Устройство для контроля параметров конверторного процесса Советский патент 1984 года по МПК C21C5/30 

Изобретение относится к черной металлургии а именно к контролю параметров конверторного процесса. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для контроля износа футеровки кислородного конверто ра, используемое преимущественно для контроля параметров конверторной плавки, содержащее источник питания, два электрода, регистрирующий прибор, сигнализатор, вычислительйый . блок, добавочное сопротивление, коммутатор, преобразователь напряжениеток, при этом первый электрод подсоединеЯ к первому входу преобразова теля напряжение-ток, второй вход которого заземлен, второй электрод подсоединен к первому входу коммутатора, а.второй вход коммутатора через добавочное сопротивление подct eдинeн к первому выходу источника питания, другой выход последнего заземлен, выход преобразователя напряжение-ток подсоединен ко входу вычислительного блока, первый, второ и третий выходы вычислительного блок подсоединены, соответственно, ко вхо дам регистрирующего прибора, сигнали затора и управляющему входу коммутатора, причем в качестве двух элек родов используется фурма и корпус конвертора. На выходе вычислительного блока п лучают сигнал, пропорциональный сопр тивлению футеровки конвертора, котор регистрируется регистрирукнцим прибором. Величина сопротивления футеро ки сталеплавильного агрегата функционально зависит от общего состояния и степени износа футеровки. В вы числительном блоке производится сра нение сопротивления футеровки с заданным значением критического сопро тивления футеровки, когда возможна аварийная ситуация. Если сопротивление футеровки меньше или равно за данному критическому сопротивлению футеровки, то выдается сигнал на си нализатор и в случае необходимости оператор останавливает процесс в агрегате. В известном устройс ве неполностью используется информация содержа щаяся в -величине электрического сопротивления футеровки конвертера, которая зависит не только от степени износа футеровки, но и от изменения температуры металла в ванне конвертера. Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей устройства за счет прогнозирования температуры металла. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля параметров конверторного процесса. Содержащее источник питания, два электрода, регистрирующий прибор, сигнализатор, вычислительный блок, добавочное сопротивление, коммутатор, преобразователь напряжение-ток, причем первый электрод подсоединен к,первому входу преобразователя напряжение-ток,второй вход которого заземлен, второй электрод подсоединен к первому входу коммутатора а второй вход коммутатора через добавочное сопротивление подсоединен к первому выходу источника питания, второй выход которого заземлен, выход преобразователя напряжение-ток подсоединен к входу вычислительного блока, первый, второй и третий выходы которого подсоединены соответственно к входам регистрирующего прибора, сигнализатора и управляющему входу коммутатора, причем в качестве электродов используется фурма и корпус конвертора, введены термопара погружения, второй преобразователь напряжение-ток и второй регистрирующий прибор, причем выход тер мопары погружения через второй преобразователь напряжение-ток подсоединен к вычислительному блоку, четвертый выход которого подсоединен к входу второго регистрирующего прибора. На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства-/ на фиг.2 эквивалентная схема электрической цепи фурма-земля-корпус-футеровка-расплав-фурма, на фиг.З - структура одного из вариантов вычислительного блока; на фиг.4 - характерная диаграмма изменения температуры металла в ванне конвертора и величины электрического сопротивления футеровки на плавке, проведенной в кислородно-конверторном цехе. Устройство содержит первый электрод 1, второй электрод 2, коммутатор 3, добавочное сопротивление 4, источник 5 питания, первый преобразователь 6 напряжение-ток, вычислительт ный блок 7, первый регистрирующий . прибор 8, сигнализатор 9, термопару 10погружения, второй преобразователь 11напряжение-ток, второй регистрирующий прибор 12. Первый электрод 1 может быть пред ставлен, например, в виде кислородно фу)рмы конвертора, второй электрод может быть представлен, например, в виде корпуса кислородного конвертора Коммутатор 3 может быть представлен в вцце модуля управления бесконтактнрго, например, типа А641-8, добавоч ное сопротивление 4 может быть представ jieHO в виде резистора,например типа 180-60-20110% ОЖО 467.036 ТУ, при этом величина добавочного сопротивле нйя выбирается равной величине сопротивления участка электрической цепи корпус-земля, так как при Кдд5 к-3 величина общего сопротивления участка электрической цепи корпус-земля уменьшается в два раза, т.е. достигается максимальное изменение величины общего сопротивления электрической цепи фурма-земля-корпу футеровка-распла:в-фурма, источник 5 питания представляет собой источник постоянного тока, например, типа ВПЗ на напряжение 1 В и ток до 2 А. Первый преобразователь 6 напряжениеток, а также второй преобразователь напряжение-ток 11 представляет собой например, нормирующий измерительный преобразователь типа НП-5-Б1. Вычислительный блок 7 может быть представлен, например, в виде ЭВМ СМ-1. Вычислительный блок 7 содержит например, модуль 13 нормализации, выход которого соединен с бесконтакт ittw коммутатором 14, связанным через аналого-цифровой преобразователь. 15 с входом процессора 16, выходы последнего блока соединены соответствен но с входами первого бесконтактного - модуля 17 управления, второго бескон тактного модуля 18 управления, третьегб бесконтактного модуля 19 управ . ления и четвертого бесконтактного модуля 20 управления,.