Устройство для контроля уровня шлака в конвертере Советский патент 1984 года по МПК C21C5/30 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю и регулированию процессов кислородноконвертерной плавки, и может быть использовано в кислородно-конвертер ном производстве стали. Известно устройство для определе ния уровня шлака в кислородном конвертере, содержащее датчик звуковог давления (микрофон) предварительный усили1;ель, частотно-избирательньй усилитель, регулятор уровня сигнала усилитель мощности, детектор со сглаживающим фильтром, блок питания и самопишущий прибор, причем выход микрофона подключен к входу предварительного усилителя, выход которог подключен к входу частотно-избирательного усилителя, выход блока питания подключен к входам всех тре усилителей, выход детектора подключен к входу регистрирующего самопишущего прибора, а выход частотноизбирательного усилителя подключен к входу регулятора уровня сигнала, выход которого через усилитель мощности подключен к входу детектора со сглаживающим фильтром lj . Шум, возникающий при продувке ванны конвертера кислородом, преобр зовывается микрофоном в электрическ сигнал, который усиливается предварительным усилителем. Частотно-изби рательный усилитель выделяет наиболее информативную частоту, по которой оценивается состояние и объем шлака в конвертере. При использовании данного устрой ства из-за высокой скорости движени газов по газоотводящему тракту изме няется воспринимаемая датчиком звукового давления величина частоты акустического сигнала о ходе процес са шлакообразования, обусловленная эффектом Доплера, согласно которому частота звуковых колебаний, воспринимаемая приемником (датчиком звукового давления), зависит от скорости движения приемника по отно шению к среде, в которой распростра няется , или наоборот, от скорости движения среды по отношению к приемнику, что может привести к возникновению ошибок при определени уровня шлака в конвертере, вследствие того, что величина звукового давления при одном и том же уровне шлака будет иметь различные значени так как величина звукового давления зависит от коэффициента поглощения звука средой, а коэффициент поглощения звука средой, в свою очередь, зависит от частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования. Кроме того, изменение расхода кислорода дутья и положения фурмы приводит к изменению величины звукового давления акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, в результате чего изменяется уровень шлака в кислородном конвертере и появляются дополнительные погрешности. В результате недостоверной информации об уровне шлака в конвертере управление шлаковым .режимом плавки осуществляется неоптимально, вследствие чего увеличиваются потери с выбросами и выносами, что уменьшает выход годного. Таким образом, недостатком известного устройства является недостоверность его показаний, вследствие влияния скорости движения конвертерных газов на величину частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, а также влияния изменения расхода кислорода дутья и положения фурмы на величину звукового давления. I Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные между собой датчик звукового давления, предварительньш усилитель, низкочастотный фильтр, смеситель, полосовой фильтр, усилитель, детектор, преобразователь напряжение-ток, регистрирующий прибор, а также гетеродин, причем выход последнего соединен с другим входом смесителя zj . Недостатком известного устройства является низкая точность и надежность контроля уровня шлака, вследствие влияния скорости движения конвертерных газов по газоотводящему тракту на величину частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, соответствующей разонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, а также вследствие отсутствия коррекции определяемого параметра по фактическому уровню шлака в ванне конвертера от плавки к плавке с учетом влияния износа футеровки по ходу компании. 31 Цель изобретения - повышение точ ности и надежности контроля уровня шлака в конвертере. Поставленная цель достигается те что в устройство, для контроля уровн шлака в конвертере, содержащее датч звукового давления, предварительный усилитель, ниэкочастотньй фильтр, смеситель, гетеродин, полосовой фильтр, усилитель, детектор, преобр зователь напряжение-ток, регистрирующий прибор, причем выход датчика звукового давления подсоединен к вх ду предварительного усилителя, выхо которого подсоединен к входу низкочастотного фильтра, к первому- вход смесителя подсоединен выход гетеродина, выход смесителя подсоединен к входу полосового фильтра, выход которого подсоединен к входу усилителя, а выход через детектор подсоединен к входу преобразователя напряжение-ток, введены блок автоматическог регулирования усиления, вычислительный блок, анализатор соста ва кислорода дутья, анализатор состав.а отходящих конвертерных газов, расходомер кислорода дутья, датчик температуры отходящих конвертерных газов, датчик определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию компаратор, коммутатор и блок контроля положения кислородной фурмы, причем выход низкочастотного фильтр подсоединен к входу блока автоматического регулирования усиления, выход которого подсоединен к втором входу смесителя, выход датчика опре деления момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию подсоединен через компаратор к первому входу коммутатора, другой вход которого подсоединен к выходу блока контроля положения кислородной фурмы, а к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам вычислительного блока подсоединены соответственно выходы преобразователя напряжение-ток, анализатора состава кислорода дутья, анализатор состава отходящих конвертерных газо расходомера кислорода дутья, датчика температуры отходящих конвертерных газов и коммутатора, а выход вычислительного блока подсоединен к входу регистрирующего прибора. 