Устройство для контроля параметров конверторного процесса Советский патент 1987 года по МПК C21C5/30 

1

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к управлению кислородно-конвертерным процессом. Цель изобретения - определение скорости обезуглероживания в ванне конвертера.

На фиг. I изображена схема устройства j на фиг. 2 - схема логического блока.

Устройство (фиг. 1) содержит первый датчик 1 давления, связанный с отборным устройством 2, установленным в газоходе 3, соединенный через предварительный усилитель 4, низкочастотный фильтр 5, блок 6 автоматического регулирования усиления со смесителем 7, который также связан с гетеродином 8. Выход смесителя 7 соединен через полосовой фильтр 9, усилитель 10 с детектором И. Предварительный усилитель 4 соединен через блок 12 дифференцирования с логическим блоком 13 и непосредственно с первым и вторым блоками 14, 15 памят Второй вход первого блока 14 памяти соединен через первый блок И 16 с первым выходом логического блока 13, а второй вход второго блока 15 памят соединен через второй блок И 17 с вторым выходом логического блока 13. При этом вторые входы первого и второго блоков И 16, 17 соединены через блок 18 задержки с третьим выходом логического блока 13. Выходы первого блока 14 памяти и второго блока 15 памяти соединены через первый сумматор 19 с первым блоком 20 умножения, который также связан с детектором П. Второй датчик 21 давления, связанный с отборным устройством 22, установленным в зазоре между горловиной конвертера 23 и газоходом 3, соединен через второй блок 24 умножения с вторым сумматором 25, второй вход которого связан с выходом первого блока 20 умножения, а выход - с блоком 26 указания. Логический блок 13 (фиг. 2) содержит соединенные между собой двухканальный блок 27 сигнализации и блок 28 сравнения, причем первый и второй выходы блока 27 сигнализации являются соответственно первым и вторым выходами логического блока, а выход блока 28 сравнения - его третьим выходом.

В качестве датчиков 1 и 21 давления могут быть применены стандартные измерители давления Сапфир-22ДИ с

10

15

.25 12112

усилителями, блоки памяти могут быть выполнены на базе устройств выборки и хранения аналоговых сигналов ИС КР1100СК2, блоки И и задержки - на стандартных блоках вычислительной техники, остальные блоки могут быть выполнены на базе стандартных блоков АКЭСР.

Скорость обезуглероживания жидкой ванны характеризуется наличием пульсации. Пульсационный характер процесса обезуглероживания приводит к изменению давления газов в полости конвертера, которое передается по газоотводящему тракту.

Согласно первому закону термодинамики.

,

(1)

где JQ - количество тепла, сообщенное

рабочему телу, Дж; ли - изменение внутренней энергии

рабочего тела, Дж. С другой стороны, тепловыделение в системе в течение одного цикла колебаний можно определить как

.Q -. ,(2)

где q - удельная теплота сгорания

топлива, (для газообразного при нормальных условиях Дж/м );

V - массовый расход топлива,кг/с; f - частота колебаний давления

газа, Гц.

Согласно теории классической статистики Максвелла, изменение внутренней энергии газа можно определить по формуле

ли - . i .R-JT, (3) f. d

где m - масса газа, Krj

- молярная масса газа, кг/моль; i - с учетом колебательных число степеней свободы движения одной молекулы газа; ЛТ - изменение температуры газа,К; R - универсальная газовая постоянная, равная 8314 Дж/кмоль-К. Дпя описания состояния реальных газов при низких давлениях и высоких температурах, что имеет место в кислородно-конвертерном процессе, мож- но использовать уравнение Менделеева- Клапейрона:

PV

ШТ,

(4)

31341

где лР - амплитуда колебаний давления

газа, Па;

V - объем газа, м. Используя соотношения (l)-(4), получаем выражение для амплитуды колебаний давления газа:

АР- rvTf

(5)

В кислородно-конвертерном процессе газообразование по ходу продувки происходит в реторте и газоходе. Длина пути, при котором происходит полное молярное перемешивание конвертер- ного газа с подсасываемым воздухом, равна примерно десятикратному диаметру горловины конвертора. Поэтому наиболее достоверная амплитудно-частотная характеристика отходящих газов контролируется в верхней части подъемного газохода,

Считая, что во время продувки конвертера выделяются тольцсо углерод- содержащие газы СО и COj, выражение (5) можно преобразовать:

. .

