Устройство для определения степени окисления углерода до окиси углерода в полости конвертора

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 350 4 С 21 С 5 ГОСУДАРСТВЕНПО ДЕЛАМ ИЗОБ КОМИТЕТ СССРЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Е 1 ЪОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ИЯ жпределен а до оки исления унвертераообменных(71) Киевский институт автоматики им. ХХУ съезда КПСС(54) УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИОКИСЛЕНИЯ УГЛЕРОДА ДО ОКИСИ УГЛЕРОДАВ ПОЛОСТИ КОНВЕРТЕРА(57) Изобретение относится к управлению кислородно-конвертерным процессом и предназначено для о иястепени окисления углерод сиуглерода (СО) в полости конвертера.Цель изобретения - повьппение точности определения степени ок глерода до СО в полости коза счет учета влияния мас процессов и температурного режима ванны на величину параметров обезуглероживания. Устройство содержит блок 1 контроля скорости обезуглероживания, соединенный с отборами давления 2 и 3, измеритель 5 давления газа в полости конвертера, соединенный через предварительный усилитель 8 с блоками 9, О определения амплитуды и частоты колебания давления газа, блок 11 умножения, связанный через первый сумматор 12 с блоком 13 деления-указания, к которому также через второй сумматор 14 подключен блок контроля скорости обезуглероживания, Поставленная цель достигается путем введения новых блоков по измерению давле- Ж ния газа в полости конвертера, блоков определения амплитуды и частоты колебания давления газа, а также вы- С числительных блоков и их связей, что позволяет получить объективные харак" 3 теристики состояния ванны конвертера и определить степень окисления углерода до СО в полости конвертера. 4 илИзобретение относится к черной металлургии, а именно к управлению кислородно-конвертерным процессом,Цель изобретения - повышение точ 5ности;На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг, 2 - схема блока контроФля скорости обеэуглерожинания; нафиг. 3 и 4 - схемы узлов определенияамплитуды и частоты колебания .давления газа.Блок 1 контроля скорости обезуглероживания соединен с отборами давления 2 и 3, установленными н газоходе 4 .Измеритель 5 давления соединен с отбором 6 давления газа и полости конвертера 7. Выход измерителя 5 давле-.ния через предварительный усилитель 8соединен с блоками 9 и 10 определения 20амплитуды и частоты колебания давления газа, подключенными к блоку 11 умножения, Выход блока 11 умножениясвязан через первый сумматор 12 с блоком 13 деления-указания, к которому 25также подключен через второй сумматор 14 блок 1 контроля скорости обезуглерожинания. Выход блока 11 умноженияя подсоединен к второму сумматору 14,На фиг, 2 приведена структурная 30схема блока контроля скорости обезуглероживания. Вход узлов 15 и 16 определения амплитуды и частоты колебания давления газа подключен к второму предварительному усилителю 17, авыход к первому узлу 18 умножения.Выход узла 18 умножения. подключен кпеовому узлу 19 суммирования, который также связан с вторым узлом 20умножения, 40На фиг. 3 приведена структурнаясхема узла 15 определения амплитудыколебания давления газа (структурнаясхема блока 9 определения амплитудыколебания давления газа аналогична),Пенный узел 21 сравнения соединен спервым ключом 22, а второй узел 23сравнения - с вторым ключом 24, Первый ключ 22 соединен через первыйузел 25 задержки с первым узлом 26памяти, схема сброса которого соединена с выходом первого узла 21 сравнения, который также соединен с первым узлом 2 дифференцирования. Кроме того схема сброса первого узла 2655памяти соединена через второй узел 28задержки с вторым узлом 29 дифференцирования, Второй ключ 24 через третий узел 30 задержки соединен с вторым узлом 31 памяти, схема сброса которого соединена с выходом второго узла 23 сравнения, который также соединен с вторым узлом 29 дифференцирования. Кроме того, схема сброса второго узла 31 памяти соединена через четнертьп узел 32 задержки с первым узлом 27 дифференцирования. Выходы первого 27 и второго 29 узлов дифференцирования соединены через узел 33 ИЛИ и пятый узел 34 задержки с третьим ключом 35, Выходы первого 26 и второго 31 узлов памяти соединены соответственно с входом первого 21 и второго 23 узлов сравнения и с нходом второго узла 36 суммирования, выход которого соединен с третьим ключом 35. Выход третьего ключа 35 соединен с входом третьего узла 37 памяти.