Устройство для контроля уровня шлака в конвертере

(191 (11) 5/ к Р 11 РфИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСНО"ЛУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ труктного ъерк 8)о С197 мы а о- Е ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ. КОНТРОЛЯУРОВНЯ ШЛАКА В КОНВЕРТЕРЕ, содержащее контейнер-коллиматор с источником, сцинтилляционный детектор,пересчетный блок, усилитель, регистрирующий прибор, причем выход сцинтилляционного детектора подсоединенк входу пересчетного блока, выходкоторого подсоединен к входу усилителя, о т л и ч а Ф щ е е с я темчто, с целью повышения достоверностиконтроля уровня шлака в конвертере,в него введены датчик определениямомента погружения среза сопелкислоРодной фурмы в шлакометаллическую эмульсию, компаратор, коммутатор, блок контроля положеиия кислородной фурмы и вычислительный блок,причем выход датчика определениямомента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическуюэмульсию подсоединен к входу компаратора, выходы компаратора и блокаконтроля положения кислородной фурподсоединены соответственно к первму и второму входам коммутатора,выходы коммутатора и усилителя подсоединены соответственно к первомуи второму входам вычислительногоблока а выход последнего подсоединен к входу регистрирукщего прибора.Изобретение относится к чернойметаллургии, а именно к устройствамконтроля и регулирования процессовкислородно-конвертерной плавки, иможет быть использовано для непрерывного контроля уровня шлака в конвертере по ходу плавки.Цель изобретения - повышениедостоверности контроля уровня шлакав конвертере.На чертеже изображена блок-схемавыполнения устройства,Устройство содержит контейнер- -коллиматор с источником 1, сцинтилляционный детектор 2, пересчетныйблок 3, усилитель 4, вычислительныйблок 5, датчик 6 определения момента погружения среза сопел кислород-.ной фурмы в шлакометаллическую эмульсию, компаратор 7, коммутатор 8, блок9 контроля положения кислороднойфурмы, регистрирующий прибор 10.Корпус контейнера-коллиматора систочником 1 может быть выполнен,апример, из вольфрама для обеспече-,ия биологической защиты, для проедения работ в условиях высоких температур контейнер-коллиматор помещается в водоохлаждаемый кожух. В корпусе выполнено резьбовое отверстиедля помещения штока-держателя источника и коллимационное отверстие. Источник гамма-излучения может бытьпредставлен, например, в виде изотозтпа Сз . Сцинтилляционный детектор 2 может быть представлен, например, стандартным спектрометрическимблоком детектирования, который также помещается в водоохлаждаемыйкожух,ьКонтейнер-коллиматор с источником 1 и сцинтилляционный детектор 2 могут быть установлены на расстоянии Н, равном, например, 5,1 м от среза горловины конвертера. Диаметр колли- мационного отверстия выбирается в зависимости от мощности источника с таким условием, чтобы угол раскрытия луча обеспечивал получение точных и воспроизводимых результатов на всех значениях уровня шлака от нулевого до критическогоПределы значений диаметра коллимационного отверстия при активности источника 5,4 К и составляет 5-7 мм.В качестве пересчетного блока 3 может быть использован, например, радиометр,в качестве усилителя 4измерительный усилитель постоянноготока, в качестве вычислительногоблока 5 - микроЗВМ "ЗлектроникаМ". Датчик 6 определения моментапогружения среза сопел кислороднойфурмы в шлакометаллическую эмульсиюпредставляет собой электрическуюцепь для измерения разности потенциалов, возникающей между фурмой икорпусом конвертера по ходу продув 510ки. Сигнал на выходе электрической цепи между фурмой и корпусом конвертера имеет место только в периодналичия контакта фурмы со шлакометаллической эмульсией.Компаратор 7 представляет собой операционный усилитель, первый вход которого подключен к выходу датчика б определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в 20 шлакометаллическую эмульсию, а второй вход - к выходу источника опорного напряжения коллекторную цепь которого подключена обмотка реле, нормально разомкнутые контакты которого коммутируют выход блока 9 контроля положения кислородной фурмы с входом вычислительного блока 5 при наличии сигнала на выходе компаратора. Устройство работает следующим образом.До начала плавки в вычислительный блок 6 вводится информация об измеренной величине Н , равной высотееьц ф уровня спокойного металла до верхнего конечного положения фурмы приподнятой фурме), определяемой, напри 40 мер, но время тарировки положения кислородной фурмы С момента начала продувки гамма- излучение проходит через коллиматор, достигает поверхности шлакометаллической эмульсии и отраженный поток гамма-излучения, попадая в сцинтил. - ляционный детектор 2, преобразуется в нем в серию электрических импульсов, которые поступают в пересчетный блок 3. На выходе пересчетного блока 3 возникает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности обратнорассеянного гамма-излучения, и через усилитель 4 поступает в вычислительный блок 5, в котором информация обрабатывается в соответствии с приведенной зависимостью Коммутатор 8 представляет собой,25 например, транзисторный ключ, вА- (1) О+В 12196 Н 25 Агде Н - текущий уровень шлака в 4 Л,ванне конвертера, м; Н,- измеряемая высота от уровня спокойного металла до верхней точки положения кислородной фурмы перед началом очередной плавки, м; - высота от горловины конвертера до верхней точки положения кислородной фурмы, м; Н - высота от горловины конг вертера до сцинтилляционного детектора, м; А - коэффициент,.