 60, 90, 120, 150, 180, 0. Двоично-десятичный код номера станции с выхода шифратора блока 14 в дальнейшем поступает на адресный вход его ячейки памяти. На выходе ячейки памяти и соответственно на выходе формирователя 14 образуется сигнал в форме восьмиразрядного двоичного кода заданной станции или угла отработки распределителя шихты и присутствующего на втором информационном входе устройства 15.

На третий и четвертый информационные входы устройства определения углов отработки 15 задействована информация, поступающая соответственно с первого и второго выхода блока задатчиков 16. На втором выходе присутствует сигнал в форме двоично-десятичного кода задатчика сигнализации появления ошибки при отработке заданной программой станции распределителя шихты, а на первом выходе блока 16 - задатчика коррекции и ликвидации этой ошибки. Причем на обеих одноразрядных двоично-десятичных задатчиках устанавливается пороговая величина срабатывания сигнализации и величина коррекции в пределах от 0 до 9 град (угловых) и соответственно на четвертый и третий информационные входа устройства 15 поступают сигналы в форме двоичного кода.

Итак при наличии информации в форме двоичного кода на первом входе - текущего положения угла поворота, на втором входе - его заданное по программе значение, на третьем входе - его заданное значение коррекции и на четвертом входе - его заданный порог срабатывания сигнализации, устройство (фиг.2) функционирует следующим образом.

Преобразователь кода 19 и первый дешифратор 20 устройства 15 служат для конечной обработки входной информации о текущем положении угла поворота распределителя шихты. Преобразователь 19 изменяет сигнал в форме двоичного кода в две с половиной тетрады двоично-десятичного кода с последующим его поступлением на вход первого дешифратора 20. На выходе первого дешифратора 20, как и на первом выходе устройства 15, образуется трехразрядный код для управления семисегментным светодиодным индикатором регистратора 17, поступающего по его первому информационному входу. На индикаторе регистратора 17 в цифрах при этом отображается информация о текущем изменении угла поворота распределителя шихты, град (угловых).

На другом индикаторе регистратора 17 отображается информация о величине разницы между значением текущего изменения угла поворота и значением заданного программой угла отработки распределителя шихты, град (угловых). Эта информация в устройстве 15 (фиг.2) формируется следующим образом.

Для получения величины вышеназванной разницы углов поворота распределителя шихты в устройстве 15 служат второй сумматор 21, инвертор 22 кода и второй дешифратор 20.

Информация, присутствующая в форме двоичного кода о текущем изменении угла поворота распределителя шихты на первом входе устройства 15, наряду с приемом на входе преобразователя 19 поступает на первые информационные входы первого и второго сумматоров 21. Кроме того, на второй вход второго сумматора 21 через инвертор 22 кода также поступает информация в форме двоичного кода о заданном программой угле поворота распределителя шихты по второму входу устройства 15.

В результате на выходе второго сумматора образуется сигнал в форме двоичного кода, который поступает на информационный вход второго дешифратора, образуя на его выходе, как и на втором выходе устройства 15, одноразрядный код для управления другим светодиодным индикатором регистратора 17 по его второму информационному входу.

На этом индикаторе регистратора 17 в цифрах отображается величина разницы между значением текущего избиения угла поворота и значением заданной программой угла отработки распределителя шихты, град (угловых).

Между тем с выхода второго сумматора 21 также сигнал в форме двоичного кода поступает на первый информационный вход элемента 23 сравнения, а на второй информационный вход которого - также двоичный код с четвертого входа устройства 15 о заданном в блоке задатчиков 16 пороге срабатывания сигнализации. Например, по шкале задатчика сигнализации блока 16 устанавливается величина порога срабатывания, 3 град. (угловых). При равенстве двоичных кодов сигналов, присутствующих на первом и втором входе элемента 23 сравнения, на его выходе, как и на четвертом выходе устройства 15, устанавливается "единичный потенциал", который по второму управляющему входу блока выходных реле 18 включает под электрический ток командное реле. Это реле своим н.о. контактом со второго выхода блока 18 включает по первому управляющему входу схемы управления 12 приводом вращения распределителя шихты систему сигнализации о превышении величины разности между текущим и заданным значением угла отработки распределителя шихты, установленного на задатчике сигнализации блока 16 порога срабатывания.

