ГАЗОПРОДУВОЧНАЯ ПРОБКА, ГАЗОПРОДУВОЧНАЯ СИСТЕМА, СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОПРОДУВОЧНОЙ ПРОБКИ И СПОСОБ ПРОДУВКИ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА Российский патент 2022 года по МПК B22D1/00 B22D11/117 F27D27/00 

Настоящее изобретение относится к газопродувочной пробке, к газопродувочной системе для обработки расплавленного металла, к способу исследования газопродувочной пробки и к способу продувки расплавленного металла с применением электронного датчика для обнаружения колебания механической вибрации.

Газопродувочный элемент, также называемый «газопродувочная пробка», используют для введения газов или, если это применимо, также смесей газов и твердых веществ в расплав, который подлежит обработке, в частности, в расплавленный метал л/металлургический расплав. В течение процесса продувки газообразная текучая среда для обработки поступает через соответствующие каналы/щели в газопродувочной пробке, имеющей направленную пористость, или через соответствующий объем нерегулярных пор в газопродувочной пробке, имеющей статистическую пористость.

Такая газопродувочная пробка, как правило, содержит керамический огнеупорный (жаропрочный) корпус, имеющий первый и второй торец, причем второй торец находится в установленном положении газопродувочной пробки в контакте с расплавленным металлом, и при этом первый торец покрывает металлическая крышка, которая содержит отверстие. Газопродувочная пробка сконструирована таким образом, что газ для обработки, подаваемый/поступающий через отверстие металлической крышки, протекает через корпус и выходит из корпуса через второй торец. Такая газопродувочная пробка может быть установлена в металлургических резервуарах разнообразных типов, таких как ковш, конвертер и т.д., где ее используют для введения газа в расплавленный металл, например, в целях упрощения движения расплава (также называемого «перемешивание») или для индуцирования металлургических реакций. Одним из иллюстративных эффектов введения инертных газов в расплавленный металл является повышение степени чистоты стали (степени очистки стали) вследствие переноса неметаллических загрязняющих веществ в шлак вследствие уменьшения выделения газов (см., например, Bernd Grabner, Hans Höffgen "Einsatz und Verschleiß von Sptilsteinen in der Sekundarmetallurgie", Radex-Rundschau, Heft3, 1983, page 179ff).

Иллюстративные продувочные пробки раскрыты в документах ЕР 1101825 А1 или ЕР 2703761 В1. В документе US 2008/0047396 А1 раскрыт способ, который включает введение перемешивающего газа через дно резервуара, получение измеряемой механической вибрации с помощью по меньшей мере одного датчика, прикрепленного к резервуару или к его опорной раме, фильтрование обнаруженных таким путем вибрационных сигналов с помощью нескольких фильтров, определение последовательности указанных откликов, направление каждой последовательности на вычисление временного скользящего среднеквадратического значения, выведение из него полного эффективного среднеквадратического значения (RMS) измеренного сигнала вибрации, причем указанное эффективное значение используют для регулирования перемешивания потока газа, поступающего в резервуар. В документе US 6,264,716 В1 раскрыт способ перемешивания расплавленной стали в контейнере, причем газообразный аргон вводят в контейнер, измеряют степень, в которой указанный контейнер начинает вибрировать, получают аналоговые сигналы, соответствующие скорости потока газообразного аргона в указанный контейнер, причем аналоговые сигналы регистрируют и преобразуют в цифровые сигналы, цифровые сигналы преобразуют, подвергая их быстрому преобразованию Фурье, и оценивают преобразованные цифровые сигналы.

Авторы настоящего изобретения поняли, что для эффективной продувки расплавленного металла, в частности, в целях удаления неметаллических примесей важно знать и регулировать распределение (например, количество и размер) газовых пузырьков, вводимых посредством продувочной пробки. Для различных газовых объемных потоков через газопродувочную пробку будут достигнуты различные распределения газовых пузырьков. Вследствие износа продувочной пробки, распределение газовых пузырьков, вводимых в расплав, может изменяться с течением времени, даже при постоянном газовом объемном потоке. Различные распределения газовых пузырьков могут приводить к различным результатам в течение продувки расплавленного металла, в частности, в отношении удаления примесей. Кроме того, различные продувочные пробки могут иметь различные распределения газовых пузырьков вследствие различных условий изготовления. Чтобы документально зарегистрировать качество изготовленной стали, желательно задокументировать параметры продувки расплавленного металла, в частности, в отношении удаления примесей. Также желательно обеспечить возможность воспроизведения определенного распределения газовых пузырьков для достижения стабильного качества в производстве стали.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение газопродувочной пробки, газопродувочной системы для обработки расплавленного металла, способа определения характеристик газопродувочной пробки и способ продувки расплавленного металла, которые обеспечивают повышенную производственную надежность при производстве стали, в частности, в ходе продувочной обработки стали.

Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение газопродувочной пробки, газопродувочной системы для обработки расплавленного металла, способ определения характеристик газопродувочной пробки и способ продувки расплавленного металла, которые обеспечивают воспроизводимую обработку расплавленного металла газом.

Задачу настоящего изобретения решается с помощью газопродувочной пробки по пункту 1 формулы изобретения, газопродувочной системы для обработки расплавленного металла по пункту 4 формулы изобретения, способом определения характеристик газопродувочной пробки по пункту 9 формулы изобретения и способом продувки расплавленного металла по пункту 10 формулы изобретения. Преимущества и усовершенствования, упомянутые в связи с указанным способом, также распространяются аналогичным образом на изделия/физические объекты и наоборот.

Основная идея настоящего изобретения основана на обнаружении того, что возникающие структурные вибрации (механические вибрации/колебания), производимые пузырьками, которые выходят из корпуса продувочной пробки через его второй торец, могут быть измерены электронным датчиком, находящимся в контакте с газопродувочной пробкой. Это позволяет обнаруживать и анализировать распределение газовых пузырьков, которые образует газ, вводимый в расплавленный металл.

Далее термин «колебательная волновая форма механической вибрации» следует понимать как временной профиль обнаруженного колебания, возникающего в результате механической вибрации. С математической точки зрения, это функция g(t) от времени t или ее дискретные значения g(t_i) в определенные моменты времени. Значения g(t) могут представлять собой, например, значения ускорения или быть пропорциональными энергии, или представлять собой простое отклонение (такое как смещение).

Далее термин «частотный спектр» следует понимать как представление колебательной волновой формы механической вибрации в определенном временном интервале в частотном диапазоне. Это коэффициенты (частотно-амплитудные значения) колебаний, из которых состоит колебательная волновая форма механической вибрации, в определенном временном интервале. Частотно-амплитудные значения G(f_j) соответствующих частотных компонентов получают как функцию частоты f_j или соответствующую временную прогрессию (G(t,f_j)).

Далее термин «объемный поток» означает объемную скорость Q потока газа (также часто называемый «газовый объемный поток»), который является потоком объема V через поверхность (например, через площадь поперечного сечения газоподающего трубопровода) в единицу времени t (измеряется в м³/с или л/с или л/мин; 1 л/мин=1,6×10^-5 м³/с).

Согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения задача решается обеспечением газопродувочной пробки для применения в металлургии, содержащей:

a) керамический огнеупорный корпус, имеющий первый торец и второй торец;

b) второй торец находится в установленном положении газопродувочной пробки в контакте с расплавленным металлом;

c) первый торец покрыт (по меньшей мере частично) металлической крышкой, причем металлическая крышка содержит отверстие, к которому необязательно присоединяется газоподающий патрубок;

d) газопродувочная пробка сконструирована таким образом, что продувочный (используемый для обработки) газ, который поступает через отверстие, протекает через корпус и выходит из корпуса через второй торец; и

e) по меньшей мере один электронный датчик, который находится в (механическом) контакте с газопродувочной пробкой (который, например, может быть установлен на металлическую крышку или газоподающий патрубок) для обнаружения колебательной волновой формы механической вибрации, причем электронный датчик представляет собой датчик ускорения.