1

2q ..r со 12 с Осо

1

Усо

со Д Д т :

(6) 30

35

«2

е йР ,JP2 - амплитуды колебаний дав- ления газа в верхней

части подъемного газохода и парциального давления двуокиси от догорания окиси углерода. Па;

- объемная доля двуокиси углерода от догорания конвертерных газов; q удельная теплота сгорания окиси углерода от

догорания конвертерных

45

газов при нормальных условиях,- равная 127 105 Дж/м ;

массовый расход углерода ванны или скорость ее обезуглероживания, 50 кг/с;

степень окисления углерода до СО в полости конвертера, определяемая как объемная доля окиси 55 углерода в 1гьнвертерных газах;

с учетом кол рбательных число степеней свободы

0

5 о

211

движения одной молекулы двуокиси углерода, равная 8;

V , V|. - объемы соответственно кессона и подъемного газохода,

f - частота колебаний давления газа в верхней части подъемного газохода, Гц.

Значение v определяем как отношение значений расхода двуокиси углерода от догорания конвертерных газов К-, сумме расходов углеродсодержа- щих конвертерных газов и подсосанного воздуха, который принимаем пропорциональным разрежению в нижнем сечении кессона:

Тсо

(7)

25

30

35

-

45

50

я 55

где К - коэффициент пропорциональности, определяющий расход подсасываемого воздуха при нормальных условиях в зависимости от разрежения в нижнем сечении кессона, (с.Па); «/р - разрежение в нижнем сечении

кессона. Па.

Решая выражения (6) и (7) относительно величины V , получим:

,169-10( )Р,- f,-0,

Устройство работает следующим об- разом.

С момента начала продувки сигнал о давлении газов в газоходе 3, воспринимаемый датчиком 1, усиливается в предварительном усилителе 4. Затем сигнал проходит через низкочастотный фильтр 5, который выделяет спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема газохода. С выхода низкочастотного фильтра сигнал поступает на вход блока 6 автоматического регулирования усилияj на выходе которого получают сигнал постоянной амплитуды с резонансным спектром частот. На смеситель 7 поступает сигнал с выхода блока 6 автоматического регулирования усиления и сигнал, выработанный гетеродином 8. Разность частот этих сигналов проходит через полосовой фильтр 9, усиливается усилителем 10 и преобразуется частотным детектором 11 в сигнгш, пропор513

циональный частоте колебаний давления газа в газоходе. Сигнал с предварительного усилителя 4 поступает в блок 12 дифференцирования, с выхода которого - на первый вход первого канала и второй вход второго канала блока 27 сигнализации и на первый вход блока 28 сравнения. При этом на второй вход первого канала и первый вход второго канала блока 27 сигнализации второй вход блока 28 сравнения подается опорное напряжение, равное нулю (и). Если сигнал на первом входе одного из каналов блока 27 сигнализации превышает сигнал, подаваемый на его второй вход, то на выходе канала появляется сигнал, соответствующий единичному (в противном случае - нулевому). Таким образом, на первом выходе логического блока 13 появляется единичньй сигнал, когда сигнал на его входе вьше нуля, и нулевой, если сигнал на входе ниже нуля. На втором выходе логического блока 13 единичный сигнал появляется ,когда сигнал на его входе ниже нуля, и S yлeвoй, если сигнал на входе вьше нуля. Единичный сигнал на выходе блока 28 сравнения (третьем выходе логического блока 13) появляется только при совпадении входного сигнала с нулевым опорным сигналом и через блок 18 задержки поступает на вторые входы первого 16 и второго 17 блоков И. Наличие двух единичных сигналов на входах первого блока И 16 позволяет получить единичный сигнал с его выхода, который подается на второй вход первого блока 14 памяти и разрешает запись сигнала, поступающего от предварительного усилителя 4 на первый вход первого блока 14 памяти. Аналогично наличие единичных сигналов на входах второго блока И 17 разрешает запись сигнала от предварительного усилителя 4 во второй блок 15 памяти. Рассмотрим случай, когда величина давления газов в газоходе достигает максимального значения. В этот момент сигнал, поступающий с предварительного усилителя 4 на блок 12 дифференцирования, достигает максимального значения, а с выхода блока дифференцирования на логический блок 13 поступает сигнал, равный нулю. С третьего выхода логического блока на блок 18 задержки поступает единичный сигнал. При

5

21 I

переходе величины давления через максимальное значение сигнал, поступающий на блок 12 дифференцирования, уменьшается, и с выхода блока дифференцирования на логический блок 13 поступает сигнал ниже нуля, что приводит к появлению нулевого сигнала на первом выходе логического бло- Q ка 13 и единичного на его втором выходе. Таким образом, спустя время задержки на первый и второй входы первого блока И 16 поступают соответственно нулевой и единичный сигналы, а на входы второго блока И 17 - единичные сигналы, что разрешает зафиксировать во втором блоке 15 памяти новое значение, соответствующее максимальному давлению газов в газоходе. Аналогично по достижении величины давления минимального значения единичные сигналы появляются на входах первого блока И 16, что позволяет зафиксировать в первом

g блоке 14 памяти значение, соответствующее минимальному давлению газов в газоходе. Напряжение с выходов первого 14 и второго 15 блоков памяти суммируется в первом сумматоре 19. С выхода последнего напряжение, пропорциональное амплитуде колебаний давления газа в верхней части подъемного газохода, поступает в первьй блок 20 умножения, в который также поступает напряжение с детектора 11,

