УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО РАСПЛАВА В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ АГРЕГАТЕ Советский патент 1994 года по МПК G01F23/16 

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для автоматического измерения уровня высокотемпературных агрессивных расплавов (штейна, шлака, солевых расплавов) в металлургических и химико-металлургических агрегатах, снабженных фурмами для ввода под уровень расплава технологического газа - воздуха, кислородно-воздушной смеси, горючего газа, хлора.

Цель изобретения - повышение точности измерения уровня.

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устройство содержит фурму 1 с подводящей линией 2, присоединенной через запорный вентиль 3 к напорному коллектору 4. К двум точкам линии а и б на разном расстоянии от точки ввода газа под уровень подсоединены датчики 5 и 6 давления. К выходам датчиков 5 и 6 подсоединены первые входы блоков 7 и 8 умножения соответственно. К вторым входам блоков 7 и 8 умножения подсоединены выходы задатчиков 9 и 10. В состав устройства входят также два блока 11 и 12 алгебраического суммирования, блок 13 деления, гидравлическое сопротивление 15, вторичный прибор 14. Входы блока 11 суммирования соединены с выходами блоков 7 и 8 умножения, входы блока 12 суммирования соединены с выходами задатчиков 9 и 10, выходы блоков 11 и 12 суммирования подсоединены соответственно к входам "Делимое" и "Делитель" блока 13 деления, а к его выходу подсоединен вторичный прибор 14.

Работа устройства основана на следующих закономерностях.

При подаче через фурму 1 под уровень расплава газа его давление в разных точках линии 2 различно и определяется гидростатическим давлением столба расплава Р = γ˙H, т.е. удельной массой γ и высотой столба расплава Н и падением давления на участке линии от точки измерения давления до точки ввода газа под уровень расплава ΔР. Эта величина зависит от коэффициента гидравлического сопротивления участка линии и расхода газа. Таким образом, давление газа Р_a и Р_б в точках а и б подводящей линии составит
Р_a = Р + ΔР_a, (1)
Р_б = Р + ΔР_б, (1') или
ΔР_a = Р_a - Р, (2)
ΔР_б = Р_б - Р. (2'')
Здесь ΔР_a и ΔР_б - потеря давления газа в подводящей линии 2 и фурме 1 на участках соответственно от точек а и б до точки ввода газа в расплав. Потеря давления ΔР пропорциональна коэффициенту сопротивления участка линии и квадрату расхода газа, т.е.

Δ P_а=ζ_а Q² (3)
Δ P_б=ζ_б Q² (3') откуда
=
(4) или
=
(5)
Закономерности (4) и (5) не зависят от расхода газа. Путем элементарных преобразований соотношения (5) получаем, что
P = .

(6) и
H =
(7)
Здесь ζ_а и ζ_б- коэффициенты гидравлического сопротивления участков линии от точки ввода газа в расплав (на выходе из фурмы 1) до точек а и б, в которых измеряется давление в подводящей линии. Вместо абсолютных значений коэффициентов ζ_а и ζ_б в формулы (6) и (7) могут быть подставлены их относительные значения. Если разделить числитель и знаменатель в (6) и (7) на ζ_а , значения Р и Н не изменятся, а относительные значения коэффициентов при этом составят величину
ζ′а

= = 1, ζ_б= = k
(8)
При этом формулы (6) и (7) принимают вид:
_P=;
(6')
H = .

(7')
Относительные значения коэффициентов ζ_а^I и ζ_б^I должны быть найдены экспериментально при холостой продувке линии воздухом, т.е. при свободном выходном отверстии фурмы. В этом случае величины падения давления ΔР_а и ΔР_б пропорциональны как действительным коэффициентом сопротивления (см. (4), так и их относительным значениям, приняв ζ_а^I = 1, из (4) находим, что
ζ′б

= = k (k>1). Введение в схему устройства дополнительного гидравлического сопротивления 15 обеспечивает повышение точности измерения. Это обусловлено тем, что погрешность измерения уровня определяется с одной стороны, точностью используемых датчиков и блоков, а с другой - соотношением значений коэффициентов гидравлического сопротивления ζ_аиζ_б(ζ_а^Iиζ_б^I): чем больше разнятся их относительные значения ζ_б^I-ζ_а^I= k - 1, тем меньше погрешность измерения.

Устройство работает следующим образом.

