Устройство для определения содержания углерода в металле Советский патент 1992 года по МПК C21C5/30 

те рных га зов, расходомер отходящих конвертерных газов, расходомер кислорода дутья, блок определения параметров шихтовых материалов и конвертера, блок определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера, блок определения количества фосфора в чугуне,

приходящегося на единицу объема шлако- металлической эмульсии, блок определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, и сумматор для определения содержания фосфора в металле. 1 з. п. ф-лы, 6 ил, 1 табл.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к разделу контроля состава и свойств металлов. Цель изобретения - повышение точности определения содержания углерода в металле. Устройство содержит кристаллизатор 1 с термоэлектрическим преобразователем, измеритель 2 температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, источник 3 опорных напряжений, коммутатор 5, блок 6 проверки наличия цепи ехидного датчика, блок 7 согласующий, микропроцессорный блок 8 управления с тремя входами и тремя выходами, блок 9 индикации и клавиатуры и блок 10 цифропечати. В устройство дополнительно введен блок 4 определения содер жания фосфора в металле, который содержит блок управления, блок определения температуры металла, блок определения уровня шлака в конвертере, блок определения положения кислородной фурмы, анализатор состава отходящих кон вер(Л С -ч 00 со о VI

Изобретение относится к измерительной технике, к разделу контроля состава и свойств металлов.

Известно устройство для определения содержания углерода в металле, содержащее кристаллизатор, датчик температуры, вторичный прибор, состоящий из усилителя, функционального преобразователя и узла С кареткой, преобразователь перемещений в код, узел синхронизации, генератор тактовых импульсов, счетчик времени, пороговый и реверсивный счетчики, регистр, функциональный преобразователь, дешифратор, имеющий и подключенный к выходам порогового и реверсивного счетчика, а также к единичным выходам первого и второго триггера, первый выход дешифратора связан со входом запрета счетчика времени, второй - со входом установки в нуль порогового счетчика, третий - со входом запрета порогового счетчика и с управляющим входом функциональ- ного преобразователя, причем выход переполнения счетчика времени соединен с единичным входом второго триггера, и через ключ - со вторым входом установки в нуль порогового счетчика и управляющим входом регистра, управляющий вход ключа связан с нулевым выходом второго триггера, нулевой вход которого соединен с выходом переполнения порогового счетчика, а входы первого триггера соединены с выходами преобразователя перемещения в код.

Существенное влияние на температуру ликвидуса оказывает содержание фосфора в металле, особенно при его большом значении.

Например, изменение содержания фосфора в металле от 0,015 до 0,27 % приводит к изменению температуры ливидуса на 30°С при одном и том же содержании углерода, следовательно, содержание углерода, определенное при данной температуре ликвидуса, будет существенно отличаться от истинного значения.

Таким образом, недостаток известного устройства является низкая точность определения содержания углерода в металле, т.к. не учитывается влияние содержания

фосфора на температуру ликвидуса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения содержания углерода в металле, содержащее

кристаллизатор с термоэлектрическим преобразователем, блок согласования, измеритель температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, источник опорных напряжений, коммутатор с

четырьмя входами и двумя выходами, блок проверки цепи термоэлектрического преобразователя, микропроцессорный блок управления с тремя входами и тремя выходами, блок индикации и клавиатуры и

блок цифропечати, при этом выходы кристаллизатора с термоэлектрическим преобразователем, измерителя температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, источника опорных напряжений и первый выход микропроцессор- ного блока управления подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам коммутатора, первый выход которого через блок

согласующий подключен к первому входу микропроцессорного блока управления, ко второму входу которого подключен второй выход коммутатора через блок проверки цепи выходного датчика, выход блока индикации и клавиатуры и блока цифропечати.

Устройство работает следующим образом.

В кристаллизаторе проба жидкого

металла охлаждается и при достижении температуры ликвидуса начинает кристаллизоваться. По мере остывания пробы металла выполняется процедура записи термограммы в оперативное запоминающее устройство микропроцессорного блока управления. Запись начинается после того,

как сигнал с термоэлектрического преобразователя кристаллизатора превысит 1350°С, заканчивается после понижения температуры пробы металла до 1300°С. Далее осуществляется поиск стационарного участка на термограмме, соответствующего температуре ликвидуса. Процедура поиска стационарного участка на термограмме сводится к отысканию наиболее пологого участка заданной длительности. Длительность стационарного участка, соответствующего температуре ликвидуса, составляет At 4,6-5,4 с (величина A t определяется опытным путем). Наклон наиболее пологого участка, определяемого как разность значений температур на концах стационарного участка, не должен превышать АТ 0,2- 0,5°С (величина А Т определяется опытным путем). Усредненное значение температуры на стационарном участке соответствует температуре ликвидуса. Далее определяется содержание углерода в металле по зависимости:

-Тл,(1)

где - содержание углерода в металле,

%:

Тл - температура ликвидуса, °С;

А, В - эмпирические коэффициенты.

