Устройство для контроля уровня шлака в конвертере

Устройство для контроля уровня шлака в конвертере

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 С 21 С 5/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ц

К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (Z1) 3851 259/22-02 (22) 05.02.85 (46) 23.07.86. Бюл. М- 27 (71) Особое проектно-конструкторское бюро Научно-производственного объединения "Черметавтоматика" (72) Т;С.Намазбаев, А.Я.Гуммель, Д.М.Муканов, Д.И.Туркенич и Ю.А.Романов (53) 669. 184. 244.66(088.8) (56) Патент Франции N- 2289893, кл. С 21 С 5/28, 1975.

Авторское свидетельство СССР

У 1089141, кл. С 21 С 5/30, 1983, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

УРОВНЯ ШЛАКА В КОНВЕРТЕРЕ, содержащее последовательно соединенные датчик звукового давления, предварительный усилитель, низкочастотный фильтр, блок автоматического регулирования усиления и смеситель, а также гетеродин, выход которого соединен со смесителем, вычислительный блок, анализатор состава кислорода дутья, анализатор состава отходящих конвертерных газов, датчик темпера- . туры отходящих конвентерных газов, расходомер кислорода дутья, датчик определения момента погружения фурмы в металл, компаратор, коммутатор, блок контроля положения фурмы и регистрирующий прибор, причем последовательно соединены между собой датчик определения момента погружения фурмы в металл, первый компаратор и коммутатор, к второму входу коммутатора подсоединен выход блока контроля положения фурмы, к второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входам вычислительного блока подсоединены соответственно выходы анализатора остава кислорода дутья, анализатора состава отходящих конвертерных газов, датчика температуры отходящих конвертерных газов, расходомера кислорода дутья и коммутатора, а выход вычислительного блока подсоединен с входу регистрирующего прибора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности контроля уровня шлака в конвертере, в него введены несколько измерительных каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные между собой частотно-избирательный усилитель, детектор, компаратор и управляемый ключ, а также элементы И, в количестве на один меньше, чем количество измерительных каналов, преобразователь код — ток, вход каждого частотно-избирательного усилителя соединен с выходом смесителя, выходы компараторов смежных измерительных каналов соединены с входами соответствующего элемента И, выход которого соединен с управляющими входами управляемых .ключей смежных измерительных каналов, выходы всех управляемых ключей и элементов И соединены с входами преобразователя код-ток, выход которого соединен с первым входом вычислительного блока.

1245597

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю и регулированию Процессов кислородноконвертерной плавки, и может быть ис.пользовано для контроля уровня шлака 5 в кислородно-конвертерном производстве.

Целью изобретения является повышение точности и надежности контроля уровня шлака в конвертере. 10

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 — частотные характеристики частотно-избирательных усилителей; на фиг. 3 — блок-схема вычислительного блока; на фиг. 4 - 1$ кривые изменения сигнала, пропорциональные уровню шлака в конверторе.

Устройство (фиг. 1) содержит дат чик 1 звукового давления, предварительный усилитель 2, низкочастотный 20 фильтр 3, блок 4 автоматического регулирования усиления, смеситель 5, гетеродин 6, двадцать семь частотноизбирательных усилителей 7, двадцать семь детекторов 8, двадцать семь ком- 25 параторов 9, двадцать шесть элементов И 10, двадцать семь управляемых ключей 11, преобразователь код-ток

12, вычислительный блок 13, анализатор 14 состава кислорода дутья, ана- 30 лизатор 15 состава отходящих конвертерных газов, датчик 16 температуры отходящих конвертерных газов., расходомер 17 кислорода дутья, датчик 18 определения момента погружения фурмы в металл, первый компаратор 19, коммутатор 20, блок 21 контроля положения фурмы, регистрирующий прибор 22.

Датчик 1 звукового давления выполнен, например, телефонным капсюлем типа ТК-67-Н с номинальным диапазоном частот 10-10000 Гц.

Предварительный усилитель 2 пред— с тавляет собой усилитель, имеющий граничные частоты усиления 4с

15, — 1700, где 1 — нижняя граничная частота усиления, Гц, 5() — верхняя частота усиления,Гц.

Полосу пропускания низкочастотного фильтра 3 выбирают так, чтобы выделить спектр частот„ соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, при изменении уровня шлака от минимального до максимального значения. имеет полосу пропускания, определяемую по зависимости

2 4 где нижняя граничная частота пропускания низкочастотного фильтра, соответствующая минимальному уровню шлака в ванне конвертера, Гц, верхняя граничная частота пропускания низкочастотного фильтра 3, соответствующая максимальному уровню шлака

z: ванне конвертера, Гц, полоса пропускания низкочастотного фильтра 3, Гц.

