Устройство контроля уровня ванны в конвертере

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1)5 С 21 С 5/ ОСУДА О ИЗО РИ ГКН ТВЕ ННЫЙЕТЕНИЯМСССР ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ т,"г 6 1.,1г ИЕ ИЗО ОПИС втоматики им. ХХ , И,Л,Лигоцкий нов, Н,А.Сорокин ,М,Семенченко рокин 28, 1988,ТРОЛЯ УР Я Ется к черной металлению кислородныль - повышение ня ванны в конверк области контми черной меуправлениюи, и может быть ых и других ствт к леааааа К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(72) В.С,Богушевский Е.А.Иванов, М.А Пожив Н.С.Церковницкий, П В,И,Ганошенко и В.В,Со (56) Патент Японии М 63-65012, кл. С 21 С 5 (54) УСТ Р О Й СТВ О КО ВАННЫ.В КОНВЕРТЕР (57) Изобретение относи лургии, а именно к управ ми конвертерами. Це точности контроля уров Изобретение относитсяя и управления агрегатлургии, конкретнеелородными конвертерамольэовано в конвертернлавильных цехах. Целью изобретения является повышение точности контроля уровня ванны в конвертере.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - блок-схема измерителя времени запаздывания,Измеритель 1 уровня ванны в спокойном состоянии соединен с первым сумматором 2, к второму входу которого подключен измеритель 3 положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера. Блок 4 ввода начальных условий соединен с вторым сумматором 5, к которому, кроме того, подключен измеритель 6 времени заЯ 2 1752778 А НИЯ4 ч;П щ тере. В основу контроля положено измерение реакции опор кисродоной фурмы с учетом выталкивающей силы по ходу продувки, Для повышения точности контроля вустройство дополнительно введены измеритель времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей форму, при резком изменений температурного режима в рабочем пространстве конвертера, измеритель давления кислорода перед фурмой и блоки вычислительных операций. Введение дополнительных блоков и связей между ними позволяет учитывать при расчетах массу налипшего на фурму слоя шлакометаллической эмульсии и влияние реактивной тяги кислорода, истекающего из сопел фурмен- Б ного наконечника. 2 ил,паздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком измене нии температурного режима в рабочем пространстве конвертера, к входу которого подключен измеритель 7 температуры воды, Измеритель 8 давления кислорода перед фурмой через первый блок 9 умножения подключен к блоку 10 извлечения корня. Измеритель 11 реакции опор фурмы в процессе продувки через третий сумматор 12 подключен к выходу второго блока 13 умножения. Первый вход блока 13 умножения соединен с выходом блока 10 извлечения корня, а второй - с измерителем 14 расхода кислорода. Выход второго сумматора 5 соединен с входом третьего сумматора 12. Первый вход блока 15 деления соединен с выходом первого сумматора 2. Второй вход блока 15 деления соединен с выходом третьего сумматора 12, Выход блока 15 деления подключен к блоку 16 умножения,10 15 35 40 50 55 Измеритель 1 уровня ванны в спокойном состоянии представляет собой, например, .задатчик типа РЗД с выходным токовымдатчиком. Показания задатчика выставляют по результатам измерения уровня металла штырем, приваренным к торцу фурмы. В качестве измерителей положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера, измерителя температуры воды, измерителя давления кислорода, измерителя расхода кислорода, блока умножения применены стандартные приборы ГСП, установленные в конвертерных цехах. Блок 4 ввода начальных условий представляет собой четыре задатчика типа РЗД. Измерители реакции опор фурмы представляют собой, например, датчики усилий типа ДСТБ-С, установленные в месте подвеса фурмы. Остальные блоки выполнены на основе блоков БВО системы АКЭСР,В измерителе 6 времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера (фиг. 2) узел 17 формирования сигнала о вводе сыпучих материалов в конвертер и узел 18 формирования сигнала об изменении расхода кислорода соединены со схемой ИЛИ 19, Выход схемы ИЛИ 19 подключен к первому входу схемы И 20, которая связана с первым ключом 21. Первый ключ 21 связан с формирователем 22 импульса. Дифференциатор 23, вход которого является входом блока 6, подключен к , первому входу узла 24 сравнения, который через узел Н Е 25 подключен к второму входу схемы И 20. К второму входу узла 24 сравнения подключен первый задатчик 26. Выход ключа 21 подключен к схеме сброса-запуска интегратора 27, к входу которого подключен второй задатчик 28. Выход интегратора 27 является выходом блока 6, Схема останова интегратора 27 подключена к выходу второго ключа 29, который связаФс узлом 24 сравнения и формирователем 30 импульса.