Устройство для контроля уровня шлака в конвертере Советский патент 1986 года по МПК C21C5/30 

10

15

20

11245597

Изобретение относится к черной металлургии, а$именно к контролю и регулированию Процессов кислородно- конвертерной плавки, и может быть ис- пользовано для контроля уровня шлака в кислородно-конвертерном производст- ве.

Целью изобретения является повышение точности и надежности контроля уровня шлака в конвертере.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - частотные характеристики частотно-избирательных усилителей; на фиг. 3 - блок-схема вычислительного блока; на фиг. 4 - кривые изменения сигнала, пропорциональные уровню шлака в конверторе.

Устройство (фиг. 1) содержит дат- чик 1 звукового давления, предварительный усилитель 2, низкочастотный фильтр 3, блок 4 автоматического регулирования усьшения, смеситель 5, гетеродин 6, двадцать семь частотно- избирательных усилителей 7, двадцать семь детекторов 8, двадцать семь компараторов 9, двадцать шесть элементов И 10, двадцать семь управляемых ключей 11, преобразователь код-ток 12, вычислительный блок 13, анализатор 14 состава кислорода дутья, анализатор 15 состава отходящих конвертерных газов, датчик 16 температуры отходяЕ их конвертерных газов,, расходомер 17 кислорода дутья, датчик 18 определения момента погружения, фурмы в металл, первый компаратор 19, коммутатор 20, блок 21 контроля положения фурмы, регистрирующий прибор 22.

Датчик 1 звукового давления выполнен, например, телефонным капсюлем до типа ТК-67-Н с номинальным диапазоном частот Ю-ЮООО Гц.

Предварительный усилитель 2 представляет собой усилитель, имеющий граимля

5 гд

г н к м с с н

25

35

ничные частоты усиления

15, . 1700,

нижняя граничная частота

усиления, Гц, - верхняя частота усиления, Гц,,

Полосу пропускания низкочастотного фильтра 3 выбирают так, чтобы вьще- лить спектр частот,J соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, при изменении уровня шлака от минимального до максимального, значения.

имеет полосу пропускания, определяемую по зависимости

df f - f ,(1-)

где f - нижняя граничная частота

пропускания низкочастотного ф|ильтра, соответствующая минимальному уровню шлака в ванне конвертера, Гц;

fj - в ерхняя граничная частота

пропускания низкочастотного фильтра 3, соответствующая . максимальному уровню шлака в ванне конвертера, Гц;

А f полоса пропускания низкочастотного фильтра 3, Гц.

Для конвертеров различной конфигурации резонансные частоты свободного объема рабочего пространства, конвертера, соответствующие минимальному уровню шлака, изменяются от 15 до 28 Гц, а резонансные частоты свободного объема рабочего пространства конвертера, соответствующие заполнению полости конвертера шлаком до отметки 0,5 м от среза горловины конвертера, изменяются от 70 до 111 Гц,, При этом полоса пропускания низкочастотного фильтра 3 равна

&f

fj 96 Гц.

Блок 4 автоматического регулирования усиления вьшолнен, например, в виде ус:нлителя с переменным коэффициентом усиления, изменяющимся автоматически, и служит для поддержания на выходе блока 4 заданной величины амплитуда акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования. Благодаря переменному коэффициенту усиления блока 4 автома.тического регулирования усиления амплитуда акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования на выходе блока 4 автоматически поддерживается на заданном уровне без искалсения спектра частот, соответствующих частоте свободного объема рабочего пространства конвертера при изменении уровня шлака от минимального до максимального значения Величина выходного сигнала блока -4 автоматического регулирования усиления поддердсивается на заданном уровне независимо от изменения величины амплитуды входного сигнала, зависящей от положения кислородной фурмы, расхода кислорода дутья.

Гетеродин 6 представляет собой генератор звуковых колебаний, выходная частота которого изменяется, .например, в пределах

f|, 450 Гц; f; 750 Гц,

где f - нижнее значение частоты выходного сигнала гетеродина „ - верхнее значение частоты выходного сигнала гетеродина.

Смеситель 5 осуществляет преобразование частоты выходного сигнала, получаемого на выходе блока 4 автоматического регулирования усиления, в сигнал с промежуточной частотой.

Калодьй из частотно-избирательных ,усилителей 7 представляет собой соединение усилителя с полосовым фильтром с высокой добротностью, например Q 40, с полосой пропускания, например, 2 Гц, причем резонансная частота полосового фильтра частотно-избирательных усилителей выбирается, исходя из следующего условия:

f: f- + П .

