Устройство для контроля температурного режима конвертерной плавки Советский патент 1986 года по МПК C21C5/30 

тому входу расходомера водорода, образующегося в результате диссоциа ции воды в конвертере, выход расходомера отходящих конвертерных газов подсоединен к третьему входу расходомера азота и водорода в отходящих конвертерных газах, первьй, вто рой и третий выходы которого подсое динены соответственно к первому, второму и третьему входам расходоИзобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю и регулированию процессом кислородно-конвертерной плавки, и может быть использова го в кислородно-конвертерном производстве стали.

Цель изобретения - повышение точности контроля температурного режима конвертерной плавки.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - внутренняя структура блока управления.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит блок 1 расчета интегрального расхода кислорода дутья, расходомер 2 кислорода дутья, блок 3 управления, анализатор 4 состав а отходящих конвертерных газов, расходомер 5 отходящрих конвертерных газов, блок 6 расчета текущего прироста температуры металла в ванне конвертера, расходомер 7 азота и водорода в отходящих конвертерных газах, расходомер 8 водорода, образующегося в результате диссоциации воды в конвертере, блок 9 расчета изменения температуры металла за счет расхода тепла на нагрев, испарение и диссоциацию воды в конвертере, бйок 10 расчета текущей температуры металла и регистрирующий прибор 11.

Блок 1 расчета интегрального рас- хода кислорода дутья представлен в .виде статической системы управления конвертерной плавкой, которая рассчитывает перед началом продувки по статическому алгоритму интегральный расход кислорода дутья на плавку, на225860

мера водорода, образующегося в результате диссоциации воды в конвертере, выход последнего подсоединен к первому входу блока расчета изме- 1 нения температуры металла за счет расхода тепла на нагрев, испарение и диссоциацию воды в конвертере, выход которого подсоединен к третьему входу блока расчета текущей температуры металла.

чальную температуру металла и расчетную температуру металла к концу плавки. Расходомер 2 кислорода дутья представлен в виде сужающегося устройства с типовыми датчиками давле- .ния и перепада давления кислорода и его температуры.

Блок 3 управления (см. фиг. 2) представлен, например, в виде таймера, который выдает две чередующиеся между собой команды, сдвинутые во времени, например, в пределах 0,2- 2,5 с, определяемом экспериментально. Блок 3 управления (см. фиг. 2)

состоит из последовательно соединенных одновибратора 12, инвертера 13 и схемы И 14, причем вход одновибратора 12 соединен с вторым входом схемы И 14.

Анализатор 4 состава отходящих конвертерных газов представлен, например, в виде масс-спектрометра МХ-1215.

Расходомер 5 отходящих конвертерных газов представлен, например, в виде трубы Вентури с типовыми датчиками давления и перепада давления отходящих конвертерных газов и его температуры.

Блок 6 расчета текущего прироста температуры металла в ванне конвертера представлен, например, в виде аналоговых интегральных схем, реализующих зависимость

расп нач Vr

и

Jvojltl S

02О

И состоит из последовательно соединенных первого инвертора I5, перво3

го сумматора 16, первого делителя .17.и первого умножителя 18, а также первого интегратора 19, причем пер- вьй, второй и третий выходы блока 1 расчета интегрального расхода кислорода дутья подключены соответствен- ko к входу первого инвертора 15, к второму входу первого сумматора 16 и второму входу первого делителя 17, а к первому и второму входам первого интегратора 19 подключены соответственно выходы блока 3 управления и расходомера 2 кислорода дутья, выход первого интегратора 19 подключен к второму входу первого умножителя 18.

Расходомер 7 азота и водорода в отходящих конвертерных газах представлен, например, в виде аналоговых интегральных схем, реализующих за- висимость

°: v

or

uor

Поor

, V., v

N,

100

N,

or

100

И состоит нз второго умножителя 20 и третьего умножителя 21, причем первьй и второй выходы анализатора 4 состава отходящих конвертерных газов подключены соответственно к первым входам второго умножителя 20 и третьего умножителя 21, а выход расходомера 5 отходящих конвертерных газов подключен к вторым входам второго умножителя 20 и третьего умножителя 21.

