Автоматизированная установка для исследования металлургических процессов Советский патент 1992 года по МПК B01L11/00 G01N33/20 G05D27/00 

Изобретение относится к оборудованию для технологических процессов, в частностикаппаратуре для экспериментального исследования металлургических процессов.

Известна экспериментальная установка для определения кислородных потенциалов газовых потоков при окислительном рафинировании металлов, содержащая индукционную электропечь с плавильным тиглем, устройство для перемещения водоохлаждаемой фурмы, кварцевый газозаборный зонд. К фурме от баллона через редуктор подводят кислород, расход которого контролируют ротаметром Отводимый через газозаборный зонд газ поступает к газоанализатору. Однако в данной установке не предусмотрена возможность автоматического регулирования расхода газа в процессе эксперимента, что крайне затрудняет моделирование реальных металлургических процессов.

Наиболее близкой к предлагаемой является автоматизированная лабораторная установка, .содержащая реакционную камеру с датчиками давления и температуры, блок управления, блок регулирования температуры, магистрали подачи газов, входной и выходной измерительные преобразователи системы газорегулирования и блок управления.

Входной и выходной измерительные преобразователи электрически связаны с блоком управления. Входной измерительviсл

00

ный преобразователь системы газорегули- ровэния представляет собой вентиль дозирования, сигнал на который поступает с блока управления

Существенным недостатком известной установки является низкая точность регулирования, вызванная большой инерционностью вентилей, вследствие чего подача газа в реакционную камеру крайне нестабильна, что отрицательно сказывается на результа- тах исследований

Цель изобретения - повышение точности исследований на автоматизированной установке за счет повышения точности дозирования газов

Это достигается тем, что в автоматизированную установку, содержащую реакционную камеру с датчиками давления и температуры, блок регулирования температуры, магистрали подачи газов входной и выходной измерительные преобразователи системы газорегулирования и блок управления, дополнительно введен многоканальный источник питания, каждый из входных измерительных преобразователей системы газбрегулированмя состоит из одной или не- с- ольких капиллярных трубок, изготовленных из электропроводного материала и снабженных концевыми клеммами, которые соединены с выходами многоканального ис- точника питания

Входной измерительный преобразователь системы газорегулирования дополнительно содержит не менее одной калиброванной капиллярной трубки, выпол- Яенкой из электропроводного материала. Напряжение на концевые клеммы трубки подается с многоканального источника питания, вход которого соединен с выходом блока управления Предлагаемая капилляр- ная трубка обладает возможностью изменять собственную газовую проводимость вследствие эффекта объемного термического расширения за счет протекания электрического тока по цепи: многоканальный источник питания - концевая клемма - калиброванная капиллярная трубка - концевая клемма - многоканальный источник питания.

Исследования показали, что количество капиллярных трубок во входном измерительном преобразователе системы газорегулирования может составлять одну и более Установлено, что в любом случае общая сумма величин внутренних диаметров капил- лярных трубок не должна превышать величины внутреннего диаметра магистрали подачи газа при этом последовательность значений внутренних диаметров капиллярных трубок должна составлять ряд

чисел Фибоначчи, что позволяет осуществлять гибкую переналадку системы газорегулирования на заданные пределы регулирования расхода газа

На чертеже приведена функциональная схема установки

Автоматизированная установка содержит реакционную камеру 1, блок 2 управления, систему газорегулирования, включающую входной измерительный преобразователь 3 и выходной измерительный преобразователь 4, датчик 5 и 6 температуры и давления реакционной камеры, магистрали 7, 8 подачи газов, многоканальный источник 9 питания, блок 10 регулирования температуры Входной измерительный преобразователь 3 установлен на каждой магистрали 7, 8 подачи газа и выполнен в виде последовательно соединенного регулировочного вентиля 11 и пучка калиброванных трубок 12. Управляющие входы регулировочного вентиля 11 связаны с блоком 2 Ка- пиллярная трубка 12 изготовлена иЗ электропроводного материала, имеет концевые клеммы (не показано), электрически связанные с отдельным каналом многоканального источника 9 Капиллярные трубки предварительно откэлиброваны по зависимости напряжение - расход газа для получения коэффициентов преобразования.