выход первого бесконтактного модуля соединен с вхо дом первого преобразователя 21 кодток, а выход четвертого бесконтактно модуля 20 управления соединен с вход второго преобразователя 22 код-ток. Регистрирующие приборы 8 и 12 могут быть представлены в виде самопи щущего прибора, например, типа КСП-4 сигнализатор 9 может быть представлен в виде звукового сигнализатора, например, типа ДЭМ-4. Термопара 10 погружения может быть представлена ,в виде блока, например, типа TTCB-t0 с вольфрам-рениевой термопарой. Устройство работает следующим образом. Перед началом очередной плавки в вычислительный блок 7 вводится значение температуры металла в ванне конвертора t .-. измеренное с InVr 1 помощью термопары 10 погружения на пре дьздущей плавке и запоминается, кроме того, в вычислительном блоке 7 хранится информация о значении электрического сопротивления футеровки измеренное перед окончанием продувки на предыдущей плавке. По ходу плавки в режиме заглубленной струи в электрической цепи фурмаземля-корпус-футеровка-расплав-фурмапротекает ток. Сигнал о величине разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля преобразуется в токовый сигнал в диапазоне, например, от О до 5 мА в преобразователе 6напряжение-ток. Сигнал с выхода преобразователя 6 напряжение-ток поступает на вход вычислительного блока 7. В вычислительном блоке 7 запоминается для данного момента времени величина разности потенциалов в элект рической цепи фурма-земля . при разомкнутых контактах коммутатора 3, потом по управляющему сигналу вычислительного блока 7 коммутатор 3 замыкает электрическую цепь от выхода источника 5 питания через добавочное сопротивление 4 со вторым электродом 2 (корпус агр егата). Величина тока, протекакицего в злектрической цепи фур ма-земля-корпус-футеровка-расплавфурма изменится, что приводит к измененюо разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля. В вычислительном блоке 7 запоминается для момента времени (t-t-dt) (4t;( .подбирается опытным путем и составляет 0,5-1,5 с) величина разности потенциалов в электрической цепи фурма земля при замкнутьпс контактах коммутатора 3. В момент времени (t + +AtJ- Atj (t - подбирается опытным путем и составляет 0,3-0,5 с) по управ ляющему сигналу вычислительного блока 7коймутатор 3 размыкает электрическую цепь от добавочного сопротивления 4 со вторым электродом 2 (корпус агрегата) . В вычислительном блоке 7 рассчитывается для данного момента времени величина электрического сопротивления футеровки по зависимости (1), а также температуры металла в ванне конвертера по зависимости (2) () . е, ог ) где R. - электрическое сопротивле ние футеровки. Ом; Измеряемое значение разности потенциалов на уча ке электрической цепи фу ма-земля при разомкнутых контактах К ксншутатора изме{ яемое значение раз ности потенциалов на участке электрической це пи фурма земля при замкн тых контактах К коммута тора 3, мВ; d ,,t - постоянные коэффи1)(иенты (,,J( , (2 «фчг-б температура металла в ванне конверт ера, С ; значение температуры металла в ванне конвертора ,измеренное термоП:Ё1рой 10 погружения на « предыдущей плавке, С; значение электрического сопротивления футеровки измеренное перед окончан ем продувки на предыдущей плавке, Ом электрическое сопротивление фугеров&и, ОМ| постоянная величина, характерная для данного о неупорного материала футеровки конвертера. На выходе вычислительного блока 7 получают сигнал, пропорциональный электрическому сопротивлению футеровки конвертора для момента времени (t+ At- ), которь1й регистрируется первым регистрирукицим прибором 8, а также сигнал, пропорциональный температуре металла в ванне конвертора для момента времени (t+ 4t ), которьй регистрируется вторым регистрирующим прибором 12. Величина электрического сопротив ления футеровки сталеплавильного агрегата функционально зависит от общего состояния и степени износа футеровки. В вычислительном блоке 7 для момерта времени (t +At J производится сравнение электрического сопротивления футеровки с заданным значением критического элект рического сопротивления футеровки, когда возможна аварийная ситуация. Если электрическое сопротивление футеровки меньше или равно заданному критическому электрическому сопротивлению футеровки, то выдается сигнал на сигнализатор и в случае необходимости оператор останавливает процесс в агрегате. В момент времени ( 4t, ) где At - подбирается опытным путем и составляет 15-130 с в вычислительном блоке запоминается величина сигнала U потом снова замыкается цепь коммутатора, запоминается величина сигнала U рв вычислительном блоке 7 рассчитьгоается величина электрического сопротивления футеровки и температура металла в ванне конвертора для момента времени {t+2At; ti L+ At,) и т.д до конца плавки в определенные дискретные моменты времени определяются величина электрического сопротивления футеровки и температуры метаЗ ла в ванне конвертора. Электрическая цепь фурма-землякорпус-футеровка-расплав-фурма можно представить в виде эквивалентной электрической (фиг.2). Источником ЭДС в данной цепи является разность потенциалов, возникающая по ходу плавки на границе металлшлак. Обезуглероживание металла сопровождается вьщелением электронов, и в этом случае, металл получает избыток отрицательного заряда. В электрической цепи фурма-земля- , Корпус-футеровка-расплав-фурма сопро тивление участка цепи корпус-футеров ка-расплав-зависит от степени износа футеровки. Српротивление участка цепи фурма-расплав, а также внутреннее сопротивление источника ЭДС намного меньше сопротивления футеровки, т.