1 На чертеже представлено предлагаемое устройство. Устройство содержит датчик 1 звукового давления, предварительный усилитель 2, низкочастотный фильтр 3, блок 4 автоматического регулирования усиления, смеситель 5, гетеродин 6, полосовой фильтр 7, усилитель 8, детектор 9, преобразователь .10 напряжение-ток , вычислительный блок 11, анализатор 12 состава кислорода дутья, анализатор 13 состава отходящих конвертерных газов, датчик 14 определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию, компаратор 15, коммутатор 16, блок 17 контроля положения кислородной фурмы, расходомер 18 кислорода дутья, датчик 19 температуры отходящих конвертерных газов, регистрирующий прибор 20. Предварительный усилитель 2 представляет собой yc шитeль, имеющий следующие граничные частоты усиления fH 15 Гц, fB 170 Гц, где f н - нижняя граничная частота усиления, Гц, f в - верхняя граничная частота усиления, Гц. Полоса пропускания низкочастотного фильтра 3 выбирается таким образом, чтобы выделить спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера при изменении уровня шлака от минимального до максимального з начения. Для конвертеров различной конфигурации резонансные частоты свободного объема рабочего пространства конвертера, соответствующие минимальному уровню шлака, изменят ются от 15 до 28 Гц, а резонансные частоты свободного объема рабочего пространства конвертера, соответствукицие заполнению полости конвертера шлаком до отметки 0,5 м от среза горловины конвертера изменяются от 70 до 111 Гц. Полоса пропускания низкочастотного фильтра 3 выбрана равной f fj - f/ 111-15 96 Гц Выпрямленное напряжение с детектора 9 преобразуется в пропорциональный ток, например, в диапазоне 0-5 МА. Анализатор 12 состава кислорода дутья, анализатор 13 состава отходящий конвертерных газов и вычислитель51ньш блок 11 могут быть представлены в виде серийно изготавливаемого масс-спекрометра МХ-1215, оснащенного ЭВМ СМ-1. Датчик 14 определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию представляет собой электрическую цеп для измерения разности потенциалов, возникающей между фурмой и корпусом конвертера по ходу продувки. Сигнал на выходе электрической цепи между фурмой и корпусом конвертера имеет место только в период наличия контак та фурмы со шлако-металлической эмульсией. Компаратор 15 представляе собой операционный усилитель, первый вход которого подключен к выходу датчика 14 определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию, а второй вход операционного усилител подключен к выходу источника опорно напряжения. Коммутатор 16 представл ет собой, например транзисторный ключ, в коллекторную цепь которого подключена обмотка реле, например, типа РСМ-2, нормально разомкнутые контакты которого коммутируют выход блока 17 контроля положения кислоро ной фурмы с входом вычислительного блока при наличии сигнала на выходе компаратора 15. Устройство работает следующим образом. До начала плавки в вычислительны блок 11 вводится информация о величине Но5(ц , равной высоте от уровня спокойного металла до верхнего коне ного положения фурмы (при поднятой фурме), определяемой, например, во время тарировки фурмы. С момента начала плавки акустиче кий сигнал о ходе процесса шлакообразования, воспринимаемый датчиком звукового давления, усиливается при помощи предварительного усилителя 2 Усиленный сигнал проходит через низ кочастотный фильтр 3, который выде ляет спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвер тера при изменении уровня ошака от минимального до максимального значе ния. Сигнал с выхода низкочастотного фильтра 3 поступает на вход блока 4 автоматического регулирования усиления, на выходе которого 16 получается сигнал постоянной амплитуды со спектром частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертора при изменении уровня шлака от минимального до максимального значения. На смеситель 5 поступает сигнал с выхода блока 4 автоматического регулирования усиления и сигнал, выработанный гетеродином 6. Разность частот этих сигналов проходит через полосовой фильтр 7, усиливается усилителем 8 и выпрямляется детектором 9. Выпрямленное напряжение в преобразователе 10 напряжение-ток преобразуется в пропорциональный ток в диапазоне от О до 5 Ма. Сигнал с выхода преобразователя 10, пропорциональный резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, поступает на первый вход вычислительного блока 11, на второй вход поступают с выхода анализатора 12 состава кислорода дутья сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона в кислородном дутье, а на третий вход поступаеют сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона, двуокиси углерода в отходящих конвертерных газах с выхода анализатора 13 состава отходящих конвертерных газов. На чертвертый и пятый входы вычислительного блока 11 поступают соответственно сигнал, пропорциональный расходу кислорода дутья с выхода расходомера 18 кислорода дутья, а также сигнал, пропорциональный температуре отходящих газов с выхода .датчика 19 температуры отходящих конвертерных газов. В момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию через коммутатор 16 на шестой вход вычислительного блока 11 с выхода блока 17 контроля положения кислородной фурмы поступает сигнал, пропорциональный высоте от уровня спокойного металла до среза.сопел фурмы. Частота звуковых колебаний, воспринимаемая приемником (датчиком звукового давления), зависит от скорости движения источника волн и приемника по отношению к среде, в которой распространяется волна. Значение частоты звуковых колебаний, воспринимаемое датчиком звукового давления, источника муле

