Автоматизированная установка для исследования металлургических процессов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОПИСАН К АВТОРСКОМУ ЗОБ РЕТЕ ВИДЕТЕЛ ЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР(71) Государственный научно-исследовательский институт цветных металлов (72) С, В. Михайлов, В. А. Ольшевский, И.В.Мироевская, А, В, Тарасов, В. Я. Романов, В, П. Назаров, А, ф. Кияшко, И. ЭМахов и С, Е. Спиридонов(56) Экспериментальные работы по теории металлургических процессов, под ред, А, А. . Арсентьева. ММеталлургия, 1989, с; 65,Вгпе Ю. КаГегзтеи Рйииопд ап .аЬогюгЬе зЬсйопадеп.- СЬетзсъе Тес йпс 00, 1988, М 2, с. 67.(54) АВТОМАТИЗИРОВАН НАЯ УСТАНОВКА -ДЛЯ ИССЛ ЕДОВАНИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ(57) Изобретение относится" к технологическим процессам, в частности", к аппаратуре Изобретение относится к оборудованию для технологйческих п роцессов, в частности к аппаратуре для экспериментального исследования мйталлургическйх процессов.Известна экспериментальная усгановка для определения кислородных потенциалов газовых потоков при окислительном рафинировании металлов, содержащая ин- дукционную электропечь с плавильным тиг- лем, устройство для перемещения водоохлаждаемой фурмы, кварцевый газо- заборный зонд. К фурме от баллона через редуктор подводят кислород, расход которого контролируют ротаметром. Отводимый через газозаборный зонд газ поступает к газоанализатору. Однако в данной установЫ 1754208 А)5 В 0111/00, С 01 И 33/20, 6 050 27/00 для экспериментального исследования металлургических процессов, Сущность: автоматизированная установка-Содержит реакционную камеру 1, блок управления 2, систему гаэорегулирования, включающую входной измерительный преобразователь 3, выкодной измерительный преобразователь 4, датчики температуры 5 и давления 6 реак-, ционной камеры 1, магистрали подачи газов 7, 8.В автоматизированную установку введен многоканальйый источник напряжения 9 и.:размещено не менее. одной калиброванной капиллярной трубки, выполненной из электропроводного материала на каждой магистрали подачи газа 7, 8, Капиллярные трубки 12 с помощью концевых клемм электрически связаны с многоканальным источ- ф ником напряжения 9, Управляющие сигналы поступают с блока управления на вход многоканального источника напряжения 9. 2 ил 1 табл,1 щь ке не предусмотрена возможность автома.тического регулирования расхода газа в , .процессе эксперимента, что крайне затрудняет моделирований реальных металлургических процессов.Наиболее близкой к предлагаемой является автоматизированная лабораторная установкасодержащая реакционную камеру с датчиками давления и температуры, блок управления, блок регулирования температуры, магистрали подачи"газов, входной и выходной измерительные преобразователи системы газорегулирования и.блок управления.Входной и выходной измерительные преобразователи электрически связаны с. блоком управления, Входной измеритель5 10 15 20 30 40 50 ный преобразователь системы газорегулирования представляет собой вентиль дозирования, сигнал на который поступает сблока управления.Существенным недостатком известнойустановки является низкая точность регулирования, вызванная большой инерционностьЮ вентилей, вследствие чего подача газав реакционную камеру крайне нестабильна,что отрицательно сказывается на результатах исследований,Цель изобретения - повышение точности исследований на автоматизированнойустановке за счет повышения точности дозирования газов,Это достигается тем, что в автоматизированную установку,содержащую реакционную камеру с датчиками давления итемпературы. блок регулирования температуры, магистрали подачи газов, входной ивыходной измерительные преобразователисистемы газорегулирования и блок управлеййя, дополнительно введен многоканальный источник пйтания, каждый из входныхИзмерительных преобразователей системыгазбрегулйровэиия состоит из одной или нескольких капиллярных трубок, изготовленных из- злектропроводного материала иснабженных концевйми клеммами, которыесоединены с выходами многоканального источника питания.Входной измерительный преобразователь системы газорегулирования дополнительйо содержит не менее однойкалиброванной капиллярной трубки, выполНенной йз электропроводного материала,Напряжение на концевые клеммы трубкиподаетСя с многоканального источника питания, вход которого соединен с выходомблока управления. Предлагаемая капиллярная трубка обладает возможностью изменять собственную газовую проводимостьвследствие эффекта обьемного термического расширения за счет протекания электри-.ческого тока по цепи: многоканальныйисточник питания - . концевая клемма - калиброванная капиллярная трубка - концевая клемма - многоканальный источникпитания.