Устройство для определения внутрен-него состояния самообжигающегосяэлектрода

Устройство для определения внутрен-него состояния самообжигающегосяэлектрода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Сееоз Советскик

Сециалистическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АЬТОРСКОМУ СЬИ ЕТЕЛЬСТЬУ

«1799024 (6f) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 26. 02. 79 (21) 2730060/24-07 с присоединением заявки Йо " (23) Приоритет—

Опубликовано 23.01.81, Бюллетень Й9 3

Дата опубликования описания 2601,81 (я)м. к,.з

Н 01 В 7/09

F 27 0 21/04

ГосударствеяяыЯ яоиитет

СССР по делен язобретеяяЯ я открытиЯ (53) УДК 621. 365, 22 (088.8) (72) Авторы изобретения

М.И.Лифсон, Г.М.Жилов, М.М.Гринбаум,,B.A.Ñåâîñòüÿíîâ и В.A.Öâèò

Ленинградский государственный научно-исследовательский и проектный институт основной химической промышленности (71) Заявитель

Г Т Г» (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВНУТРЕННЕГО СОСТОЯНИЯ

САМООБЖИГАЮЩЕГОСЯ ЭЛЕКТРОДА

Изобретение относится к электротермии, в частности к электропечным установкам, например фосфорным, карбидным, ферросплавным и им подобным 5 печам, оборудованным самообжигающимися электродами, и может быть ис".: пользовано в системах автоматического управления электропечными установками в качестве датчика перепуска 1О электродов или корректирующего устройства токовой нагрузки электрода.

Наиболее эффективно применение данного устройства для мощных электропечных установок закрытого типа. 15

Надежность работы электропечной установки в значительной степени зависит от процесса коксования самообжигающегося электрода, поэтому воспросы нормальной эксплуатации его 20 имеют огромное значение и во многом определяют технико-экономические показатели электропечной, установки.

В результате обрыва электрода печь останавливают на длительное вре- )5 мя, что существенно снижает ее производительность. Основной причиной обрывов электродов является неполное закоксование электродной массы к моменту выхода электрода на контактных плитах и разрушение кожуха вследствие перегрузки его по току, Критериями, определяющими надежность работы самообжигающегося элект рода, являются степень и положение зоны спекания (зона начала коксования) электрода относительно его нижнего среза контактных плит, а также скорость коксования его.

Оптимальное положение зоны спекания зависит от типа электропечной установки и получаемого продукта.

Так для ферросплавных печей — это середина контактной плиты, а для фосфорной — 1/3 высоты контактной плиты от нижнего среза. Расположение зоны спекання ниже оптимального уровня нежелательно, так как в этом случае возникает опасность обрыва электрода и выпуска из него электродной массы.

Высокое положение эоны спекания ухудшает электрический контакт между оболочкой электрода и контактной плитой, а также усложняет перепуск электрода из-эа распирания кожуха электрода.

Известны устройства для определения внутреннего состояния электрода реализующие способ температурного

799024 зондирования, который заключается в том, что при помощи нескольких термопар, помещенных в защитные трубы снимают температурное поле внутри электрода. По температурному распределению строят изотермы, по которым определяют положение зоны коксования и скорость коксования (1} . и f2) .

Однако размещение конструкции внутри кожуха усложняет эксплуатацию электрода в момент загрузки в него электродной массы и при наращивании кожуха.

Кроме того, точность измерения температуры по данному способу,недостаточна,:так как термопары заключены в металлические трубы, имеющие наводки. Трудно также учесть поправку на теплопередачу и точно определить положение зоны спекания. Попадание дополнительного железа в расплав, а затем в шлак, ухудшают качество сливаемого продукта.

Известно также устройство, в котором, кроме термопары, в защитную металлическую трубу помещают металлический зонд, перемещаемый специальным приводом до соприкосновения с зоной спекания. Устройство снабжено прибором контроля за перемещением зонда (3 ).

Внутреннее состояние электрода определяется на основе измерения температуры, вязкости жидкой электродной массы, положения и механической прочности зоны спекания.

Вязкость жидкой электродной массы определяют путем измерения приводной силы . в момент опускания и подъема измерительного зонда.

Прочность эоны спекания определяется по приводной силе в момент отрыва измерительного зонда от зоны спекания после их адгезии, происходящей в течение определенного промежутка времени.