Расх:одомер 8 водорода, образующегося в результате диссоциации воды в конвертере, представлен, например , в виде аналоговых интегральных схем, реализующих зависимость

ьпо

И

of

or

н°;+со° HI

и состоит из четвертого умножителя 22, второго сумматора 23, третьего сумматора 24 и второго делителя 25, причем выход третьего умножителя 21 подключен к первому входу четв.ерто- го умножителя 22, первьм выход анализатора 4 состава отходящих конвертерных газов - к вторым входам четвертого умножителя 22 и второго сумматора 23, третий выход анализатора 4 состава отходящих конвертерных газов подключен к первому входу

25860.4

второго сумматора 23, выход которого подключен к второму входу второго делителя 25, к первому входу второго делителя 25 подключен выход 5 четвертого умножителя 22, к первому и второму входам третьего сумматора подключены соответственно выходы второго .умножителя 20 и второго делителя 25.

10 Блок 9 расчета изменения температуры металла за счет расхода тепла на нагрев, испарение и диссоциацию воды в конвертере представлен, например, в виде аналоговых интеграль15 ных схем, реализующих зависимость

,.|,.c.h.4(

о

И СОСТОИТ из последовательно соединенных блока 26 логарифмирования, блока 27 формирования начального уровня, блока 28 формирования экспоненты и второго интегратора 29, причем

второй выход блока 3 управления подключен к второму входу второго интегратора 29, выход третьего сумматора 24 подключен к второму входу блока 26 логарифмирования.

Блок 10 расчета текущей температуры металла представлен, например, в виде сумматора на основе аналоговых интегральных схем, реализующих зависимость

ац

рс(сп нач

ZV

02

ivo,W«-.,

и состоит из второго инвертера 30

и четвертого сумматора 31 , причем выход второго интегратора 29 подключен к входу второго инвертера 30, выход которого подключен к третьему входу четвертого сумматора 31, а к

первому и второму входам последнего подключены, соответственно, выход первого умножителя 18 и первый.выход блока 1 расчета интегрального расхода кислорода дутья, выход четвертого сумматора 31 подключен к входу регистрирующего прибора 11.

Регистрирующий прибор 11 представлен, например, в виде вторичного прибора КСП-4.

Устройство работает следующим об- разом.

Перед началом очередной плавки в блоке 1 расчета интегрального расхо

да кислорода дутья по статическому алгоритму рассчитывается интеграль- ньш расход кислорода дутья на плавку, начальная температура металла и расчетная температура металла к концу плавки. По открытию отсечного клапана кислорода дутья по первому сигналу из блока 3 управления происходит обнуление интеграторов блоков 6 и 9, а по второму сигналу запускается расходомер 2 кислорода дутья, анализатор 4 состава отходящих конвертерных газов и расходомер 5 отходящих конвертерных газов. С началом продувки сигнал с контактов реле отсечного клапана кислорода дутья поступает на вход отновибратора 12 и первьй вход схемы И 14. Одновибра- тор запускается перепадом сигнала из

нулевого состояния в единичное и вырабатывает импульс длительности,

например, в пределах 0,2-2,5 с, определяемой экспериментально. Передний фронт соответствует моменту появления сигнала с контактов реле отсечного клапана кислорода дутья. Сигнал с выхода одновибратора 12 поступает в интеграторы 19 и 29 в качестве сигнала сброса. Этот же сигнал поступает на вход инвертера 13. С выхода инвертера 13 нулевой сигнал поступает на второй вход схемы И 14 сигнала от контактов реле отсечного клапана расхода кислорода дутья. По окончании импульса на выходе одновибратора 12 устанавливается нулевой сигнал, который инвертируется инвертером 13, и единичный сигнал с его выхода поступает на второй вход схемы И 14. На выходе схемы И 14 появляется единичньй сигнал, который поступает в блоки 1, 2, 4 и 5.

При поступлении с выхода блока расчета интегрального расхода кислорода дутья аналогового сигнала, пропорционального Т f. , на ВХОД первого инвертера 15 с выхода инвертера 15 сигнал, пропорциональнь й Т. , поступает на вход первого сумматора 16. На второй вход первого сумматора J6 поступает аналоговьй сигнал, проXt

порциональньй Т., , с второго выхода блока 1 расчета интегрального рахода кислорода дутья. С выхода пер- вого сумматора 16 сигнал, пропорцио- нальньй (Траср - Тцдц ), поступает на первьй вход первого делителя 17.