Для конвертеров различной конфигурации резонансные частоты свободного объема рабочего пространства конвертера, соответствуюшие минимальному уровню шлака, изменяются от

15 до 28 Гц, а резонансные частоты свободного объема рабочего пространства конвертера, соответствующие заполнению полости конвертера шпаком до отметки 0,5 м от среза горловины канвер"..ера, изменяются от 70 до

111 Гц„ При этом полоса пропускания низкочастотного фильтра 3 равна

f„— f< = 96 Гц.

Блок 4 автоматического регулирования усипения выполнен, например, в виде усилителя с переменным коэффициентом усиления, изменяющимся автоматически, и служит для поддержания на:выходе блока 4 заданной величины амплитуды акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования. Благодаря переменному коэффициенту усиления блэка 4 автоматического регулирования усиления амплитуда акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования на выходе блока 4 автоматически поддерживается на заданном уровне без искажения спектра частот, соответствующих частоте свободного объема рабочего пространства конвертера при изменении уровня шлака от минимапьного до максимального значения. Величина выходного сигнала блока 4 автоматического регулирования усиления поддерживается на заданном уровне независимо от изменения величины амплитуды входного сигнала, зависящей от положения кислородной фурмы, расхода кислорода дутья.

1245597

Гетеродин 6 представляет собой генератор звуковых колебаний, выходная частота которого изменяется, например, в пределах

f = f ° +П (2)

1 1 1 р где i = 2, 3, ..., N, f — резонансная частота полосово1

ro фильтра i-го частотно-изрательного усилителя, Гц.

Частотные характеристики частотноизбирательных усилителей приведены на фиг. 2, Каждый из компараторов 9 представляет собой операционный усилитель, первый вход которого подключен к выходу соответствующего детектора,,а второй вход каждого операционного усилителя — к выходу источника опорного напряжения.

Количество частотно-избирательных усилителей определяют по зависимости макс Мии

f — f

П (3) где N— количество частотно-избирательных усилителей; резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера в момент времени, предшествующий выбросам шлако-металлической эмульсии, Гц; резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера при минималь" ном уровне шлака в ванне конвертера, Гц.

f мака

f мин

fí = 450 Гц, fâ = 750 Гц, I где f — нижнее значение частоты выи ходного сигнала гетеродина, I

f. — верхнее значение частоты вы6 ходного сигнала гетеродина.

Смеситель 5 осуществляет преобразование частоты выходного сигнала, получаемого на выходе блока 4 автоматического регулирования усиления, в сигнал с .промежуточной частотой.

Каждый из частотно-избирательных .усилителей 7 представляет собой соединение усилителя с полосовым фильтром с высокой добротностью, например

Q = 40, с полосой пропускания, например, 2 Гц, причем резонансная частота полосового фильтра частотно-избирательных усилителей выбирается, исходя из следующего условия:

П вЂ” полоса пропускания полосового фильтра частотно-избирательного усилителя, Гц.

Полоса пропускания полосового фильтра .частотно-избирательного уси-, лителя определяется экспериментальным путем с целью получения минимальной погрешности контроля уровня шлака.

Для большегрузных 350 т конвертеров экспериментальным путем определяют гм кс f èí П а оторые составляют 75, 21, 2 Гц соответств еннст;

Количество частотно-избирательных усилителей, определенное по зависимости (3), составляет N = 27.

Изменяя частоту гетеродина, настраивают так, что резонансная часто20 та полосового фильтра частотно-избирательного усилителя 7 первого измерительного канала совпадает с разностью частоты входного сигнала гетеродина и резонансной частоты свободного объема рабочего пространства конвертера при максимально допустимом уровне шлака, а резонансная частота полосового фильтра f

35 < гет . маркс > ч rer

Датчик 18 определения момента погружения фурмы в металл представляет собой электрическую цепь для измере4О ния разности потенциалов, возникающей между фурмой и корпусом конвертера по ходу продувки. Сигнал на выходе электрической цепи между фурмой и корпусом конвертера имеет место

45 только в период наличия контакта фурмы со шлакометаллической эмульсией.

Вычислительный блок 13 (фиг. 3) содержит модуль 22 нормализации, вы о ходы которого соединены с бесконтактным коммутатором 23, связанным через аналого-цифровой преобразователь 24 с первым выходом процессора 25, второй вход которого соединен с выходом

Ы5 блока 26 ввода и вывода информации, выход процессора 25 связан через бесконтактный модуль 27 кодового управления с входом преобразователя

1?45597 код-ток 28, а выход последнего соединен с входом регистрирующего прибора 23. Модуль 22 нормализации выполнен, например, в виде модуля нормализации А613-2 и предназначен для преобразования сигналов постоянного тока в сигналы напряжения и для фильтрации сигналов датчиков от помех нормального вида, Бесконтактный коммутатор 23 выполнен в виде комму- 10 татора бесконтактного, например, типа А 612-10 и предназначен для коммутации сигналов напряжения постоянного тока для последующего преобразования с помощью аналого-цифрового преобразователя 24, например, типа

А611-19, Процессор 25 выполнен в виде, например, типа А131 — 10 (СМ-1П).