Однако в этом устройстве измерение возможно только тогда, когда масса в кожухе находится в абсолютно расплавленном состоянии, так как находящиеся в жидкой массе куски могут повлиять на точность определения положения зоны спекания вследствие высокого сопротивления перемещению измерительного зонда.. Кроме того, точность измерения вязкости низкая, так как на измерение ee влияет наличие жидкой электродной массы в самой защитной трубе.

Определение механической прочности спекаемого участка сопряжено с возможностью аварии всего.устройства в случае основательного спекания зонда с электродной массой, так как скорость адгезии не контролируется.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для определения внутрень него состояния самообжигающегося электрода в течение плавки, содержащее электроакустический преобразователь, установленный снаружи кожуха электрода в области эоны спекания, вход которого через генератор высокочастотных импульсов соединен с задающим генератором, а выход через канал усиления, выполненный в виде цепочки из последовательно соединенных аттенюатора, усилителя и интегрирующего элемента, соединен с первым входом блока определения степени спекания электрода, выход которого. соединен со входом блока определения положения зоны спекания, с выходами

15 для подключения системы управления электропечной установкой f4 ). .. Работа устройства основана на связи параметров ультразвуковых колебаний (затухание и скорость ультЩ развука) с физико-механическими свойствами материалов (плотностью, прочностью, вязкостью и т.д.).

Опрецеление степени спекания осуществляется путем оперативного измерения-коэффициента затухания и времени распространения ультразвуковых колебаний, возбужденных в поперечном сечении электрода на высоте оптимального расположения эоны спекания, сравнения их с заданными значениями этих параметров, полученными в лабораторных условиях при исследовании скоксованного электрода. Для повышения точности полученные значения интегрируются за определенный промежуток времени.

Для определения положения зоны спекания сравнивают фактическую степень спекания с заданной, и по величине отклонения ее, и по положению

49 электроакустического преобразователя судят о положении зоны спекания.

Основным недостатком этого устройства является то, что в качестве заданных величин используются результаты, полученные в лабораторн.ях условиях, и на реальном объекте условия измерения несколько отличаются и поправка может не отражать действительную величину, поэтому и точность

® определения измеренных величин недостаточна., Кроме того, температура начала коксования, плотность, состав электродной массы на различных предприятиях и типах электропечных установок отличаются, поэтому получение заданных параметров ультразвуковых колебаний связано с дополнительными трудозатратами.

Расположение изучающего и прием р ного элемента ча диаметрально-противоположных сторонах электрода .вследствие большого затухания ультразвуко-. вых колебаний в электродной массе

:вынуждает использовать относительно низкие колебания (до.300 крц), что

799024 также влияет на точность определения внутреннего состояния электрода, С увеличением же мощности электропечной установки, а следовательно и размеров электрода, частота колебаний должна быть уменьшена, что влияет на точность работы устройства.

Цель изобретения — повышение точ-. ности и надежности определения внутреннего состоя;.".я электрода.

Цель достигается тем, что уст- р ройство снабжено расположенными снаружи кожуха электрода на одной вертикальной оси с указанным преобразователем двумя дополнительными электроакустическими преобразователями, первый из которых установлен на уровне жидкой электродной массы, а второй — ниже зоны спекания, входы обоих дополнительных преобразователей подключены к указанному генератору высокочастотных импульсов, выход 20 первого дополнительного преобразователя соединен со входом первого дополнительного канала усиления, первый выход которого через блок задержки соединен со вторым входом 25 блока степени спекания, выход второго дополнительного преобразователя связан со входом второго дополнительного канала усиления, первый выход которого соединен с первым входом дополнительного блока определения степени спекания, связанного с дополнительным входом блока определения положения зоны спекания, а вторые выходы обоих дополнительных каналов усиления подключены к блоку памяти, а его выход соединен со вторым входом дополнительного блока определе-. ния степени спекания.

Все электроакустические преобразователи могут быть выполнены совмещен- 40 ными или раздельно-совмещенными, причем их входы могут быть связаны с генератором высокочастотных импульсов через коммутатор. для повышения надежности устройст-ц5 ва снабжено регистрирующим блоком, например электронным вольтметром, вход которого соединен с вторым выходом первого блока спекания, а между выходом усилителя и входом интегратора второго дополнительного измерительного канала включен логический элемент, выполненный по схеме ИЛИ-НЕ.