35 пропорциональное частоте колебаний давления отходящих газов. Числовой коэффициент, пропорциональный выражению 0,5-0, 169-10 (V t-+Vr), устанавливается в виде постоянного сомно жителя в первом сумматоре 25, Таким образом, напряжение, поступающее на второй сумматор 25, пропорционально выражению О, 169 -Ю () f. Сигнал о давлении газов на выходе из

5 конвертера с датчика 21 поступает на второй блок 24 умножения, в котором вычисляется произведение 0,536К с/р, поступающее во второй сумматор 25. Скорость обезуглероживания вычисля50 ется в сумматоре 25 согласно выражению (8 ) и фиксируется блоком 26 указания.

Пример. Определение скорости обезуглероживания в 130-тонном кон55 вертере с продувкой кислородом сверху и дожиганием конвертерных газов. Дпя этой конвертерной установки значение коэффи1№1ента пропорциональности ,93 (с.Па),геометрические

0

713412

факторы равны V -37 м, м-. Значения переменных, измеренных в момент подачи в ванну 50% общего количества кислорода на плавку, в области резонансного колебания газа равны f 5 Гц; ,72 () Па. Величина разрежения в нижнем сечении кессона равна с/р 20 Па. После подстановки данных в выражение (8 ) получим:

, 169 10( 37+209 ) 0, 72 10 5- -0,536-0,93-20 4,97 (кг/с).

10

Испытание макета показало, что использование устройства определения скорости обезуглероживания в ванне конвертера позволяет осуществить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, находящихся в заданных пределах, с первой по- валки возрастает на 5-7%), что снижает себестоимость стали и повышает ее качество.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля параметров конвертерного процесса, содержащее последовательно соединенные предварительный усилитель, низкочас- тотньй фильтр, блок автоматического регулирования усиления, соединенный с гетеродином смеситель, полосовой фильтр, усилитель и детектор, блок указания, отличающееся тем, что, с целью определения скорое- ти обезуглероживания в ванне конвер

0

g Q

5

0

18

тера, оно снабжено двумя датчиками давления, блоком дифференцирования, логическим блоком, блоком задержки, двумя блоками И, двумя блоками памяти, двумя сумматорами и двумя блоками умножения, причем предварительный усилитель соединен через блок дифференцирования с логическим блоком и непосредственно с первым и вторым блоками памяти, вторые входы которых соединены через первый и второй блоки И соответственно с первым и вторым выходом логического блока, при этом вторые входы первого и второго блоков И соединены через блок задержки с третьим выходом логического блока, а выходы первого и второго блоков памяти соединены через первый сумматор с первым блоком умножения, второй вход которого соединен с выходом детектора, а выход первого блока умножения соединен с вторым сумматором, второй вход которого через второй блок умножения соединен с вторым датчиком давления, а выход - с блоком указания, выход первого датчика давления соединен с предварительным усилителем.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отборный элемент первого датчика давления установлен в газоходе,. а отборный зле- мент второго датчика давления установлен в зазоре между горловиной конвертера и газоходом.

фи. 2

Составитель А.Абросимов Редактор М.Циткина Техред М.Ходанич

4402/31

Тираж 549Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

Корректор П.Иилипенко

Изобретение относится к области управления кислородно-конвертерным процессом. Цель изобретения - определение скорости обезуглероживания в ванне конвертора. Существо изобретения заключается в том, что устройство совокупностью блоков и связей между ними производит вычисление скорости обезуглероживания (V|.) по следующей формуле: V(.0,169« .)jP, f, - 0,536-К-4, где . и V|. - соответственно объемы кессона и подъемного газохода; Р, - амплитуда колебаний давления газа в газоходе; f, - частота колебаний давления газа в газоходе; К - коэффициент пропорциональности, определяющий расход подсасываемого в газоход воздуха; tff - разрежение в нижней части кессона. Величина JР, определяется совокупностью элементов: датчиком 1 давления, усилителем 4, блоком 12 дифференцирования, блоком 18 задержки, сумматором 19. Величина 0,536-K-rfJ, определяется датчиком 21 давления, блоком 24 умножения. Величина f, определяется датчиком 1 давления, усилителем 4, фильтром 5, блоком 6 АРУ, смесителем 7 с гетеродином 8, фильтром 9, усилителем 10, детектором П. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с & (Л