Согласно второму варианту осуществления настоящее изобретение относится к газопродувочной системе, содержащей газопродувочную пробку для применения в металлургии и газоподающий трубопровод, присоединенный к газопродувочной пробке (через отверстие или через газоподающий патрубок), причем газопродувочная пробка содержит:

a) керамический огнеупорный корпус, имеющий первый торец и второй торец;

b) второй торец находится в установленном положении газопродувочной пробки в контакте с расплавленным металлом;

c) первый торец (по меньшей мере частично) покрыт металлической крышкой, причем металлическая крышка содержит отверстие, к которому необязательно присоединен газоподающий патрубок;

d) газопродувочная пробка сконструирована таким образом, что продувочный (используемый для обработки) газ, который поступает через газоподающий трубопровод в отверстие, протекает через корпус и выходит из корпуса через второй торец; и

e) по меньшей мере один электронный датчик, который находится в (механическом) контакте с газопродувочной пробкой (который, например, может быть установлен на металлическую крышку или газоподающий патрубок) для обнаружения колебательной волновой формы механической вибрации, причем электронный датчик представляет собой датчик ускорения;

при этом газопродувочная система дополнительно содержит:

f) блок обработки данных для приема колебательной волновой формы механической вибрации, обнаруженной электронным датчиком газопродувочной пробки, и для вычисления сигнала индекса пузырьков из колебательной волновой формы обнаруженной механической вибрации;

g) управляющий блок;

причем управляющий блок выполнен с возможностью:

- отображения сигнала индекса пузырьков; и/или

- варьирования объемного потока через газоподающий трубопровод в зависимости от сигнала индекса пузырьков; и/или

- генерации предупредительного сигнала, когда сигнал индекса пузырьков находится за пределами заданного диапазона.

Керамический огнеупорный корпус может представлять собой пористый огнеупорный материал (имеющий косвенную пористость) или плотный материал, содержащий каналы/щели (имеющий непосредственную пористость), или их смесь (имеющую косвенную и непосредственную пористость). Керамический корпус может иметь разнообразные формы, такие как усеченный конус, цилиндр, усеченная пирамида, кубоид и. т.д.

В установленном положении продувочная пробка может находиться в стенке металлургического резервуара, таким образом, что ее второй торец (верхний торец или «внутренний» торец) вступает в контакт с расплавленным металлом, который наполняет металлургический резервуар. Первый торец (нижний торец или «наружный» торец) корпуса продувочной пробки может по меньшей мере частично покрывать металлическая крышка, которая содержит отверстие. Первый торец (нижний торец) корпуса продувочной пробки может полностью или частично покрывать металлическая крышка, которая содержит отверстие.

Отверстие может представлять собой простое отверстие, или отверстие может быть необязательно присоединено к газоподающему патрубку. Газоподающий патрубок обеспечивает упрощенную установку и разборку газоподающего трубопровода. Предпочтительно газоподающий патрубок присоединен жестко (без возможности отсоединения) к металлической крышке продувочной пробки, например, посредством сварки с газоподающим патрубком и металлической крышкой. Газоподающий патрубок может составлять единое целое и неотъемлемую часть металлической крышки.

Продувочная пробка может быть сконструирована таким образом, что когда продувочный (предназначенный для обработки) газ поступает через отверстие (или через необязательный газоподающий патрубок), продувочный (предназначенный для обработки) газ будет протекать через корпус продувочной пробки и выходить из корпуса через его второй торец, где продувочный (предназначенный для обработки) газ будет поступать в расплавленный металл. На границе раздела между вторым торцом продувочной пробки и расплавленным металлом будут образовываться газовые пузырьки различных размеров и с различной скоростью в зависимости от микроструктуры корпуса и объемного потока газа. После того, как газовый пузырек появляется на этой границе раздела, в определенный момент газовый пузырек будет открепляться от второго торца корпуса и полностью мигрировать в расплавленный металл. Каждая такая миграция газового пузырька вызывает импульс в корпусе. Все эти импульсы передаются к первому торцу и к металлической крышке корпуса. Повторяемость (частота) таких импульсов зависит от размеров пузырьков, поскольку мелкие пузырьки мигрируют с высокой степенью повторяемости (высокой частотой), в то время как крупные пузырьки имеют более продолжительное время пребывания на границе раздела и, таким образом, низкую степень повторяемости (низкую частоту). Интенсивность таких импульсов при определенной степени повторяемости (частоте) зависит от числа (количества) пузырьков определенного размера, которые покидают корпус.

Переданные импульсы могут быть измерены как механические вибрации/колебания. Таким образом, продувочная пробка дополнительно содержит по меньшей мере один электронный датчик, находящийся в (механическом) контакте с газопродувочной пробкой и предназначенный для обнаружения колебания механической вибрации, которую создают газовые пузырьки, выходящие из корпуса в расплавленный металл. Электронный датчик позволяет принимать/обнаруживать колебательную волновую форму механической вибрации. Электронный датчик находится в непосредственном контакте с продувочной пробкой так, что может быть обнаружена существующая в структуре вибрация, которую вызывают пузырьки, выходящие из корпуса продувочной пробки. Непосредственный контакт газопродувочной пробкой позволяет принимать колебательную волновую форму механической вибрации, которую генерируют пузырьки, выходящие из второго торца, обеспечивая очень высокое качество (высокий уровень сигнала) при весьма незначительном влиянии любых вибраций, индуцированных в любой другой части металлургического резервуара.

По меньшей мере один электронный датчик может быть установлен на металлическую крышку или газоподающий патрубок, чтобы обнаруживать колебательную волновую форму механической вибрации.

По меньшей мере один электронный датчик может находиться в контакте с газопродувочной пробкой путем установки на металлической крышке или снаружи газоподающего патрубка или внутри газоподающего патрубка. Указанные положения обеспечивают превосходное обнаружение колебательной волновой формы механической вибрации, которую создают газовые пузырьки, поступающие в расплавленный металл. Положение установки на металлической крышке предусматривает установку датчика на любой стороне металлической крышки или, другими словами на стороне металлической крышки, обращенной к корпусу, или на стороне металлической крышки, обращенной наружу (то есть на ее наружной поверхности). Положение установки на обращенной наружу стороне металлической крышки или снаружи газоподающего патрубка обеспечивает хорошую возможность доступа и обслуживания датчика. Предпочтительно электронный датчик устанавливают внутри газоподающего патрубка или на обращенной к корпусу стороне металлической крышки. Положение установки внутри газоподающего патрубка или на обращенной к корпусу стороне металлической крышки обеспечивает хорошую защиту датчика, например, от механических воздействий.

Датчик может предпочтительно представлять собой датчик колебаний/ускорений.

Датчик может предпочтительно представлять собой датчик колебаний/ускорений, выбранный из группы, которую составляют: лазерный виброметр, пьезоэлектрический акселерометр, пьезорезистивный датчик, тензометрический датчик, емкостной датчик ускорения, магниторезистивный датчик ускорения. Применение одного из указанных датчиков ускорения позволяет в значительной степени исключить акустические воздействия окружающей среды (такие как вторичные шумы, например, от металлургического резервуара).

Традиционные акустические датчики, такие как микрофоны, имеют недостатки или даже оказываются неподходящими, поскольку они регистрируют многочисленные фоновые шумы из окружающей среды.

Электронный датчик газопродувочной пробки может представлять собой датчик ускорения, предпочтительно пьезоэлектрический датчик ускорения. Посредством применения пьезоэлектрического датчика ускорения могут быть в значительной степени исключены акустические воздействия окружающей среды (такие как вторичные шумы), и в то же время могут быть достигнуты высокая воспроизводимость и долговечность продувочной пробки.