На чертеже изображена блок-схема устройства для определения внутреннего состояния самообжигающегося

55 электрода.

По высоте электрод условно разделен на четыре агрегатные зоны, А — спеченная часть электрода;  — . зона спекания", С вЂ” зона жидкой фо электродной массы, Д вЂ” эона кусковой электродной массы.

Устройство содержит электрод 1 с контактными плитами 2, задающий генератор 3, генератор 4 высокочас- тотных импульсов, .соединенных через коммутирующий блок 5 с входом трех раздельно-совмещенных или совмещенных преобразователей б, ра=мещенных вертикально друг над другом на различной высоте электрода, выходы электроакустических преобразователей ба, бб, бв соединены с входами измерительных .каналов 1,.5,lii .

Первый и второй каналы идентичны и содержат последовательно соединенные аттенюатор 7, усилитель 8 и интегратор 9 ° Выход первого канала через блок 10 задержки соединен со входом блока 11 спекания, второй . вход которого соединен с выходом второго измерительного канала. Второй выход первого измерительного канала через блок 12 памяти соединен с первым входом блока 13 спекания, второй вход которого соединен с выходом третьего измерительного канала.

К выходу блока 11 спекания подклю- . чен усилитель 14а, к выходу блока 13 спекания-усилитель 14б, причем усилитель 14а детектор 15 и показывающий прибор 16 могут входить в электронный вольтметр.

Выходы усилителей 14 а и 14б соединены со входами блока 17 определения положения зоны спекания.

Третий измерительный канал отличается от первых двух наличием логического элемента ИЛИ-НЕ 18, включенного между входом усилителя 8в и интегратора 9в этого канала.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 3 вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с частотой повторения

300 Гц, которые запускают высокочастотный генератор 4, генерирующий рабочие импульсы высокочастотных колебаний практически любой частоты.

Электрические высокочастотные колебания через коммутатор 5 поступают на входы электроакустических преобразователей ба, бб, бв.

Коммутатор работает таким образом, что на входы электроакустических преобразователей высокочастотные колебания поступают поочередно. В случае использования совмещенного акустического преобразователя, он состоит из одного элемента, который поочередно становится то излучающим, то приемным элементом, а колебания в электрод вводятся перпендикулярно его поверхности через тонкий изоляционный слой.

Более целесообразным является применение раздельно-совмещенного электроакустического преобразователя, который состоит из двух элементовизлучающего и приемного и которые могут быть выполнены в одном корпусе.

В этом случае высокочастотные колебания вводятся под углом через специальную призму, причем угол наклона дол799024 где ю =

У1С1 отношение акустических импендансов первой и 40 второй среды, у и о — плотность первой и второй среды, г/см3;

С„ иС вЂ” скорость ультразвуковых колебаний и колеба- 45 ний в первой и второй средах, м/с.

Так как по мере коксования физикомеханические свойства электродной массы претерпевают изменения, то и коэффициент отражения в зависимости от агрегатного состояния электродной массы отличается.

Из опыта эксплуатации самообжигающихся электродов установлено, что в зависимости от состава электродной массы плотность жидкой электродной массы находится в пределах 1,41,6 г/см, а плотность скоксованного электрода — 1,8-2,06 г/см . Соответственно скорости ультразвуковых колебаний в жидкой электродной массе составляет 1700-2200 м/с, а скоксованного электрода — 2500-3000 м/с.

Подставив в вышеприведенную формулу значения для первой среды(металл) 5 жен быть таким, чтобы отражение колебания попали на приемный элемент.

Следовательно, электрические высокочастотные колебания поступают на излучающие элементы, где вследствие обратного пьезоэффекта преобразуются в ультразвуковые и вводятся в метал 5 лический кожух электрода. На границе раздела двух сред металлический кожух-электродная масса, часть ультразвуковой энергии отражается, а чг.сть проходит в электрод. Отраженные ультразвуковые колебания поступают на приемные элементы электроакустических преобразователей 6а,66, бв, где вследствие прямого пьезоэффекта ультразвуковые колебания пре- 15 образуются в электрические.