10

2258606

На второй вход первого делителя 17 поступает аналоговьй сигнал, пропор- циональньй SVg с третьего выхода блока 1 расчета интегрального 5 расхода кислорода дутья. С выхода первого делителя 17 сигнал, пропорV -L рсясп -L ноч

циональныи - Гт- поступает

, Vo,j

на первьй вход первого умножителя 18. Аналоговьй сигнал, пропорциональс выхода расходомера 2 кислорода дутья поступает на первьй вход первого интегр.атора 19. Первьй интегратор 19 также выполнен по стан- 15 дартной схеме. На второй вход первого интегратора 19 поступает сигнал с выхода блока 3 управления, которьй обнуляет первьй интегратор 19. С выхода первого интегратора 19 сигнал.

ный Vo (i

0

5

5

пропорциональньй J V (tl (3t , посту о

пает на ёторой вход первого умножителя 18. С расчета первого умножителя 18 сигнал, порпорциональньй

Т т расп

ZV,

0

. Vg (t)dt, посту-0

5

0

пает на первый вход четвертого сумматора 31, выполненного по стандартной схеме.

С первого выхода анализатора 4 состава отходящих конвертерных газов аналоговьй сигнал, пропорциональньй

гтОГ

Н , поступает на первый вход второго умножителя 20, выполненного по стандартной схеме, а также на первьй вход второго сумматора 23, вьтол- ненного также по стандартной схеме, и второй вход четвертого умножителя 22. На второй вход второго умножителя 20 поступает аналоговьй сигнал, пропорциональньй V , с выхода расходомера 5 отходящих конвертерных газов. С выхода второго умножителя 20 сигнал, пропорциональньй V , 5 поступает на первьй вход третьего

С5гмматора 24. С второго выхода анализатора 4 состава отходящих конвертерных газов аналоговьй сигнал, пропорциональньй N , поступает на первьй вход третьего умножителя 21, на второй вход которого поступает сигнал с выхода расходомера 5 отходящих конвертерных газов, пропорциональньй VOP.

С выхода третьего умножителя 21 сигнал, пропорциональный Vj , поступает на первьй вход четвертого умножителя 22, поступает сигнал с первого выхода анализатора 4 состава

0

отходящих конвертерных тазов, пропорциональный Н . С выхода четвертого умножителя 22 сигнал, пропорциональный Ь Н2 поступает на первый вход второго делителя 25, выполнение- го на основе схемы умножителях добавлением после одного из логарифмических усилителей инвертирующего усилителя. Аналоговьй сигнал, пропорцио„ ,,ог нальиыи Н2 , с первого выхода анали

затора 4 состава отходящих конвертерных газов поступает на первьй вход второго сумматора 23, на второй вход которого поступает сигнал, пропорцио- нальньй СО , с третьего выхода ана- лизатора 4 состава отходящих конвертерных газов. С выхода второго сумматора 23 сигнал, пропорциональный (Н + ), поступает на второй вход второго делителя 25. С выхода второго делителя 25 сигнал, пропорцио0 ОГ

„ Ъ-На VN,, нальныи, -от-iJI QQB r поступает на

второй вхоД третьего сумматора 24.

С выхода третьего сумматора 24 сигнал, пропорциональньй V +

V J + н° + со ° - поступает на вход

блока 26 логарифмирования, выполненного на основе логарифмического уси- лителя по стандартной схеме.

С выхода блока 26 логарифмирования сигнал, пропорциональньй

4К

C h ) поступает на вход блока 27 формирования начального уровня, выполненного на основе схемы сумматора, на один из выходов которого

подано постоянное напряжение. С выхода блока 27 формирования начального уровня сигнал, пропорциональ- ньй (Ъ- , (-1: )), поступает на вход блока 28 формирования экспонен ты, выполненного по стандартной схеме. С выхода блока 28 формирования экспоненты сигнал, пропорцио налы ный е L поступает на первьй вход второго интегратора 29. На второй вход второго интегратора 29

-поступает сигнал с второго выхода блока 3 управления, которьй обнуляет второй.интегратор 29.

