Устройство для контроля параметров конверторного процесса

0% (и) ЗС 5 В С 21 С 5/30 ОБРЕТЕНИЯСВИЙВТИГЫТВУ ПИСАНИЕ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ.ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРИТЮ(56) 1. Авторское свидетельство СССРпо заявке 93407248/22-02,кл. С 21 С 573007.09,82,(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ КОНВЕРТОРНОГО ПРОЦЕССА, содержащее источник питания, два элект.рода, регистрирующий прибор, сигнааизатор, вычислительный блок, добавочноесопротивление, коммутатор, преобра-зователь напряжеяие-ток причем первыйэлектрод подсоединен к первому входупреобразователя напряжение-ток, второйвход которого эаземлен, второй элект- .род подсоединен к первому входу комму. татора, а второй вход коммутатора че-рез добавочное сопротивление подсоединен к первому выходу источника питания, второй выход которого эаземленвыход преобразователя напряжение-токцодсоединен к входу вычислительногоблока, первый второй и третий выходыкоторого подсоединены соответственнок входам регистрирующего прибора,сигналйзатора и управляющему входукоммутатора, причем в качестве электродов используется фурма,и корпусконвертора, о т л и ч а ю щ е .е с ятем, что, с целью расщирения эксплуатационных возможностей устройства засчет прогнозирования температурыметалла, в него введены термопарапогружения, второй преобразовательнапряжение-ток и второй регистрирующий прибор, причем выход термопарыпогружения через второй преобразоват ль напряжение-ток подсоединен квычислительному блоку, четвертыйвыход которого подсоединен к входувторого регистрирующего прибора.1082832 а ф Составитель А. Абросимовтор Н. Ковалева Техред Т.фанта Корректор О. Тйгорффффф1 Зак писн филиал ППП "Патент", г. Уагород ектная 1681/25ВНИИПИ Госпо делам13035, Моск 540о комитета СССРий и открытийушская наб., д. Тирак арствеиио изобретен3-35, Р1082832 1Изобретение относится к чернойметаллургии а именно к контролюпараметров конверторного процесса.Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство для контроля износа футеровки кислородного конвертора, используемое преимущественнодля контроля параметров конверторнойплавки, содержащее источник питания,два электрода, регистрирующий при Обор, сигналиэатор, вычислительный,блок, добавочное сопротивление, коммутатор, преобразователь напряжениеток, при этом первый электрод подсоединен к первому входу преобразователя напряжение-ток, второй входкоторого заземлен, второй электрод подсоединен к первому входу коммутатора, а второй вход коммутатора через добавочное сопротивление подсоединен к первому выходу источника питания, другой выход последнего заземлен, выход преобразователя напряжение-ток подсоединен ко входу вычислительного блока, первый, второй 25 и третий выходы вычислительного блока подсоединены, соответственно, ко входам регистрирующего прибора, сигнализатора и управляющему входу коммутатора, причем в качестве двух элект.30 родов используется фурма и корпус конвертора.На выходе вычислительного блока получают сигнал, пропорциональный сопротивлению футеровки конвертора, который регистрируется регистрирующим при 35 бором. Величина сопротивления футеров ки сталеплавильного агрегата функционально зависит от общего состояния и степени износа футеровки. В вычислительном блоке производится срав 40 кение сопротивления футеровки с заданным значением критического сопротивления футеровки, когда возможна аварийная ситуация. Если сопротивление футеровки меньше или равно за 45 данному критическому сопротивлению футеровки, то выдается сигнал на сигнализатор и в случае необходимости оператор останавливает процесс в агрегате.В известном устройсве неполностью используется информация содержащаяся в величине электрического сопротивления футеровки конвертера, которая зависит не только от сте пени износа футеровки, но и от изменения температуры металла в ванне конвертера. 2Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей устройства за счет прогнозирования температуры металла.