Определенное в микропроцессорном блоке управления значение содержания углерода в металле выводится для отображения на блок индикации и клавиатуры и регистрируется в блоке цифропечати и устройство переходит в исходное состояние.

В случае отсутствия стационарного участка на термограмме охлаждения пробы металла определение содержания углерода не производится и выдается диагностическое сообщение на блок индикации и клавиатуры, а устройство переходит в исходное состояние.

Определение содержания углерода в стали по температуре ликвидуса основано на известной зависимости этой температуры от содержания углерода в стали. Путем обработки экспериментальных данных, полученных методом многофакторного регрессионного анализа, получено управление для расчета содержания углерода в стали:

.8725-0,01034042 Тл (2) где - содержание углерода в металле,

%:

Тл - температура ликвидуса, С.

При использовании известного устройства также наблюдается низкая точность определения содержания углерода в металле по температуре ликвидуса, обусловленная влиянием на температуру ликвидуса

содержания фосфора в анализируемой пробе металла, которое меняется от плавки к плавке.

Целью изобретения является повышение точности определения содержания углерода в металле за счет учета влияния содержания фосфора в металле на его температуру ликвидуса.

Это достигается тем, что в устройст0 во для контроля содержания углерода в металле, содержащее кристаллизатор с термоэлектрическим преобразователем, измеритель температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, ис5 точник опорных напряжений, коммутатор, блок проверки наличия цепи входного датчика, блок согласующий, микропроцессорный блок управления с тремя входами и тремя выходами, блок индикации и клэвиату0 ры и блок цифропечати, при этом выходы кристаллизатора с термоэлектрическим преобразователем, измерителя температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, источника опорных напряже5 ний и первый выход микропроцессорного блока управления подсоединены, соответственно, к первому, второму, третьему и четвертому входам коммутатора, первый выход которого через блок согласующий подсое0 динен к первому входу микропроцессорного блока управления, ко второму входу которого подсоединен второй выход коммутатора через блок проверки цепи входного

датчика, выход блока индикации и клавиату5 ры подсоединен к третьему входу микропроцессорного блока управления, второй и третий выходы которого подсоединены, соответственно, к входам блока индикации и клавиатуры и блока цифропечати, введен

0 блок определения содержания фосфора в металле, выход которого подсоединен к пятому входу коммутатора.

Блок определения содержания фосфора в металле содержит блок управления, блок

5 определения температуры металла, блок определения уровня шлака в конвертере, блок определения положения кислородной фурмы, анализатор состава отходящих конвертерных газов, расходомер отходящих

0 конвертерных газов, расходомер кислорода дутья, причем первый выход блока управления соединен с входом определения температуры, второй выход блока управления соединен одновременно с входами блока

5 определения уровня шлака в конвертере, блока определения положения кислородной фурмы, анализатора состава отходящих конвертерных газов, расходомера отходящих конвертерных газов и расходомера кис- лорода дутья, содержит также блок

определения параметров шихтовых материалов и конвертера, блок определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера, блок определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, блок определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии и сумматор для определения содержания фосфора в металле, причем второй выход блока управления соединен с входом блока определения параметров шихтовых материалов конвертера, первый выход которого соединен одновременно со вторым входом блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера и третьим входом блока определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, к четвертому входу которого подсоединен второй выход блока определения параметров шихтовых материалов и конвертера, третий выход последнего соединен с первым входом блока определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, выход блока определения положения кислородной фурмы соединен с первым входом блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера, выход блока определения уровня шлака в конвертере соединен одновременно с третьим входом блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера и пятым входом блока определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, к первому, второму и шестому входам последнего под- содеинены, соответственно, третий и четвертый выходы блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера и третий выход блока управления, первый, второй, третий и четвертый выходы анализатора состава отходящих конвертерных газов соединены, соответственно, со вторым, третьим, четвертым и пятым входами блока определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, к шестому, седьмому и восьмому входам последнего подсоединены, соответственно, выходы расходомера отходящих конвертерных газов, расходомера кислорода дутья и третий выход блока управления, к первому, второму и третьему входам сумматора для определения содержания фосфора в металле