В измерительных каналах"1, t3 и Itt происходит измерение амплитуды отраженных колебаний аттенюаторами 7а, 76, 7в, усиление полученного сигна- Щ ла усилителями 8а, 86, 8в, и затем они поступают в интеграторы 9а, 96 непосредственно, а в интегратор 9в через логический элемент 18, о назначении которого будет сказано ниже.

Исходя из этого, что плотность жидкой электродной массы и скоксованного электрода различна, а также отличаются и скорости ультразвуковых колебаний в них, величины амплитуд, отраженных Ультразвуковых колебаний, измеренные каждым каналом несколько отличаются.

О величине отличия можно судить по величине коэффициента отражения, который определяется из выражения — p =7,8 г/см, C=6100 м/с, а для 3 второй среды — средние значения жидкой электродной массы и скоксованного электрода, получаем R< =0,1tt,а

R = 0,62, т.е. следовательно амплитуды, измеренные на границе раздела металлический кожух-каждая электродная масса, на 12% больше, чем отраженная амплитуда на границе раздела металлический кожух-скоксованный электрод..

После интегрирования сигналы пропорциональные измерейным амплитудам поступают в блоки 11 и 13 спекания.

Для того, чтобы эти сигналы поступали одновременно используются блок

10 задержки и блок 12 памяти. Таким образом, выходной сигнал с первого измерительного канала поступает в блок 10 задержки, причем время за; держки определяется временем интегрирования и временем между посылками двух импульсов, т . е, t; = t и (инт2

"инт .

Одновременно выходной сигнал с второго выхода измерительного канала поступает в блок 12 памяти, где находится до тех пор, пока в него не поступит сигнал с выхода третьего измерительного канала.

Сигналы, пропорциональные амплитуде, отраженных колебаний с выхода второго измерительного канала поступают непосредственно в блок 11 спекания, а с выхода третьего измерительного канала — в блок 13 спекания.

Оба блока спекания выполнены по схеме делителя, и в них происходит сравнение выходных сигналов второго и третьего канала соответственно с первым, т.е. Реализуется уравнение

Следовательно, чем меньше величина О, тем больше степень коксования (спекания). На этом определение степени спекания в оптимальном и есколько ниже его сечении заканчивается.

Степень спекания в оптимальном сечении регистрируется электронным вольтметром, состоящим из усилителя

14в, детектора 15 и показывающего прибора 16.

Шкала показывающего прибора отградуирована в безразмерных единицах, показывающих степень спекания, за единицу принята величина, пропорциональная амплитуде отраженных колебаний от границы раздела металлический кожух-жидкая электродная масса. При желании с выхода электронного вольтметра полученные величины степени, спекания можно записать на самописце.

С выхода блоков 11 и 13 спекания через идентичные усилители 14а и 146 (возможно и без них, а непосредственно} сигналы, пропорциональные степени спекания в каждом .сечении, посту799024

-40 1.устройство для определения внутреннего состояния самообжигающегося электрода в течение плавки, содержащее электроакустический преобразователь установленный снаружи

45 кожуха электрода в области зоны спекания, вход которого через генератор высокочастотных импульсов соединен с задающим. генератором, а выход — через канал усиления, выполненный в виде цепочки из последовательно соединенных аттенюатора, усилителя и интегрирующего элемента, соединен с первым входом блока определения степени спекания электрода, выход которого соединен. со входом блока определения положения эоны спекания, с выходами для подключения системы управления электропечной установкой, о т л и ч.а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и надежности определения внутреннего состояния электрода, оно снабжено расположенными снаружи кожуха электрода на одной вертикальной оси с указанным преобразователем двумя ф дополнительными электричек,стическими пают в блок 17 определения положения зоны спекания.

В этом блоке происходит сравнение степени спекания, т.е. AG=G<-G

2 3 и определяется скорость спекания,т..е

aG

V, — )

В где k — скорость коксования;

l — расстояние между электроакуст скими преобразователями (вторые и третьи).

При этом о нормальной скорости коксования судят исходя из того, что оно должно быть ранна G= 0,05 на

100 мм высоты электрода, если не используется усилители, с усилителя- ми С = К„ . 0,05.

Обычно зона спекания имеет протяженность не более 300 мм, и в ней происходят резкие изменения физикомеханических характеристик. Нормальным считается, если начало зоны спекания соответствует G2=0,92-0,94, т.е. амплитуды отраженных колебаний от раздела сред в оптимальном сечении должны быть на 6-8% меньше, чем в зоне расположения жидкой электрод ной массы.