Датчик обнаруживает колебательную волновую форму механической вибрации, которую производят пузырьки, выходящие из продувочной пробки через второй торец; то есть возникающие в структуре вибрации, которые создают выходящие пузырьки. Обнаружение осуществляется согласно принципу измерения ускорения. В частности, регистрируются отклонения колебания механической вибрации в направлении вдоль оси продувочной пробки. Таким образом, датчик, как правило, измеряет значения ускорений, которые являются перпендикулярными относительно поверхности второго торца корпуса, в форме последовательности электрических величин (мощности или потенциала) как функцию времени.

Таким образом, датчик может быть предпочтительно выполнен с возможностью обнаружения колебаний/ускорений механической вибрации в направлении, перпендикулярном по отношению к поверхности второго торца корпуса. Такой датчик может проявлять так называемую поперечную чувствительность, составляющую не более чем 5% или предпочтительно даже не более чем 3%. Такая конфигурация датчика в значительной степени уменьшает фоновый шум от других источников.

Значения ускорения могут быть измерены, например, для получения колебательной волновой формы механической вибрации g, которую составляют дискретные значения (пропорциональные ускорению значения электрического тока или напряжения/потенциала g(t₀), g(t₁), g(t₂)…), как функции дискретных значений времени t₀, t₁, t₂, а затем проанализированы в блоке обработки данных.

Согласно еще одному аспекту датчик может быть интегрирован в зажим, который окружает газоподающий патрубок. Это обеспечивает простую заменяемость датчика.

Газопродувочная система может дополнительно содержать блок обработки данных для приема/регистрации колебательной волновой формы механической вибрации посредством датчика.

Газопродувочная система может дополнительно содержать управляющий блок.

Термины «блок обработки данных» и «управляющий блок» следует понимать как означающие одно или несколько устройств, которые предназначены для осуществления соответствующих технологических стадий, описанных ниже, и которые для этой цели содержат дискретные электронные компоненты для обработки сигналов или выполнены частично или полностью в форме программного обеспечения в составе компьютера.

Например, управляющий блок и блок обработки данных могут быть подключены таким образом, что блок обработки данных и управляющий блок могут обмениваться данными. Управляющий блок может представлять собой часть блока обработки данных или наоборот. Управляющий блок и блок обработки данных могут быть реализованы в форме программного обеспечения в составе компьютера.

Блок обработки данных может быть подключен к электронному датчику газопродувочной пробки и может осуществлять следующие технологические стадии:

Сигналы датчика (колебательные волновые формы механической вибрации) могут отслеживаться непрерывно (а также приниматься и обрабатываться), и эти сигналы могут быть преобразованы в частотный спектр (значения частоты и амплитуды). Получение колебательной волновой формы механической вибрации предпочтительно осуществляют, используя электронные средства, например, оцифровывая электрические сигналы от датчика с последующим сохранением в цифровой форме оцифрованных данных на информационном носителе или в памяти компьютера.

Превращение (преобразование) колебательной волновой формы механической вибрации в значения частоты и амплитуды, т.е. вычисление частотного спектра (частотное преобразование) может быть осуществлено, например, посредством преобразования Фурье или быстрого преобразования Фурье.

Частотный спектр может быть вычислен из колебательной волновой формы механической вибрации для конкретного временного интервала. Временной интервал находится в диапазоне от 10 миллисекунд до 5 секунд.

Стандартный частотный спектр может быть зарегистрирован и вычислен заблаговременно (например, в момент времени t=0 или, в качестве альтернативы, после изготовления продувочной пробки) из обнаруженной колебательной волновой формы механической вибрации. Колебательная волновая форма механической вибрации называется «стандартный сигнал» в том случае, когда она относится к стандартной продувочной пробке, или в том случае, когда она представляет собой колебательную волновую форму механической вибрации, воспринимаемую в ходе стандартного измерения; в этом случае частотный спектр называется «стандартный частотный спектр».

Фактический частотный спектр может быть вычислен в режиме реального времени (во время эксплуатации) из обнаруженной колебательной волновой формы механической вибрации. В этом случае колебательная волновая форма механической вибрации называется «фактический сигнал». В этом случае частотный спектр называется «фактический частотный спектр».

Колебательная волновая форма механической вибрации, которая представляет собой значения g (значения электрического тока или напряжения/потенциала g(t₀), g(t₁), g(t₂)…) как функцию дискетных значений времени t₀, t₁, t₂ датчика, может быть превращена посредством преобразования в частотно-амплитудные значения G как функцию дискретных частот f_j. Преобразование (преобразование Фурье для частотного преобразования) применяется к конкретному временному интервалу (например, в моменты времени t_i, где i=i₀…i₁), причем частотный спектр получают в момент времени t=t_i1 (G(t_i1,f_j)).

Частотное преобразование Фурье предпочтительно представляет собой преобразование, которое позволяет вычислять спектральную функцию из гармонических колебаний функции сигнала f (мощности гармоники в сигнале), т.е.:

где представляет собой так называемое быстрое преобразование Фурье, и X'(f) представляет собой комплексное сопряжение X(f).

Из полученных таким способом (стандартных и фактических) частотных спектров компонент BI_n индекса пузырьков может быть вычислен путем суммирования частотно-амплитудных значений G(t,f) в определенном частотном диапазоне В частности, из фактического частотного спектра определяют по меньшей мере один компонент индекса пузырьков (например, фактический компонент BI_n(t) индекса пузырьков), и/ил и из стандартного частотного спектра определяют по меньшей мере один стандартный компонент (например, BI_n(0)) индекса пузырьков путем суммирования соответствующих частотно-амплитудных значений G(t,f) по конкретному частотному диапазону.

Предпочтительно по меньшей мере один компонент индекса пузырьков например, первый компонент BI₁ индекса пузырьков может быть вычислен в диапазоне f_j от (а=) 20 Гц до (b=) 1000 Гц из фактического и целевого частотного спектра, соответственно. Было обнаружено, что этот диапазон описывает пузырьки крупных размеров.

Предпочтительно по меньшей мере один компонент индекса пузырьков, например, второй компонент BI₂ индекса пузырьков может быть вычислен в диапазоне f_j от (а=) 1000 Гц до (b=) 6000 Гц из фактического и целевого частотного спектра, соответственно. Было обнаружено, что этот диапазон описывает пузырьки средних размеров.

Предпочтительно по меньшей мере один компонент индекса пузырьков, например, третий компонент BI₃ индекса пузырьков может быть вычислен в диапазоне f_j от (а=) 6000 Гц до (b=) 8000 Гц из фактического и целевого частотного спектра, соответственно. Было обнаружено, что этот диапазон описывает пузырьки мелких размеров.

Необязательно (в качестве дополнения) компонент индекса пузырьков может быть вычислен как изменяющееся среднее (скользящее среднее) значение для сглаживания сигнала Таким образом, например, Протяженность временного интервала, для которого может быть вычислено скользящее среднее значение, выбирают на основании качества данных. Вычисление скользящего среднего значения обладает эффектом, заключающимся в том, что краткосрочные или высокочастотные возмущения не производят никакого воздействия на результат продувки.

Необязательно (в качестве дополнения) по меньшей мере один компонент индекса пузырьков может быть вычислен из среднеквадратического значения ускорения (ассel. RMS), например, следующим образом:

или

Сигнал BI(t) индекса пузырьков может вычислен с использованием (взвешенного) суммирования отклонений (разностей) между по меньшей мере одним или несколькими из фактических и стандартных компонентов индекса пузырьков.

Это может быть осуществлено, например, посредством взвешенного линейного суммирования и/или посредством суммирования квадратов разностей (отклонений) индивидуальных или всех фактических/стандартных компонентов индекса пузырьков, соответственно, с весовыми коэффициентами a_n;

или, в качестве альтернативы, также посредством составления соотношения фактического и стандартного компонентов индекса пузырьков и посредством линейного суммирования и/или посредством суммирования квадратов соотношений индивидуальных или всех фактических/стандартных компонентов индекса пузырьков, в каждом случае с весовыми коэффициентами a_n:

Весовые коэффициенты могут быть получены посредством эмпирических исследований, посредством математических моделей на основании модельных вычислений или посредством компьютеризованного обучения (например, наподобие нейронной сети).

