Устройство контроля уровня ванны в конвертере Советский патент 1992 года по МПК C21C5/30 

Изобретение относится к области контроля и управления агрегатами черной металлургии, конкретнее к управлению кислородными конвертерами, и может быть использовано в конвертерных и других сталеплавильных цехах.

Целью изобретения является повышение точности контроля уровня ванны в конвертере.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема измерителя времени запаздывания.

Измеритель 1 уровня ванны в спокойном состоянии соединен с первым сумматором 2. к второму входу которого подключен измеритель 3 положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера. Блок 4 ввода начальных условий соединен с вторым сумматором 5, к которому, кроме того, подключен измеритель б времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, к входу которого подключен измеритель 7 температуры воды. Измеритель 8 давления кислорода перед фурмой через первый блок 9 умножения подключен к блоку 10 извлечения корня. Измеритель 11 реакции опор фурмы в процессе продувки через третий сумматор 12 подключен к выходу второго блока 13 умножения. Первый вход блока 13 умножения соединен с выходом блока 10 извлечения корня, а второй - с измерителем 14 расхода кислорода, Выход второго сумматора 5 соединен с входом третьего сумматора 12. Первый вход блока 15 деления соединен с выходом первого сумматора 2. Второй вход блока 15 деления соединен с выходом третьего сумматора 12. Выход блока 15 деления подключен к блоку 16 умножения.

Я

ГО

VI

VJ 00

Измеритель 1 уровня ванны в спокойном состоянии представляет собой, например, задатчик типа РЗД с выходным токовым датчиком. Показания задатчика выставляют по результатам измерения уровня металла штырем, приваренным к торцу фурмы. В качестве измерителей положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера, измерителя температуры воды, измерителя давления кислорода, измерителя расхода кислорода, блока умножения применены стандартные приборы ГСП, установленные в конвертерных цехах. Блок 4 ввода начальных условий представляет собой четыре задатчика типа РЗД. Измерители реакции опор фурмы представляют собой, например, датчики усилий типа ДСТБ-С-060, установленные в месте подвеса фурмы. Остальные блоки выполнены на основе блоков БВО системы АКЭСР.

В измерителе 6 времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера (фиг. 2) узел 17 формирования сигнала о вводе сыпучих материалов в конвертер и узел 18 формирования сигнала об изменении расхода кислорода соединены со схемой ИЛИ 19. Выход схемы ИЛИ 19 подключен к первому входу схемы И 20, которая связана с первым ключом 21. Первый ключ 21 связан с формирователем 22 импульса. Дифференциатор 23. вход которого является входом блока 6, подключен к первому входу узла 24 сравнения, который через узел Н Е 25 подключен к второму входу схемы И 20. К второму входу узла 24 сравнения подключен первый задатчик 26. Выход ключа 21 подключен к схеме сброса-запуска интегратора 27, к входу которого подключен второй задатчик 28, Выход интегратора 27 является выходом блока 6. Схема останова интегратора 27 подключена к выходу второго ключа 29, который связан4 с узлом 24 сравнения и формирователем 30 импульса.

В качестве узлов 17 и 18 могут быть использованы контакты пускателя открытия заслонки бункера сыпучих материалов и пускателя привода заслонки, регулирующей расход кислорода. В качестве дифференциатора 23 и узла 24 сравнения могут быть использованы блоки БПД и БСГ системы АКЭСР. В качестве задатчиков 26 и 28 применены задатчики типа РЗД с выходным токовым датчиком. В качестве остальных блоков применены стандартные блоки вычислительной техники,

В процессе продувки конвертерной ванны на фурму действуют сила тяжести,

реакция опор фурмы, сила реактивной тяги истекающего из фурменного наконечника кислорода, архимедова сила и сила аэродинамического воздействия потока отходяще- го газа:

G-FT-Fp.T-Fa-Fagp 0,(1)

где G - сила тяжести фурмы, Н;

FT - реакция опор фурмы, Н;

Рр.т - сила реактивной тяги, Н; Fa - архимедова сила, Н;

Раэр - сила аэродинамического воздействия потока отходящего газа, Н.

Сила тяжести фурмы определяется согласно выражению

G (гпф + гпв + тн)д,(2)

где гпф - масса конструкции фурмы, кг;

тв - масса воды, заполняющей фурму, кг;

тн - масса наслоения на наружной по- верхности фурмы, кг;

g- ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.

Здесь

(Ат-Дтъ),(3)

где«1 - коэффициент пропорциональности, численно равный 1,2-103 кг/с;

Ат0 - время запаздывания изменения

температуры воды, охлаждающей фурму

при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера

на первой плавке кампании фурмы, с;

А г - время запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, с;

Сила реактивной тяги вследствие истечения кислорода из фурменного наконечника выражается формулой

Fp т mw + (Рвых - РсР) 5вых п,(4)

1

где m -gW Vр- массовый расход кислорода, кг/с;

V - объемный расход кислорода при нормальных условиях,м3/мин; р - плотность кислорода при нормальных условиях, равная 1,43 кг/м ;

w - скорость истечения кислорода из сопла, м/с;

Рвых - давление кислорода в выходном сечении сопла, Па;

Рср-давление среды, куда истекает кислород, Па;

Звых - выходное сечение сопла, м2; п - число сопел в фурменном наконеч- нике.