1 Т-Н Р

где 3 2, 3, ..., N,

f - резонансная частота полосового фильтра i-ro частотно-из- рательного усилителя, Гц.

Частотные характеристики частотно- избирательных усилителей приведены на фиг. 2.

Каждьш из компараторов 9 представляет собой операционный усилитель, первый вход которого подключен к выходу соответствующего детектора,, а второй вход каждого операционного усилителя - к выходу источника опорного напряжения.

I

Количество частотно-избирательных.

усилителей определяют по зависимости

М |ЦЯ|сс М1ЛН

(3)

N - количество частотно-избирательных усилителей-; - резонансная частота свободноC

го объема рабочего пространства конвертера в момент времени, предшествующий выбросам . шлако-металлической эмульсии, Гц

- резонансная частота свобод-

ного обьема рабочего пространства конвертера при минимальном уровне шлака в ванне конвертера, Гц.

П, - полоса пропускания полосового фильтра частотно-избирательного усилителя, Гцо Полоса пропускания полосового 5 фильтра .частотно-избирательного уси-, лителя определяется зксперименталь- ным путем с целью получения минимальной погрешности контроля уровня шлака.

,Q Для большегрузных 350 т конвертеров экспериментальным путем определяют ;„„ , f«MH v которые составляют 75, 21, 2 1 ц соответственна .

Количество частотно-избирательных

15

20

25

30

усилителей, определенное по зависимости (3), составляет N 27.

Изменяя частоту гетеродина, настраивают так, что резонансная частота полосового фильтра частотно-избирательного усилителя 7 первого измерительного канала совпадает с. разностью частоты входного сигнала гетеродина и резонансной частоты свободного объема рабочего пространства конвертера при максимально допустимом уровне шлака, а резонансная частота полосового фильтра частотно-избирательного усилителя совпадает с разностью частоты входного сигнала гетеродина и резонансной частоты свободного объема рабочего пространства конвертера при минимальном уровне шлака, т.е.

1 гет - f sxtf-a f

L k л I 1 ij

тет

(4)

Датчик 18 определения момента пог- РЬ жения фурмы в металл представляет собой электрическую цепь для измерения разности потенциалов, возникающей между фурмой и корпусом конвертера по ходу продувки. Сигнал на вы- ходе электрической цепи между фурмой и корпусом конвертера имеет место

45 только в период наличия контакта фурмы со шлакометаллической эмульсией.. .

Вычислительный блок 13 (фиг. 3) содержит модуль 22 нормализации, вы50 ходы которого соединены с бесконтактным коммутатором 23, связанным через аналого-цифровой преобразователь 24 с первым выходом процессора 25, вто; рой вход которого совдинен с выходом 55 блока 26 ввода и вывода информации, выход процессора 25 связан через бесконтактный модуль 27 кодового управления с входом преобразователя

51

код-ток 28, а выход последнего соединен с входом регистрирующего прибора 23, Модуль 22 нормализации выполнен, например, в виде модуля нор- мализащ-ш А613-2 и предназначен для преобразования сигналов постоянного тока в сигналы напряжения и для фильтрации сигналов датчиков от помех нормального вида. Бесконтактный коммутатор 23 выполнен в виде комму- татора бесконтактного, например, типа А 612-10 и предназначен для коммутации сигналов напряжения постоянного тока для последующего преобразования с помощью аналого-цифрового пре- образователя 24, например, типа А611-19. Процессор 25 выполнен в виде, например, типа А131-10 (СМ-Ш). Блок 26 ввода и вывода информации выполнен, например, в виде дисплейного модуля типа А544-2. Модуль 27 кодового управления бесконтактный выполнен, например, в виде модуля кодового управления бесконтактного типа А641-9 и предназначен для приема и запоми- нания двоичных сигналов, поступающих Из процессора 25, и коммутации электрических цепей, постоянного тока управляемого объекта, в частности преобразователя код-ток 28, например, типа А631-65 которьш предназначен для преобразования электрических кодированных сигналов в электрический непрерывный сигнал постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

До начала плавки в вычислительный блок 13 вводится информация о величине , равной высоте от уровня спокойного металла до верхнего конечного положения фурмы (гфи поднятой фурме), определяемой, например, во время тарировки фурмы.

