Устройство для определения степени окисления углерода до окиси углерода в полости конвертора Советский патент 1988 года по МПК C21C5/30 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к управлению кис- лородно-конверт ерным процессом.

Цель изобретения - повышение точности;

На фиг, 1 приведена схема устройства; на фиг, 2 - схема блока контроля скорости обезуглероживания; на фиг. 3 и 4 - схемы узлов определения амплитуды и частоты колебания -давления газа.

Блок 1 контроля скорости обезуглероживания соединен с отборами давления 2 и 3,установленными в газоходе 4 . Измеритель 5 давления соединен с отбором 6 давления газа в полости кон- вертера 7, Выход измерителя 5 давле- кия через предварительный усилитель 8 соединен с блоками 9 и 10 определения амплитуды и частоты колебания давления газа, подключенными к блоку 11 умножения , Выход блока 11 умножения связан через первый сумматор 12 с блоком 13 деления-указания, к которому также подключен через второй сумматор 14 блок 1 контроля скорости обезуглероживания. Выход блока 11 умножения подсоединен к второму сумматору На фиг, 2 приведена структурная схема блока контроля скорости обезуглероживания. Вход узлов 15 и 16 определения амплитуды и частоты колебания давления газа подключен к второму предварительному усилителю 17, а выход к первому узлу 18 умножения. Выход узла 18 умножения,подключён к первому узлу 19 суммирования, который также связан с вторым узлом 20 умножения,

На фиг. 3 приведена структурная схема узла 15 определения амплитуды колебания давления газа (структурная схема блока 9 определения амплитуды колебания давления газа аналогична). Первый узел 21 сравнения соединен с первым ключом 22, а второй узел 23 сравнения - с вторым ключом 24, Первый ключ 22 соединен через первьй узел 25 задержки с первым узлом 26 памяти, схема сброса которого соединена с выходом первого узла 21 сравнения, который также соединен с первым узлом 27 дифференцирования. Кроме того, схема сброса первого узла 2 :памяти соединена через второй узел 2 задержки с вторым узлом 29 дифференцирования. Второй ключ 24 через третий узел 30 задеожки соединен с вто

О Q

д

0

5

рым узлом 31 памяти, схема сброса которого соединена с выходом второго узла 23 сравнения, который также соединен с вторым узлом 29 дифференцирования. Кроме того, схема сброса второго узла 31 памяти соединена через четвертьй узел 32 задержки с первым узлом 27 дифференцирования. Выходы первого 27 и второго 29 узлов дифференцирования соединены через узел 33 ИЛИ и пятый узел 34 задержки с третьим ключом-35. Выходы первого 26 и второго 31 узлов памяти соединены соответственно с входом первого 21 и второго 23 узлов сравнения и с входом второго узла 36 суммирования, выход которого соединен с третьим ключом 35. Выход третьего ключа 35 соединен с входом третьего узла 37 памяти.

На фиг. 4 приведена структурная схема узла 16 (блок 10 выполнен аналогично) определения частоты колебания давления газа. Низкочастотный фильтр 38 соединен.с узлом,39 автоматического регулирования усиления. Узел 39 соединен с смесителем 40, который также связан с гетеродином 41. Выход смесителя 40 соединен через полосовой фильтр 42, усилитель 43 с детектаром 44.

В качестве датчиков давления могут быть применены стандартные измерители давления Сапфир-22ДИ с усилителями,, остальные блоки выполнены на стандартных элементах вычислительной техники.

Отбор давления газа в полости конвертера располагается в шлемной части конвертера над цапфой и представляет собой трубу, приваренную к корпусу конвертера и. сообщающуюся с полостью конвертера через отверстия в футеровке. Измеритель давления располагается на наружном конце трубы в водоснаб- жаемом кожухе. Коммуникации (для подвода газа, подвода и отвода воды, подвода кабеля) введены через отверстие в неприводной цапфе конвертера.

Подвод сжатого воздуха к отбору давления газа в полости конвертера предотвращает ошлакования отверстия в футеровке конвертера.

Контроль степени окисления углерода до СО в полости конвертера определяется в блоке деления-указания, в качестве которого может быть использован БВО системы АКЭСР, снабженный

указывающей стрелкой и выходимм преобразователем.

Скорость обезуглероживания жидкой ванны характеризуется наличием пульсаций, Пульсационный характер процесса обезуглерожи1зания приводит к изменению давления газов в полости конвертера, которые передаются по газоот- водящему тракту.