На фиг. 4 приведена структурная схема узла 16 (блок 1 О выполнен аналогично) определения частоты колебания давления газа. Низкочастотный фильтр 38 соединен, с узлом,39 автоматического регупирования усиления, Узел 39 соединен с смесителем.40, который также связан с гетеродином 41. Выход смесителя 40 соединен через полосоной фильтр 42, усилитель 43 с детектором 44.В качестве датчиков давления могут быть применены стандартные измерители давления "СапфирДИ" с усилителями, остальные блоки выполнены на стандартных элементах вычислительной техники. Отбор давления газа и полости конвертера располагается н шлемной частиконвертера над цапфой и представляетсобой трубу, приваренную к корпусуконвертера и. сообщающуюся с полостьюконвертера через отверстия в футеровке. Измеритель давления располагаетсяна наружном конце трубы в водоснабжаемом кожухе. Коммуникации (для.подвода газа, подвода и отвода воды,подвода кабеля) введены через отверстие в неприводной цапфе конвертера,Подвод сжатого воздуха к отборудавления газа в полости конвертерапредотвращает ошлакования отверстияв футеровке конвертера,Контроль степени окисления углерода до СО в полости конвертера опредееляется н блоке деления-указания, вкачестве которого может быть использован БВО системы АКЭСР, снабженныйЧ Г 2 Ь а,4х числожения оданием 22 Р 2 ЬРСО УСО ЬР вЬР СО 2ния амплитуды колебадавления газа советственно в контере, в верхней суказывающей стрелкой и выходным преобразователем.Скорость обезуглероживания жидкой ванны характеризуется наличием пуль 5 саций, Пульсационный характер процесса обеэуглероживания приводит к изменению давления газов в полости конвертера, которые передаются по гаэоотводящему тракту, 10Согласно первому закону термодина- мики где Ь Ц, - количество тепла, сообщаемое рабочему телу, Дж;Ь У - изменение внутренней энергии рабочего тела, Дж.С другой стороны, тепловыделение в системе в течение одного цикла колебаний можно определить как де ц - удельный тепловой эффект реакции горения топлива, Дж/кг 5(для газообразного топливапри нормальных условиях Дж/м )Я 4Ч - расход топлива, кг/с,Г - частота колебания давлениягаза, Гц, ЗОСогласно теории классической статистики Максвелла изменение внутреней энергии .газа можно определить по ормуле е ш - масса газа, кг; и - молекулярная масса га кг/моль; - с учетом колебательнь степеней свободы дви ной молекулы газа; ти подъемного газохода и парциальногодавления двуокиси отдогорания окиси угле.рода, Па;,- степень окисленияуглерода до СО в поЬ 1 - изменение температуры газа, 1; Б - универсальная газовая постоянная, ра в на я 8314 Л /(к моль К) . Для описания состояния реальных газов при низких давлениях н высокихтемпературах, что имеет место ц кислородно-конвертерном процессе, можноиспользовать уравнение МенделееваКлайперона ЬР Ч = - В Ьтр Ф(4) где Ьр - амплитуда колебания газа,Па;Ч - объем газа, иИспользуя соотношения (1) - (4), получают выражение для амплитуды колебания давления газа В кислородно-конвертерном процессе газообразование по ходу продувки происходит в реторте и гаэоходе, Длина пути, при котором происходит полное молярное перемешивание конвертерного газа с подсасываемым воздухом, равна примерно десятикратному диаметру горловины конвертера, Поэтому наиболее достоверная амплитудно-частотная характеристика отходящих газов контроли руется в верхней части подъемного газохода.Считая, что во время продувки конвертера выделяется только углесодержащие газы СО и С 02, выражение ( 5) можно преобразовать2000)Ч. +( -,р ЧСРЗС подъемного газохода с лости конвертера,определяемая какобъемная доля окиси углерода в конвертерных газах;объемная доля двуокиси углерода от догорания конвертерных газов;удельные тепловые эффекты реакции горения углерода ванны1399350 Величину 11 опоеделяют как отногшение значений расхода двуокиси углерода от догорания конвеотеоных газов и подсосанного воздуха который поинимают поопорциондльным оазоежению в нижнем сечении кессона СО 22 4(8) СОСО где К - коэффициент пропорциональности, определяющий расход подсасываемого воздуха при нормальных условиях в зависи" мости от разрежения в нижнем сечении кессона, м /(с Па);- разрежение в нижнем сечениикессона, Па,Разрешив уравнение (6) относительно 0 , получают Ч, Ч .