(1)

fo

, AC

1 - -jj

где fp - измеряемое значение частоты

звуковых колебаний, Гц, fp - частота звуковых колебаний источника (резонансная частота свободного объема рабочего пространства), Гц, 4с - скорость движения газов в газоотводящем тракте, м/с, с - скорость распространения звука в неподвижной среде, м/с.

Скорость движения газов по газоотводящему тракту определяется по зависимости

лс - (2)

8се« где Vpj - расход отходящих газов, м/с, Scei - площадь поперечного сечени газоотводящего тракта, м, ЛС скорость движения газов по газоотводящему тракту в месте установки датчика звукового давления, м/с/ Скорость распространения звука в конвертерных газах, находящихся в состоянии покоя, определяется по зависимости , R-fC -y Cpfi-XU-Tor nl t dХ/ДСу X Cyf т-/ М скорость распространения звука в неподвижной среде, м/с, универсальная газовая постоянная, Дж/(Моль.К), температура отходящих газов. К, доля содержания СО в отходящих газах, (/)() - доля содержания СО в , отходящих газах, Ср,Су,Ср, соответственно удельные изобарные и изохорные теплоемкости двуокиси и окиси углерода, Дж/кг.К, соответственно молекуляр ные веса двуокиси и окиси углерода,

. V9

-/v;-VA

W

де N2 - концентрация азота в воз духе, %,

«г концентрация азота в дутье. N концентрация азота в отходящих газах, %,

4концентрация аргона в воздухе, %, А концентрация аргона в дутье, %,

А; концентрация apiroHa в отходящих газах, %,

УЗ - расход дутья, м/с,

V- - расход отходящих газов,

ог

мз/с. в зависимости от частоты волн определяется по фор1089141 .8 Расход отходящих газов определяется по зависимости Подставив уравнения (А) и (2), получим зависимость для определения скорости движения газов в газоотводящем тракте A;.,, Vg N -Ы/А sae/г Значение частоты звуковых колебаний источника (резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера) определим из уровня (1) (1 - ). Свободную от металла и шлака полость груши конвертера в первом приближении рассматривают как резонатор Гельмгольца. Собственная частота такого резонатора определяется его размерами И скоростью распространения звука в отходящих газах. Частота может быть определена из уровня с Г где fo - частота собственных колебаний свободного оюъема рабочего пространства конрер - тера, Гц, S - сечение горловины конвертера, м , V - свободный объем рабочего ространства конвертора, м с - скорость распространения звука в отходящих газах, р i-ffT - эффектная длина горловины конвертера, м, г - радиус горловины конверте Из уровня (7) найдем свободный объем рабочего пространства конвер тера V М- -Г(8) f; Свободньц объем рабочего простр ства конвертера можно представить виде цапиндра, тогда имеем: где сйо высота свободного объе рабочего пространства конвертера, м, Sci/i - площадь поперечного се чения полости конвертера, м . Подставив уравнения (9) и (8) и , получи решив относительно С Л 7Т (1 св., / Обозначим V Подставив (11) и (10), получим уравнение для определения текущей рысоты свободного объема рабочего пространства конвертера 4 ..Cf CBoS rS Уровень шлака в конвертере опре делим по зaвиcимoctи где текущий уровень шлака в ванне конвертера, м, - высота свободного объем рабочего пространства конвертера перед начало плавки, м. Подставив (12) и (13).