Согласно первому закону термодинамики

«Q 6U,(1)

йТ - (иие температуры 1-азгТ, F Е - ут1ивер(:альт ая г азовая постоянная, равная 8314 Д){;/(к-моль-К).

Для описания состояния релль)ых газов при низких давлениях и высоких температурах, что имеет место д кислородно-конвертерном процессе, можно использовать уравнение Менделеева- Клайперона

m

iP-V jjj R-dT,

(4)

Изобретение относится к управлению кислородно-конвертерным процессом и предназначено для определения степени окисления углерода до окиси углерода (СО) в полости конвертера. Цель изобретения - повышение точности определения степени окисления углерода до СО в полости Конвертера за счет учета влияния масообменных IT процессов и температурного режима ван- ца на величину параметров обезуглероживания. Устройство содержит блок 1 контроля скорости обезуглероживания, соединенньй с отборами давления 2 и 3, измеритель 5 давления газа в полости конвертера, соединенный через предварительный усилитель 8 с блоками 9, 10 определения амплитуды и частоты колебания давления газа, блок 11 умножения, связанный через первый сумматор 12 с блоком 13 деления-указания, к которому также через второй сумматор 14 подключен блок контроля скорости обезуглероживания. Поставленная цель достигается путем введения новых блоков по измерению давления газа в полости конвертера, блоков определения амплитуды и частоты колебания давления газа, а также вычислительных блоков и их связей, что позволяет получить объективные характеристики состояния ванны конвертера и определить степень окисления углерода до СО в полости конвертера. 4 ил. S (Л со О9 сл

где 4 Q - количество тепла, сообщаемое рабочему телу, Дж; 4 и - изменение внутренней энергии рабочего тела, Дж, С другой стороны, тепловыделение в системе в течение одного цикла колебаний можно определить как

3-V f

AQ

(2)где q удельный тепловой эффект реакции горения топлива, Дж/кг (для газообразного топлива при нормальных условиях Дж/м расход топлива, кг/с; частота-колебания давления газа, Гц.

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

V -mm

dU ..1к.дТ,

(3)

масса газа, кг;

молекулярная масса газа,

кг/моль;

с учетом колебательных число степеней свободы движения одной молекулы газа;

ЛР,

1

СО,

Сй

2qco (V

1

г СО. кс

де л р, ,

ОР

ЙР,

СО,

амплитуды колебания давления газа соответственно в конвертере, в верхней части подъемного газохода и парциального

давления двуокиси от догорания окиси угле рода. Па;.

степень окисления , , углерода до СО в по

где Л р амплитуда колебания газа. Па;

V - объем газа, м. Используя соотношения (1) - (4), получают вьфажение для амплитуды колебания давления газа

20

АР

(5)

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

Считая, что во время продувки конвертера выделяется только углесодер- жащие газы СО и СО., выражение (5)

можно преобразовать

. .(l-y),

ЛР,

У«

coicD -Kjicoj K- V-f

(6)

много

1

газохода с дожиганием

(7)

со.

0

со„

5

q.

со

со

лости конвертера, определяемая как объемная доля окиси углерода в конвертерных газах;

объемная доля двуокиси углерода от догорания конвертерных газов;

удельные тепловые : эффекты реакции горения углерода ванны

51399350

с участием холодного кислорода соответстf

в Jo

со

венио до СО и СО, , равны 10460 и 312.50 кДж/кг; частота колебания давления газа соответственно в рабочем пространстве конвер- п тера и в верхней части подъемного газохода, Гц; удельная теплота сгорания окиси углерода от догорания конвертерных газов при нормальных условиях, равная И

со„

, ,

V

127-10 с учетом колебательных число степеней свободы движения одной молекулы соответственно окиси . и двуокиси углерода, равные 6 и 8;

УСО

Значение V находят из совместно- 35 го решения уравнения (7) и (8) ЛР.(г)-0 268

Г

q

СО

- 536K-cfp. (10) 40

Подставив численные значения параметров для условия 130-тонных конверторов (Va 19 V,, 190

VП

V

КС

37 м S V 209 м ),

получают ,

31,25-V 2- 10 - 1368-4 p-f.

« с /. . %

VtO 6 V

20,79 Vc -2 -10 - ,

V. 0,416-10 p.,f - 0,536- K-So,

Op

Устройство работает следующим образом,

С момента начала продувки кислооо- да через фуому сигнал о давлении газов в газоходе 4 и разрежении в нижних полостей конвертера в середине компании по футеровке, кессона и подъемного газохода, м.