подсоединены, соответственно, выходы блока определения температуры металла, блока определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии и блока определения количества извести, приходящегося на единицу кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии. На фиг. 1 изображена блок-схема одно0 го из вариантов заявляемого решения; на фиг. 2 - внутренняя структура источника опорных напряжений, коммутатора; на фиг. 3 - внутренняя структура блока определения содержания фосфора в металле; на фиг.

5 4 - внутренняя структура микропроцессорного блока управления и цифропечати; на фиг. 5 - внутренняя структура блока индикации и клавиатуры и блока проверки наличия цепи входного датчика; на фиг. 6 - геомет0 рические размеры конвертера.

Устройство содержит (см. фиг. 1) кристаллизатор 1 с термоэлектрическим преобразователем, измеритель 2 температуры свободных концов термоэлектрического

5 преобразователя, источник 3 опорных напряжений, блок 4 определения содержания фосфора в металле, коммутатор 5, блок 6 проверки наличия цепи входного датчика, блок 7 согласующий, микропроцессорный

0 блок 8 управления, блок 9 индикации и клавиатуры, блок 10 цифропечати.

Кристаллизатор 1 с термоэлектрическим преобразователем 11 может быть представлен, например, в виде серийно вы5 пускаемого однофункционального сменного блока пробниц П-155, разработанного ВНИИАЧМ НПО Черметавтоматика. Измеритель 2 температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя мо0 жет быть представлен, например, в виде серийного преобразователя сопротивления 12 типа ТСМ-6097 с диапазоном измеряемых температур от -50 до +150°С.

Источник 3 опорных напряжений может

5 быть выполнен, например (см. фиг. 2), на базе операционного усилителя 12 типа КР140УЛ20А. Резистором 14 задается ток через стабилитрон 15, при котором обеспечивается минимальный температурный ко0 эффициент напряжения. Стабилитрон 15 поддерживает на инверсном входе операционного усилителя 13 напряжение 1В. Выходное напряжение источника равно:

Uon UcM+UR23,(3)

5 где UCT - напряжение стабилизации стабилитрона, В;

IJR23 - напряжение на резисторе делителя, В.

Блок 4 определения содержания фосфо- ра в металле может быть выполнен, например, в виде (см. фиг. 3) блока, содержащего блок 28 управления, блок 29 определения температуры металла, блок 30 определения уровня шлака в конвертере, блок 31 определения положения кислородной фурмы, блок 32 определения параметров шихтовых материалов и конвертере, блок 33 определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера, блок 34 определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлако- металлической эмульсии, анализатор 35 состава отходящих конвертерных газов, расходомер 36 отходящих конвертерных газов, расходомер 37 кислорода дутья, блок 38 определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометалличе- ской эмульсии, сумматор 39 для определения содержания фосфора в металле, первый цифровой процессор 40 для обработки сигналов, второй цифровой процессор 41 для обработки сигналов.

Блок 28 управления может быть представлен, например, в виде таймера, который по открытию отсечного клапана кислорода дутья выдает две чередующиеся между собой команды, сдвинутые по времени, например, в пределах 0,1-1,2 с, определяемых экспериментально, третью команду выдает по закрытию отсечного клапана кислорода дутья.

Блок 29 определения температуры металла может быть представлен, например, в виде системы ИВКТ-7610, разработки ОПКБ НПО Черметавтоматика. Система ИВКТ-7610 позволяет определять в цифровом виде температуру металла в ванне конвертера при его повалке по информации от термопары погружения ТПР-2075.

Блок 30 определения уровня шлака в конвертере может быть представлен, например, в виде системы СКШ-7604 разработки ОПКБ НПО Черметавтоматика. Система СКШ-7604 позволяет определять уровень шлака в конвертере по ходу продувки.

Блок 31 определения положения кислородной фурмы может быть представлен, на- пример, в виде системы цифрового измерения УКПФ-7618 разработки ОПКБ НПО Черметавтоматика. Система УКПФ- 7618 позволяет контролировать положение кислородной фурмы по ходу продувки и хранить в регистре значение высоты поднятой фурмы над уровнем спокойного металла при его тарировке перед началом данной плавки.