Весовые коэффициенты также могут быть получены посредством варьирования объемного потока через газ о продув очную пробку и оптического наблюдения распределения пузырьков, например, в модели с ванне с водой.

Соответствующие фактические и стандартные компоненты индекса пузырьков могут быть определены аналогичным способом, например, с применением такой же математической формулы или алгоритма. В то время как фактические компоненты BI_n(t) индекса пузырьков, как правило, определяют в ходе эксплуатации, стандартный компонент BI_n(0) индекса пузырьков может быть определен заблаговременно, в том числе непосредственно после изготовления г аз о продув очной пробки или в начале продувочной операции в стандартных условиях. Такая стандартная операция может быть начата, например, когда горячий расплавленный металл наполняет резервуар, оборудованный газопродувочной пробкой/системой согласно настоящему изобретению. Стандартные компоненты BI_n(0) пузырьковый индекс могут быть получены для различных значений газового объемного потока. Стандартные компоненты BI_n(0) газовых пузырьков могут быть сохранены в управляющем блоке или на любом запоминающем устройстве, которое может быть сделано доступным из управляющего блока. В качестве альтернативы, стандартные компоненты BI_n(0) пузырьковый индекс также могут быть определены посредством компьютерного моделирования, или эти значения могут быть определены оператором в значении целевой функции.

Таким образом, блок обработки данных может определять стандартные компоненты BI_n(0) индекса пузырьков посредством суммирования частотно-амплитудных значений из стандартного частотного спектра по определенному частотному диапазону.

Блок обработки данных также может определять фактические компоненты BI_n(t) индекса пузырьков посредством суммирования частотно-амплитудных значений из фактического частотного спектра по определенному частотному диапазону.

Блок обработки данных может определять сигнал BI(t) индекса пузырьков посредством взвешенного суммирования разностей или соотношений между фактическими компонентами BI_n(t) индекса пузырьков и стандартными компонентами BI_n(0) индекса пузырьков.

Кроме того, управляющий блок может быть выполнен с возможностью отображения по меньшей мере сигнала BI(t) индекса пузырьков, например, во время эксплуатации пробки.

Управляющий блок может быть выполнен с возможностью варьирования объемного потока Q через газоподающий трубопровод в зависимости от сигнала индекса пузырьков.

Управляющий блок может быть выполнен с возможностью генерирования предупредительного сигнала, когда сигнал индекса пузырьков находится за пределами заданного диапазона, например, если BI(t) превышает заданное предельное значение. Предупредительный сигнал может представлять собой акустический сигнал (передаваемый посредством звука) или оптический сигнал (передаваемый, например, посредством сигнальной лампы или отображенияи на экране). Предупредительный сигнал также может поступать в следующий управляющий блок, в частности, предупредительный сигнал может инициировать предупреждение о замене продувочной пробки после эксплуатации новой продувочной пробкой.

Управляющий блок может дополнительно содержать управляющий клапан, чтобы регулировать объемный поток продувочного газа через газоподающий трубопровод. Управляющий клапан может представлять собой электрически регулируемый клапан, такой как, например, электрически регулируемый игольчатый клапан. Управляющий блок может содержать управляющий клапан и может быть выполнен с возможностью варьирования объемного потока через газоподающий трубопровод в зависимости от сигнала индекса пузырьков.

Управляющий блок может дополнительно содержать расходомер, чтобы измерять объемный поток продувочного газа, поступающего через газоподающий трубопровод. Расходомер может обеспечивать данные в отношении объемного потока продувочного газа, которые могут быть подвергнуты последующей обработке внутри/посредством управляющего блока.

Управляющий блок также может необязательно содержать манометр для измерения давления в газоподающем трубопроводе. Манометр может обеспечивать данные о давлении продувочного газа, которые могут быть подвергнуты последующей обработке внутри/посредством управляющего блока.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения задача решается обеспечением способа продувки расплавленного металла в металлургическом резервуаре газом, причем способ включает следующие стадии:

- установка фактического объемного потока газа через продувочную пробку на уровне заданного значения начального объемного потока;

- получение колебательной волновой формы механической вибрации при фактическом объемном потоке по меньшей мере одним электронным датчиком в непосредственном контакте с газопродувочной пробкой, причем электронный датчик представляет собой датчик ускорения, предпочтительно пьезоэлектрический датчик ускорения; и:

- варьирование объемного потока через газоподающий трубопровод в зависимости от получаемой колебательной волновой формы механической вибрации; и/или

- генерирование предупредительного сигнала в зависимости от получаемой колебательной волновой формы механической вибрации.

Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения задача решается обеспечением способа продувки расплавленного металла в металлургическом резервуаре газом, причем способ включает следующие стадии:

- установка фактического объемного потока газа через продувочную пробку на уровне заданного значения начального объемного потока;

вычисление сигнала индекса пузырьков из полученной (измеренной) колебательной волновой формы механической вибрации при фактическом объемном потоке через газоподающий трубопровод; и далее:

- генерирование предупредительного сигнала, если сигнал индекса пузырьков находится за пределами заданного диапазона индекса пузырьков; и/или

- варьирование объемного потока через газоподающий трубопровод в зависимости от сигнала индекса пузырьков.

В этом способе предпочтительно применена газопродувочная пробка согласно настоящему изобретению. В способе предпочтительно применена газопродувочная система согласно настоящему изобретению.

Предпочтительно в этом способе на первой стадии (то есть перед вычислением сигнала BI(t) индекса пузырьков) определяют заданные значения по меньшей мере для одного из значений из следующей группы: стандартный компонент BI_n(0) индекса пузырьков, начальный объемный поток Q₀ через газоподающий трубопровод, диапазон ΔBI индекса пузырьков, целевой/максимальный газовый объем V_MAX. Указанные значения можно, например, загружать из запоминающего устройства компьютера, или их может вводить пользователь. В случае одного или нескольких стандартных компонентов BI_n(0) индекса пузырьков значения могут быть введены вместе с газопродувочной пробкой, например, в форме электронного списка данных. Эти значения могут быть загружены в информационный блок.

Во время первой стадии способа объемный поток продувочного газа через газоподающий трубопровод может быть установлен на уровне заданного значения начального объемного потока (Q=Q₀). Предпочтительно управляющий блок может настраивать электрически регулируемый клапан таким образом, что достигается начальный объемный поток.

Стадия варьирования объемного потока может включать увеличение объемного потока Q(t) продувочного газа через газоподающий трубопровод (например, посредством электрически регулируемого клапана) в том случае, когда сигнал BI(t) индекса пузырьков находится в пределах заданного диапазона ΔBI индекса пузырьков. Это увеличение может быть осуществлено посредством увеличения объемного потока Q(t) на дискретное значение ΔQ, так что Q(t+1)=Q(t)+ΔQ. Предпочтительно управляющий блок может настраивать электрически регулируемый клапан таким образом, что достигается новый объемный поток Q(t+1). Это обеспечивает весьма эффективную продувку с очень высокой скоростью (короткой продолжительностью) продувки.

В качестве альтернативы, стадия варьирования объемного потока может включать поддержание постоянного объемного потока Q(t) продувочного газа через газоподающий трубопровод в том случае, когда сигнал BI(t) индекса пузырьков находится в пределах заданного диапазона ΔВ1 индекса пузырьков, таким образом, что Q(t+1)=Q(t). Это обеспечивает очень высокую равномерность и определенность продувочного процесса с течением времени.

Стадия варьирования объемного потока может включать уменьшение объемного потока Q(t) продувочного газа через газоподающий трубопровод (например, с помощью электрически регулируемого клапана) в том случае, когда сигнал BI(t) индекса пузырьков находится за пределами заданного диапазона ΔBI индекса пузырьков. Это уменьшение может быть осуществлено посредством уменьшения объемного потока Q(t) на дискретное значение ΔQ, так что Q(t+1)=Q(t)-ΔQ. Предпочтительно управляющий блок может настраивать электрически регулируемый клапан таким образом, что достигается новый объемный поток Q(t+1).