е. « cf-yr при выполнении расчетов для элект рической цепи Можно пренебречь Tg и R.p . Сопротивление участков элек- рической цепи фурма-земля Яф-з а также корпус-эемля R ..j для данного конвертора являются постоянной величиной. На основании второго закона Кирх,гофа при разомкнутых контактах коммутатора для первого контура (фиг.2) следует уравнение Ф-. где Е - величина ЭДС источника, величина тока, протекающего в первом контуре при разомкнутых контактах коммутатора. А; сопротивление фyтepoвкИj Ом сопротивление участка электрической цепи корпусземля. Ом; сопротивление участка элект рической цепи фурма-земля,О Величина тока, протекакицего в пер вом контуре при разомкнутых контакта К коммутатора следует из уравнения величина тока, протекающего по участку электрической цепи фурма-земля при разомкнутых контактах коммутатора. А; измеряемое значение разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля при ра зомкнутых контактах коммутатора, А. Для первого контура имеет место .следующее уравнение: E, J;(VзЛ-з . величина тока, протекающего в первом контуре при замкнуплх контактах комм татора, А| величина тока, протекающего во втором контуре при замкнутых контактах коммутатора, А. Для второго контура имеем следую щее уравнение: .v,K-BV);M , Величина тока, протекающего во втором контуре следует из уравнения (6) .. е.-ай t 2 и (7) следует Из уравнений „/Е )R V 2 1 |с-Э/ к-3 l(.yf V VSile, Величина тока, протекающего в первом контуре при за14кнутых контактах коммутатора равна величина тока, протекающего по участку электрической цепи фурма-земля при замкнутых контактах комму татора AJ. измеряемое .значение разности, потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля при замкнутых контактах коммутатора, В. Интервал времени между измерением разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-земля при разомкнутых контактах коьячутатора и измерением разности потенциалов на участке электрической цепи фурмаземля при замкнутых контактах коммутатора выбирается минимальным, поэтому изменение величины разности потенциалов на границе металл-вшак будет минимальная, т.ё, величиной изменения разности потенциалов на границе металл-шлак за столь минимальный промежуток можно пренебречь. Исходя из этого и уравнений (5) и (8) получаем ;(«Ф.г-к-э з);( Ф-з- к-э. .()«к-з Подставив уравнение (4) и (9) в уравнение (10) и решив отноЬительно сопротивления футеровки Кф получим , к-з зГк-з Ф-э -VrV3- (R,.3 «AoffK ;-3) С целью упрощения зависимости вводим следующие обозначения: КФ.З K-3V3 . Полставив (12-16) в уравнение (1 получаем (««;.э-ь)с -е . en ) Величина сопротивления футеровки сталеплавильного4грегатафункционал нально зависит от общего состояния и степени износа футеровки. Расчетное значение срав-: нивается с заданньм значением крити ческого сопротивления футеровки RA когда возможна аварийная ситуация, по зависимости - критическое электрическое сопротивление футеровки, когда воз можна аварийная ситуация. Ом. i 2 . то вычислител Если R, y ный блок выдает сигнал в сигнализатор. Определение температуры металла в ванне конвертора с помощью уст-j ройства основанр на следующем. Большинство огнеупорных материалов при низких температурах являются диэлектриками. С ростом температуры и появлением жидкой фазы внутр огнеупоров злектропроводность их начинает возрастать. Существует следующая зависимость между электрическим сопротивлением огнеупоров и температурой , Оэ) где R - электрическое сопротивление огнеупорного материала, Ом; Т - абсолютная температура, Kj А - коэффициент, В - постоянная величина, характерная для данного огнеупорного материала. Из уравнения (19) относительно температуры получаем т. , (-. 210 Между температурой металла в ванне конвертора и температурой футеров) ки существует линейная зависимость, следовательно, из уравнения (20) можно получить зависимость для определения температуры металла в ванне конвертора. Значение коэффициента А в уравнении (20) можно рассчитывать перед началом очередной плавки по информации о значении температуры металла в ванне конвертора измеренное при повалке, а также значения электрического сопротивления футеровки, измеренное перед окончанием продувки (На предыдущей плавке по зависимости, полученной из уравнения (20). (Рф.т-е) , ( где абсолютная температура металла в ванне конвертора, К-, значение электрического сопротивления футеровки, измеренное перед окончанием продувки на предьщущей плавке. Ом. Абсолютная температура определяется по зависимости , (22). где - температура металла в ванне конвертора, измеренная термопарой 10 погружения на предыдущей плавке, с. Подставив (22) в (21) получаем -((.T-) . W Подставив (23) в (20)получаем )(Я:«ф.г-М ,. ( 24j Таким-образом, по уравнению (17) можно определить величину электрического сопротивления футеровки, которая функционально зависит от общего состояния и степени износа футеровки, а по уравнению (24) определять температуру металла в ванне конвертора. Устройство просто в реализации и позволяет контролировать температуру металла в ванне конвертора по оду продувки. Графическая реализация изменения параметров на одной из ,плавок приведена на фиг.4, где показано изменени температуры металЛа в ванне конвертора и изменение величины электричес кого сопротивления футеровки по ходу продувки. Тем же показано рассчитанное к концу первого периода продувки при переделе фосфрристого чугуна значение температуры металла t и фактическое значение t ф а также рассчитанное к концу второго периода продувки значение температуры металл tp и фактическое значение t . 13 таблицах 1-3 приведены сравнени рассчетных и фактических значений те пературы металла на трех плавках. Постоянные коэффициенты a,B«c,d, е,в, имеют следующие значения: ,66 ,76 d-5,6 ,1873