В качестве узлов 17 и 18 могут быть использованы контакты пускателя открытия заслонки бункера сыпучих материалов и пускателя привода заслонки, регулирующей расход кислорода, В качестве дифференциатора 23 и узла 24 сравнения могут быть использованы блоки БПД и БСГ системы АКЭСР. В качестве задатчиков 26 и 28 применены задатчики типа РЗД с выходным токовым датчиком. В качестве .остальных блоков применены стандартные блоки вычислительной техники,В процессе продувки конвертерной ванны на фурму действуют сила тяжести,20 25 30 реакция опор фурмы, сила реактивной тягиистекающего из фурменного наконечникакислорода, архимедова сила и сила аэродинамического воздействия потока отходящего газа:8 - Ет - Ер.т - Ев - Евэр = О, (1)где 0 - сила тяжести фурмы, Н;Ет - реакция опор фурмы, Н;Ер,т - сила реактивной тяги, Н;Ев - архимедова сила, Н;Евэр сила аэродинамического воздействия потока отходящего газа, Н.Сила тяжести фурмы определяется согласно выражениюС = (птф + тпв + п 1 н)9 (2)где вф - масса конструкции фурмы, кг;тпв - масса воды, заполняющей фурму,кг;тпн - масса наслоения на наружной поверхности фурмы, кг;9 -ускорение свободного падения,равное 9,81 м(с,Здесьтпн =а (Ьт - ЛтЬ), (3)гдеа 1 - коэффициент пропорциональности,численно равный 1,210 кг/с;Л т 0 - время запаздывания изменениятемпературы воды, охлаждающей фурмупри резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертерана первой плавке кампании фурмц, с;Лт - время запаздывания изменениятемпературц воды, охлаждающей фурму, прирезком изменении температурного режима врабочем пространстве конвертера, с;Сила реактивной тяги вследствие истечения кислорода из фурменного наконечника выражается формулойЕр.т - пни + (Рвых - Рср) живых и, (4)1где тп = - . Чр - массовый расход кислороООда, кг/с;Ч - объемный расход кислорода принормальных условиях,м /мин;р - плотность кислорода пзои нормальных условиях, равная 1,43 кг/м;в - скорость истечения кислорода изсопла, м/с;Рвах - давление кислорода в выходномсечении сопла, Па;Рср-давление среды, куда истекает кислород, Па;Звых - выходное сечение сопла, м;и - число сопел в фурменном наконечнике. Для сопла Лаваля значение Рвых- Рср а О, поэтому вторым слагаемым можно принебречь.Считая, что потери на трение о стенки и завихрение при истечении кислорода из сопел Лаваля можно компенсировать эффектом неполного его расширения, для расчета величины а используем формулу для обычных сопел с учетом критических параметров рабочего тела(6) где у - ууельный объем кислорода перед фурмой. м /кг,Р - давление кислорода перед фурмой, Па;аг - коэффициент,Коэффициент с 0 определяют тарировкой фурмы при продувке в свободное пространство, принимая температуру кислородного дутья равной температуре воды, охлаждающей фурму, с учетом соотношений (5) и (6): 2 1(В Т 1 сва 2(7) где Т 1 св - температура кислорода пвред соплом, равная температуре воды, охлаждающей фурму, К;усв -удельный объем кислорода перед фурмой, измеренный пи продувке в свободное пространство, м /кг;Рсв - давление кислорода перед фурмой, измеренное при продувке в свободное пространство, Па.Архимедову силу определяем по форму- ле 24, ив ;Кт, (Б) где 1 у 1 - удельный объем кислорода при входе в сопло, м/кг;Р 1 - давление кислорода при входе в сопла, Па;К - показатель адиабаты, равный для двухатомного газа 1,4;Б - удельная газовая постоянная для кислорода, равная 260 Дж/(кг К);Т 1 - температура кислорода перед соплом, К.