Устройство контроля процесса шлакообразования в конвертере Советский патент 1991 года по МПК C21C5/30 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю процесса в конвертере, и может быть использовано в других отраслях промышленности, например в цветной металлургии.

Целью изобретения является повышение точности и надежности контроля.

На фиг.1 блок-схема устройства контроля процесса шлакообразования в конвертере; на фиг.2 - внутренняя структура вычислительного блока,

Устройство (фиг.1) содержи - установленный в пограничном слое 1 футеровки 2 конвертера, обращенном к ванне 3, датчик 4 температуры (например, термопара ТХА), два электрода которого при помощи компенсационных проводов, проложенных в огнеупорной засыпке 5, соединены с измерителем б температуры, а один из электродов и электрическая земля соединены с измерителем 7 электросопротивления. Измеритель 6 температуры соединен через первый дифференциатор 8, первый блок 9 памяти и первый сумматор 10, второй вход которого соединен с первым дифференциатором 8, с первым блоком 11 сравнения, второй вход которого соединен с первым задаччиком 12. Измеритель 7 электросопротивления соединен через второй дифференциатор 13, второй блок 14 памяти и второй сумматор 15, второй вход которого соединен с вторым дифференциатором 13, с вторым блоком 16 сравнения, второй вход которого соединен с вторым задатчиком 17. Кроме того, устройство содержит датчик 18 заливки чугуна и датчик 19 ввода шлакооб- разующих и охлаждающих материалов, соединенные через блок ИЛИ 20 и третий

ON СЛ О О О

дифференциатор 21 с третьим блоком 22 сравнения, на второй вход которого подается опорное напряжение, а выход которого соединен с первым 9 и вторым 14 блоками памяти, а также с первым 23 и вторым 24 таймерами, вторые входы которых соединены соответственное первым 11 и вторым 16 блоками сравнения. Выходы первого 23 и второго 24 таймеров соединены соответственно с первым и вторым входами вычисли- тельного блока 25, третий вход которого соединен с выходом первого блока 11 сравнения, а выход - с блоком 26 указания.

Вычислительный блок 25 (фиг.2) содер- жит соединенный с первым и вторым таймерами 23 и 24 первый блок 27 деления, выход которого через третий сумматор 28 и второй блок 29 деления, второй вход которого соединен с третьим задатчиком 30, соединен с третьим блоком 31 памяти, схема сброса-за- писи которого соединена с первым блоком 11 сравнения, а выход является выходом вычислительного блока 25

Датчик 4 температуры закладывают на расстоянии 5-10 мм от поверхности футеровки 2, обращенной к ванне 3, в пограничный слой 1, выполненный, например, из нитрида алюминия, на отметке от внутренней поверхности днища, равной 1 /3 уровня спокойного металла, то есть там, где футеровка практически не подвергается износу.

В качестве измерителей 6 и 7 температуры и электросопротивления могут быть использованы, например, преобразователи соответствено типа Ш-72 и Ф8025.

Блоки 11, 14, 22 сравнения представляют собой, например, блоки сигнализации типа БСГ системы АК.ЭСР.

Блоки 9, 14, 31 памяти и таймеры 23, 24 могут быть выполнены, например, на базе соответственно блоков динамических преобразований БДП и блоков прецизионного интегрирования БПИ системы АКЭСР.

Остальные блоки представляют собой стандартные средства вычислительной техники и системы АКЭСР.

В основу технического решения положен эффект шлакового наслоения на огневой поверхности футеровки конвертера в районе металлической ванны, особенно в нижних горизонтах. Неоптимальный выбор дутьевого и температурного режимов продувки может привести к образованию густых, гетерогенных шлаков с высокими значениями вязкости, содержания кремнезема и неусвоенной извести, а также к образованию чрезмерно жидких шлаков, В первом случае шлаки усложняют барботаж ванны и обильно наслаиваются на футеров

m

ке, во втором шлаковое наслоение сильно размывается.

Любое резкое возмущение температуры ванны приближенно можно рассматривать как гармоническое колебание, а распределение температуры в пограничном слое футеровки, примыкающем к огневой поверхности, получается в виде волны, колеблющейся относительно непериодической составляющей температурного поля. При нестационарном процессе теплопроводности в пограничном слое футеровки конвертера запаздывание изменения температуры на глубине по сравнению с колебанием температуры на границе, вызванным резким возмущением - заливкой чугуна, вводом шлакообразующих и охлаждающих материалов, можно определить по формуле

15 m

20Лг-0,5хУ

m

где Дт- запаздывание изменения температуры (время реакции температуры), мин;

%- пространственная координата в направлении, перпендикулярном к огневой поверхности футеровки, м;

Т0- период колебания, м;

а- эквивалентный коэффициент температуропроводности шлакового и пограничного слоя, м/с.