Стадия варьирования объемного потока может включать алгоритм для поиска максимального возможного объемного потока, характеризующегося определенным заданным сигналом индекса пузырьков. В результате этого становится возможным заблаговременное определение конкретного целевого распределения пузырьков по размерам, причем алгоритм постоянно оптимизирует газовый объемный поток в целях достижения оптимального целевого распределения пузырьков по размерам.

Способ может дополнительно включает стадию, на которой газовая продувка останавливается, когда полный объемный поток продувочного газа Q_total через трубопровод достигает заданного целевого газового объема (V_MAX), например, когда Q_total≥V_max. Полный объемный поток Q_total измеряют, используя расходомер, или вычисляют из фактических значений объемного потока, которые суммируют (или, в качестве альтернативы, интегрируют) по времени:

Предпочтительно управляющий блок может останавливать газовый поток посредством настройки электрически регулируемого клапана таким образом, что объемный поток продувочного газа является нулевым, когда полный объемный поток Q_total продувочного газа через трубопровод достигает (или превышает) заданный целевой газовый объем (V_MAX).

Способ может быть применен преимущественно во время операции продувки расплавленного металла в металлургическом резервуаре.

В качестве альтернативы способ может быть применен для определения параметров газопродувочной пробки. Это может быть осуществлено, например, после изготовления газ о про дув очной пробки, например, путем испытания в ванне с водой. Это также может быть осуществлено, например, в рамках проверочного испытания. В ходе исследования такой газ о продув очной пробки значения для стандартных компонентов BI_n(0) индекса пузырьков можно получать и сохранять для различных объемных потоков (Q(t)). В таком испытании в ванне с водой различные компоненты индекса пузырьков можно сопоставлять с реальными размерами пузырьков, используя оптические средства.

Согласно следующему аспекту настоящего изобретения задача решается обеспечением способа определения параметров газ о продувочной пробки, включающий следующие стадии:

- установка фактического объемного потока газа через продувочную пробку (например, на уровне заданного значения начального объемного потока);

- получение колебательной волновой формы механической вибрации при фактическом объемном потоке по меньшей мере одним электронным датчиком, находящимся в непосредственном контакте с газопродувочной пробкой, причем электронный датчик представляет собой датчик ускорения, предпочтительно пьезоэлектрический датчик ускорения;

- вычисление по меньшей мере одного компонента индекса пузырьков из полученной (измеренной) колебательной волновой формы механической вибрации при фактическом объемном потоке;

- сохранение по меньшей мере одного значения компонента индекса пузырьков (в качестве стандартного компонента индекса пузырьков), например, в памяти компьютера.

Иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения разъясняются более подробно посредством следующих иллюстраций:

на Фиг. 1 представлено схематическое изображение варианта газопродувочной пробки согласно изобретению,

на Фиг. 2 представлено схематическое изображение варианта газопродувочной системы согласно изобретению,

на Фиг. 3 представлена схематическая последовательность варианта способа согласно изобретению,

на Фиг. 4 представлена схематическая последовательность варианта способа согласно изобретению,

на Фиг. 5 и 6 представлена иллюстративная диаграмма компонентов индекса пузырьков.

На Фиг. 1 представлен первый вариант настоящего изобретения, а именно продувочная пробка (10) для применения в металлургии, содержащая керамический огнеупорный корпус (10k), имеющий первый торец (10u) и второй торец (10о), причем второй торец (10о) находится в установленном положении газопродувочной пробки (10) в контакте с расплавленным металлом (41, не представлено на Фиг. 1), первый торец (10u) покрыт металлической крышкой (12.1), причем металлическая крышка (12.1) содержит отверстие (16), к которому присоединяется газоподающий патрубок (20), газопродувочная пробка (10) сконструирована таким образом, что продувочный (предназначенный для обработки) газ, который поступает через газоподающий патрубок (20) в отверстие (16), протекает через корпус (10k) и выходит из корпуса через второй торец (10о), и по меньшей мере один электронный датчик (70, 70.1, 70.2, 70.3) в механическом контакте с газопродувочной пробкой (10), для обнаружения колебания механической вибрации (здесь пьезоэлектрический датчик ускорения, представляющий собой акселерометр ICP, модель №352С33). Между металлической крышкой (12.1) и первым торцом (10u) корпуса (10k) необязательное полое пространство (14) обеспечивает распределение продувочного (предназначенного для обработки) газа перед тем, как продувочный (предназначенный для обработки) газ поступает в корпус (10k) через его первый торец (10u). Необязательная металлическая рубашка (12.2) окружает (по меньшей мере частично) корпус (10k), причем металлическая рубашка присоединена к металлической крышке (12.1) газонепроницаемым образом, например, посредством сварки металлической рубашки (12.2) и металлической крышки (12.1) друг с другом.

Согласно первому альтернативному варианту осуществления датчик (70, 70.1) установлен на наружной поверхности металлической крышки (12.1). Датчик (70, 70.1) выполнен с возможностью обнаружения колебаний/ускорений механической вибрации в направлении, перпендикулярном по отношению ко второму торцу (10о) корпуса (10k).

Согласно второму альтернативному варианту осуществления датчик (70, 70.2) установлен на наружной поверхности газоподающего патрубка (20). Датчик интегрирован в съемный зажим (не показан), который может быть прикреплен к газоподающему патрубку (20). Датчик (70, 70.2) выполнен с возможностью обнаружения колебаний/ускорений механической вибрации в направлении, перпендикулярном относительно второго торца (10о) корпуса (10k).

Согласно третьему альтернативному варианту осуществления датчик (70, 70.3) установлен внутри газоподающего патрубка (20). Датчик (70, 70.3) выполнен с возможностью обнаружения колебаний/ускорений механической вибрации в направлении, перпендикулярном по отношению ко второму торцу (10о) корпуса (10k).

Согласно четвертому альтернативному варианту осуществления датчик (70, 70.4) установлен внутри металлической крышки (12.1). Датчик (70, 70.4) выполнен с возможностью обнаружения колебаний/ускорений механической вибрации в направлении, перпендикулярном по отношению ко второму торцу (10о) корпуса (10k).

На Фиг. 2 показан второй вариант осуществления настоящего изобретения, а именно газопродувочная система, содержащая газопродувочную пробку (10) для применения в металлургии и газоподающий трубопровод (30), присоединенный к газопродувочной пробке (10) через газоподающий патрубок (20). Газопродувочная пробка (10) содержит керамический огнеупорный корпус (10k), имеющий первый торец (10u) и второй торец (10о), причем второй торец (10о) находится в установленном положении газопродувочной пробки (10) в контакте с расплавленным металлом (41), первый торец (10u) покрыт металлической крышкой (12.1), причем металлическая крышка (12.1) содержит отверстие (16), к которому присоединен газоподающий патрубок (20), при этом газопродувочная пробка (10) сконструирована таким образом, что продувочный газ который поступает через газоподающий трубопровод (30) через газоподающий патрубок (20) в отверстие (10), протекает через корпус (10k) и выходит из корпуса (10k) через второй торец (10о), и с по меньшей мере одним электронным датчиком (70, 70.1, 70.2, 70.3). Газопродувочная система дополнительно содержит блок (80) обработки данных для приема колебательной волновой формы (81) механической вибрации, обнаруженной электронным датчиком (70, 70.1, 70.2, 70.3) газопродувочной пробки (10), и для вычисления сигнала (83) индекса пузырьков из колебательной волновой формы (81) механической вибрации. Газопродувочная система дополнительно содержит управляющий блок (100), причем управляющий блок (100) выполнен с возможностью отображения сигнала (83) индекса пузырьков и варьирования объемного потока (102) через газоподающий трубопровод (30) (и в результате этого через корпус (10k) газопродувочной пробки (10)), в зависимости от сигнала (83) индекса пузырьков BI(t). В качестве альтернативы, как показано на Фиг. 4, может быть генерирован предупредительный сигнал (101), когда сигнал (83) индекса пузырьков BI(t) находится за пределами заданного диапазона ΔBI (85). Во время эксплуатации газопродувочная пробка (10) установлена в стенке металлургического резервуара (40). Продувочный (предназначенный для обработки) газ поступает из газового резервуара (не показан) через газоподающий трубопровод (30), через управляющий клапан (100а), расходомер (100b) и манометр (100 с) управляющего блока (100) в газоподающий патрубок (20) через отверстие (16) в газопродувочной пробке (10), причем газ проходит от первого торца (10u) до второго торца (10о) корпуса (10k) в расплавленный металл (41). Газовые пузырьки внутри расплавленного металла осуществляют газопродувочную обработку (42). Датчик (70) обнаруживает колебания механической вибрации у газопродувочной пробки (10) посредством регистрации существующих в структуре вибраций, которые возникают, когда газовые пузырьки выходят из корпуса (10k) через его второй торец (10о) в расплавленный металл (41).