С выхода второго интегратора 29 сигнал, пропорциональный

njb dt, поступает на

d

0

ВХОД второго инвертора 30, выполненного на основе инвертирующего усилителя. С выхода второго инвертора

30сигнал, пропорционапьньп,

aje-t - H,(t l dt, поступает на

о

третий вход четвертого сумматора 31 На первый вход четчертого сумматора

31поступает сигнал, пропорциональньй Тцо,ц , с первого выходы блока 1 расчета интегрального расхода кислорода дутья.

С выхода четвертого сумматора 31 си1 нал, пропорциональньй

на ч

+

нач

Z,

- с, .

02

. мЛ t)dt- J 2

s 0

5

о

поступает на вход регистрирующего прибора 11.

Контроль температуры металла в ванне конвертера с помощью предлагаемого устройства основан на следующих теоретических предпосылках.

Формулу для расчета расхода водорода в конвертерном газе получают из уравнения баланса кислорода в газовом тракте конвертера и соотношения между количествами дожигаемых в газовом тракте водорода и окиси углерода и концентрациями этих газов в газовом тракте. Уравнение баланса кислорода в газовом тракте имеет вид

:;ОгЧ -v; ).2. v-,(2)

где Vj.Q - расход окиси углерода из

.ОГ

конвертера, нм /мин;

V - расход окиси углерода в отходящем газе, нм /мин;

со

V м А

V(, - расход кислорода в подсасываемом в газовый тракт воздухе, который связан сте- хиометрическим соотношением с расходом азота в газовом тракте, нм /мин.

Указанное соотношение между количеством дожигаемых газов и их концентрациями в газовом тракте имеет вид

Н

,ог

v -v

Hj HI

V..- Vr, CO

.

CO 4o

Решая уравнения (2) и местно получим уравнение ления расхода водорода в ном газе

н Нг j н° + С

и расход азота в отходящем

2Э,

9

где V - расход водорода, образующе-- гося при диссоциации влаги, попадающей в ванну конвертера, нм /мин;

v,0r

t(

газе, Н, концентрации водорода и оки си углерода в отходящем газе, %;

jj - стехиометрический коэффициент, равный 0,532. Интегральное количесво конвертерного водорода за плавку колеблется на различных плавках в пределах 300- 1300 нм . Способ позволяет учесть уолебания температуры металла, соответствующие указанному диапазону изменения интегрального значения водорода, равные ,

Расход тепла на нагрев, испарение и диссоциацию влаги, попадающей в конвертер с шихтовыми материалами и при прогаре кислородной формы, определяется до формуле

где

Со НгО So

О - тепловой эффект нагрева,

V HjO

испарения и диссоциации воды, кДж/т;

о стехиометрический коэффициент пересчета, нм водорода в 1 т воды. Определяют изменение температуры металла в конвертере путем учета

расхода тепла на нагрев, испарение

исп и диссоциацию влаги Q ц ,, для условии

кислородно-конвертерного цеха и принятых производственных показателей 300 т конвертера: вес металла 320 т вес шлака 50 т, теплоемкость металла 250 кДж/т-°С, теплоемкость шлака 400 кДж т , Таким образом, знаменатель формулы (2) равен 100000.

Из табл. 2 следует, что охлаждающий эффект пара по сравнению с охлазкдающим эффектом лома в 10 раз больше. Таким образом, 1% пара, составляющий для 300 т конвертера 3 т дает охлаждающий эффект в 9© С, а 1 т пара соответственно 30°С.

Стехиометрический коэффициент пересчета нм водорода в 1 кг воды равен 0,803.

Подставив зависимость (4) в уравнение (1), после преобразования получим зависимость для определения изменения температуры металла в ван22586010

не конвертера за счет расхода тепла на нагрев, испарение и диссоциацию воды в конвертере

йТ

1н,о Н20 н

.WA

0

5

Учитывая; ЧТО 1000 кг пара дает охлаждающий эффект 30° С, получим

4nV 9л§93 5 aj)

100000 отсюда

q 3731 кДж/мм.

с Э

Таким образом, для 300 нм водо- родД изменение температуры металла в конвертере составит ,2°С, а для 1300 нм водорода аТ., ,, 48,5°С.