Для сопла Лаваля значение Рвых - Рср « О, поэтому вторым слагаемым можно принеб- речь.

Считая, что потери на трение о стенки и завихрение при истечении кислорода из сопел Лаваля можно компенсировать эффектом неполного его расширения, для расчета величины w используем формулу для обыч- ных сопел с учетом критических параметров рабочего тела

W V к vi Pi К--- RTi

k -f 1 У1 n k + 1 K I1

где yi - удельный объем кислорода при входе в сопло, м3/кг;

Pi - давление кислорода при входе в сопло, Па;

k - показатель адиабаты, равный для двухатомного газа 1,4;

R - удельная газовая постоянная для кислорода, равная 260 Дж/(кг-К);

Ti - температура кислорода перед со- плом, К.

Так как измерение удельного обьема и давления кислорода при входе в сопло затруднено, измеряем эти параметры перед фурмой, выражая

w:

5

10

15

20

25

Нп - глубина погружения формы в эмульсию, м.

Учитывая, что можно принять /he,(9)

Нп пв-пс-Нф,.(10)

где «з - коэффициент пропорциональности, определяемый по геометрическим данным рабочего пространства конвертера в середине компании по футеровке, кг/м ;

he уровень ванны в конвертере, отсчитываемый от внутренней поверхности днища, м;

hc - уровень ванны в спокойном состоянии, м;

Нф - положение фурменного наконечника относительно уровня спокойного металла, м, получим

Р.«((11)

Значение коэффициента-Си определяется по геометрическим параметрам рабочего пространства конвертера в середине кампании футеровки. Исходя из закона сохранения массы при изменении уровня ванны, очевидно,что

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к управлению кислородными конвертерами. Цель - повышение точности контроля уровня ванны в конвертере. В основу контроля положено измерение реакции опор кисродоной фурмы с учетом выталкивающей силы по ходу продувки. Для повышения точности контроля вустрой- ство дополнительно введены измеритель времени запаздывания изменения температуры воды охлаждающей форму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, измеритель давления кислорода перед фурмой и блоки вычислительных операций. Введение дополнительных блоков и связей между ними позволяет учитывать при расчетах массу налипшего на фурму слоя шлакометалличе- ской эмульсии и влияние реактивной тяги кислорода, истекающего из сопел фурменного наконечника. 2 ил. ел С

где у - удельный объем кислорода перед фурмой, м /кг;

Па;

P - давление кислорода перед фурмой,

Ог коэффициент.

Коэффициент аз определяют тарировкой фурмы при продувке в свободное про- странство, принимая температуру кислородного дутья равной температуре воды, охлаждающей фурму, с учетом соотношений (5) и (6):

Oi

2 k R TicB

(k-f 1)уСвРсв

где Ties - температура кислорода перед соплом, равная температуре воды, охлаждающей фурму, К;

УСВ -удельный объем кислорода перед фурмой, измеренный при продувке в свободное пространство, м /кг;

Рев давление кислорода перед фурмой, измеренное при продувке в свободное пространство. Па.

Архимедову силу определяем по формуле

-|2

ДТСГ 4

Нп

(8)

где fa - плотность металлошлакогазовой эмульсии, кг/м3;

d - наружный диаметр фурмы, м;

ой,

7)

ед

союедвоурное

у(8)

ой

30

овро- 35 ру воно40

45

50

55

где р - плотность газошлакометалличс, ской эмульсии перед продувкой, кг/м3;

hi - уровень газошлакометаллической эмульсии перед продувкой, м.

Сила аэродинамического воздействия потока отходящего газа на фурму определяется по формуле

Рлэр Рдав + FTp,(12)

Рдав ОА Змид/Огу-,(13)

где Рдав - сопротивление давлению, Н;

ОА - коэффициент сопротивления давлению;

Змид -2j- площадь миделевого сечения (проекция тела на плоскость, нормальную к направлению движения газа), м2;

РГ - плотность потока отходящего газа, кг/м3;

wr - скорость движения отходящего газа, м/с,

2 FTp G57Td Номыв/ -у-,(14)

где Ftp - сопротивление трению, Н;

«5 коэффициент сопротивления трению;

Номыв - участок образующей фурмы, омываемый газом, м.

В рассматриваемом случае дозвуковой области числа Маха (М), представляющие

собой отношение скорости газа и скорости звука в данной среде, М « 1. Общее сопротивление набегающему потоку близко к нулю, поэтому величиной можно пренебречь. Решая совместно уравнения (1) - (6) и (11) получим

he

hc + Нф

(тф+rri-fai Ar-ai Р

«ад

ЛсГ

Устройство работает следующим образом.