получим и 1/ шл св.off и О Подставив (5) в (6), а затем (14), учим зависимость для определения ущего уровня шлака в кислородном вертере Высоту свободного объема рабочего странства конвертера .of еделяют во время тарировки полоия фурмы перед началом смены по дующей зависимости CS.oS Н ojuj - Н - измеряемое значение высоты от уровня металла до верхней точки положения фурмы , м, Нк - высота от горловины конвертера до верхней точки положения фурмы, м. Подставив (16) в зависимости (15) ле упрощения, Hitke-MckfuT HjT к ходе компании из-за износа кладутеровки конвертера изменяются етрические размеры свободного ма рабочего пространства конвера, что приводит к изменению коэфента К в зависимости (17), поэв случае - н1 . расчетное значение уровня шлака в ванне конвертера в момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию, м, значение высоты фурьмы над уровнем спокойного металла в момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию, м, постоянная величина, необходима коррекция коэффициента К. Решив уровнение (17) относител коэффициента К, подставив вместо четного значения уровня шлака выс фурмы, получим: у rH«s,-WK-Mj)()J В общем случае скорректированн значение коэффициента К по ходу к пании конвертера определится из у нения ( Ki.,,ec/7i//Hua w|/4 г{ (.-М), еС//У/Hш/-Hф/ gПoдcтaвив зависимость (20) в зависимость (17), получим зависим для определения уровня Шлака в ва конвертера -- Г.2 оЛк к . ()l fKt-f , еслм/Н л -Нф (4 U ИосГил - к - Нф) f (i -5сец.ecAW/Hu xi -Нф / ких размеров свободного объема рабочего пространства конвертора из-за износа футеровки. Корректировка коэффициента отплавки к плавке осуществляется посредством сравнения фактического уровня шлака в ванне конвертера с расчетным значением уровня шлака в момент вхождения среза сопел кислородной фурмы в шлакометалли4ескую эмульсию. Учет изменения частоты звуковых колебаний по эффекту Допплера, а также учет влияния износа футеровки по ходу компании, позволяет повысить точность и надежность контроля уровня шлака в конвертере. Экономический эффект для предлагаемого с учетом дополнительных капитальных затрат составит 117866 руб. . Таким образом, уровень шлака в ванне конвертера определяется по зависимости (21), причем при переходе из режима открытой струи в режим заглубленной струи корректируется значение коэффициента К; учитывающего изменение геометричес

«

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ШЛАКА В КОНВЕРТЕРЕ, содержащее датчик звукового давления, предварительный усилитель, низкочастотный фильтр, смеситель, гетеродин, полосовой фильтр, усилитель, детектор, преобразователь напряжение-ток, регистрирующий прибор, причем выход датчика звукового давления подсоединен к входу предварительного усилителя, вькод которого подсоединен к входу низкочастотного фильтра, к первому входу смесителя подсоединен выход гетеродина, выход смесителя подсоединен к входу полосового фильтра, выход которого подсоединен к входу усилителя, а выход последнего через детектор подсоединен к входу преобразователя напряжение-ток, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности контроля уровня шлака в конвертере, в него введены блок автоматического регулирования усиления, вычислительный блок, анализатор состава кислорода дутья, анализатор состава отходящих конвертерных газов, расходомер кислорода дутья, датчик температуры отходящих конвертерных газов, датчик определения момента погружения среза ропелКислородной фурмы в щлакометаллическую эмульсию, компаратор, коммутатор и блок контроля положения кислородной фурмы, причем выход низкочастотного фильтра подсоединен к входу блока i автоматического регулирования усиления, выход которого подсоединен к (Л второму входу смесителя, выход датчика определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию подсоединен через компаратор к первому входу коммутатора, другой вход которого подсоединен к выходу блока контроля положения кислородной фурмы, 00 а к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам со вычислительного блока подсоединены соответственно выходы преобразователя напряжение-ток, анализатора состава кислорода дутья, анализатора состава отходящих конвертерных газов, расходомера кислорода дутья, датчика температуры отходящих конвертерных газов и коммутатора, а выход вычислительного блока подсоединен к входу регистрирующего прибора.