зависящий от геометрических размеров полости конвертера; - измеряемая величина электрического сигнала, пропорциональная интенсивности обратнорассеянного гамма-излучения, мВ; - эмпирический коэффициент,зависящий от типа исполь зуемого источника гамма- излучения.30Во время плавки в момент вхождения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию на выходе датчика 6 определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию появляется сиг 35 нал, поступающий через компаратор 7 на вход коммутатора 8, который коммути рует выход блока 9 контроля положения кислородной фурмы с вторым входом вычислительного блока 5, и в вычислительный блок поступает сигнал, пропорциональный значению высоты фурмы над уровнем спокойного металла в момент ее вхождения в %.45 шлакометаллическую эмульсию Н, которая в данный момент равна фактическому уровню шлака в ванне конвертера.В вычислительном блоке 5 рассчибывается скорректированное значение коэффициента А по следующей зависимости:А если Н -Ны 16 Е Нов-Нк Нг НБ В, если 55 1 Н -Н,1Е.5 Згде А1-(- значение коэффициента Ана предыдущей (й)-йэплавке;Н - значение высоты фурмынад уровнем спокойногометалла в момент еевхождения в шлакометаллическую эмульсию, м;Н- расчетное значение уровня шлака в ванне конвертера в момент вхожденияфурмы в шлакометаллическую эмульсио, м;Г - постоянная величина,определяемая опытнымпутем.В дальнейшем, в режиме заглубленной струи, уровень шлака в ваннеконвертера рассчитывается по зависимости (1) с корректированным значением коэффициента А, определенного по зависимости (2) .Таким образом, на выходе вычислительного блока 5 получаем величинутекущего уровня шлака в ванне конвертера, которая фиксируется нарегистрирующем приборе 10,Учет .влияния износа футеровки походу кампании конвертера с помощьюустройства основан на следующихтеоретических предпосылках. Ввидуизноса футеровки конвертера увеличива.ется внутренний радиус конвертеа иуровень спокойного металла от плавки к плавке по ходу кампании конвертера постепенно снижается, что приводит к увеличению высоты от уровняспокойного металла до сцинтилляционного детектора Н 4Кроме того,величина Нц зависит от количествазаваленного лома и залитого чугунана каждой конкретной плавке. Поэтому от плавки к плавке необходимоконтролировать значение высоты отуровня спокойного металла до сцинтилляционного детектора.При тарировке положения кислородной фурмы измеряется высота от уровня спокойного металла до верхнейточки положения кислородной фурмыщ , следовательно можно определитьвысоту от уровня спокойного металладо горловины конвертера по зависимостись 06. ОБц, Н к (3)/где Н, - высота от уровня спокойного металла до горловины конвертера, м.(8)55 Зная высоту от уровня спокойногометалла до горловины конвертера,можно определить высоту от уровняспокойного металла до сцинтилляци 5онного детектора по зависимости Н = Н + Н = Н - Н +И (4) ц сВоЬ Г ОБЦ К Г Уравнение для определения текуще рго уровня шлака в ванне конвертера АН =Н -Н + Н ---(5)ын, Оьь 3 к г 11 Ф 5 В ходе кампании ввиду износа фу 15 теровки изменяются геометрические размеры полости конвертера, что приводит к изменению коэффициента А в зависимости (5), поэтому в случае (Н - Н ы ) необходима корректировФ % 2 О ка коэффициента А.Решив уравнение (5) относительно коэффициента А, подставив вместо расчетного значения уровня шлака высоту25 фурмы над уровнем спокойного металла в момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию, полу- чим А н нн н"О ь (6) 30 В общем случае скорректированное значение коэффициента А по ходу кампании конвертера определяется из уравнения 35 А, если Н -Н, с Е н Ж ц"Объединив зависимость (7) с зависимостью (5), получим уравнение для определения уровня шлака в ванне45 конвертера АН = Н Н + Ны 1 06 ы К Г цфис н г если 1 Н -Н1, ФГ" оьц к "г "Г О+ ВД, если Таким образом, уровень шлака вванне конвертера определяется по зависимости (8), причем при переходе из режима открытой струи в режим заглубленной струи корректируется значение коэффициента А , учитывающего изменение геометрических размеров свободного объема рабочего пространства конвертера ввиду износа футеровки.