Информация об уровне ванны в спокойном состоянии (измерение проводят перед началом продувки.после заливки чугуна) из измерителя 1 поступает в первый сумматор 2, куда одновременно поступает информация с измерителя 3 положения фурмы отно- сительно неподвижных конструкций конвертера. Выходное напряжение первого сумматора 2, пропорциональное величине

d2 03 д -j- (he + Нф), поступает в блок 15 деле.2 ния. Величину аз $ -г- устанавливают как

масштабный коэффициент сумматора. Величина, пропорциональная массе конструкции фурмы и массе воды, заполняющей фурму, поступает из блока 4 ввода начальных условий во второй сумматор 5. Во второй сумматор 5 также поступает информация с измерителя 6 времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве ковертера. С блока 4 ввода начальных условий также поступает величина,

ло1

пропорциональная выражению азд-т

В ыходное напряжение с второго сумматора 5, пропорциональное выражению

л

03$ -т-- тфд - msg - а- д Дг + ori cj Ar0j поступает в третий сумматор 12 (напряжение, пропорциональное величине «1 д Дт0 , поступает из блока 4 ввода начальных условий). Коэффициенты перед параметрами устанавливают во втором сумматоре 5 как масштабные.

Напряжение, пропорциональное давлению кислорода перед фурмой, поступает с измерителя 8 в первый блок 9 умножения, выходное напряжение которого, пропорциональное величине у р , поступает в блок 10 извлечения корня. Выходное напряжение блока 10, пропорциональное величи0

не Уф у р . поступает на первый вход второго блока 13 умножения, на второй вход которого поступает напряжение с измерителя 14 расхода кислорода. Таким образом, с выхода второго блока 13 умножения снимается напряжение, пропорциональное вели1чине -р- Vyo Va2y p . которое поступает в

третий сумматор 12. На вход третьего 0 сумматора 12 поступает также напряжение, пропорциональное реакции опор фурмы, с измерителя 11. Выходное напряжение третьего сумматора 12, пропор2

5 циональное величине ( CQCJ-J-- глф-гпв

-а Дг + сц Aro) +FT + g V/ VG2yp (

поступает в блок 15 деления, выходное напряжение которого, пропорциональное величине hB, поступает в блок 16 умножения.

Измеритель б времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера работает следующим образом.

Единичный сигнал о вводе сыпучих материалов в конвертер или об изменении расхода кислорода соответственно с формирова-, злей 17 и 18 поступает на схему ИЛИ 19. На выходе схемы ИЛИ 19 появляется единичный сигнал, поступающий на вход схемы И 20, на второй вход которой поступает единичный сигнал с узла НЕ 25. С выхода схемы И 20 поступает единичный сигнал, открывающий ключ 21. При этом с формирователя 22 поступает импульс на схему сброса-запуска интегратора 27, на вход которого поступает постоянное напряжение с задатчика 28. С измерителя 7 температуры воды выходное напряжение поступает на дифференциатор 23, выходное напряжение которого, пропорциональное скорости изменения температуры, сравнивается в узле 24 сравнения с напряжением, поступающим с задатчика 26, При превышении напряжения задатчика 26 напряжения дифференциатора 23 (т.е. при достижении температурной волной, вызванной резким изменением температурного режима в рабочем пространстве конвертера, охлаждающей воды) на выходе узла 24 сравнения появляется единичный сигнал, который включает ключ 29. При этом с формирователя 30 подается импульс в схему останова интегратора 27. На выходе интегратора 27 напряжение соответствует запаздыванию изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении темпера5

0

5

0

5

0

5

турного режима в рабочем пространстве конвертера. Для предотвращения сброса интегратора 27 в переходном режиме предусмотрена блокировка по цепи узел 24 сравнения - схема НЕ 25 - схема И 20.

Испытание макета, реализующего предлагаемое устройство, показало, что использование устройства контроля уровня ванны в конвертере позволяет осуществить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, находящихся в заданных пределах с первой повалки, возрастает на 5%), что снижает себестоимость стали и увеличивает ее количество.

Экономическая эффективность обеспечивается за счет повышения производительности конвертера на 1.1%, сокращения расхода огнеупорных материалов на 2%, что снижает себестоимость стали.

Увеличение точности контроля уровня ванны в конвертере позволяет уменьшить количество промежуточных повалок агрега- га, что приводит к улучшению экологических условий.

Формула изобретения Устройство контроля уровня ванны в конвертере, содержащее измерители реакции опор фурмы в процессе продувки, положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера и расхода кислорода, отличающееся тем, что, с целью

повышения точности, оно дополнительно содержит измерители времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера и давления кислорода перед фурмой, причем измерители уровня ванны в спокойном состоянии и положения фурмы относительно неподвижных конст- рукций конвертера соединены между собой через первый сумматор, а блок ввода начальных условий подсоединен к первому входу второго сумматора, к второму входу которого через измеритель времени запаз- дывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера подсоединен измеритель температуры воды, выход первого сумматора непосредственно, а второго - через третий сумматор соединены с блоком деления, измеритель давления кислорода перед фурмой через первый блок умножения, блок извлечения корня подсоединен к первому входу второго блока умножения, к второму входу которого подсоединен измеритель расхода кислорода, выход второго блока умножения подсоединен к третьему сумматору, к которому также подсоеди зь измеритель реакции опор фурмы в процессе продувки, выход блока деления подсоединен к блоку умножения.

Фиг.1