Пучок капиллярных трубок соединен торцовой поверхностью с магистралью 7, (8) так, что внутренние межкапиллярные пустоты являются дополнительными каналами 13 регулирования расхода газа (фиг. 2)

Пучок капиллярных трубок имеет концевые клеммы для подачи управляющего напряжения.

Предлагаемая автоматизированная установка работает следующим образом

В блок 2 вводится специальная программа, предназначенная для расчета расходного режима на каждой магистрали 7 (8), а также данные о физических свойствах компонентов подаваемой газовой смеси, коэффициенты преобразования капиллярных трубок 12 По команде с блока 2 блок 10 выводит реакционную камеру 1 на заданный тепловой режим По сигналу с блока 2 на управляющие входы регулировочных вентилей 11 производится грубая настройка газового расхода магистрали 7 (8) по нижней границе. Сигналы с выходного измерительного преобразователя 4 системы газорегулирования поступают на вход блока 2 для расчета необходимого изменения расхода газа на каждой магистрали 7 (8) Затем сигнал из блока 2 поступает на соответствующий канал источника 9, создающего разность потенциалов на концевых клеммах

капиллярных трубок 12 или на клеммах пучка капиллярных трубок. При протекании электрического тока капиллярная трубка нагревается и вследствие эффекта термического расширения изменяет собственную газовую проводимость по предварительно определенной зависимости.

Таким образом осуществляется тонкая настройка на заданный режим расхода газа. Режимные параметры установки стабилизируются блоком 2 по информации, поступающей с выходного измерительного преобразователя 4, датчиков 5 и 6.

Данные, поступающие в блок 2 с выходного измерительного преобразователя 4, используются для непрерывной самоповерки и самонастройки системы газорегулирования путем сопоставления с расчетными значениями расхода газа и последующей подачи корректирующих сигналов на многоканальный источник 9. При изменении давления и температуры в реакционной камере

1данные с датчиков 5 и б поступают на блок

2для расчета новых равновесных значений расхода газа на входе и выходе реакционной камеры 1.

Расчетные значения расхода газа сопоставляются в блоке 2 с данными, поступающими с выходного измерительного преобразователя 4 системы газорегулирования, с последующим согласованием путем подачи корректирующих сигналов на входы многоканального источника 9, связанного с входным измерительным преобразователем 3.

П р и м е р 1 (по предлагаемому техническому решению). Испытания проводились на лабораторной установке для исследования равновесия в системе газовая фаза - конденсированная фаза. Целью испытаний являлось изучение точности исследований на автоматизированной установке в сравнении с прототипом. Лабораторная автоматизированная установка включает следующие конструктивные элементы1 реакционную камеру, выполненную в виде печи с карбидк- ремниевыми нагревателями (ГОСТ 16139-70) с встроенным цилиндрическим реактором, выполненным из кварцевого стекла (ТУ 21-РСФСР-813-81) и датчиком температуры - термопара платино-платино- родиевая (ПР-30/6). Лабораторная автоматизированная установка также содержит блок регулирования температуры (ВРТ-2), магистрали подачи газов в виде полихлорвиниловых трубок, входной измерительный преобразователь, включающий капиллярную трубку, выполненную из нержавеющей стали (марка 12X18Н ЮТ) с отношением внутреннего диаметра к длине

/ 0,3 ММл лп -4

( 74л- - 4 10 ) газовый хроматограф

(ЛХМ-8МД - хроматограф лабораторный) с измененной схемой. Аналогические сигналы выводятся на показывающий прибор (потенциометр КСП-4-909), а также на блок управления IBM PC - совместимый компьютер). В качестве многоканального источника питания использован усилитель тиристор0 ный(У-232).

Выходной измерительный преобразователь выполнен в виде газового хроматографа (хроматограф лабораторный ЛХМ-8В). Аналогические сигналы выводятся на пока-1

5 зывающий прибор - потенциометр (КСП-4- 909), а также на IBM PC - совместимый компьютер. В качестве газа - носителя для хроматографа использован газообразный очищенный гелий марки Б (ТУ 6-21-31-83).

0 В качестве источника магистрального газа Б использован баллон с ангидридом сернистым (жидкий технический, ГОСТ 2918-72).