При проведении технологического процесса из коллектора 4 через линию 2 и фурму под уровень расплава подают технологический газ, при этом в точках а и б линии устанавливается давление Р_а и Р_б. Эти давления измеряются датчиками 5, 6 давления и преобразуются в унифицированные сигналы, пропорционально давлениям Р_а и Р_б. На выходе задатчиков 9 и 10 устанавливают значения выходных сигналов, пропорциональные величинам ζ_а^Iи ζ_б^I. Выходные сигналы датчиков 5 и 6 и задатчиков 9 и 10 перемножаются блоками 7 и 8 умножения и их выходные сигналы, пропорциональные произведениям Р_б ζ_а^I = Р_б и Р_аζ_б^I= Р_аk соответственно, подаются на блок 11 суммирования, на выходе которого формируется сигнал, пропорциональный числителю в формуле (7'). Выходные сигналы задатчиков 9 и 10 преобразуются блоком суммирования 12 в сигнал, пропоpциональный знаменателю в формуле (7'). Значение удельной массы расплава γ, входящее в формулу (7'), может увеличиваться, в частности, путем соответствующего подбора коэффициента усиления блока суммирования 12. Значение удельной массы γ может быть также учтено при градуировке датчиков 5 и 6, выходной сигнал которых пропорционален Р/γили соответствующим расчетом шкалы прибора 14. Сигналы блоков 11 и 12 преобразуются блоком 13 в сигнал, пропорциональный частному от их деления. Этот сигнал регистрируется вторичным прибором 14. В соответствии с измеренными значениями давлений Р_а и Р_б и относительными значениями коэффициентов гидравлического сопротивления ζ_а^I и ζ_б^I участков линии и значением γ устройство индицирует на приборе 14 величину контролируемого уровня расплава.

Устройство позволяет осуществить непрерывный автоматический контроль уровня и плотности расплавов в металлургических агрегатах, оборудованных фурмами с подводящими трубопроводами. Так, при хлорировании концентратов редких металлов, например, титана, в расплаве хлоридов щелочных металлов устройство позволит стабилизировать уровень расплава и его плотность, что снизит потери титана с отвальным продуктом и повысит коэффициент использования хлоргаза. Стабилизация этих параметров исключает аварийные ситуации вследствие вскипания расплава и безвозвратные потери титана.

Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано для измерения уровня, гидростатического давления и удельной массы расплавов в агрегатах, снабженных фурмами для ввода технологического газа. Цель изобретения - повышение точности измерения уровня. Устройство основано на пьезометрическом методе измерения. В нем в качестве устройства для ввода газа под уровень расплава используется технологическая фурма 1 с подводящими трубопроводами. Устройство содержит также два датчика 5, 6 для измерения давления газа в двух точках подводящей линии P₁ и P₂(P₁< P₂) и функциональные блоки, осуществляющие преобразование измеренных значений давления газа в сигнал, пропорциональный уровню H расплава в соответствии с формулой H = (P₁K-P₂)/γ(K-1) , где K - отношение коэффициентов гидравлического сопротивления участков линии от точек измерения давления до точки ввода газа в расплаве (определяется экспериментально как отношение потерь давления на указанных участках при холостой продувке линии); γ - уд. масса расплава. Устройство содержит также дополнительное гидравлическое сопротивление 15, размещенное в подводящей линии между точками подсоединения датчиков 5,6. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО РАСПЛАВА В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОМ АГРЕГАТЕ, содержащее подводящую линию с элементом для ввода газа под уровень расплава, датчик давления газа в линии и вторичный прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения уровня, оно снабжено вторым датчиком давления газа в подводящей линии, двумя блоками умножения, двумя блоками алгебраического суммирования, блоком деления и двумя задатчиками, при этом датчики давления подсоединены к подводящей линии на разном расстоянии от точки ввода газа под уровень расплава, выходы датчиков давления соединены соответственно с первыми входами блоков умножения, вторые входы которых соединены с выходами задатчиков, выходы блоков умножения соединены с входами первого блока алгебраического суммирования, выход первого блока алгебраического суммирования подсоединен к первому входу блока деления, к второму входу которого подсоединен выход второго блока алгебраического суммирования, к входам которого подсоединены выходы задатчиков, а выход блока деления соединен с входом вторичного прибора. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в подводящей линии между точками подсоединения датчиков давления установлено гидравлическое сопротивление.