Блок 32 определения параметров шихтовых материалов и конвертера может быть

представлен, например, в виде статической системы управления конвертерной плавкой, которая по команде от блока 28 управления выдает информацию о весе фосфора, содержащегося в чугуне, рассчитанного по зависимости ,01 Сч. информацию о весе извести, присаженной в ванну конвертера и значение внутреннего радиуса конвертера на данной плавке, рассчитанное по

зависимости

RN RO+-ЈJ--NL,

N

(4)

где Ro - радиус цилиндрической части конвертера при новой футеровке, м;

L - толщина рабочего слоя футеровки конвертера, м;

NL - номер плавки от начала компании на данном конвертере;

RN - величина внутреннего радиуса конвертера на данной плавке, м;

м Ni +N2+N3+N4+N5

N средняя стойкость футеровки конвертера на предыдущих пяти кампаниях.

Блок 23 определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера может быть представлен, например, в виде серийно выпускаемой однокристальной микро-ЭВМ (КМ 1813 ВЕ1), представляющий собой новый класс приборов - цифровой процессор обработки аналоговых сигналов (ЦПОС). Однокристальная

микро-ЭВМ КМ 1813 ВЁ1 представляет собой микросхему, имеющую следующие габаритные размеры: 33,5 мм х 15 мм х 5,5 . Проблема быстрой обработки последовательности чисел решена в процессоре КМ

1813 ВЕ1 за счет компактной архитектуры и оригинального алгоритма умножения, требующего меньше времени, чем традиционно используемый в микропроцессорах алгоритм сдвига и сложения. Размещенные

на кристалле аналого-цифровой и цифроа- налоговый преобразователи, центральный процессор, постоянное запоминающее устройство ПЗУ и оперативно-запоминающее устройство ОЗУ, образуют устройство, способное выполнить большой объем вычислений между отсчетами. В качестве памяти программ в КМ 1813 ВЕ1 используется стираемое ультрафиолетовым излучением репрограммируемое ПЗУ (УФ

РПЗУ), содержащее 4608 бит. В рабочем режиме УФ РПЗУ организовано как 192 слова по 24 разряда, каждое из которых соответствует одной команде процессора. ЦПОС КМ1813ВЕ1 имеет 4 аналоговых входа, 2

входа для приема и передачи цифровой информации (ТТЛ уровня) и 8 аналоговых выходов. Параметры ЦПОС КМ 1813 ВЕ1 по быстродействию следующие: при тактовой частоте 6,6 МГц (600 не командный цикл) и количестве команд 192 частота отсчетов составляет 8680 Гц.

В блоке 33 определения радиуса конической части и высоты цилиндрической части конвертера на базе ЦПОС КМ 1813 ВЕ1 реализованы зависимости

Ик Г+{Нк+Нц-Нц,л(г) Нц Н0бщ ,

где RK - радиус конической части конвертера на уровне шлакометаллической эмульсии при приближени его к горловине конвертера (НШл( г)Нц), м;

г- радиус горловины конвертера, м;

Нк - высота конической части конвертера, м;

Нц - высота цилиндрической части конвертера над уровнем спокойного металла, м;

С Р г ьг

-г- Ј (а-(А Ншл(г)Ог + (1 a)- Rli-Hg + 1 г° 11Tj -1

И.еслиНшл 10, если НШл

Гт)Н„ (т)нцгде Др - количество фосфора в чугуне, приходящееся на единицу объема шлакометаллической эмульсии, кг/мз;

k - коэффициент пропорциональности;

- содержание фосфора в чугуне, %;

Г0 - время начала продувки, с;

т- текущее время продувки, с; , т-TO

п -. - количество точек отсче-

та;

Gr - вес чугуна, кг;

Ат- интервал времени между отсчетами значений уровня шлака в конвертере, определяемый экспериментальным путем, с:

а - весовой коэффициент.

Анализатор 35 состава отходящих конвертерных газов может быть представлен, например, в виде серийно выпускаемой системы газового анализа на базе масс-ре- флектрона ФТИАН-3.