Уравнение для расчета изменения температуры, металла за счет расхода тепла на нагрев, испарение и диссоциацию воды в конвертере в зависимости от расхода водорода в конвертерном газе следующее:

MT(t.o,5BJe-f -° « jt.,(5)

о

Переписав в данное уравнение с введением коэффициентов а, Ъ, с, получим:

35

aT(t),o a.|e-tb -M. (е)

где uT(i) изменение температуры ме- талла за счет расхода тепла на нагрев, испарейие и диссоциацию воды в конвертере, С;

.н ( текущий расход водорода в конвертерном газе,

i - время продувки у мин; а 0,583 1 эмпирические коэффи- b 2,7456V циенты, определяемые 0,9995j опытным путем.

Прирост темп ёратуры металла в ванне конвертера по ходу продувки определяется по следующей зависимос- ти:

дт(г)- - 1яа 1 т

О-г

нач

)dt,,(7)

111225860

де u T(t) - текущий прирост темпера- туры металла в ванне конвертера, °С;

расчетная температура металла в ванне конвертера к концу плавки, определяемая по зависимости (1 ),

рас пол го пос 5 в к и

г- j

ноч начальная температура ме- металла,°С;

5iVo - интегральный расход кислорода дутья на плавку, определяемый по статическому алгоритму, нм ;

VQ (il - текущий расход кислорода

дутья, нм /мин; t - время продувки, мин.

Таким образом, с учетом полученных зависимостей (5), (6), получим формулу для определения текущей температуры металла в ванне конвертера:

ntl T,

I расп нач

„ t - k+c-b.v Wl 4---jVoltldt-QJe dt

S i i (8

Экспериментальные исследования показали, что учет изменения температуры металла из-за расхода тепла на нагрев, испарение и диссоциацию влаги в конвертере повышает точность контроля температурного режима конвертерной плавки.

В табл. 1 и 2 приведены изменения измеряемых и рассчитываемых параметров на характерной плавке R 342701, на которой основным источником вьще- ления водорода в ванне конвертера является только влага, попадающая в ванну конвертера с шихтовыми материалами, и на плавке № 342948, на которой источником выделения водорода в ванне конвертера является влага, попадающая с шихтовыми материалами, а также, вода, попадающая при прогаре кислородной фурмы.

На характерной плавке N 342701 (табл. 1), на которой основным источником выделения водорода в ванне конвертера является только влага, попадающая в ванну конвертера с шихтовы- ми, материалами, значения отклонений фактической температуры металла от

5860

12

расчетной на промежуточной плавке, полученные посредством предлагаемого способа, составляют +3,558 С, а посредством известного - 14,49°С, а 5 в конце плавки соответственно 3,087 и 10,3б с.

На характерной плавке N 342948 (табл. 2), на которой источником выделения водорода в ванне конвертера является влага, попадающая в ванну конвертера с шихтовыми материалами, а также вода, попадающая при прогаре кислородной фурмы, значения отклонений фактической температуры металла от расчетной на промежуточной плавке, полученные посредством предлагаемого устройства, составляют 0,565 С, а посредством

известного - 35,58°С, а в конце плавки соответственно 8,932 и 21,69 с. Следовательно, на плавках, в которых имеет место прогар кислородной фурмы, известное устройство для определения температуры металла имеет наибольшую погрешность, а предлагаемое имеет более высокую точность контроля-тe шepaтypы металла в ванне конвертера как на плавках в которых имеет место прогар кислородной фурмы, так и без прогара кислородной фурмы.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определить температуру металла наиболее близко к истинному его значению. Полученные

значения температуры металла посредством известного устройства значительно отличаются от истинного. Сред- неквадратическая погрешность контроля температуры металла по результатам сравнения расчетной температуры с фактической на 115 плавках составляет 9,48°С.

Техническая эффективность устройства состоит в том, что за счет более высокой точности контроля температурного режима конвертерной плавки снижается количество плавок с послепродувочными коррекциями,

что приводит к уменьшению средней длительности плавки, т.е. увеличивается производительность конвертеров.

i

Составитель A. Абрасимов .РедакторH. Гунько Техред В.Кадар KoppeKTop A.JjicKO

Заказ 2103/19 Тираж 552Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПУ;П Патент, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

vl/

Фиг. 2