Исследования показали, что количествокапиллярных трубок во входном измерительном преобразователе системы газорегулирования может составлять одну и более,Установлено, что в любом случае общая сумма величин внутренних диаметров капиллярных трубок не должна превышатьвеличины внутреннего диаметра магистрали подачигаза, при этом последовательность значений внутренних диаметровкапиллярных трубок должна составлять ряд чисел фибоначчи, что позволяет осуществлять гибкую переналадку системы гаэорегулирования на заданные .пределы регулирования расхода газа.На чертеже приведена функциональная схема установки.Автоматизированная установка содержит реакциойную камеру 1, блок 2 управления, систему газорегули рова ния, включающую входной измерительный йреобразователь 3 и выходнойизмерительный преобразователь 4; датчик 5 и б температуры-и давления реакционйой камеры. магистрали 7, 8 подачи газов, многоканальный источник 9 пйтания,блок 10 регулирования температуры. Входной измерительный преобразователь 3 установлен на каждой магистрали 7, 8 подачи газа и выполнен в виде последовательно соединенного регулировочного вентиля 11 и пучка калиброванных трубок 12. Управляющие входы регулировоцного вентиля 11 связаны с блоком 2, Капиллярная трубка 12 изготовлена иэ электропроводного материала, имеет концевые клеммй (не показано). электрически связанные с отдельным каналом многоканального источника 9. Капиллярные трубки предварительйо откалиброваны по зависи- мости напряжение - расход газа для получения коэффициентов преобразования Пучок капиллярных трубок соединенторцовой поверхностью с магистралью 7, (8) так, что внутренние межкапиллярныепустоты являются дополнительными каналами 13 регулирования расхода газа (фиг, 2) Пучок капиллярных трубок имеет концевые клеммы для подачи управляющего напряжения.Предлагаемая автоматизированная установка работает следующим образом В блок 2 вводится специальнаяпрограмма, предназначенная для расчета расходного режима на каждой магистрали 7 (8), а также данные о фйзических свойствах ком-. понентов подаваемой газовой смеси, коэффициенты преобразования капиллярных трубок 12, По команде с блока 2 блок 10 вывОдит реакционную камеру 1 на заданный тепловой режим,По сигналу с блока 2 на управляющие входы регулирОвочных вентилей 11 производится грубая настройка. газового расхода магистрали 7 (8) по нижней границе. Сигналы с выходного йзмерительного преобразователя 4 сйстемы газорегулирования поступают на вход блока 2 для расчета необходимого измененйя расхода газа"нв каждой магистрали 7 (8), Затем сиг-. нал из блока 2 поступает на соответствующий канал источника 9, создающего разность потенциалов на концевыхклеммах1754208капиллярных трубок 12 или на клеммах пуч,3 мм 4 - 4ка капиллярных трубок При протекании ( 740 м =10 ) газовый хроматографэлектрического тока капиллярная трубка на- гЛХММД - хромато ф .б )- хроматограф ла ораторный) сгревается и вследствие эффекта термиче- измененной схемо . Асхемои. налогические сигнаского расширения изменяет собственную 5 лы выводятся на показывающий прибор(погазовую проводимость по предварйтельно тенциометр КСП-909), а также на блокопределенной зависимости,управления ВМ РС - совместимыйкомпьюТаким образом осуществляется тонкая тер). В качестве многоканального источниканастройка на заданный режим расхода газа. питания использован усилитель тиристорРежимные параметры установки стабилизи ный (У),руются блоком 2 по информации, поступаю- Выходной измерительный преобразощей с выходного измерительного ватель вйполнен в виде газовогохроматог-,преобраэователя 4, датчиков 5 и 6,рафа (хроматограф лабораторный ЛХМВ),Данные, поступающие в блок 2 с выход- Аналогические сигналы выво ятся нного изме итз ер тельного преобразователя 4, 15 зывающий прибор - потенциометр(КСПиспользуются для непрерывной самоповер), а также наВМ РС - совместимыйки и самонастройки системы газорегулиро- компьютер. В качестве газа - носителя длявания путем сопоставления с расчетными хроматографа использован газообразныйзначенияМи расхода газа и последующей очищенный гелий марки Б(ТУ 6-21-31-83).подачикорректирующихсигналовнамного В качестве источника магистральногоканальный источник 9, При изменении дав-газа Б использован баллон с ангидридом, ления и температуры в реакционной камере . сернистым (жидкий технический, ГОСТ1 данные с датчиков 5 и 6 поступают на блок 2918-72),2 для расчета новых равновесных значенийАвтоматическое измерение расхода гарасхода газа на входе и выходе"реакцион зов А и Б, а также отходящих газов с поной камеры 1,Рмощью детектора по теплопроводности (соасчетные значения расхода газа сойо- стандартной электрической схемой от хроставляются в блоке 2 с данными, поступаю- матографа ЛХММД) основано на сравнещими с выходного измерительного нии теплопроводностей неподвижной дозыпреобразователя 4 системы газорегулиро газа; находящейся водной из сравнительвания, с последующим согласованием пу- ных камер детектора и проходящего потокатем подачи корректирующих сигналов на анализируемого газа через параллельнуювходы многоканального источника 9, свя- камеру детектора. Выходной сигнал детекзанного с входным измерительным преоб- тора пропорционален разности теплопро 35 водностей, Выходной сигнал(мВ) детектораП р и м е р 1 (по предлагаемому техни-, подается на измеритель(И) и на показы-.