С момента начала плавки акустический сигнал о ходе процесса шлакообразования э воспринимаеьшй датчиком 1 звукового давления, усиливается при помощи предварительного уси тителя 2. Усиленный сигнал проходит через низ- хоч;;стотный фильтр 3, который выделя ет спектр частот, сбответствующнх резонансной частоте свободного объем . рабочего пространства конвертера при изменении уровня жлака от минимального до максимального значения. Сигнал с вьисода низкочастотного фильтра. 3 поступает на вход блока 4 автоматического регулирования усиления, на

0 0 5 о

5

5976

выходе которого получают сигнал постоянной амплитуды со спектром частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего прострат - ства конвертера при изменении уровня шлака от минимального до максимального значения. На смеситель 5 поступает сигнал с выхода блока 4 автоматического регулирования усиления и сигнал, вьфаботанный гетеродином 6. Разность частот этих сигналов с выхода смесителя 5 одновременно поступает на входы частотно-избирательных усилителей 1, Присовпадении частоты входного сигнала, соответствующей резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, с резонансной частотой полосового фильтра частотно-избирательного усилителя i-ro измерительного канала на выходе i-ro

частотно-избирательного усилителя появляется сигнал, который через соответствующий детектор поступает на вход соответствующего компаратора, который через соответствующий управ- ляемьш ключ поступает на соответствующий вход преобразователя код-ток 12, на выходе которого появляется токовый сигнал, пропорциональный резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера. В случае, когда преобразованная резонансная ч:астота свободного объема рабочего пространства конвертера после смесителя: 5 равна величине

+ f,

то появляется сигнал на выходе двух частотно-избирательных усилителей с полосовьми фильтрами f -. и , которые поступают на вход соответствующих компараторов по (i - Т)-му и измерительным каналам (фиг,2). Допустим, например, что на выходе компараторов 9 смежных измерительных канал ов появляются сигналы, соответствующие 1. С выхода компаратора 9 первого измерительного канала сигнал поступает на первый вход элемента И 10, общего для первого и вто- рого каналов, на вход управляемого ключа 11 первого канала. С выхода компаратора 9 второго канала сигнал поступает на второй вход элемента И 10, общего для первого и второго каналов, на первый вход элемента И 10, общего для второго и третьего каналов и на вход управляемого ключа

11 второго канала. На выходе элемента И 10, общего для первого и второго каналов, появляется сигнал, соответствующий 1, который поступает на первый управляющий вход управляемого ключа 11 первого канала и на второй управляющий вход управляемого ключа 10 второго канала,- а также на второй вход преобразователя, код-ток 12, на выходе которого появляется токовый сигнал, пропорциональный резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера.

Сигнал с выхода преобразователя код-ток 12 поступает на первый вход вычислительного блока 13, на второй вход поступают с выхода анализатора 14 состава кислорода дутья сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона в кислородном дутье, а на третий вход - сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона, двуокиси углерода в отходящих конвертерных газах с выхода анализатора 15 состава отходящих конвертерных газов. На чет.вертьш и пятый входы вычислительного блока 13 поступают соответственно сигнал, пропорциональный температуре

отходящих газов с выхода датчика 16 температуры отходящих газов, а также сигнал, пропорциональный расходу кислорода дутья с выхода расходомера 17 кислорода дутья.

В момент вхождения среза сопел фурмы в ошакометаллическую эмульсию через коммутатор 20 на шестой вход вычислительного блока 13 с выходка

блока 21 контроля положения фурмы поступает сигнал, пропорциональный высоте от уровня спокойного металла до среза сопел фурмы.

В вычислительном блоке 13 по ходу плавки осуществляется определение текущего значения уровня шлака по еле- дующбй зависимости:

шл 0604 С2

- Н, - : - с

о L

.де Нщ - текущее значение уровня

пшака в ванне конвертера,м,

245597 . 8

обкс измеряемое значение высоты от уровня металла до верхней точки положения фурмы, м;

5 высота от горловины конвертера до верхней точки положения фурмы, м; - коэффициент, зависящий от

геометрических размеров 10конвертера

Нщ - расчетное значение уровня шлака в ванне конвертера в момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометалли- 15ческую эмульсию, м;

Н - значение высоты фурмы над уровнем спокойного металла в момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометалли- 20ческую эмул ьсию, м;

- постоянная наперед заданная

величина; .

f - измеряемое значение частоты звуковых колебаний, Гц; 25 V - расход отходящих газов,

MVc- С - скорость распространения

звука в неподвижной среде, м/с.

30 На выходе вычислительного блока . 13 получают текувдга уровень гштака в ванне конвертера, регистрируемтяй прибором 23.