Как показано на Фиг. 3 датчик передает обнаруженные значения колебаний (в форме электронного сигнала) механической вибрации в блок (80) обработки данных. Обнаруженные значения колебаний механической вибрации оцифровываются блоком (80) обработки данных и представляют колебательную волновую форму g(t) механической вибрации (81). Осуществляется преобразование Фурье, которое преобразует колебательную волновую форму g(t) механической вибрации (81) в частотный спектр (82), включающий частотно-амплитудные значения G(f) (82а). Компоненты BI_n(t) индекса пузырьков могут быть вычислены из частотно-амплитудных значений G(f) (82а) частотного спектра (82), например, посредством суммирования частотно-амплитудных значений (82а) в определенном частотном диапазоне в определенный момент времени. Таким образом, блок (80) обработки данных определяет компоненты (86.1, 86.2) индекса пузырьков посредством суммирования частотно-амплитудных значений (82а) из частотного спектра (82) в определенном частотном диапазоне.

Согласно еще одному варианту осуществления система может быть использована для осуществления представленного ниже способа определения характеристик газопродувочной пробки, (10), включающего следующие стадии:

- установка (300) объемного потока газа через продувочную пробку (10), например, на уровне заданного значения начального объемного потока (102);

- получение колебательной волновой формы (81) механической вибрации при фактическом объемном потоке (102);

- вычисление (301) по меньшей мере одного компонента индекса пузырьков из измеренной колебательной волновой формы (81) механической вибрации при фактическом объемном потоке (102);

- сохранение (302) по меньшей мере одного значения компонента индекса пузырьков в качестве стандартного компонента (86.1) индекса пузырьков.

Таким образом, могут быть сохранены несколько значений для компонентов (86.1) индекса пузырьков, например, в виде функции объемного потока (102) через газопродувочную пробку (10). Указанные значения могут быть использованы далее в качестве стандартных значений. Значения могут быть зарегистрированы, например, во время эксплуатации газопродувочной пробки (10) в ванне с водой (не показано) или в ходе эксплуатации в металлургическом резервуаре (40) во время тестирования/калибровки (в конфигурации, представленной в качестве примера на Фиг. 2).

Согласно другому варианту осуществления показанному на Фиг. 4 система может быть использована для осуществления следующего способа продувки расплавленного металла (41) в металлургическом резервуаре (40) газом, причем способ включает следующие стадии:

- загрузка (400) заданных значений, включая стандартный компонент BI_n(0) (86.1) индекса пузырьков, начальный объемный поток Q₀ (102) через газоподающий трубопровод (30), диапазон ΔBI (85) индекса пузырьков, целевой газовый объем V_max (103);

- установка (401) объемного потока газа через продувочную пробку (10) на уровне заданного значения начального объемного потока Q(t)=Q₀ (102);

- вычисление (402) сигнала BI(t) (83) индекса пузырьков из измеренной колебательной волновой формы g(t) механической вибрации (81) при фактическом объемном потоке Q(t) (102) посредством определения сигнала BI(t) (83) индекса пузырьков, причем сигнал BI(t) (83) индекса пузырьков вычисляют из взвешенного суммирования разностей или соотношений между фактическими компонентами BI_n(t) индекса пузырьков (86.2) и стандартными компонентами BI_n(0) (86.1) индекса пузырьков; и

- варьирование (404) объемного потока Q(t) (102) через газоподающий трубопровод (30) в зависимости от сигнала BI(t) (83) индекса пузырьков.

Варьирование (404) объемного потока Q(t) (102) включает:

- увеличение или поддержание (404а) постоянства объемного потока Q(t) (102) через газоподающий трубопровод (30) в том случае, когда сигнал (83) индекса пузырьков BI(t) находится в пределах заданного диапазона ΔВI (85) индекса пузырьков, то есть когда

- уменьшение (404b) объемного потока Q(t) (102) через газоподающий трубопровод (30) в том случае, когда сигнал (83) индекса пузырьков BI(t) находится за пределами заданного диапазона ΔВ1 (85) индекса пузырьков, то есть когда

В качестве альтернативы или в качестве дополнения, возможно генерирование (403) предупредительного сигнала, если сигнал BI(t) (83) индекса пузырьков находится за пределами заданного диапазона ΔВ1 (85) индекса пузырьков (не показано на фигурах), то есть когда .

Кроме того, газовая продувка может быть остановлена (405), как только полный объемный поток или достигнет заданный целевой газовый объем V_max.

На Фиг. 5 представлены иллюстративные результаты, полученные для продувочной пробки с пористым корпусом диаметром 20 см в модели ванны с водой. В этом примере следующие компоненты BI_n индекса пузырьков вычислены посредством суммирования в частотном диапазоне от а до b согласно выражению

На Фиг. 5 представлены компоненты BI₀, BI₁, BI₂ индекса пузырьков в качестве функции объемного потока Q (измеренного в литрах в минуту (л/мин)). Сигнал BI₀ относится к пузырькам крупных размеров, сигнал BI₁ относится к пузырькам средних размеров, и сигнал BI₂ относится к пузырькам мелких размеров. На оси у представлен относительный (выраженный в процентах) вклад соответствующего компонента BI_n индекса пузырьков в общий проанализированный сигнал. Таким образом, можно видеть, что при объемном потоке, составляющем до 80 литров в минуту, сигнал BI₀ остается близким к нулю, то есть количество крупных пузырьков является весьма небольшим при объемном потоке до указанного уровня. Когда объемный поток начинает превышать уровень, составляющий приблизительно 80 литров в минуту, сигнал BI₀ увеличивается, показывая, что на уровне 80 литров в минуту и выше вклад крупных пузырьков увеличивается. Например, вклад сигнала BI₀ составляет приблизительно 20% на уровне 120 литров в минуту. По сигналу BI₂ можно видеть, что сигнал, связанный с мелкими пузырьками, является относительно постоянным и высоким в диапазоне, составляющем от приблизительно 50 литров в минуту до приблизительно 120 литров в минуту. Сигнал BI₁ представляет вклад пузырьков средних размеров, который слегка и постоянно уменьшается в диапазоне от 50 до 120 литров в минуту. В целом, можно видеть, что эта продувочная пробка обеспечивает хорошее распределение пузырьков в диапазоне протекающего через корпус объемного потока продувочного газа от 50 до приблизительно 120 литров в минуту.