Расходомер 36 отходящих конвертерных газов может быть представлен, напри. НШл( т - измеряемая величина высоты слоя шлака в конвертере по ходу продувки, м;

RN - величина внутреннего радиуса кон- вертера на данной гтлавке, м;

Ноёщ - измеряемая высота от уровня спокойного металла до верхнего положения кислородной фурмы (при поднятой фурме),

м:

Н - высота от горловины конвертера до

верхнего положения кислородной фурмы, м.

На первом выходе блока 33 во время

плавки получаем сигнал, пропорциональный величине радиуса конической части конвертера R, а на втором выходе блока 33 получаем сигнал, пропорциональный величине высоты цилиндрической части конвертера над уровнем спокойного металла Нц.

Блок 34 определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, 5 может быть представлен, например, в виде серийно выпускаемой однокристальной микро-ЭВМ KM 1813BE1, реализующей зависимость

k С Р г ьг

R& + RN R + R

(г)йг-Нц 1

Г{-1/

мер, в виде трубы Вентури с типовыми 35 датчиками давления и перепада давления отходящих конвертерных газов и его темпе- ратуры. Расходомер 37 кислорода дутья может быть представлен, например, в виде сужающего устройства с типовыми датчика- 40 ми давления, перепада давления кислорода и его температуры.

Блок 38 определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, может быть представлен, например, в виде двух серийно выпускаемых однокристальных микро- ЭВМ KM 1813BE1.

ЦПОС 40 реализует следующую зависимость:0,766 СО+1,266-(С02+02}-0.234- Нг-25,582

(9) а в ЦПОС 41 реализуются зависимости:

6р W ) 66-СОИ266 № +ОдН)234-Н2-25582,(Ю)

ScaO

Сиз в

(11)

/(1 -0P)-Vo2(r)dr

To

где Op- коэффициент распределения кислорода между металлом и шлаком;

V0r{ т) - расход отходящих конвертерных газов, м/с;

Vo2 (т) - расход кислорода м3/с;

СО, СОа, 02, На - содержание окиси углерода, двуокиси углерода, кислорода и водорода в отходящих конвертерньтх тазах,

%;

Scao - количество извести, приходящееся на единицу объема кислорода, аккуму- лированного в шлакометаллической эмульсии, кг/м ;

бизв - вес извести, присаженной в ванну конвертера, кг.

Сумматор 39 для определения содержания фосфора в металле может быть представлен, например, в виде серийно выпускаемой однокристальной микро-ЭВМ КМ 1813 ВЕ1, реализующей зависимость Р мет а0+а1 гмет+аа t2MeT+a3 t3Mer + a4Dp+

+ 35 ScaO(12)

где - содержание фосфора в металле, %:

1мет

Тмет

- температура металла

10000

при повалке конвертера в масштабе 1:10000,°С;

- измеряемая величина температуры металла, °С;

ао, ai, за, аз, 34, as - эмпирические коэффициенты.

На выходе блока 39 получается сигнал, пропорциональный содержанию фосфора в металле.

Коммутатор 5 может быть выполнен, например (см. фиг, 2), в виде релейных переключателей 21-25, каждый из которых может быть выполнен в виде транзисторного ключа 26 и реле 27.

Блок 6 проверки наличия цепи входного датчика может быть выполнен, например (см. фиг. 5), в виде оптронного переключателя 110 и резистора 111.

Блок 7 согласующий может быть выполнен, например, в виде инструментального усилителя, имеющего высокое входное сопротивление и обеспечивающего установку заданного коэффициента усиления.

Микропроцессорный блок 8 управления может быть выполнен (см. фиг. 4), например, в виде постоянного запоминающего устройства 42 емкостью 2 Кбайт, регистра 43 адреса, кварцевого резонатора 44, микроконтроллера 45 типа 1816 BE 48, цифроаналогового преобразователя 46, компаратора 47, источника 48 опорного напряжения, регистра 49, дешифратора 50,

больших интегральных схем последовательного интерфейса 51, 52.

Необходимо отметить, что однокристальная микро-ЭВМ КМ1816 ВЕ48 является представителем нового класса средств мик0 роэлектронной вычислительной техники и представляют собой БИС, имеющие в своем составе все характерные части небольшой микро-ЭВМ: арифметическо-логическое устройство, устройство управления, пере5 программируемое ПЗУ программ с ультрафиолетовым стиранием (с ППЗУ), ОЗУ данных и программно-управляемое интерфейсные схемы. Габариты однокристальной микро-ЭВМ 54 KM 18116BE48:

0 35,5мм х 5,5мм х15мм.