В устройстве весь диапазон измерений разбивается на 27 поддиапазо- нов (27 измерительных каналов), следовательно влияние суммарного уровня помех по каждому из каналов уменьшается в 27 раз по сравнению с влияни- и ем суммарного уровня помех во всем .измеряемом диапазоне, О Таким образом, изменение величи- ны выходного сигнала в зависимости от амплитуды низкочастотной составляющей акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования в измеряе- . мом диапазоне частот записывается в следующем виде:

5

5

(5)

(6)

А рез рез

m

k . А f

+ Ч ч --jj-- ,

е k, kj , k - коэффициент усиленияусилителя на калугой частоте в измеряемом

диапазоне частот; k.gjj - коэффициент усиления усилителя на

частоте, соответствующей резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера; S ной частотой 178 Гц, наблюдают максиf

ре5

А

1

А, , « . . 5 А ,

А

pej

резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера, Гц; величина амплитуды низкочастотных составляющих акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования на каждой частоте в измеряемом диапазоне частот; величина амплитуды низкочастотной составляющей акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, соответствующей резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера.

Таким образом, при низком уровне шлака в ванне конвертера в предлагае мом устройстве суммарный уровень помех в 27 раз меньше суммарного уровня помех известных устройств и сос10

мальныи сигнал при минимальном уровне шлака. Таким образом, резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера при минимальном уровне шлака составляет

тавляет величину, равную

Ъ}

где f.,,

гет

fq. 21 Гц,

которая намного меньше велргчины kpgj Apg fpgj , т.е. определение резонансной частоты свободного объема рабочего пространства конвертера осуществляют с минимальной погрешностью, следовательно повышается точность и надежность контроля уровня шлака в ванне конвертера.

При изготовлении макета устройства дл,я контроля уровня шлака в ванне конвертера используют К(,-фильтры с резонансными частотами 124, 127, 128, 178 Гц. Полоса пропускания кшкдого фильтра составляет 2 Гц. Изменяя частоту выходногб сигнала гетеродина

резонансная частота свободного объема рабочего

15пространства конвертера

при минимальном уровне шлака, Гц;

f,g. частота сигнала, вырабатываемого гетеродином, 20Гц;

резонансная частота свободного фильтра, Гц. Резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвер- 25 тера при максимальном уровне ишака, предшествующему выбросам и переливам шлакометаллической эмульсии составляет ,,(, fper f«F l Гц - - 178 Гц 21 Гц 30 где f . „,„,., - резонансная частота o г

бодного объема рабочего пространства конвертера при максимальном уровне шлака, предшествующему выбросам и переливам шлакометаллической эмульсии, Гц.

Полученный на выходе устройства сигнал (фиг. 4, кривая А) позволяет определить уровень шлака в ванне конвертера наиболее близко к истинному его значению (фиг. 4, кривая В ) . Получб .нные значения уровня шлака посрел.ством известного устройства (фиг. 4, кривая В ) значительно отличаются: от истинного.

35

40

45

50

Техническая эффективность от использования предлагаемого устройства состоит в том, что оно позволяет оптимально управлять процессом шлакообразования за счет повьшения точности и надежности контроля уровня uuia- ка- в ванне конвертера. Оптимальное протекание процесса шлакообразования позволит у1 1еньп1ить потери металла с выбросами и выносами, т.е. увеличить выход годного.

экспериментально устанавливают.

при f

гет

199 Гц на выходе частотно-избирательного усилителя, имеющего полосовой фильтр с резонансной частотой 124 Гц, наблюдается максимальный сигнал при максимальном уровне шлака, предшествующем моменту посгуплення выбросов и -переливов шлако- металлической эмульсии, а на выходе частотно-избирательного усилителя, имеющего полосовой ф -шьтр с резонанс

мальныи сигнал при минимальном уровне шлака. Таким образом, резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера при минимальном уровне шлака составляет

f.,,

гет

fq. 21 Гц,

резонансная часто бодного объема ра

ансна абоче макс вующе аллич ,,(, f 21 ,., -

Техническая эффективность от использования предлагаемого устройства состоит в том, что оно позволяет оптимально управлять процессом шлакообразования за счет повьшения точности и надежности контроля уровня uuia- ка- в ванне конвертера. Оптимальное протекание процесса шлакообразования позволит у1 1еньп1ить потери металла с выбросами и выносами, т.е. увеличить выход годного.

%w.e

/,/«

Ф14г.2

шл.м

Bi,,K,ru,

Фиг.З

3,0

10 20 3G 40 SO 60 70 80 90 WO t,%

Составитель А.Абросимов Редактор Н.Гунько Техред Л.Олейиик Корректор Е.Сирохман

Заказ 3961/17Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Пр оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4