На Фиг. 6 представлено сравнение сигнала BI₀ (а=20 Гц … b=1000 Гц) относящегося к различным продувочным пробкам. Сигнал BI₀-20 представляет продувочную пробку на Фиг. 5, сигнал BI₀-12 представляет продувочную пробку с пористым корпусом диаметром 12 см, и сигнал BI₀-12b представляет продувочную пробку с пористым корпусом диаметром 12 см, причем этот корпус является менее пористым (например, содержит много блокированных пор). Как было указано для Фиг. 5, продувочная пробка с сигналом ВI₀-20 обеспечивает низкий сигнал, возникающий от крупных пузырьков до приблизительно 120 литров в минуту, причем вклад сигнала BI₀-20, возникающего от крупных пузырьков, достигает 20%. Продувочная пробка с сигналом BI₀-12 уже достигает такого же вклада 20% (возникающего от крупных пузырьков) в сигнал при объемном потоке, составляющем приблизительно 85 литров в минуту. Таким образом, в случае этой пробки верхний предел диапазона объемного потока для хорошего распределения пузырьков уменьшается до 85 литров в минуту по сравнению с продувочной пробкой на Фиг. 5, имеющей диапазон до 120 литров в минуту. Продувочная пробка (имеющая меньшую пористость/блокированные поры) с сигналом BI₀-12b показывает высокий вклад, возникающий от крупных пузырьков, уже при очень низком объемном потоке (например, уже на уровне 5 литров в минуту вклад сигнала, возникающего от крупных пузырьков, составляет приблизительно 40%). Таким образом, эта пробка не обеспечивает хорошее распределение пузырьков для любого объемного потока, и согласно способу будет передан предупредительный сигнал (101), например, требующий замены продувочной пробки (10).

Простое осуществление способа согласно настоящему изобретению может быть таким, как представлено в следующем примере:

- загрузка (400) заданных значений, включая стандартный компонент BI₀(0)=0 (86.1) индекса пузырьков (например, цель заключается в том, чтобы присутствовал нулевой или по меньшей мере низкий вклад пузырьков крупных размеров, BI₀: а=20 Гц … b=1000 Гц), начальный объемный поток Q₀=80 литров в минуту (102) через газоподающий трубопровод (30), диапазон ΔВI индекса пузырьков=20% (85), целевой газовый объем V_max=1200 литров (103);

- установка (401) объемного потока газа через продувочную пробку (10) на уровне заданного значения начального объемного потока Q(t)=Q₀=80 литров в минуту (102);

- вычисление (402) сигнала индекса пузырьков согласно выражению BI(t)=BI₀(t) - BI₀(0)=BI₀(t) (83) из измеренной колебательной волновой формы g(t) (81) механической вибрации при фактическом объемном потоке Q(t) (102) посредством определения сигнала BI(t) (83) индекса пузырьков, причем сигнал BI(t) (83) индекса пузырьков вычисляют из взвешенного суммирования разностей или соотношений между фактическими компонентами BI₀(t) (86.2) индекса пузырьков и стандартными компонентами BI₀(0)=0 (86.1) индекса пузырьков; и

- варьирование объемного потока (404) Q(t) (102) через газоподающий трубопровод (30) в зависимости от сигнала BI(t) (83) индекса пузырьков.

Варьирование (404) объемного потока Q(t) (102) включает:

- увеличение объемного потока (404а) Q(t) (102) через газоподающий трубопровод (30) вплоть до Q(t)=120 литров в минуту, причем сигнал (83) индекса пузырьков BI(t) находится в пределах заданного диапазона ΔBI=20% индекса пузырьков до тех пор, пока выполняется условие и

- остановку (405) газовой продувки, когда полный объемный поток (102) через трубопровод (30) достигает заданного целевого газового объема V_max на уровне 1200 литров (102), что достигается несколько позже, чем через 10 минут газовой продувки.

Во втором примере использованы такие же значения, как в предшествующем примере, за исключением того, что загружаемый начальный объемный поток Q₀ составляет 150 литров в минуту (102). Теперь варьирование (404) объемного потока Q(t) (102) включает:

- уменьшение (404b) объемного потока Q(t) (102) через газоподающий трубопровод (30) при условии, что сигнал (83) индекса пузырьков BI(t) находится за пределами заданного диапазона ΔBI=20% (85) индекса пузырьков, то есть при условии , которое выполняется до тех пор, пока объемный поток Q(t) не уменьшается до уровня 120 литров в минуту.

- остановку (405) газовой продувки, когда полный объемный поток Q_total=ΣQ(t) (102) через трубопровод (30) составляет заданный целевой газовый объем V_max=1200 литров (102), что достигается несколько раньше, чем через 10 минут.

В том случае, если продувочная пробка, используемая в примерах, разрушается во время продувки, например, в том случае, если сигнал BI₀ увеличивается при фактическом объемном потоке (например, на уровне 120 литров в минуту, как в примерах), осуществление способа согласно настоящему изобретению будет приводить к уменьшению объемного потока до тех пор, пока не будет снова достигнут такой же вклад сигнала BI, но при меньшем объемном потоке. В таком случае продолжительность продувки будет увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнут целевой газовый объем. Таким образом, способ позволяет поддерживать постоянное распределение газовых пузырьков в течение всей продолжительности процесса продувки с применением заданного общего целевого газового объема.

Список ссылочных обозначений

10 - Газопродувочная пробка

10k - Керамический огнеупорный корпус

10u - Первый торец керамического огнеупорного корпуса

10о - Второй торец керамического огнеупорного корпуса

12.1 - Металлическая крышка

12.2 - Металлическая рубашка

14 - Полое пространство

16 - Отверстие

20 - Газоподающий патрубок

30 - Газоподающий трубопровод

40 - Металлургический резервуар

41 - Расплавленный металл

42 - Газопродувочная обработка

70 - Датчик

70.1 - Датчик, установленный снаружи металлического покрытия

70.2 - Датчик, установленный снаружи газоподающего патрубка

70.3 - Датчик, установленный внутри газоподающего патрубка

70.4 - Датчик, установленный внутри металлического покрытия

80 - Блок обработки данных

81 - Колебательная волновая форма g(t) механической вибрации

82 - Частотный спектр

82а - Частотно-амплитудные значения G(t, f)

83 - Сигнал BI(t) индекса пузырьков

85 - Диапазон ΔBI индекса пузырьков

86.1 - Стандартные компоненты BI_n(0) индекса пузырьков

86.2 - Фактические компоненты BI_n(t) индекса пузырьков

100 - Управляющий блок

100а - Управляющий клапан

100b - Расходомер

100с - Манометр

101 - Предупредительный сигнал

102 - Объемный поток Q(t)

103 - Целевой газовый объем V_max

300 - Установка объемного потока

301 - Вычисление по меньшей мере одного компонента (86.1) индекса пузырьков

302 - Сохранение по меньшей мере одного значения компонента (86.1) индекса пузырьков

400 - Определение заданных значений

401 - Установка объемного потока (102)

402 - Вычисление сигнала (83) индекса пузырьков

403 - Генерация предупредительного сигнала (101)

404 - Варьирование объемного потока (102)

404а - Увеличение или поддержание постоянства объемного потока (102)

404b - Уменьшение объемного потока (102)

405 - Остановка газовой продувки.

Изобретение относится к области металлургии. Газопродувочная пробка для продувки расплавленного металла в металлургическом резервуаре содержит керамический огнеупорный корпус (10k) и по меньшей мере один электронный датчик (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4). Первый торец (10u) пробки, по меньшей мере, частично покрыт металлической крышкой (12.1), с отверстием (16) для соединения с газоподающим патрубком (20). Второй торец (10o) пробки (10) размещают в контакте с расплавленным металлом (41). Пробка (10) пропускает через корпус продувочный газ, поступающий в корпус через отверстие (16) и выходящий через второй торец (10o). Электронный датчик (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4) контактирует с пробкой (10) и обнаруживает колебательную волновую форму механической вибрации, причем указанный датчик представляет собой датчик ускорения. Колебательная волновая форма поступает в блок обработки данных, где вычисляется индекс, характеризующий размер и количество пузырьков газа, что позволяет знать и регулировать распределение вводимых газовых пузырьков. Обеспечивается повышение производственной надежности продувочной обработки расплавленного металла и воспроизводимость такой обработки. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Газопродувочная пробка для продувки расплавленного металла в металлургическом резервуаре, содержащая:

a) керамический огнеупорный корпус (10k), имеющий первый торец (10u) и второй торец (10o);

b) второй торец (10o) газопродувочной пробки (10), в ее установленном положении размещенный в контакте с расплавленным металлом (41);

c) первый торец (10u), по меньшей мере, частично покрытый металлической крышкой (12.1), причем металлическая крышка (12.1) содержит отверстие (16), выполненное с возможностью соединения с газоподающим патрубком (20), при этом

d) газопродувочная пробка (10) выполнена с возможностью пропускания через свой корпус (10k) продувочного газа, поступающего в корпус (10k) через отверстие (16) и выходящего из корпуса (10k) через второй торец (10o), и содержит

e) по меньшей мере один электронный датчик (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4), контактирующий с газопродувочной пробкой (10), выполненный с возможностью обнаружения колебательной волновой формы (81) механической вибрации, причем электронный датчик (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4) представляет собой датчик ускорения.