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля парамет ров конверторного процесса, содержащее источник питания, два электрода, регистрирующий прибор, сигнализатор, вычислительный блок, добавочное сопротивление, коммутатор, преобразователь напряжение-ток, причем первый электрод подсоединен к первому входу преобразователя напряжений- ток,второй вход которого заземлен, второй электрод подсоединен к первому входу коммутатора а второй вход коммутатора через добавочное сопротивление подсоединен к первому выходу источника питания, второй выход которого заэемлен, выход преобразователя напряжение-ток подсоединен к входу вычислительного блока, первый, второй и третий выходы которого подсоединены соответственно к входам регистрирующего прибора, сигнализатора и управляющему входу коммутатора, причем в качестве электродов используется фурма и корпус конвертора, введены термопара погружения, второй преобразователь напряжение-ток и второй регистрирующий прибор, причем выХод тер мопары погружения через второй преобразователь напряжение-ток подсоединен к вычислительному блоку, четвертый выход которого подсоединен к входу второго регистрирующего прибора,На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства на фиг.2- эквивалентная схема электрической це. пи фурма-земля-корпус-футеровка-расплав-фурма, на фиг,З - структура одного из вариантов вычислительного блока;ф на фиг,4 - характерная диаграмма изменения температуры металла в ванне конвертора и величины электрического сопротивления футеровки на плавке, проведенной в кислородно-конверторном цехе.Устройство содержит первый электрод 1, второй электрод 2, коммутатор 3, добавочное сопротивление 4, источник 5 питания, первый преобразователь 6 напряжение-ток, вычислитель-, ный блок 7, первый регистрирующий . прибор 8, сигнализатор 9, термопару 10 погружения, второй преобразователь 11 напряжение-ток, второй регистрирующий прибор 12.3 1082Первый электрод 1 может быть пред" ставлен, например, в виде кислородной фуриы конвертора, второй электрод может быть представлен, например, в виде корпуса кислородного конвертора. Коммутатор 3 может быть представлен в виде модуля управления бесконтакт-ного, например, типа А 641-8, добавоч" ное сопротивление 4 может быть представлено в виде резистора, например типа 1 р ТВО-20110 ОЖО 467.036 ТУ, при этом величина добавочного сопротивле ния выбирается равной величинесопротивления участка электрической цепи корпус-земля, так как при Кеь " К квеличина общего сопротивления участка электрической цепи корпус-земля уменьшается в два раза, т.е. достигается максимальное изменение величины общего сопротивления электрической цепи фурма-земля-корпус Футеровка-расплав-фурма, источник 5 питания представляет собой источник постоянного тока, например, типа ВП 5 на напряжение 1 В и ток до 2 А. 25 Первый преобразователь 6 напряжениеток, а также второй преобразователь/напряжение-ток 11 представляет собой например, нормирующий измерительный преобразователь типа НП-Б 1.Вычислительный блок 1 может бытьпредставлен, например, в виде ЗВИ СИ. Вычислительный блок 7 содержит, например, модуль 13 нормализации, выход которого соединен с бесконтакт. ным коммутатором 14, связанным через аналого-цифровой преобразователь, 15 с входом процессора 16, выходы пос- . леднего блока соединены соответствен"40 ио с входами первого бесконтактного модуля 17 управления, второго бескок тактного модуля 18 управления, третьего бесконтактного модуля 19 управ. ления и четвертого бесконтактного модуля 20 управлениявыход первого4 бескоитактного модуля соединен с вхо" дом первого преобразователя 21 код-ток, а выход четвертого бесконтактного модуля 20 управления соединен с входом второго преобразователя 22 код-ток,Регистрирующие приборы 8 и 12 мо-Огут быть представлены в виде самопишущего прибора, например, типа КСП, сигнализатор 9 может быть представлен в виде звукового сигнализатора, например, типа ДЭМ. Термопара 10 погружения может быть представлена ,в виде блока, например, типа ТТСБ"1000 с вольфрам-рениевой термопарой. 832 4Устройство работает следующим образом.Перед началом очередной плавки в вычислительный блок 7 вводится значение теипературы металла в ванне конвертора Сизмеренное сФпомощью термопары 10 погружения на пре дыдущей плавке и запоминается, кроме того, в вычислительном блоке 7 хранится информация о значении электрического сопротивления футеровкифР измеренное перед окончанием продувки на предыдущей плавке.