Плавка №224225

Таблица 1 Расчет величины электрического сопротивления футеровки осуществляемся по формуле (17), расчет величины температуры металла в ванне конвертора осуществляется по формуле (24), Среднеквадратичная погрешность контроля по результатам второго периода 114 плавок при переделе фосфористого чугуг на составляет 10,. Среднеквадратич ная погрешность контроля по результатам первого периода 114 плавок составляет 9,. Использование предлагаемого устройства позволяет за счет контроля температуры металла в ванне конвертора оптимально управлять температурным режимом плавки, что приводит к снижению количества плавок с додувками по температуре. Экономический эффект складывается из сокращения средней продолжительности плавок на 1,0% за счет увеличения доли плавок, попадакхцих с первой повалки в заданные пределы по температуре. Годовой экономический эффект состав ляет 140950 руб.

Плавка 224252

Таблица 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАЖТРОВ КОНВЕРТОРНОГО ПРОЦЕССА; содержащее источник питания, два электрода, регистрирующий прибор, сигна|Ей затор, вычислительный блок, добавочное сопротивление, коммутатор, преобразователь нап)яжение-ток причем первый электрод подсоединен к первому входу преобразователя напряжение-Ток, второй вход которого заземлен, второй элект-род подсоединен к первому входу коймутатора, а второй вход коммутатора через добавочное сопротивление подсоединен к первому выходу источника питания, второй выход которого заземлен выход преобразователя напряжение-ток прдсоединен к входу вычислительного блока, первый второй и третий выходы которого подсоединены соответственно к входам регистрирующего прибора, сигнализатора и управляющему входу коммутатора, причем в качестве электродов используется фурма.и корпус конвертора, отличающе-еся тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей устройства за счет прогнозирования температуры 5 металла, в него введены термопара погружения, второй преобразователь напряжение-ток и второй регистрирующий прибор, причем выход термопары погружения через второй преобразователь напряжение-ток подсоединен к вычислительному блоку, четвертый выход которого подсоединен к входу D Ж) второго регистрирующего прибора. N9 Х IfS fO

U1,2

24,5 24,9 143.2 25,2 26,1 150,3 27,2 156,3 160,2 28,0 166,1 29,0 17i,0 28,9 175,8 31,9 181,6 32,6 185,4

Плавка №224253

28,85

24,4

140,6

28,1 24,9

143

10 12

27,15 25,6

147,6

26,04 26,5

152,5

25,00 27,4

157,5

23,86 28,5

163,3 4 16 18

22,96 29,4

168,2

22,28 30,1

172,1

21,64

30,8

176,0.

20 22 24

31,9

181,7 20,12 32,6 185,8

1375,11

1385,15

1394,93

1419,02

1450,12

1470,21

1524,99 1530

-5,01

1550,05

1580,23

1600,29 1610

-9,71

Таблица 3

1520 -0,01

1610 +2,19

фуг. 2