Рассмотрим характер изменения температуры в точке установки датчика и электросопротивления на участке от огневой поверхности футеровки до точки установки датчика. Последнее можно определить по формуле:

(X + d),(2)

где R - электросопротивление контролируемого участка, Ом;

р среднеинтегральное удельное электросопротивление контролируемого участка, Ом/м;

X - толщина шлакового наслоения (фиг.1), м;

d - расстояние от точки установки датчика до поверхности футеровки, м.

Здесь

5 Г J&illll. Р ti t-ci

(3)

гдер(т.) - зависимость удельного электросопротивления контролируемого участка от температуры, Ом/м;

t, ti - температура металла и футеровки в точке установки датчика температуры. °С.

При прохождении температурной волной, вызванной возмущением температуры ванны конвертера, шлакового наслоения

электросопротивление контролируемого участка практически не меняется, так как электросопротивление шлакового наслоения практически равно нулю (шлаковый слой пронизан корольками металла). С момента достижения температурной волной пограничного слоя футеровки начинается изменение электросопротивления контролируемого участка. Таким образом, промежуток времени реакции электросопротивления на резкое температурное возмущение в агрегате пропорционален толщине шлакового наслоения X Промежуток времени реакции температуры в точке установки датчика температуры на температурное возмущение (с учетом квазиодинаковости коэффициентов температуропроводности шлака и пограничного слоя футеровки) пропорционален расстоянию X + d Выразив величины этих промежутков времени по формуле (1) и взяв их отношение, получим An . X Дга X + d

где ATI , Аг2 - соответственно промежутки времени реакции на резкое температурное возмущение в агрегате электросопротивления контролируемого участка и температуры в точке установки датчика температуры, мин.

Из формулы (4) следует d

(4)

X

(5)

Так как практически измеряют электросопротивление цепи земля - ванна - шлаковое наслоение - пограничный слой - электрод, то для нахождения электросопротивления пограничного слоя с меньшей погрешностью его выполняют на участке от внутренней поверхности футеровки до точки установки датчика температуры из материала, обладающего удельным электросопротивлением, превосходящем в диапазоне температур конвертерной плавки не менее чем на два порядка электросопротивление шлака.

Устройство работает следующим образом.

Унифицированные сигналы, пропорциональные температуре, контролируемой датчиком 4 температуры, и электросопротивлению R контролируемого участка, поступают с выходов измерителей 6 и 7 температуры и электросопротивления соответственно на входы первого и второго дифференциаторов 8 и 13. С выходов первого и второго дифференциаторов 8 и 13 сигналы,

пропорциональные скоростям изменения

d t температуры -р- и электросопротивления

AR р. /г поступают соответственно на входы

первого блока 9 памяти и первого сумматора 10 и на входы второго блока 14 памяти и второго сумматора 15

10В моменты резкого температурного возмущения в конвертере, вызванном заливкой чугуна или вводом шлакообразующих и охлаждающих материалов, сигналы от датчиков 18 и 19 заливки чугуна (например,

15 фотореле) или ввода шлакообразующих и охлаждающих материалов (например, контактов, включающих исполнительные механизмы) поступают через блок ИЛИ 20 на в од третьего дифференциатора 21 с выхода которого единичный1 положительный сигнал поступает на первый вход третьего блока 22 сравнения, на второй BXOI которого поступает нулевое опорное напряжение Uo Таким образом в моменты резкого температурного возмущения единичный сигнал с выхода третьего блока 22 сравнения поступает на втооые входы (сброса-записи) первого и второго блоков 9 и 14 памяти (ripи этом в блоках памяти запоминаются соот, б , , d R , вегственно значения ()Ф и (-- )j,

пропорциональные скоростчм изменения температуры и электросопротивления в момент нанесения возмущения, а также на входы сбросе1 запуска первого и второго таймеров 23 и 24 (запускаются таймеры)

С выходов первого и второго блоков 9 и 14 памяти сигналы пропорциональные

, d E N, d R ч

(-7Г-)Ф и (гТг)ф поступают соответственно на первый и второй 10 и 15 сумматоры с выходов которых сигналы,

пропорциональные А (-,- ) (--г- )ф О ЈО

dt MAfdR -(dR -dRnn dF и ) dTno

ступают соответственно на первые входы первого и второго блоков 11 и 16 сравнения. На вторые входы первого и второго блоков 50 11 и 16 сравнения соответственно от первого и второго задатчикоь 12 и 17 поступают сигналы, пропорциональные нормируемым

A Ad t d R

величинам Д и Да изменения -г- и ,

Q iQ (

55 при нанесении возмущения Нормируемые величины Д и AR определяют предварительно при даче добавки в момент интенсивного обезуглероживания, то есть в момент, когда изменение скоростей изме20