2. Газопродувочная пробка (10) по п. 1, в которой по меньшей мере один электронный датчик (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4) установлен на металлической крышке (12.1) или на газоподающем патрубке (20) газопродувочной пробки (10).

3. Газопродувочная пробка (10) по одному из пп. 1 или 2, в которой электронный датчик (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4) ускорения представляет собой пьезоэлектрический датчик ускорения (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4).

4. Газопродувочная система, содержащая газопродувочную пробку (10) для продувки расплавленного металла в металлургическом резервуаре и газоподающий трубопровод (30), соединенный с газопродувочной пробкой (10), причем газопродувочная пробка (10) содержит:

a) керамический огнеупорный корпус (10k), имеющий первый торец (10u) и второй торец (10o);

b) второй торец (10o) газопродувочной пробки (10), в ее установленном положении размещенный в контакте с расплавленным металлом (41);

c) первый торец (10u), по меньшей мере, частично покрытый металлической крышкой (12.1), причем металлическая крышка (12.1) содержит отверстие (16), выполненное с возможностью соединения с газоподающим патрубком (20), при этом

d) газопродувочная пробка (10) выполнена с возможностью пропускания через свой корпус (10k) продувочного газа, поступающего в корпус (10k) через отверстие (16) и выходящего из корпуса (10k) через второй торец (10o), и содержит

e) по меньшей мере один электронный датчик (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4), контактирующий с газопродувочной пробкой (10), выполненный с возможностью обнаружения колебательной волновой формы (81) механической вибрации, причем электронный датчик (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4) представляет собой датчик ускорения, при этом газопродувочная система снабжена:

f) блоком (80) обработки данных, выполненным с возможностью приема колебательной волновой формы (81) механической вибрации, обнаруженной электронным датчиком (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4), и с возможностью вычисления сигнала (83) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, из колебательной волновой формы (81) обнаруженной механической вибрации;

g) управляющим блоком (100), выполненным с возможностью:

- отображения сигнала (83) индекса пузырьков, и/или

- варьирования объемного потока (102) через газоподающий трубопровод (30) в зависимости от сигнала (83) индекса пузырьков, и/или

- генерирования предупредительного сигнала (101), когда сигнал (83) индекса пузырьков находится за пределами заданного диапазона.

5. Газопродувочная система по п. 4, которая снабжена по меньшей мере одним из следующих элементов, предпочтительно присоединенных к управляющему блоку (100):

- управляющим клапаном (100a), выполненным с возможностью регулирования объемного потока (102) газа, подаваемого через газоподающий трубопровод (30);

- расходомером (100b), выполненным с возможностью измерения объемного потока (102) газа, подаваемого через газоподающий трубопровод (30), при этом

- газоподающий трубопровод (30), выполнен с возможностью размещения манометра для измерения давления в газоподающем трубопроводе (30), предпочтительно присоединенного к управляющему блоку (100).

6. Газопродувочная система по п. 4 или 5, в которой блок (80) обработки данных выполнен с возможностью определения по меньшей мере одного компонента (86.1, 86.2) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, посредством суммирования частотно-амплитудных значений (82a) из частотного спектра (82) по определенному частотному диапазону.

7. Газопродувочная система по любому из пп. 4-6, в которой блок (80) обработки данных выполнен с возможностью определения сигнала (83) индекса пузырьков из суммирования разностей или соотношений между по меньшей мере одним из фактических компонентов (86.2) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, и по меньшей мере одним из стандартных для газопродувочной пробки компонентов (86.1) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа.

8. Газопродувочная система по любому из пп. 4-7, которая содержит газопродувочную пробку по п. 2 или 3.

9. Способ определения характеристик газопродувочной пробки (10) для продувки газом расплавленного металла в металлургическом резервуаре, отражающих размеры и количество пузырьков газа, включающий следующие стадии:

- установка (300) фактического объемного потока газа через газопродувочную пробку (10);

- прием колебательной волновой формы (81) механической вибрации при фактическом объемном потоке (102) газа по меньшей мере одним электронным датчиком (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4), находящимся в непосредственном контакте с газопродувочной пробкой (10), причем электронный датчик (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4) представляет собой датчик ускорения, предпочтительно пьезоэлектрический датчик ускорения;

- вычисление (301) по меньшей мере одного компонента индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, из полученной колебательной волновой формы (81) механической вибрации при фактическом объемном потоке (102);

- сохранение (302) по меньшей мере одного компонента индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, в качестве стандартного компонента газопродувочной пробки.

10. Способ продувки расплавленного металла (41) в металлургическом резервуаре (40) газом, включающий следующие стадии:

- установка (401) фактического объемного потока газа через газопродувочную пробку (10) на уровне заданного значения начального объемного потока (102) газа;

- прием колебательной волновой формы (81) механической вибрации при фактическом объемном потоке (102) газа по меньшей мере одним электронным датчиком (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4), находящимся в непосредственном контакте с газопродувочной пробкой (10), причем электронный датчик (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4) представляет собой датчик ускорения, предпочтительно пьезоэлектрический датчик ускорения (70, 70.1, 70.2, 70.3, 70.4); и:

- варьирование объемного потока (404) газа через газоподающий трубопровод (30) в зависимости от полученной колебательной волновой формы (81) механической вибрации и/или

- генерирование предупредительного сигнала (403) в зависимости от полученной колебательной волновой формы (81) механической вибрации.

11. Способ по п. 10, включающий следующие стадии:

- вычисление сигнала индекса пузырьков (402) из полученной колебательной волновой формы (81) механической вибрации при фактическом объемном потоке (102), и

- генерирование предупредительного сигнала (403), если сигнал (83) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, находится за пределами заданного диапазона (85) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, и/или

- варьирование объемного потока (404) газа через газоподающий трубопровод (30) в зависимости от сигнала (83) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа.

12. Способ по п. 10 или 11, в котором перед стадией установки (401) объемного потока газа осуществляют стадию определения (400) заданных значений по меньшей мере для одного из значений следующих групп: стандартный компонент (86.1) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, начальный объемный поток (102) газа, подаваемого через газоподающий трубопровод (30), диапазон (85) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, целевой газовый объем (103).

13. Способ по п. 11 или 12, в котором стадия вычисления (402) сигнала индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, включает вычисление сигнала (83) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, из взвешенного суммирования разностей или соотношений между фактическими компонентами (86.2) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, и стандартными для газопродувочной пробки компонентами (86.1) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа.

14. Способ по любому из пп. 11-13, в котором стадия варьирования (404) объемного потока газа включает:

- увеличение или поддержание постоянного объемного потока (404a) газа через газоподающий трубопровод (30) в том случае, когда сигнал (83) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, находится в пределах заданного диапазона (85) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа;

- уменьшение (404b) объемного потока газа через газоподающий трубопровод (30) в том случае, когда сигнал (83) индекса, характеризующего размер и количество пузырьков газа, находится за пределами заданного диапазона (85) индекса характеризующего размер и количество пузырьков газа.

15. Способ продувки по любому из пп. 10-14, в котором применяют газопродувочную пробку (10) по любому из пп. 1-3 и/или газопродувочную систему по любому из пп. 4-8.