Так как измерение удельного объема и давлЬ,ия кислорода при входе в сопла затруднено, измеряем эти параметры перед фурмой, выражая Нп - глубина погружения формы вэмульсию, м.Учитывая, что можно принять,Ъ =Ъ Йв, (9)Нп-пв- Ьс- Нф, . (10)где аз - коэффициент пропорциональности, определяемый по геометрическим данным рабочего пространства конвертеа всередине компании по футеровке, кг/м;10 пв - уровень ванны в конвертере, отсчитываемый от внутренней поверхности днища,м;пс - уровень ванны в спокойном состоянии, м;15 Нф - положение фурменного наконечника относительно уровня спокойного металла,м,получим20 ,гтб 1 пс+нф 1 Р 1)Значение коэффициента аЗ определяется по геометрическим параметрам рабочего пространства конвертера в серединекампании футеровки. Исходя из закона сохранения массы при изменении уровня ванны, очевидно, чтоР 1 Й 130где р 1 - плотность газошлакометаллической эмульсии перед продувкой, кг/м;Ь 1 - уровень газошлакометаллическойэмульсии перед продувкой, м,Сила аэродинамического воздействияпотока отходящего газа на фурму определяется по формулеЕл эр = Едав + Етр, (12)гЕдав а 4 Ямидрг 2 ф (1 3)где Едав - сопротивление давлению, Н;а 1 - коэффициент сопротивления давлению;245 Ямид = -- площадь миделевого сече 4ния (проекция тела на плоскость, нормальную к направлению движения газа), м;р - плотность потока отходящего газа,50кг/м;з.аг - скорость движения отходящего газа, м/с,гЕтр = ОЬ Жб Нвмцвр 2 ф (14)где Етр - сопротивление трению, Н;аб - коэффициент сопротивления трению;Номыв - участок образующей фурмы,омываемый газом, м.В рассматриваемом случае дозвуковойобласти числа Маха (М), представляющиесобой отношение скорости газа и скорости звука в данной среде, М 1, Общее сопро-, тивление набегающему потоку близко к нулю, поэтому величиной можно пренебречь,Решая совместно уравнения (1) - (6) и (11) получимйе=Ьс+Н(ф+щ+а Лт - а 1 Лто)Д-т - щфгг рЛб4Устройство работает следующим образом,Информация об уровне ванны в спокойном состоянии (измерение проводят передначалом продувки, после заливки чугуна) изизмерителя 1 поступает в первый сумматор2, куда одновременно поступает информация с измерителя 3 положения фурмы относительно неподвижных конструкцийконвертера, Выходное напряжение первогосумматора 2, пропорциональное величинегйз 9 4 (г 1 с+ Нф), поступаетвблок 15 делеуния. Величину йз4 устанавливают какмасштабный коэффициент сумматора. Величина, пропорциональная массе конструкции фурмы и массе воды, заполняющейфурму, поступает из блока 4 ввода начальных условий во второй сумматор 5, Во второй сумматор 5 также поступаетинформация с измерителя 6 времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменениитемпературного режима в рабочем пространстве ковертера, С блока 4 ввода начальных условий также поступает величина,гпропорциональная выражению йз я 4В ыходное напряжение с второго сумматора 5, пропорциональное выражению.газу 4 -щфц-пъц-а 1 9 Л+а 1 о Лтпоступает в третий сумматор 12 (напряжение,пропорциональное величине а 1 о Ьто, поступает из блока 4 ввода начальных условий), КоэФфициенты перед параметрамиустанавливают во втором сумматоре 5 какмасштабные.Напряжение, пропорциональное давлению кислорода перед фурмой, поступает сизмерителя 8 в первый блок 9 умножения,выходное напряжение кото ого, пропорциональное величине,г Р, постУпает вблок 10 извлечения корйя. Выходное напряжение блока 10, пропорциональное величи 30 35 40 териалов в конвертер или об изменении расхода кислорода соответственно с формирова; елей 17 и 18 поступает на схему ИЛИ 19, На выходе схемы ИЛИ 19 появляется единичный сигнал, поступающий на вход схемы И 20, на второй вход которой поступает единичный сигнал с узла НЕ 25, С выхода схемы И 20 поступает единичный сигнал, открывающий ключ 21. При этом с формирователя 22 поступает импульс насхему сброса-запуска интегратора 27, на вход которого поступает постоянное напряжение с задатчика 28, С измерителя 7 температуры воды выходное напряжение поступает на дифференциатор 23, выходное напряжение которого, пропорциональное скорости изменения температуры, сравнивается в узле 24 сравнения с напряжением, поступающим с задатчика 26, При превышении напряжения задатчика 26 напряжениядифференциатора 23 (т.