25

30

35

40

45

нения температуры и электросопротивления за счет возмущения является минимальным. При выполнении условия

| Д ( ) | AR единичный сигнал с вы-

хода второго блока 16 сравнения поступает на вход останова второго таймера 24, при этом с выхода таймера на второй вход вы- числительнрго блока 25 поступает сигнал, пропорциональный . При выполнении

условия ) A(rnf )f - At единичный сигнал с выхода первого блока 11 сравнения поступает на вход останова первого таймера 23 (при этом с выхода таймера на первый вход вычислительного блока 25 поступает сигнал, пропорциональный Дт2), а также на третий вход вычислительного блока 25, разрешающий запись в третий блок 31 памяти сигнала, поступающего с второго бло- ка 29 деления. Сигналы, пропорциональные Дт1 и Дга , поступают на входы первого блока 27 деления, с выхода которого сигнал поступает на третий сумматор 28. С выхода третьего сумматора 28 сигнал, пропорцио-

. , нальныи -т1, поступает на первый

вход второго блока 29 деления, на второй вход которого от третьего задатчика 30 поступает сигнал, пропорциональный величи не d. С выхода второго блока 29 деления сигнал, пропорциональный величине

, поступает на третий блок 31

- 1

.

памяти, соединенный с блоком 26 указания, например, вторичным прибором типа КСП. Таким образом, в третьем блоке 31 памяти запоминается сигнал, пропорциональный величине шлакового наслоения X, который регистрируется блоком 26 указания.

Испытания макета устройства контроля процесса шлакообразования в конвертере показывают, что использование технического решения позволяет повысить точность и надежность контроля, так как устраняет неточности, связанные с тем, что датчик температуры, более удаленный от огневой поверхности.футеровки, зачастую не реагирует на ввод регламентированного технологическим процессом количества присадки, а измерение промежутка времени реакции этого датчика представляет большие трудности из-за того, что медленно изменяющиеся параметры регистрировать с высокой степенью точности практически невозможно.

При использовании предлагаемого устройства повышается производительность

,.

10

152025

30

35

40

45

50

55

конвертера на 1,5%, стойкость футеровки на 2%, снижается количество брака на 0.1 %.

Формула изобретения

1.Устройство контроля процесса шлакообразования в конвертере, содержащее датчик температуры, расположенный в футеровке и соединенный с измерителем температуры, датчики заливки чугуна и ввода шлакообразующих и охлаждающих материалов и первый и второй таймеры, соединенные с вычислительным блоком, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, оно дополнительно содержит измеритель электросопротивления, последовательно соединенные первый дифференциатор, первый блок памяти, первый сумматор, второй вход которого соединен с первым дифференциатором, и первый блок сравнения, второй вход которого соединен с первым задатчиком, последовательно соединенные второй дифференциатор, второй блок памяти, второй сумматор, второй вход которого соединен с вторым дифференциатором, и второй блок сравнения, второй вход которого соединен с вторым задатчиком, последовательно соединенные блок ИЛИ, третий дифференциатор и третий блок сравнения, второй вход которого соединен с шиной опорного напряжения, и блок указания, причем вход измерителя электросопротивления соединен с одним из электродов датчика температуры, выходы измерителей температуры и электросопротивления соединены соответственно с первым и вторым дифференциаторами, выходы датчиков заливки чугуна и ввода шлакообразующих и охлаждающих материалов соединены с блоком ИЛИ, а выход третьего блока сравнения соединен с первым и вторым блоками памяти, а также с первым и вторым таймерами, вторые входы которых соединены соответственно с. первым и вторым блоками сравнения, третий вход вычислительного блока соединен с первым .блоком сравнения, а его выход - с блоком указания.

2.Устройство п. 1,отличающееся тем, что пограничный слой футеровки на участке от огневой поверхности до точки установки датчика температуры выполнен из огнеупорного материала с электросопротивлением в диапазоне температур конвертерной плавки, превосходящем не менее чем в два порядка электросопротивление шлака, коэффициентом температуропроводности - квазиодинаковым е коэффициентом температуропроводности шлака, например, из нитрида алюминия.

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю процесса в конвертере, и предназначено для контроля процесса шлакообразования в конвертере. Цель - повышение точности и надежности контроля О режиме шлакообразования судят по шлаковому наслоению на внутреннюю поверхность футеровки конвертера, для нахождения величины которого определяют промежутки времени реакции на температурное возмущение в агрегате электросопротивления участка от огневой поверхности футеровки до точки установки датчика температуры и температуры в этой же точке. Пограничный слой футеровки на участке от огневой поверхности до точки установки датчика выполняют из материала, обладающего электросопротивлением, в диапазоне температур конвертерной плавки превосходящем не менее чем на два порядка электросопротивление шлака, например из нитрида алюминия. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. СП с

Фиг. 7