Блок 26 ввода и вывода информации выполнен, например, в виде дисплейного модуля типа À544-2. Модуль 27 кодового управления бесконтактный выполнен, например, в виде модуля кодсвого управления бесконтактного типа. А641-9 и предназначен для приема и запоминания двоичных сигналов, поступающих из процессора 25, и коммутации электрических цепей постоянного тока управляемого объекта, в частности преобразователя код-ток 28, например, типа А631-6, который предназначен для преобразования электрических кодированных сигналов в электрический непрерывный сигнал постоянного тока.

Устройство работает следующим

35 образом.

Цо начала плавки в вычислительный блок 13 вводится информация о величине Н, равной высоте от уровня

06Ш, спокойного металла до верхнего конеч4О ного положения фурмы (при поднятой фурме), определяемой, например, во время тарировки фурми.

С момента начала плавки акус.тичесЛ кий сигнал о ходе процесса шлакообразования, воспринимаемый датчиком 1 звукового давления, усиливается при помощи предварительного усилителя 2.

Усил -.нный сигнал проходит через низкo::.ë тотный фильтр 3, который выделя- о ет спектр частот, с*ответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера при изменении уровня шлака от минимально"о до максимального значения. Сигнал с выхода низкочастотного фильтра 3 поступает на вход блока 4 автоматического регулирования усиления, на выходе которого получают сигнал постоянной амплитуды со спектром частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера при изменении уровня шлака от минимального до максимального значения. На смеситель 5 поступает сигнал с выхода блока 4 автоматического регулирования усиления и сигнал, выработанный гетеродином 6. Разность частот этих сигналов с выхода смесителя 5 одновременно поступает на входы частотно-избирательных усилителей

7. При совпадении частоты входного сигнала, соответствующей резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, с резонансной частотой полосового фильтра частотно-избирательного усилителя i — ro измерительного канала на выходе i-ro частотно-избирательного усилителя появляется сигнал, который через соответствуюший детектор поступает на вход соответствующего компаратора, который через соответствующий управляемый ключ поступает на соответствующий вход преобразователя код-ток

12, на выходе которого появляется токовый сигнал, пропорциональный резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера. В случае, когда преобразованная резо— нансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера после смесителя 5 равна величине то появля:ется сигнал на выходе двух частотно-избирательных усилителей с полосoBbIMH фильтрами f и f„ Ko

-.oðûå поступают на вход соответствующих компараторов по (i — 1) — му и

i-му измерительным каналам (фиг ° 2) .

Допустим, например, что на выходе компараторов 9 смежных измерительных каналов появляются сигналы, соответствующие "1". С выхода компаратора 9 первого измерительного канала сигнал поступает на первый вход элемента И 10, общего для первого и вто- рого каналов, на вход управляемого ключа 11 первого канала, С выхода компаратора 9 второго канала сигнал поступает на второй вход элемента

И 10, общего для первого и второго каналов, на первый вход элемента

И 10, общего для второго и третьего каналсв и на вход управляемого ключа

1245597

К;

1О

Н

15 р

С (5) 50 (6) (н„ „- н (К, „, если

1 (Н„, — Н„ гй=)j г

S«„C — н",> (ю, (1— если (Н -Н 1 > 1

ФА крЕЬ

11 второго канала. На выходе элемента И 10, общего для первого и второго каналов, появляется сигнал, соответствующий "1", который поступает на первый управляющий вход управляемого ключа 11 первого канала и на второй управляющий вход управляемого ключа 10 второго канала, а также на второй вход преобразователя,код-ток

12, на выходе которого появляется токовый сигнал, пропорциональный резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера.

Сигнал с выхода преобразователя код-ток 12 поступает на первый вход вычислительного блока 13, на второй вход поступают с выхода анализатора

14 состава кислорода дутья сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона в кислородном дутье, а на третий вход — сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона, двуокиси углерода в отходящих конвертерных газах с выхода анализатора 15 состава отходящих конвертерных газов. На чет,вертый и пятый входы вычислительного блока 13 поступают соответственно сигнал, пропорциональный температуре отходящих газов с выхода датчика 16 температуры отходящих газов, а также сигнал, пропорциональный расходу кислорода дутья с выхода расходомера 17 кислорода дутья.

В момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию через коммутатор 20 на шестой вход вычислительного блока 13 с выхода блока 21 контроля положения фурмы поступает сигнал, пропорциональный высоте от уровня спокойного металла до среза сопел фурмы.