КС 2000 Ч с - з. Ь р Г (Ч -Ч)(9) СО нем сечении кессона поступает от отборов давления 2 и 3 в блок 1 контроля скорости обезуглероживания, в котором производится расчет скорости обеэуглероживания, Одновременно сигнал о давлении газа в конвертере поступает от отбора 6 давления измерителю 5, Для исключения отшпакования или заметаливания отбора давления в конвертере в измерительную трассу по. дается постоянный подпор от источника газа. Сигнал от измерителя 5 усиливается в предварительном усилителе 8 и поступает в блоки 9 и 10 определения амплитуды и частоты колебания давления газа. Напряжение, пропорциональное значению амплитуды и частоты колебания давления газа, поступает в блок 11 умножения, в котором вычисляется произведениер Г4Напряжение, пропорциональное вычисленному произведению, поступает на первый сумматор 12, на который одновременно поступает напряжение Значениерешения у3 1 О 40 стави 3 мУст ом. аботает с ющим обта начала продууому сигнал о,ходе 4 и разреж мом ерез в га кислоооа енин ги в н 3 с участием холодного кислорода соответственно до СО и СОу равны 10460 и31250 кДж/кг;5 частота колебания давления газа соответственно в рабочем пространстве конвер тера и в верхней части подъемного гаэохода, Гц;удельная теплота сгорания окиси угле рода от догорания конвертерных газов при нормальных условиях, равная127 1 О Джмс учетом колебательных число степеней свободы движения одной молекулы соответственно окиси и двуокиси углерода, равные 6 и 8; объемы соответственно ванны и внутрен находят иэ совместновнения (7) и (8)Чвс,+ Чг ) Оф 268536 К численные значения парасловия 130-.тонных конвер 19 м; Чв =190 м со 6 20 ф У 9 Чс 2 10 34 них полостей конвертера в середине компании по футеровке, кессона и подъемного газохода, м3пропорциональное скорости обезугле. -роживания. Выходное напряжение сумматора 12 пропорционально числителю(11), Агалогично в сумматоре 14 вычисляется значение знаменателя выражения (11), Выходные напряжения первого 12 и второго 14 сумматоров поступают на блок 3 деления-указания,в котором вычисляется значение вели- Очины степени окисления кислорода доСО в полости конвертера.Блок контроля скорости обеэуглеооживания работает следующим образом.Сигнал о значении давления в газо-ходе усиливается в предварительномусилителе 17 и поступает на узел 15определения амплитуды и узел 16 определения частоты колебания давлениягаза, Выходные напряжения узлов 15и 16 поступают на узел 18 умножения,выходное напряжение которого пропор ционально величине 0,46 10 Д р Г2Сигнал о разрежении в нижнем сечениикессона поступает в узел 20 умножения, выходное напряжение которого пропорционально величине 0,536 К дрВыходные напряжения узлов 18 и 20поступают на первый узел 19 суммирования, в котором вычисляется значение .30Узел 15 (9) определения амплитуды колебания давления газа работаетследующим образом,Сигнал с выхода предварительногоусилителя 17 (8) поступает на входпервого узла 21 сравнения, на второйвход которого поступает напряжениес первого узла 26 памяти (в данномслучае напряжениесоответствует нулевому). С выхода первого узла сравнения 21 снимается напряжение, соответ 40ствующее единичному, которое открывает первый ключ 22. Ключ 22 пропускает сигнал с предварительного усилителя 17 (8) на вход первого узла 26памяти. Сигнал задерживается в узле25 задержки. При изменении значениядавления газа в гаэоходе в сторонуувеличения описаннйй цикл повторяется и новое значение записывается впервом узле 26 памяти. При этом ста"рое значение сбрасывается по цепи:выход первого узла сравнения 21 - схе.ма сброса узла 26 памяти. Время задержки в узле 15 задержки обеспечивает последовательный сброс-запись в 55узле 26 памяти. При изменении значения давления газов в гаэоходе в сторону уменьшения напряжение, поступающее с узла 26 памяти ня вход первого узла 21 сравнения, оказывается выше, чем напряжение с предварительногоусилителя 17 (8), и на выходе первого узла 2 сравнения появляется пяпрнжение, соответствующее нулевомуПервый ключ 22 остается запертым изначение, записанное в узле 26 памяти,не меняется, таким образом, в первомузле 26 памяти записано значение, соответствующее максимальному значениюдавления газов в гяэоходе. Аналогичноработает цепь второй узел 23 сравнения - второй ключ 24 - узел задержки 