е. при достижении температурной волной, вызванной резким изменением температурного режима в рабочем пространстве конвертера, охлаждающей воды) на выходе узла 24 сравнения появляется единичный сигнал, который включает ключ 29. При этом с формирователя 30 подается импульс в схему останова интегратора 27. На выходе интегратора 27 напряжение соответствует запаздыванию изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении темперане Я у р, поступает нв первый вход второго блока 13 умножения, на второй вход которого поступает напряжение с измерителя 14 расхода кислорода, Таким образом, с 5 выхода второго блока 13 умножения снимается напряжение, пропорциональное вели 1чине 60 Ч/ гур, которое поступает в третий сумматор 12, На вход третьего 10 сумматора 12 поступает также напряжение, пропорциональное реакции опор фурм ы, с измерителя 11. В ыходное напряжение третьего сумматора 12, пропорлдциональное величинеаз 9 - - глф-гл;41-а 1 а т т а 1 а тв ),у н р т в и Ч Р уат у р, поступает в блок 15 деления, выходное напряжение которого, пропорциональное величине Ьв, поступает в блок 16 ум. ножения.Измгритель 6 времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера работает следующим образом,Единичный сигнал о вводе сыпучих матурного режима в рабочем пространстве конвертера, Для предотвращения сброса интегратора 27 в переходном режиме предусмотрена блокировка по цепи узел 24 сравнения - схема НЕ 25 - схема И 20.Испытание макета, реализующего предлагаемое устройство, показало, что использование устройства контроля уровня ванны в конвертере позволяет осуществить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, находящихся в заданных пределах с первой повалки, возрастает на 5%), что снижает себестоимость стали и увеличивает ее количество.Экономическая эффективность обеспечивается эа счет повышения производительности конвертера на 1,1 О, сокращения расхода огнеупорных материалов на 2 О, что снижает себестоимость отали.Увеличение точности контроля уровня ванны в конвертере позволяет уменьшить количество промежуточных повалок агрегага, что приводит к улучшению экологических условий. Формула изобретения Устройство контроля уровня ванны в конвертере, содержащее измерители реакции опор фурмы в процессе продувки, положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера и расхода кислорода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности оно дополнительно содержит измерители времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении 5 температурного режима в рабочем пространстве конвертера и давления кислородаперед фурмой, причем измерители уровня ванны в спокойном состоянии и положения фурмы относительно неподвижных конст рукций конвертера соединены между собойчерез первый сумматор, а блок ввода начальных условий подсоединен к первому входу второго сумматора, к второму входу которого через измеритель времени запаз дывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера подсоединен измеритель температуры воды, выход первого 20 сумматора непосредственно, а второго - че-рез третий сумматор соединены с блоком деления, измеритель давления кислорода перед фурмой через первый блок умножения, блок извлечения корня подсоединен к 25 первому входу второго блока умножения, квторому входу которого подсоединен измеритель расхода кислорода, выход второго блока умножения подсоединен к третьему сумматору, к которому также подсоедиен 30 измеритель реакции опор фурмы в процессепродувки, выход блока деления подсоединен к блоку умножения.1752778 Составитель А.Абросимовдактор В.Петраш Техред М,Моргентал Корректор 0 вецк Заказ 2734 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откры113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 при ГКНТ СС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101