Исходя из этих соображений и определяется положение зоны коксования, т.е. исходя из скорости коксования и положения электроакустических преобразователей.

В зависимости от этого, блок,17 выдает в систему автоматического управления различные сигналы, например, если степень спекания в опти мальном сечении равна 0,95, а скорость спекания между двумя сечениями равна 0,038 на 100 мм, то выдается сигнал на запрет перепуска электрода; если же .G2=0,92, а K=0,04 на

100 мм, то выд ется сигнал на разреше ние уменьшенного перепуска, если же

G = 0,90, а К = 0,06 на 100 мм, то выдается сигнал на разрешение повышенного перепуска электродов.

О надежности работы устройства можно судить по показаниям электрон ного вольтметра, кроме того с этой целью в третий измерительный канал включен логический элемент 18, выполненный по схеме ИЛИ-НЕ. Это вызвано тем, что не исключены случаи, когда из-за термических перегрузок в элект" роде образуются трещины, и надежного контакта между скоксованным электродом и кожухом нет. В этом случае ультразвуковые колебания отражаются от воздуха, а амплитуда отраженных колебаний резко возрастает, поэтому логический элемент 18 такой сигнал в интегратор не пропускает, чтобы не исказить результат измерения, т.е. если амплитуда отраженных колебаний превышает определенную величину, то на выходе логического элемента 18 нет сигнала. В эт м случае, если в течении опре. ленно го времени нет сигнала на входе интегратора 9в, то необходимо руководствоваться показаниями электронного вольтметра, либо немно э изменить положение электроакустического преобРазователя.

Желательно для повышения надежности определения внутреннего состояния самообжигающегося электрода иметь несколько пар электроакустических преобразователей, расположенных по периметру электрода, которые можно переключать на электронную часть устройства, тогда можно получить объемное представление и расположении зоны спекания, что значительно облегчает эксплуатацию электропечной установки.

Следует отметить, что устройство может быть применено на любых электропечных устанОвках независимо от

20 диаметра электрода, так как излучающий и приемный элементы находятся с одной стороны электрода, и работа его основана на различии акустических параметров различных агрегатных д зон электрода и позволяет исключить трудозатраты по определению акустических параметров электрода в лабораторных условиях и таким образом повысить точность измерения степени спекания и положение ее.

Устройство позволяет предотвратить обрывы электрода по неспеченной части и существенно повысить коэффициент использования времени за счет сокращения простоев электропечной установки,и следовательно увеличить выход готового продукта.

Формула изобретения

12.799024

Заказ 10082/77 Тираж 795 Подписное

ВККИПИ

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, 4 о преобразователями, первый из которых установлен на уровне жидкой электрод. ной массы, а второй — ниже эоны спекания, входы обоих дополнительных преобразователей подключены к указанному высокочастотному генератору, выход первого дополнительного преобразователя соединен со входом первого дополнительного канала усиления, первый выход которого через блок задержки соединен со вторым входом блс:.а степени спекания, выход второго дополнительного преобразователя связан со входом второго дополнительного канала усиления,, первый выход которого соединен с первым входом дополнительного блока определения степени спекания, связанного с дополнительным входом блока определения положения эоны спекания, вторые выходы обоих дополнительных каналов усиления подключены к блоку памяти, а его выход соединен со вторым входом дополнительного блока определения степени спекания,.

2.устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что электроакустические преобразователи выполнены совмещенными.

З.устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что электроакустические преобразователи выполнены раздельно-совмещенными.

4.устройство по п,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что входы всех преобразователей связаны с генератором высокочастотных импульсов через коммутатор.

5. Устройство по п.1, ч а ю щ е е с я тем, что во втором дополнительном канале усиления усилитель связан с интегрирующим элементом через логический элемент или-не.

6. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что к выходу первого блока определения степени спекания подключен регистрирующий прибор, например электронный вольт15 метр.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

20 1.расик M.È. Самообжигающиеся электроды рудовосстановительных электропечей. M., "Металлургия", 1976, с. 279-342.

?.Патент Японии 9 48-8659, кл. 67 T 4 1973.

3. Патент Японии Р 51-27740, кл. 67 7. 4 1976.

4.Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2556005/24-07, кл. Н 01 В 7/09, 1977.