Блок 9 индикации и клавиатуры может быть представлен, например (см. фиг. 5), в виде большой интегральной схемы контроллера индикации и клавиатуры 56, кнопочных

5 переключателей 57-72, дешифратора 73 се- мисегментного кода, .дешифратора 74, се- мисегментных индикаторов 75-90, транзисторных ключей 91-106, каждый из которых состоит из транзистора 107, реэи0 сторов 108 и 109.

Блок 10 цифроподачи может быть выполнен, например (см. фиг. 4), в виде микроконтроллера 53, транзисторного буфера 54 и печатающего механизма 55.

5 Устройство работает следующим образом.

После включения электропитания в микропроцессорном блоке 8 управления начинает выполняться программа инициа0 лизации, которая приводит устройство в исходное состояние.

Далее по открытию отсечного клапана кислорода дутья по первому сигналу из блока 28 управления происходит реги5 страция момента начала продувки в блоке 34 определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу обье- ма шлакометаллической эмульсии и в блоке 38 определения количества извести,

0 приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, а по второму сигналу запускаются блок 31 определения положения кислородной фурмы, блок 32 определе5 ния параметров шихтовых материалов и конвертера, анализатор 35 состава отходящих конвертерных газов, расходомер 36 отходящих конвертерных газов, расходомер 37 кислорода дутья. С момента начала продувки в блоке 33 определяется высота цилиндрической части конвертера над уровнем спокойного металла Нц, а при приближении уровня шлака к горловине конвертера определяется величина радиуса конической части конвертера на уровне шлакометаллической эмульсии Нк- Сигналы с выхода блока 33, пропорциональные Нц и RK поступают на второй и третий входы 34 определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии. На четвертый, пятый и шестой входы блока 34 поступают сигналы, пропорциональные, соответственно, НШл( т), RN и 0,01 х x Gr.

На выходе блока 34 получается сигнал, пропорциональный Др, который поступает на первый вход сумматора 39 определения содержания фосфора в металле. Одновременно в блоке 38 определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, непрерывно по ходу продувки рассчитывается величина Scao.

Сигнал с выхода блока 38, пропорциональный величине ScaO. поступает на вто рой вход сумматора 39 для определения содержания фосфора в металле. В момент закрытия отсечного клапана кислорода дутья при остановке конвертера для скачивания фосфористого шлака, на третьем выходе блока 28 управления появляется сигнал, по которому запускается блок 29 определения температуры металла. На выходе блока 29 появляется сигнал пропорциональный температуре металла, поступающий на третий вход блока 39 определения содержания фосфора в металле. В сумматоре 39 рассчитывается содержание фосфора в металле при повалке конвертера и запоминается,

В исходном состояни (см. фиг. 2) транзисторные ключи релейных переключателей 21-23 закрыты, а транзисторный ключ релейного переключателя 24 открыт. Перед замером содержания углерода в металле сменный блок кристаллизатора 1 с термоэлектрическим преобразователем 11 через разъем соединяются со входом коммутатора 5.

При наличии цепи и готовности термоэлектрического преобразователя 11 кри- сталлизатора 1 к измерению через нормально замкнутые контакты релейного переключателя 24 подается от источника +12 В зондирующее напряжение на вход оптопары 110, что приводит к появлению сигнала низкого уровня в коллекторной цепи оптолары, который поступает на вход Т о (см. фиг. 5) микроконтроллера 45 микропроцессорного блока 8 управления. Если в течение с (величина определяется опытным путем) сигнал не меняется, что свидетельствует о наличии надежного контакта термоэлектрического преобразователя 11 кристаллизатора 1 с измерительной цепью, то устройство переходит к выполнению процедуры автоматической калибровки, в противном случае устройство остается в исходном состоянии. Процедура автоматической калибровки осуществляется следующим образом. По сигналу с выхода микропроцессорного блока 8 управления открывается транзисторный ключ 21, что приводит к размыканию нормально замкнутых контактов реле 26 и подключение выход- ных цепей источника 3 опорных напряжений, с выхода которого подается напряжение Ui (величина Ui определяется опытным путем, исходя из диапазона выходных напряжений термоэлектрического преобразователя 11 кристаллизатора, применяемого для измерения температуры остывания пробы металла) в течение ,8 сек на вход блок 7 согласующего (величина

t2 определяется опытным путем), затем транзисторный ключ 21 закрывается, что приводит к размыканию выходной цепи Ui источника 3 опорных напряжений; далее по сигналу с выхода микропроцессорного блока 8 управления открывается транзисторный ключ релейного переключателя 22, что приводит к размыканию его нормально замкнутых контактов и подключению выходных цепей источника 3 опорных напряжений Ua