Величину ISf. определяют как отношение значений расхода двуокиси углерода от догорания конвеотеоных газов и подсосанного вoздvxa который ппинимают поопорционяльным оазпеже- нию в нижнем сечении кессона

со,(8)

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

кессона. Па, Разрешив уравнение (б) относитель(9)

35

. 40

45

50

:55

нем сече«ии кессона поступает от от-, боров давления 2 и 3 в блок 1 контроля скорости обезуглероживания, в котором производится расчет скорости обезуглероживания. Одновременно сигнал .о давлении газа в конвертере поступает от отбора 6 давления измерителю 5. Для исключения отшлакования или заметаливания отбора давления в конвертере в измерительную трассу подается постоянный подпор от источни- ка газа. Сигнал от измерителя 5 усиливается в предварительном усилителе 8 и поступает в блоки 9 и 10 оп- ределения амплитуды и частоты колебания давления газа. Напряжение, пропорциональное значению амплитуды и частоты колебания давления газа, поступает в блок 11 умножения, в котором вычисляется произведение .

Напряжение, пропорциональное вычисленному произведению, поступает на первьй сумматор 12, на который одновременно поступает напряжение.

713

пропорциональное скорости обезуглк роживания. Выходное напряжение сумматора 12 пропорционально числителю {11). Агапогично в сумматоре 14 вычисляется значение знаменателя выра- жения ( 1 1), Выходные напряжения первого 12 и второго 14 сумматоров поступают на блок 13 деления-указания, в котором вычисляется значение вели- чины степени окисления кислорода до СО в полости конвертера.

Блок контроля скорости обезуглеоо- живания работает следующим образом.

Сигнал о значении давления в газоходе усиливается в предварительном усилителе 17 и поступает на узел 15 определения амплитуды и узел 16 определения частоты колебания давления газа. Выходные напряжения узлов 15 и 16 поступают на узел 18 умножения, выходное напряжение которого пропорционально величине 0,416 1б 4Р fг Сигнал о разрежении в нижнем сечении кессона поступает в узел 20 умноже- ния, выходное напряжение которого пропорционально величине 0,536 К сГр . Выходные напряжения узлов 18 и 20 поступают на первьш узел 19 суммирования, в котором вычисляется значение

Узел 15 (9) определения амплитуды колебания давления газа работает следующим образом.

Сигнал с выхода предварительного усилителя 17 (8) поступает на вход первого узла 21 сравнения, на второй вход которого поступает напряжение с первого узла 26 памяти (в данном случае напряжение соответствует нулевому) , С выхода первого узла сравнения 2) снимается напряжение, соответ- единичному, которое открывает первьй ключ 22. Ключ 22 пропус- кает сигнал с предварительного усилителя 17 (8) на вход первого узла 26 памяти. Сигнал задерживается в узле 25 задержки. При изменении значения давления газа в газоходе в сторону увеличения описанны й цикл повторяется и новое значение записывается в первом узле 26 памяти. При этом ста- рое значение сбрасывается по цепи: выход первого узла сравнения 21 - схема сброса узла 26 памяти. Время задержки в узле 15 задержки обеспечивает последовательный сброс-запись в узле 26 памяти. При из менении значения давления газов в газоходе в сторону уменьшения напряжение, поступа

5

3

Q

0 5 п

5

5

508

ющее с узла 26 памяти нл вход первого узла 21 сравнения, ока: ывлется выше, чем напряже} ие с предварительного усилителя 7 (8), и на выходе первого узла 21 сравнения появляется напряжение, соответствующее нулевому. Первый ключ 22 остается запертым и значение, записанное в узле 26 памяти, не меняется, таким образом, в первом узле 26 памяти записано значение, соответствующее максимальному значению давления газов в газоходе. Аналогично работает цепь второй узел 23 сравнения - второй ключ 24 - узел задержки 30 - второй узел 31 памяти, но при этом на вход заданий узла 23 сравнения подключен сигнал с предварительного усилителя 17 (В), а на параметрический вход-напряжр-ние с второго узла 31 памяти. Кроме того, сброс второго узла 3 памяти осуществляется в максимально возможное значение. Таким образом, в втором узле 31 памяти записывается значение, соответствующее минимальному значению давления газов в газоходе. Напряжение с выходов первого 26 и второго 31 узлов памяти суммируются во втором узле 36. При появлении напряжения, соответствующего нулевому, с выхода первого узла 21 сравнения на выходе первого узла 27 дифференцирования появляется напряжение, к Хэторое, пройдя через узел 33 ИЛИ и третий узел 34 задержки, открывает третий ключ 35. Тоже происходит при появлении напряжения, соответствующее нулевому, с выхода второго узла 23 сравнения. В зти моменты сбрасывается старое значение в третьем узле 37 памяти, а новое значение с выхода узла 36 суммирования, про- пор1Ц10нальное двойному значению амплитуды изменения сигнала давления газа в газоходе, переписывается в третий узел 37 памяти. После этого происходит сброс старого значения либо в первом 26, либо во втором 31 узлах памяти. При появлении сигнала на выходе второго узла 29 дифференцирования через второй узел задержки сбра- сьшается первьй узел 26 памяти, а при появлении сигнала на выходе первого узла 27 дифференцирования через четвертый узел 32 задержки сбрасывается второй узел 31 памяти.