30 - второй узел 31 памяти, но приэтом на вход заданий узла 23 сравнения подключен сигнал с предварительного усилителя 17 (8), я на параметрический вход-напряжение с второгоузла 31 памяти, Кроме того, сброс второго узла 31 памяти осуществляется гмаксимально возможное значение, Таким образом, в втором узле 3 памятизаписывается значение, соответствующее минимальному значению давления газов в гаэоходе, Напряжение с выходовпервого 26 и второго 31 узлов памятисуммируются во втором узле 36. Припоявлении напряжения, соответствующего"нулевому", с выхода первого узла 21сравнения на выходе первого узла 27дифференцирования появляется напряжение, которое, пройдя через узел 33ИЛИ и третий узел 34 задержки, открывает третий ключ 35. Тоже происходитпри появлении напряжения, соответствующее нулевому , с выхода второгоузла 23 сравнения, В эти моментысбрасывается старое значение в третьем узле 37 памяти, а новое значениес выхода узла 36 суммирования, пропорциональное двойному значению амплитуды изменения сигнала давления газа в газоходе, переписывается в третий узел 37 памяти. После этого происходит сброс старого значения либов первом 26, либо во втором 31 узлахпамяти, При появлении сигнала на выходе второго узла 29 дифференцирования через второй узел задержки сбрасывается первый узел 26 памяти, а припоявлении сигнала на выходе первогоузла 27 дифференцирования через четвертый узел 32 задержки сбрасываетсявторой узел 31 памяти,Узел 16 (10) определения частотыколебания давления работает следующим образом.Сигнал с выхода предварительного усилителя 17(8) поступает на низкочастотный фильтр 38, который выделяет спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема гаэохода (конвертера), Сигнал с выхода низкочастотнот о фильтра 38 поступает на вход узла 39 автоматического регулирования усиления, на выходе которого получается сигнал постоянной амплитуды со спектром частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема газохода (конвертера). На смеситель 40 поступает сигнал с выхода блока 39 автоматического регулирования усиления и сигнал, выработанный гетеродином 41. Разность частот этих сигналов проходит через полосовой фильтр 42, усиливается усилителем 43 и выпрямляется детектором 44.Испытания макета, реализующее техническое решение, показало, что использование устройства определения степени окисления углерода до СО в полости конвертера позволяет осуществить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, находящихся в заданных пределах, с первой повалки возрастает на 5-7%), что снижает себестоимость стали и повышает ее качество.Экономическая эффективность обеспечивается за счет повышения производительности конвертера на 1,1%, сокращения расходов огнеупорных матери" алов на 2%, что снижает себестоимость стали на 0,05 руб./т. Увеличение точности определениястепени окисления углеропа до СО в полости конвертера позволяет уменьшить количество промежуточных повалок агрегата, что приводит к общеполезному преимуществу изобретения -. улучшаются экологические условия,Формула изобретенияУстройство для определения степени окисления углерода до окиси углерода в полости конвертера, содержащее блоки контроля скорости обезуглероживания и деления-указания, причем блок контроля скорости обезуглероживания соединен. с отборами давления газа, установленными в газоходе, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью увеличения точности, оно снабжено отбором давления газа в полости конвертера, предварительным усилителем, двумя сумматорами, блоком умно" жения, блоками определения амплитуды и частоты колебания давления газа, измерителем давления, вход которого соединен с отбором давления газа в полости конвертера, а выход через предварительный усилитель - с блоками опоеделения амплитчды и частоты колебания давления газа, которые подсоединены к блоку умножения, выход которого соединен через первый сумматор с блоком деления-указания, к которому также подсоединен через второй сумматор блок контроля скорости обезуглеро.живания, причем блок контроля скорости обезуглероживания соединен с первым сумматором, а блок умножения - с вторым сумматором.399350 Составитель А, АбросимоРедактор Н, Киштулинец Техред М.Дидык ктор И. Муска Тираж 545 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 3035, Москва, Ж, Раушск