(величина LJ2 определяется опытным путем исходя из диапазона выходных напряжений термоэлектрического преобразователя 11 кристаллизатора 1, причем Ui выбирается в начале диапазоне, a U2 выбирается в конце

диапазона выходных напряжений термоэлектрического преобразователя 11) в течение ,8 сек на вход блока 7 согласующего (величина At3 определяется опытным путем), затем транзисторный ключ

релейного переключателя 22 закрывается, что приводит к размыканию выходной цепи U2 источника 3 опорных напряжений и подключению выхода термоэлектрического преобразователя 11 к входу блока 7 согласующего. Далее в микропроцессорном блоке 8 управления рассчитывается коэффициент усиления и величина смещения нулевого уровня блока 7 согласующего по следующим зависимостям:

HUai-Ua2)/(Ui-U2),(13)

U0 tUai+Ua2-k(LJ i+U2)/2(14)

где k - коэффициент усиления;

Dai - величина выходного напряжения блока согласующего при подключении к его

входу второго выхода источника опорного напряжения, В;

Uo - величина смещения нулевого уровня блока согласующего на его выходе, В;

Ui - величина напряжения первого ис- точника опорного напряжения, В;

U2 - величина напряжения второго источника опорного напряжения, В,

Далее по сигналу из микропроцессорного блока 8 управления переключается транзисторный ключ релейного переключателя 23 и сигнал с термопреобразователя сопротивления 12 измерителя 2 температуры свободных концов термоэлектрического преобразователя, пропорциональный тем- пературе окружающей среды, коммутируется на вход блока 7 согласующего. Сигнал с выход блока 7 согласующего, пропорциональный температуре окружающей среды, поступает в микропроцессорный блок 8 уп- равления, где осуществляется поправка для компенсации термо-ЭДС холодных концов термоэлектрического преобразователя 11 кристаллизатора 1.

После завершения процедуры калиб- ровки и учета термо-ЭДС холодных концов термоэлектрического преобразователя переключается транзисторный ключ релейного переключателя 25 и сигнал с блока 4 определения содержания фосфора в метал- ле, пропорциональный содержанию фосфора в металле на промежуточной повалке конвертера, коммутируется на вход блока 7 согласующего. Сигнал с выхода блока 7 согласующего, пропорциональный содержа- нию фосфора в металле, поступает в микропроцессорный блок 8 управления, где осуществляется учет влияния содержания фосфора в металле на температуру ликвидуса.

Далее, через 10-20 с после установления и подсоединения кристаллизатора 1 с термоэлектрическим преобразователем 11 к коммутатору 5, производится заливка пробы металла в кристаллизатор 1 и по мере остывания металла выполняется процедура записи термограммы в операционное запоминающее устройство микропроцессорного блока 8 управления. Запись начинается после того, как сигнал с термоэлектрического преобразователя 11 кристаллизатора 1 превысит 1350°С, заканчивается после понижения температуры пробы металла до 1300°С. Частота считывания сигнала с термоэлектрического преобразователя 11 составляет 1 Гц. Время записи термограммы в указанном диапазоне составляет 30-50 с. Далее осуществляется поиск стационарного участка на термограмме, соответствующего температуре ликвидуса. Процедура поиска стационарного участка на термограмме сводится к отысканию наиболее пологого участка заданной длительности. Длительность стационарного участка, соответствующего температуре ликвидуса, составляет Д t4 4,6-5,4 с (величина At4 определяется опытным путем). Усредненное значение температуры на стационарном участке соответствует температуре ликвидуса.

Далее определяется содержание углерода в металле по зависимости

.(15)

где С мет- содержание углерода в металле,

:

Тл - температура ликвидуса, С;

содержание фосфора в металле,

%:

А, В, С - эмпирические коэффициенты.

Определенное в микропроцессорном блоке б управления значение содержания углерода в металле выводится для отображения на блок 9 индикации и клавиатуры, а устройство переходит в исходное состояние.

Экспериментальные исследования подтвердили, что данное устройство позволяет определять содержание углерода в металле наиболее близко к истинному его значению.