ческому решению). Испытания проводились вающий прибор (КСП). Соотношение знана лабораторной установке для исследова- чений выходного сигнала (мВ) с численнымния равновесия в системе газовая фаза - значением расхода газа(л/ч) осуществляетявлялконденсированная фаза, Целью испытаний 40 ся по стандартным методикам. Полученось изучение точности исследований значения передаются в блок управления, Сныена автоматизйрованной установке в сравне- блока управления корректирующие сигналынии с прототипом. Лабораторная автомати- поступают на усилитель тиристорный, соезированная установка включаетследующие диненныйс капиллярной трубкой. В ходеконструктивные элементы: реакционную ка эксперимента необходимо было стабилизимеру, выполненную в виде печи с карбидк- ровать на заданном уровне состав газовойремниевыминагревателями (ГОСТ смеси на входе в реакционную камеру и ее16139-70) с встроенным цилиндрическим расход. При этом одному и тому жереактором, выполненным из кварцевого потенциалу газовой фазы должносоответстстекла (ТУ 21-РСФСР-81) и датчиком 50 вовать определенноезначениеконцентратемпературы -термопара платино-платино- ции основного компонента (Со) независимородиевая (ПР - 30/6), Лабораторная автома- от первоначального содержания данноготизированная установка также содержит компонента в исходной конденсированнойблок регулирования температуры (ВРТ), фазе,магистрали подачи газов в виде полихлор Всего проведено три серии эксперивиниловых трубок, входной измерительный ментов со следующими конденсированныпреобразователь, включающий капилляр- ми фазами; Сц 23, Сц, Си 20. Условияную трубку, выполненную из нержавеющей эксперимента: Т=1523 К, соотношение комстали (марка 12 Х 18 Н 10 Т), с отношением понентов газовой фазывнутреннего диаметра к длине 302;СО:И=91,24:6,56:2,20. расход 10 л/ч,1754208 Со "е жанйе ме и в кон енси овайной азе, мас,ф Время выдержки, ч серия М 1 (исходный ма- серия Ь 2 (исходный ма- серия М 3 исходный мате иал СО 2 Я те иал Сц те иал Си 20прототип 80,3 78,1 76,7 Ь 1 =3,6 79,2 79,2 79,2 А=О 79,279,279,2Л=О 75,2 77,3 79,8 62=4,6 79,2 79,2 79,2 Л=О 10 11 12 77,2 80,4 83,1 й=5,9 общее давление 1 атм, После промывки реактора газовой смесью и вывода печи на заданный тепловой режим осуществлялся периодический отбор конденсированной фазы кварцевой трубкой, предварительно промытой аргоном, Пробы анализировались на содержание основного компонента - меди, результаты приведены в таблице,П р и м е р 2 (по прототипу), В этом случае выше описанная лабораторная установка для исследования равновесиясистемы газовая фаза - конденсированная фаза для регулирОвания и поддержания заданного соотношения компонентов газовой смеси была снабжена вентилем дозирования (согласно прототипу), установленным на магистрали подачи газа и электрически соединенным с блоком управления,Результаты исследований также сведены в таблицу.Как следует из данных таблицы применение автоматизированной установки обеспечивает достижение устойчивого равновесия в системе газовая фаза - конденсированная фаза, критерием которого является установление постоянного содержания основного компонента в конденсированной фазе (79,2; Сц, А=О).Проведение исследований на установке-прототипе не обеспечивает достижение устойчивого равновесия в системе газовая фаза - конденсированная фаза (6=3,6да=4,6 ф 4; Ьз,9 )ь), так как состав газовойфазы не постоянен, Результаты - невоспроизводимые,5 Таким образом, использование автоматизированной установки с высокой точностью исследований позволяет эффективносочетать экспериментальные результаты имодельные расчеты для совершенствования10 металлургических процессов.Формула изобретенияАвтоматизированная установка для исследования металлургических процессов,содержащая реакционную камеру с датчи 15 ками давления и температуры, блок регулирования температуры, магистрали подачигазов, входной и выходной измерительныепреобразователи системы газорегулирования и блок управления, о т л и ч а ю щ а я 20 с я тем, что, с целью повышения точностиисследований за счет повышения точностидозирования газов, в ее состав дополнительно введен многоканальный источникпитания, каждый иэ входных, измеритель 25 ных преобразователей системы газорегулирования состоит из одной или несколькихкапиллярных трубок, изготовленных изэлектропроводного материала и снабженных концевыми клеммами, которые соеди 30 нены с выходами многоканальногоисточника питания.1754208 Составитель В, ОльшевскийТехред М,МоргенталКорре А. Ворович Редактор Федорова роизводственно-издательскийкомбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарин каз 2841 .:;, Тираж "Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5