По ходу плавки в режиме заглубленной струи в электрической цепи фурмазеиля-корпус-Футеровка-расплав-фурма протекает ток. Сигнал о величине разности потенциалов на участке электрической цепи Фурма-земля преобразуется в токовый сигнал в диапазоне, например, от 0 до 5 иА в преобразователе 6 напряжение-ток. Сигнал с выхода преобразователя 6 напряжение-ток поступает на вход вычислительного бло. ка 7. В вычислительном блоке 7 запоми. нается для данного момента времени величина разности потенциалов в элект рической цепи фурма-земля Папри разомкнутых контактах коммутатора 3, потом по управляющему сигналу вычислительного блока 1 коммутатор 3 замы" кает электрическую цепь от выхода источника 5 питания через добавочное сопротивление 4 со вторым электродом 2 (корпус агрегата). Величина тока, протекающего в электрической цепи фур ма-земля-корпус-Футеровка-расплавфуриа изменится, что приводит к изменению разности потенциалов на участке электрической цепи фуриа-земля. В вычислительиои блоке 7 запоминается для момента времени (й+й 1 )(йС 12 подбирается опытным путем и составляет 0,5-1,5 с) величина разности потенциалов в электрической цепифурманземля Ц Рпри замкнутых контактах коммутатора 3. В момент времени (й + +й+ й (ьй - подбирается опытным путем и составляет 0,3-0,5 с) по управ ляющему сигналу вычислительного блока 7 койиутатор 3 размыкает электрическую цепь от добавочного сопротивления 4 со . вторым электродом 2 (корпус агрегата).В вычислительном блоке 7 рассчитывается для данного момента времени величина электрического сопротивления футеровки по зависимости (1), а также температуры металла в ванне конвертера по зависимости (2)электрическое сопротивле".ние футеровки, Ом;йзмеряемое значение разности потенциалов на участ.ке электрической цепи фурма-земля при разомкнутыхконтактах К коммутатора 3,МВ;- измеряемое значение раз осности потенциалов научастке электрической це15пк фурма-земля при замкну.тых контактах Е коммутатора 3 е мВфпостоянные коэффициенты. 25егде С . - температура металла вванне конвертера, С;Й - эиачеиие температурыметметалла в ванне конвертора,"измеренное термопарой 10 погружения на .предыдущей .плавке, оСК- значение электрическогосопротивления футеровки,измеренное перед окончанием продувки на предыду 35щей плавке, ОщК , - электрическое сопротивление футеровки, ОиВ - постоянная Величина, характерная для данного огнеупорного материала футеровки конвертера.Яа выходе вычислительного блока 7 получают сигнал, пропорциональный электрическому сопротивлению Футеровки конвертора для момента времени (е+ Ье ), который регистрирует- ся первым регистрирующим прибором 8, а также сигнал, пропорциональный температуре металла в ванне конвертора для момента времени (С+ ЬЙ 1 ), который регистрируется вторым регистрирующим прибором 12.Величина электрического сопротив ления футеровки сталеплавильного агрегата функционально зависит от общего состояния и степени износа футеровки. В вычислительном блоке У для момента времени (г. +дС 1производится сравнение электрического сопротивления футеровки с заданным значением критического электрического сопротивления футеровки,когда возможна аварийная ситуация.Если электрическое сопротивлениефутеровки меньше или равно заданному критическому электрическому сопротивлению футеровки, то выдается сигнал на сигнализатор и в случае необходимости оператор останавливаетпроцесс в агрегате.В момент времени (1+ЙЯ.Ь 4 г 3 )где Д й - подбирается опытным3путем и составляет 15-130 с в вычислительном блоке запоминается величина сигнала гг фпотом сновазамыкается цепь коммутатора, запоминается величина сигнала 0 ов вычислительном блоке 7 рассчитывается величина электрического сопротивления футеровки и температураметалла в ванне конвертора для момента времени (й+2 Ь 1.в 3.+ Ьй 3) и т.ддо конца плавки в определенные дискретные моменты времени определяются величина электрического сопротив-ления футеровки и температуры металла в ванне конвертора.Электрическая цепь фурма-землякорпус-футеровка-расплав-фурма можнопредставить в виде эквивалентнойэлектрической схемы (фиг.2)Источником ЭДС в данной цепи явля:ется разность потенциалов, возникающая по ходу плавки на границе металлшлак,Обезуглероживание металла сопровождается вьщелением электронов,и в этом случае, металл получает избыток отрицательного заряда.В электрической цепи фурма-землякорпус-футеровка-расплав-фурма сопротивлеиие участка цепи корпус-футеровка-расплав-зависнт от степени износа футеровки. Сопротивление участкацепи фурма-расплав, а также внутреннсе сопротивление источника ЭДС намного меньше сопротивления футеровки, т.е. К ,К. , гПри выполнении расчетов для электрической цепи можно пренебречь ги Кф. Сопротивление участковэлектрической цепи фурма-земля Кф 5а также корпус"земля Кдля дан.ного конвертора являются постояннойвеличиной.(1 Ь)Ф 1 (1 Я (ь Величина сопротивления футеровки сталеплавильного 4 грегата функциональ, нально зависит от общего состояния и степени износа футеровки.Расчетное значение К)т срав-. нивается с заданным значением критического сопротивления футеровки ,кои .