В таблице 1 приведены значения содержания углерода в металле, определенные посредством устройства - прототипа и заявляемого устройства на характерных замерах содержания углерода в металле на промежуточной повалке конвертера rfpw переделе фосфористого чугуна двухшлаковым процессом в кислородно-конвертерном цехе Карметкомбината на конвертере № 3 при различных содержаниях фосфора в металле.

В таблице 1 приняты следующие обозначения:,

Тл - температура ликвидуса, °С;

- содержание фосфора в металле,

%г .

- фактическое содержание углерода в металле, %;

- содержание углерода в металле, определенное посредством устройства - прототипа, %;

- содержание углерода в металле, определенное посредством заявляемого устройства, %.

Из таблицы видно, что значения содержания углерода в металле, определенные посредством устройства - прототипа, значительно отличаются от истинных. Например, на плавках № 382126, N 382181, когда содержание фосфора в металле на промежуточной повалке конвертера составляло соответственно 0,292 % и 0,344 %, наблюдались наибольшие погрешности определения содержания углерода в металле.

На плавках ISb 382142, № 382151, № 382163, когда содержание фосфора в металле было незначительным, погрешности определения содержания углерода в металле посредством устройства - прототипа и заявляемого устройства оказались примерно одинаковыми. Среднеквардатичные значения отклонений фактического содержания углерода в металле от значений, определенных посредством устройства - прототипа, на 164 плавках составили 0,211 %, а посредством заявляемого устройства на том же массиве плавок составили 0,020 %.

Техническая эффективность устройства состоит в том, что за счет более высокой точности контроля содержания углерода в металле в ванне конвертера снижается длительность цикла плавки, что позволяет повысить производительность конвертеров.

Формула изобретения

фосфора в металле содержит блок управле- ния, блок определения температуры металла, блок определения уровня шлака в конвертере, блок определения положения

кислородной фурмы, анализатор состава отходящих конвертерных газов, расходомер отходящих конвертерных газов, расходом кислорода дутья, причем первый выход блока управления соединен с входом блока оп0 ределения температуры, второй выход блока управления соединен одновременно с входами блока определения уровня шлака в конвертере блока определения положения кислородной фурмы, анализатора состава

5 отходящих конвертерных газов, расходомера отходящих конвертерных газов и расходомера кислорода дутья, содержит также блок определения параметров шихтовых материалов и конвертера, блок определе0 ния радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера, блок определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, блок определения количества из5 вести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, а сумматор для определения содержания фосфора в металле, причем второй выход блока управления со0 едИнен с входом блока определения параметров шихтовых материалов и конвертера, первый выход которого соедине-н одновременно с вторым входом блока определения радиуса конической и высоты цилиндриче5 ской части конвертера и третьим входом блока определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, к четвертому входу которого подсоединен второй вы0 ход блока определения параметров шихтовых материалов и конвертера, третий выход последнего соединен с первым входом блока определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислоро 5 да, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии, выход блока определения положения кислородной фурмы соединен с первым входом блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части

0 конвертера, выход блока определения уровня шлака в конвертере соединен одновременно с третьим входом блока определения радиуса конической и высоты цилиндрической части конвертера и пятым входом бло5 ка определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлакометаллической эмульсии, к первому, второму и шестому входам последнего подсоединены соответственно третий и четвертый выходы блока определения радиуса

конической и высоты цилиндрической части конвертера и третий выход блока управления, первый, второй, третий и четвертый выходы анализатора состава отходящих конвертерных газов соединены соответственно с вторым, третьим, четвертым и пятым входами блока определения количества извести, приходящегося на единицу объема кислорода, аккумулированного в шла комета л личес кой эмульсии, к шестому, седьмому и восьмому входам последнего подключены соответственно выходы расходомера отходящих конвертерных газов,

К ffxcii/ блоКа 7 KtftS

0

расходомера кислорода дутья и третий выход блока управления, к первому, второму и третьему входам сумматора для определения содержания фосфора в металле подсоединены соответственно выходы блока определения температуры металла, блока определения количества фосфора в чугуне, приходящегося на единицу объема шлако- металлической эмульсии, и блока определения количества извести, приходящегося на единицу кислорода, аккумулированного в шлакометаллической эмульсии.

Г/1

т

« I I

|

I I I

Z-.1

r- о со

со

гФаг 1

Г

Л

Фиг.6