Автоматическое измерение расхода га5 зов А и Б, а также отходящих газов с помощью детектора по теплопроводности (со стандартной электрической схемой от хроматографа ЛХМ-8МД) основано на сравнении теплопроводностей неподвижной дозы

0 газа, находящейся в одной из сравнительных камер детектора и проходящего потока анализируемого газа через параллельную камеру детектора. Выходной сигнал детектора пропорционален разности теплопро5 водностей. Выходной сигнал (мВ) детектора подается на измеритель (И-102) и на показывающий прибор (КСП-4). Соотношение значений выходного сигнала (мВ) с численным значением расхода газа (л/ч) осуществляет0 ся по стандартным методикам. Полученные значения передаются в блок управления. С блока управления корректирующие сигналы поступают на усилитель тиристорный, соединенный с капиллярной трубкой. В ходе

5 эксперимента необходимо было стабилизировать на заданном уровне состав газовой смеси на входе в реакционную камеру и ее расход. При этом одному и тому же потенциалу газовой фазы должно соответст0 вовать определенное значение концентрации основного компонента (Си) независимо от первоначального содержания данного компонента в исходной конденсированной фазе.

5 Всего проведено три серии экспериментов со следующими конденсированными фазами: Cu2S, Си, СиаО. Условия эксперимента: К, соотношение компонентовгазовойфазыS02:CO:N 91,24:6,56:2,20, расход 10 л/ч,

общее давление 1 атм, После промывки реактора газовой смесью и вывода печи на заданный тепловой режим осуществлялся периодический отбор конденсированной фазы кварцевой трубкой, предварительно промытой аргоном. Пробы анализировались на содержание основного компонента - меди, результаты приведены в таблице.

П р и м е р 2 (по прототипу). В этом случае выше описанная лабораторная установка для исследования равновесия системы газовая фаза - конденсированная фаза для регулирования и поддержания заданного соотношения компонентов газовой смеси была снабжена вентилем дозирования (согласно прототипу), установленным на магистрали подачи газа и электрически соединенным с блоком управления,

Результаты исследований также сведены в таблицу.

Как следует из данных таблицы применение автоматизированной установки обеспечивает достижение устойчивого равновесия в системе газовая фаза - конденсированная фаза, критерием которого является установление постоянного содержания основного компонента в конденсированной фазе (79,2 % Си, ).

Проведение исследований на установке-прототипе не обеспечивает достижение устойчивого равновесия в системе газовая

фаза - конденсированная фаза (,6 %; ,б %; ,9 %), так как состав газовой фазы не постоянен. Результаты - невоспроизводимые.

Таким образом, использование автоматизированной установки с высокой точностью исследований позволяет эффективно сочетать экспериментальные результаты и модельные расчеты для совершенствования

металлургических процессов.

Формула изобретения Автоматизированная установка для исследования металлургических процессов, содержащая реакционную камеру с датчиками давления и температуры, блок регулирования температуры, магистрали подачи газов, входной и выходной измерительные преобразователи системы газорегулирования и блок управления, отличающаяс я тем, что, с целью повышения точности исследований за счет повышения точности дозирования газов, в ее состав дополнительно введен многоканальный источник питания, каждый из входных измерительных преобразователей системы газорегулирования состоит из одной или нескольких капиллярных трубок, изготовленных из электропроводного материала и снабженных концевыми клеммами, которые соедийены с выходами многоканального источника питания.

/аэА

ffcwyyrt-

-0Л7Г0С

Изобретение относится к технологическим процессам, в частности, к аппаратуре для экспериментального исследования металлургических процессов. Сущность: автоматизированная установка содержит реакционную камеру 1, блок управления 2, систему газорегулирования, включающую входной измерительный преобразователь 3, выходной измерительный преобразователь 4, датчики температуры 5 и давления 6 реакционной камеры 1, магистрали подачи газов 7, 8. В автоматизированную установку введен многоканальный источник напряжения 9 и размещено не менее одной калиброванной капиллярной трубки, выполненной из электропроводного материала на каждой магистрали подачи газа 7, 8. Капиллярные трубки 12 с помощью концевых клемм электрически связаны с многоканальным источником напряжения 9. Управляющие сигналы поступают с блока управления на вход многоканального источника напряжения 9. 2 ил., 1 табл. сл С

Фиа.2.