когда возможна аварийная ситуация, по зависимости КИТфМТ ф т итическое электрическое сопротивлениефутеровки, когда возможна аварийная ситуация, Ом.Если К т -, то вычислителькрит4ный блок выдает сигнал в сигнализатор.Определение температуры металлав ванне конвертора с помощью уст-ройства основано на следующем.Большинство огнеупорных материалов при низких температурах являются диэлектриками. С ростом температуры и появлением жидкой фазы внутриогнеупоров электропроводность ихначинает возрастать.Существует следующая зависимостьмежду электрическим сопротивлениемогиеупоров и температурой.Тем= - +6, 2где К - электрическое сопротивлениеогнеупорного материала, Ом;,Т - абсолютная температура, К,А - коэффициент,В " постоянная величина, характерная для данного огнеупорного материала.Из уравнения (19) относительнотемпературы получаем- 1 (204- ер-в Подставив (12-16) в уравнение (11)получаем Между температурой металла в ванне конвертора и температурой Футеровки существует линейная зависимость,следовательно, из уравнения (20) 5 можно получить зависимость для определения температуры металла в ванне конвертора. Значение коэффициентаА в уравнении (20) можно рассчитывать перед началом очередной плавки 1 О по информации о значении температурыметалла в ванне конвертора измеренное при повалке, а также значенияэлектрического сопротивления футеровки, измеренное перед окончанием 15 продувкина предыдущей плавке позависимости, полученной из уравнения (20)где 2+- абсолютная температураметалла в ванне конверто-ра, К;К - значение электрического со%25противления футеровки, измеренное перед окончаниемпродувки на предыдущей плавке, Ом.Абсолютная температура определяется по зависимостиТ фмЕт 273(22)где Сщ - температура металла в ван%35 не конвертора,.измереннаятермопарой 10 .погруженияна предыдущей плавке, С,Подставив (22) в (21) получаемА (+ люЦгк,-ь), рцПодставив (23) в (20)получаем2731 И Й- 8метФ)т (2+)Таким образом, по уравнению (17)можно определить величину злектричес.50кого сопротивления футеровки котоФрая функционально зависит от общего состояния и степени износа футеровки, а по уравнению (24) определять температуру металла в ванне конвертора.55устройство просто в реализациии позволяет контролировать температуру металла в ванне конвертора по ходу продувки.. мВ мин 22, 132, 35 1390, 13 22,6 31,49 1404,97 128,130,9 23,1 30,64 1420,08 133,9 23,8 29,62 1439,99 137,6 141,5 147,2 152,0 10 24,5 12 28,62 1459,96 14 25,6 27,23 1489,96 264 26, 15 1515,04 1520 . -4,96 155,8 27, 1 25,35 1534,88 1560,04 28,0 : 24,4 20 160,5165,9 29,0 23,38 1588,59 595 -6,41 22 11 108Графическая реализация изменения параметров на одной из,плавок приве- дена на фиг.4, где показано изменение температуры металйа в ванне конвертора и изменение величины электрического сопротивления футеровки по ходу продувки. Тем же показано рассчитанное к концу первого периода продувки при переделе фосфрристого чугуна значение температуры металла й1и фактическое значение йа также рассчитанное к концу второго периода продувки значение температуры металлаи фактическое значение йй и 3 таблицах 1-3 приведены сравнениярассчетных и фактических значений температуры металла на трех плавках. Постоянные коэффициенты а,в,с,с 1,е,в, имеют следующие значения:а=0,66в 2000с 11,7645,6е=7В=О, 1873 Расчет величины электрического сопротивления футеровки осуществляетсяпо формуле (17), расчет величины температуры металла в ванне конвертора 5 осуществляется по формуле (24), Среднеквадратичная погрешность контроляпо результатам второго периода 114плавок при переделе фосфористого чугу-:на составляет 0,82 С, Среднеквадратичф1 О ная погрешность контроля по результатам первого периода 114 плавок составляет 9,74 С.Использование предлагаемого устройства позволяет за счет контроля ц температуры металла в ванне конвертора оптимально управлять температурным режимом плавки, что приводит к снижению количества плавокс додувками по температуре.20 Экономический эффект складывается из сокращения средней продолжительности плавок на 1,ОХ за счетувеличения доли плавок, попадающих,с первой повалки в заданные пределы 25,по температуре.Годовой экономический эффект составляет 140950 руб.14 1082832 13 П л а в к а В 224252 рчт =20,05 Ом М 1605 С РФВЧВФТТмсгС актметС Рцч Юс 1 мет мет 0,г, змВОф 3мВ 24,5 28,88 1375,11-9,71 Таблица 3 П л а в к а 9224253 фут. =20,18 Омет ф ф= 1610 С фсг к т рссч фс кт " мет " мет "мет С п рЮСЧ "Ф"3 "фчт " мет МВ С 1 0 Ф 3 ИВ