Корректировка коэффициента А 1 от плавки к плавке осуществляется посредством сравнения фактического уровня шлака в конвертере, определяющегося с помощью датчика определения момента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию и блока контроля положения кислородной фурмы, с расчетным значением уровня шлака в конвертере в момент вхождения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию. для определения момента вхождения среза сопел кислородной фурмы в.шлакометаллическую эмульсию использовано следующее физическое явление. В момент вхождения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию образуется замкнутая электрическая цепь фурма- земля-корпус-футеровка-расплав-фурма, по которой протекает электрический ток, что приводит к появлению разности потенциалов на участке электрической цепи фурма-корпус конвертера. Момент появления разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера совпадает с моментом вхождения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию,Эксйериментальные исследования, проведенные в кислородно-конвертерном цехе, показывают, что определение уровня шлака путем регистрации отражающего от поверхности шлакометаллической эмульсии гамма-излучения с учетом влияния износа футеровки по ходу кампании позволяет повысить точность контроля уровня шлаха в конвертере. Действительно, среднеквадратичное отклонение расчетных значений уровня шлака от фактических перед остановкой продувки, полученных с помощью устройства на 141 плавке, которые проведены к концу кампании конвертера, составляет 0,28 м, а в то же время среднеквадратичное отклонение уровня шлака5,1 до верхнего конечного положенияфурмы 1 аь.ф 16,7 от фактических значений перед остановкой продувки, полученных посредством известного устройства на этих жеплавках, составляет 0,81 м, т.е. предлагаемое устройство позволяет контролировать уровень шлака наиболее близко к истинному значению.В табл. 1 приведены изменения измеряемых и рассчитываемых параметров на характерной плавке В 382164, проведенной в начале кампании конвертера.В табл. 2 приведены изменения . измеряемых и рассчитываемых параметров на характерной плавке У 382483, проведенной к концу кампании конвертера.Исходные данные для расчета уровня шлака в ванне конвертера на плавке У 382164:Высота уровня спокойного металла доверхнего конечногоположения фурмы16,2Высота от горловиныконвертера до верхнего конечного положения фурмы, Н, м 9,0Высота от горловиныконвертера до сцинтилляционного детек"тора, Н , мРасчетное значениекоэффициента А; впредлагаемом устройстве 960,0Постоянный коэффициент В, определяемый опытным путем 85,0Исходные данные для расчета уровня шлака в ванне конвертера по плавке В 382483:Высота от уровняспокойного металла1219653 984 Таким образом, предлагаемое устройство позволяет определять уровень 35 шлака в ванне конвертера наиболееблизко к истинному его значению.Техническая эффективность от использования устройства состоит в том, что оно позволяет оптимально управ О лять процессом шлакообразования засчет повышения достоверности контроля уровня шлака в ванне конвертера.В свою очередь, оптимальное протекание процесса шлакообразования 45 позволит уменьшить потери металлас выбросами и выносами, т.е, увеличить выход годного. Высота от горловины конвертерадо верхнего конечного положенияфурмы, Н , м 9,0Высота от горловиныконвертера до сцинтилляционного детектора, Н, м 5,1Расчетное количество коэффициента А; впредлагаемом устройствеПостоянный коэффициент В, определяемый опытным путем 85,0Экспериментальные исследования,проведенные в кислородно-конвертерном цехе, подтверждают необходимость о корректировки расстояния от уровняспокойного металла до сцинтилляционного детектора, а также корректировки значения коэффициента А отплавки к плавке. Действительно, вначале кампании конвертера на плавке В 382164 высота от уровня спокойного металла до сцинтилляционного детектора НОБщ-,нм+НГ= 123 м.а в конце кампании конвертера на 30плавке У 382483 НОБ -Н+Н 12,8 м.На этих же плавках значения коэффициента А соответственно 960 и 984.10 1219653 Т а б л и ц а 1 Величина Время отначала электрического продувки,мин сигнала,О, мВ 1,0 0,7 0,89 1,3 1,8 2,0 2,4 4,3 4,7 83,4 6,3 11,0 13,0 67,3 5,6 6,0 6,5 6,0 6,4 6,3 26,6 20,0 3,4 3,7 22,0 30,6 5,0 24,0 62,7 5,4 5,8 25,0 48,3 4,7 5,1 5,1 Таблица 2 1,3 1,0 1,4 1,0 3,0 2,8 1,2 1,6 6 9 1,6 5,0 2,1 20,8 3,0 3,5 7,0 3,0 4,7 5,0 6,4 7,0 11,9 9,0 41,3 15,0 80,5 17,0 77,7 Конец 1 периода Конец продувки Величина уровняшлака, определенная посредством известного устройства,Н, м Величина уровняшлака, определенная посредством предлагаемого устройства, Н м Фактический уровень шлака, рактПродолжение табл.2 Конец Ч периода Конец продувки Тираж 552 Подписно ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Фили 9,0 11,0 13,0 15,0 16,0 17 19 21 23 Н 29,4 26,8 39,5 55,6 73,7 20,8 35,0 55,6 46,0 каэ 1235/ 1219653 3,7 3,5 4,4 4,2 5,4 5,0 4,2 4,0 4,9 5,8 6,6 3,5 4,6 5,8 5,4 12 6,7 5,6