В вычислительном блоке 13 по ходу плавки осуществляется определение текущего значения уровня шлака по сле- дующей зависимости: х

Н шл = Но щ — Нк К

С .де Н „ — текущее значение уровня шлака в ванне конвертера,м, измеряемое значение высоты от уровня металла до верхней точки положения фурмы, Мэ высота от горловины конвертера до верхней точки положения фурмы, м, коэффициент, зависящий от геометрических размеров конвертера, расчетное значение уровня шлака в ванне конвертера в момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию, м, значение высоты фурмы над уровнем спокойного металла в момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометалли20 ческую эмульсию, м; — постоянная наперед заданная величина, .

I — измеряемое значение частое ты звуковых колебаний, Гц, — расход отходящих газов,,зу — скорость распространения звука в неподвижной среде, м/с.

На выходе вычислительного блока

13 получают текущий уровень шпака в ванне конвертера, регистрируемый прибором 23.

В устройстве весь диапазон измерений разбивается на 27 поддиапазонов (27 измерительных каналов), следовательно влияние суммарного уровня помех по каждому из каналов уменьшается в 27 раз по сравнению с влияни40 ем суммарного уровня помех во всем .измеряемом диапазоне.

Таким образом, измепение величины выходного сигнала в зависимости г от амплитуды низкочастотной составляющей акустического сигнала о ходе

45 процесса шлакообразования в измеряемом диапазоне частот записывается в следующем виде:

Тее » = (рез A рез реа

А; й.

k А; й.

У где 1с, 1с,, k — коэффициен т уси,пения усилителя на каждой частоте в измеряемом диапазоне частот, коэффициент усиления усилителя на

1245597

1» 2» тавляющих акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования на каждой где fì „ частоте, соответствующей резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера, Гц; величина амплитуды низкочастотных сосчастоте в измеряемом диапазоне частот, величина амплитуды низкочастотной составляющей акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, соответствующей резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера.

Таким образом, при низком уровне шлака в ванне конвертера в предлагаемом устройстве суммарный уровень помех в 27 раз меньше суммарного уровня помех известных устройств и сос,. --„1с; А; Е; тавляет величину, равную которая намного меньше величины с А f, т.е. определение резонансной частоты свободного объема рабочего пространства конвертера осуществляют с минимальной погрешностью, следовательно повышается точность и надежность контроля уровня шлака в ванне конвертера.

При изготовлении макета устройства для контроля уровня шлака в ванне конвертера используют R -фильтры с резонансными частотами 124, 127, 128, 178 Гц. Полоса пропускания каждого фильтра составляет 2 Гц. Изменяя частоту выходного сигнала гетеродина

f«, экспериментально устанавливают, что при Г, = "99 Гц на выходе частотно-избирательного усилителя, имеющего полосовой фильтр с резонансной частотой 124 Гц, наблюдается максимальный сигнал при максимальном уровне шлака, предшествующем моменту поступления выбросов и .переливов шлако— металлической эмульсии, а на выходе ча.стотно-избирательного усилителя, имеющего полосовой фильтр с резонансной частотой 178 Гц, наблюдают максимальный сигнал при минимальном уровне шлака. Таким образом, резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера при минималь—

10 ном уровне шлака составляет резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера при минимальном уровне шлака, Гц;

f, — частота сигнала, вырабатываемого гетеродином, 20 Гц;

f — резонансная частота своЖ бодного фильтра, Гц.

Резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвер2"» тера при максимальном уровне шлака, предшествующему выбросам и переливам шпакометаллической эмульсии состав м»»кс f ãåò f+ = 199 Гц

178 Гц = 21 Гц

Зп где f,, — резонансная частота своi» OlVÑ бодного объема рабочего пространства конвертера при максимальном уровне шлака, предшествующему выбросам и переливам шлакометаллической эмульсии, Гц.

Полученный на выходе устройства сигнал (фиг. 4, кривая А) позволяет определить уровень шлака в ванне конвертера наиболее близко к истинI ному его значению (фиг. 4, кривая 6 ).

Полученные значения уровня шлака посредством известного устройства (фиг. 4, кривая 8 ) значительно отличаются от истинного.

Техническая эффективность от ис— пользования предлагаемого устройства состоит в том, что оно позволяет onTFFMBJIbFIo управлять процессом шлакообразования эа счет повышения точности и надежности контроля уровня шлака в í".íêå конвертера. Оптимальное протекание процесса шлакообраэования

55 позволит уменьшить потери металла с выбросами и выносами, т.е. увеличить выход годного, 1245597

Фиг,l

1?45597

3,0

Составитель А.Абросимов

Техред Л. Олейник Корректор Е,Сирохман

Редактор И.Гунько

Тираж 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий l13035, Москва, И-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 3961/17

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4