Узел 16 (Ю) определения частоты колебания давления работает следующим образом.

913

Сигнал с выхода предварительного усилителя 17(8) поступает на низко- частотный фильтр 38, который выделяет спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема газохода (конвертера). Сигнал с выхода низкочастотного фильтра 38 поступает на вход узла 39 автоматического регулирования усиления, на выходе которого получается сигнал постоянной амплитуды со спектром частот, соответствующих резонансной час тоте свободного объема газохода (конвертера). На смеситель 40 поступает сигнал с вьпсода блока 39 автоматического регулирования усиления и сигнал, выработанный гетеродином 41, Разность частот этих сигналов проходит через полосовой фильтр 42, усиливается усилителем 43 и выпрямляется детектором 44,

Испытания макета, реализующее техническое решение, показало, что не- . пользование устройства определения , степени окисления углерода до СО в полости конвертера позволяет осущестУстройство для определения степени окисления углерода до окиси углерода в полости конвертера, содержащее блоки контроля скорости обезуглероживания и деления-указания, причем блок контроля скорости обезуглероживания соединен с отборами давления газа, установленными в газоходе, о т- личающееся тем, что, с целью увеличения точности, оно снабжено отбором давления газа в полости конвертера, предварительным усилителем, двумя сумматорами, блоком умно- 25 жения, блоками определения амплитуды и частоты колебания давления газа, измерителем давления, вход которого соединен с отбором давления газа в полости конвертера, а выход через

вить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, на- эл предварительный усилитель - с блоками ходящихся в заданных пределах, с пер- опоеделения амплитуды и частоты коле- вой повалки возрастает на 5-7%), что бания давления газа, которые подсоединены к блоку умножения, выход которого соединен через первый сумматор с блоком деления-указания, к которому

снижает себестоимость стали и повышает ее качество.

Экономическая эффективность обеспечивается за счет повышения производительности конвертера на 1,1%, сокращения расходов огнеупорньк материалов на 2%, что снижает себестоимость стали на 0,05 руб./т.

35

40

также подсоединен через второй сумматор блок контроля скорости обезуглероживания, причем блок контроля скорости обезуглероживания соединен с первым сумматором, а блок умножения - с вторым сумматором.

от6в9л2

0

10

Увелнче не точности определения степени окисления углерода до СО в полости конвертера позволяет уменьшить количество промежуточных пова- лок агрегата, что приводит к общеполезному преимуществу изобретения - улучшаются экологические условия.

Формула изобретени

д

5

0

Устройство для определения степени окисления углерода до окиси углерода в полости конвертера, содержащее блоки контроля скорости обезуглероживания и деления-указания, причем блок контроля скорости обезуглероживания соединен с отборами давления газа, установленными в газоходе, о т- личающееся тем, что, с целью увеличения точности, оно снабжено отбором давления газа в полости конвертера, предварительным усилителем, двумя сумматорами, блоком умно- 5 жения, блоками определения амплитуды и частоты колебания давления газа, измерителем давления, вход которого соединен с отбором давления газа в полости конвертера, а выход через

эл предварительный усилитель - с блоками опоеделения амплитуды и частоты коле- бания давления газа, которые подсоединены к блоку умножения, выход которого соединен через первый сумматор с блоком деления-указания, к которому

предварительный усилитель - с блоками опоеделения амплитуды и частоты коле- бания давления газа, которые подсоединены к блоку умножения, выход которого соединен через первый сумматор с блоком деления-указания, к которому

также подсоединен через второй сумматор блок контроля скорости обезуглероживания, причем блок контроля скорости обезуглероживания соединен с первым сумматором, а блок умножения - с вторым сумматором.

fiaonui 12.

U ЛПteM

u;i.S

Ri:

Rv nri-jvalbs

I.. . I Ч 1 {f блоку ft

WSmojH