Персонал печи проверяет либо изменяет уставку величины коррекции на соответствующем другом задатчике блока 16. Например, по шкале задатчика коррекции блока 16 устанавливается величина 3, приблизительно равная ошибке отработки распределителя шихты в 2 зуба венца механизма вращения 5. При этом сигнал, отображающий величину 3 град. (угловых), в форме двоичного кода поступит на первый выход блока 16 и соответственно на третий информационный вход устройства 15 и на второй информационный вход его первого сумматора 21, на первый информационный вход которого поступает двоичный код текущего изменения угла поворота распределителя шихты. На выходе первого сумматора 21 образуется сигнал в форме двоичного кода о величине суммы текущего и величины коррекции угла поворота, например, 3 град (угловых), который поступает на первый информационный вход первого элемента 23 сравнения, а на второй информационный вход которого - также двоичный код о заданном угле поворота, со второго входа устройства 15.

При достижении равенства величины двоичных кодов на двух входах первого элемента 23 сравнения, на его выходе, как и на третьем выходе устройства 15, устанавливается "единичный потенциал", который по первому управляющему входу блока выходных реле 18 включает под электрический ток командное реле. Это реле своими н.о. контактами с первого выхода блока 18 используется по второму входу в схеме управления 12 для производства режима динамического торможения и необходимого останова электродвигателя 7 для ликвидации образовавшейся ошибки в отработке заданной программой станции или заданного угла вращения распределителя шихты.

После отработки распределителем шихты заданной программой станции на второй вход блока масштабирования 11 системы контроля поступает управляющий сигнал "Сброс", коротким импульсом устанавливая выходной двоичный счетчик блока 11 в исходное состояние, обеспечивая прием очередной информации по первому входу блока 11.

Новая входная информация поступает после доставки скиповым подъемником очередной порции шихты, загрузки в засыпное устройство и отработки заданной программой станции распределителя шихты доменной печи. При этом цикл работы системы контроля, описанный выше, повторяется.

Использование предлагаемого технического решения позволит с требуемой точностью оперативно контролировать режим отработки распределителя шихты в соответствии с заданной его программой работы, а также своевременно принимать меры по ликвидации образовавшейся ошибки при отработке заданного угла поворота распределителя шихты доменной печи.

Все это положительно скажется на технико-экономических показателях работы доменной печи за счет эффективного распределения шихты на колошнике печи и соответствующего формирования столба шихты по высоте печи.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к устройствам контроля и диагностики работы оборудования доменной печи, и может быть использовано для автоматизации процессов доменной плавки. Задачей, решаемой изобретением, является обеспечение эффективного управления формированием столба шихты по высоте доменной печи с последующим при этом снижением удельного расхода кокса и увеличением производительности печи за счет увеличения точности контроля. Точность системы контроля достигается совокупностью ее элементов и связями между ними. Система контроля содержит датчик угла поворота, преобразователь, блок масштабирования, схему управления приводом вращения, формирователь команды "Сброс", формирователь кода углов заданного положения, устройство определения углов отработки, блок задатчиков, регистратор и блок выходных реле. Система контролирует угол отработки распределителя шихты и определяет образовавшуюся ошибку при отработке заданной программой станции или угла поворота распределителя шихты, а также ликвидирует эту ошибку путем воздействия из схемы управления на электродвигатель привода вращения. 2 ил.

Система контроля работы распределителя шихты доменной печи, содержащая регистратор с датчиком угла поворота, соединенным с выходным валом редуктора привода вращения, оснащенного схемой управления, отличающаяся тем, что она снабжена преобразователем, формирователем команды "Сброс", формирователем кода углов заданного положения, устройством определения углов отработки, блоком задатчиков, блоком выходных реле и блоком масштабирования, второй вход которого соединен с выходом формирователя команды "Сброс", причем выходы схемы управления приводом вращения соединены соответственно с входом формирователя команды "Сброс" и с входом формирователя кода углов заданного положения, а входы - с выходами блока выходных реле, выходы устройства определения углов отработки соединены с регистратором и с входами блока выходных реле, а первый, второй, третий и четвертый входы - соответственно с выходом блока масштабирования, с выходом формирователя кода углов заданного положения, с первым входом и со вторым входом блока задатчиков, вход преобразователя соединен с датчиком угла поворота, а выход - с первым входом блока масштабирования.