Устройство для контроля уровня шлака в конвертере

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН А 3 сю С 2 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И О ИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ кторск овский Врторной1978,соста соста расходо темперагазов и лительн егист(56) 1. Туркенич Д.И., ЗдаАкустика в технологии конвплавки. М., "Металлургия, с. 40-47,2. Патент Франции У 2289893кл. С 21 С 5/28, 1975,(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯУРОВНЯ ШЛАКА В КОНВЕРТЕРЕ, содержащее датчик звукового давления, предварительный усилитель, низкочастотный фильтр, смеситель, гетеродин,полосовой фильтр, усилитель, детектор, преобразователь напряжение-ток,регистрирующий прибор, причем выходдатчика звукового давления подсоединен к входу предварительного усилителя, выход которого подсоединен квходу низкочастотного фильтра, кпервому входу смесителя подсоединенвыход гетеродина, выход смесителяподсоединен к входу полосового фильтра, выход которого подсоединен квходу усилителя, а выход последнегочерез детектор подсоединен к входупреобразователя напряжение-ток,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности и на ности контроля уровня шлака в конвертере, в него введены блок автоматического регулирования усиления,вычислительный блок, анализаторсостава кислорода дутья, анализаторсостава отходящих конвертерныхгазов, расходомер кислорода дутья,датчик температуры отходящих конвертерных газов, датчик определениямомента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическуюэмульсию, компаратор, коммутатор иблок контроля положения кислороднойФурми, причем выход низкочастотногофильтра подсоединен к входу блокаавтоматического регулирования усиления, выход которого подсоединен квторому входу смесителя, выход датчика определения момента погружениясреза сопел кислородной фурмы вшлакометаллическую эмульсию подсоединен через компаратор к первомувходу коммутатора, другой входкоторого подсоединен к выходу блокаконтроля положения кислородной фурмы,а к первому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входамвычислительного блока подсоединенысоответственно выходы преобразователя напряжение-ток, анализатора кислорода дутья, анализатора отходящих конвертерных газов ера кислорода дутья, датчика уры отходящих конвертерным коммутатора, а выход вычисго блока подсоединен к входурующего прибора.Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю и регулированию процессов кислородно- конвертерной плавки, и может быть использовано в кислородно-конвертер ном производстве стали.Известно устройство для определения уровня шлака в кислородном конвертере, содержащее датчик звукового давления (микрофон) предварительный усилитель, частотно-избирательный усилитель, регулятор уровня сигнала, усилитель мощности, детектор со сглаживающим фильтром, блок питания и самопишущий прибор, причем выход микрофона подключен к входу предварительного усилителя, выход которого подключен к входу частотно-избирательного усилителя, выход блока питания подключен к входам всех трех 20 усилителей, выход детектора подключен к входу регистрирующего самопишущего прибора, а выход частотно- избирательного усилителя подключен к входу регулятора уровня сигнала, выход которого через усилитель мощности подключен к входу детектора со сглаживающим фильтром 1 Ц .Шум, возникающий при продувке ванны конвертера кислородом, преобразовывается микрофоном в электрический сигнал, который усиливается предварительным усилителем. Частотно-избирательный усилитель выделяет наибо 35. лее информативную частоту, по которой оценивается состояние и объем шлака в конвертере.При использовании данного устройства из-за высокой скорости движения40 газов по газоотводящему тракту изменяется воспринимаемая датчиком звукового давления величина частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, обусловленная45 эффектом Доплера, согласно которому частота звуковых колебаний, воспринимаемая приемником (датчиком звукового давления), зависит от скорости движения приемника по отношению к среде, в которой распростра 50 няется волна, или наоборот, от ско- рости движения среды по отношению к приемнику, что может привести к возникновению ошибок при определении уровня шлака в конвертере, вследствие того, что величина звукового давления при одном и том же уровне шлака будет иметь различные значения,так как величина звукового давления зависит от коэффициента поглощения звука средой, а коэффициент поглощения звука средой, в свою очередь, зависит от частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования.Кроме того, изменение расхода кислорода дутья и положения фурмы приводит к изменению величины звукового давления акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, в результате чего изменяется уровень шлака в кислородном конвертере и появляются дополнительные погрешности, В результате недостоверной информации об уровне шлака в конвертере управление шлаковым режимом плавки осуществляется неоптимально, вследствие чего увеличиваются потери с выбросами и выносами, что уменьшает выход годного.Таким образом, недостатком известного устройства является недостоверность его показаний, вследствие влияния скорости движения конвертерных газов на величину частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, а также влияния изменения расхода кислорода дутья и положения фурмы на величину звукового давления. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные между собой датчик звукового давления, предварительный усилитель, низкочастотный фильтр, смеситель, полосовой фильтр, усилитель, детектор, преобразователь напряжение-ток, регистрирующий прибор, а также гетеродин, причем выход последнего соединен с другим входом смесителя 2Недостатком известного устройства является низкая точность и надежность контроля уровня шлака, вследствие влияния скорости движения конвертерных газов по газоотводящему тракту на величину частоты акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, соответствующей разонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, а также вследствие отсутствия коррекции определяемого параметра по фактическому уровню шлака в ванне конвертера от плавки к плавке с учетом влияния износа футеровки по ходу компании.Цель изобретения - повышение точности и надежности контроля уровня шлака в конвертере,Поставленная цель достигается тем,что в устройство. для контроля уровняшлака в конвертере,содержащее датчикзвукового давления, предварительныйусилитель, низкочастотный фильтр,смеситель, гетеродин, полосовой 10фильтр, усилитель, детектор, преобразователь напряжение-ток, регистрирующий прибор, причем выход датчиказвукового давления подсоединен к входу предварительного усилителя, выходкоторого подсоединен к входу низкочастотного фильтра, к первому входусмесителя подсоединен выход гетеродина, выход смесителя подсоединен кВходу полосОВОГО фильтрае ВыхОдкоторого подсоединен к входу усилителя, а выход через детектор подсоединен к входу преобразователя напряжение-ток, введены блок автоматическоге регулирования усиления, вычислительный блок, анализатор состава кислорода дутья, анализатор состава отходящих конвертерных газов,расходомер кислорода дутья, датчиктемпературы отходящих конвертерныхгазов, датчик определения моментапогружения среза сопел кислороднойфурмы в шлакометаллическую эмульсиюкомпаратор, коммутатор и блок контроля положения кислородной фурмы,причем выход низкочастотного фильтраподсоединен к входу блока автоматического регулирования усилсния,выход которого подсоединен к второмувходу смесителя, выход датчика определения момента погружения среза40сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию подсоединенчерез компаратор к первому входукоммутатора, другой вход которогоподсоединен к выходу блока контроля45положения кислородной фурмы, а кпервому, второму, третьему, четвертому, пятому и шестому входамвычислительного блока подсоединенысоответственно выходы преобразователя напряжение-ток, анализаторасостава кислорода дутья, анализаторасостава отходящих конвертерных газов,расходомера кислорода дутья, датчика температуры отходящих конвертерных газов и коммутатора, а выходвычислительного блока подсоединенк входу регистрирующего прибора. На чертеже представлено предлагаемое устройство. Устройство содержит датчик 1звукового давления, предварительныйусилитель 2, низкочастотный фильтр 3,блок 4 автоматического регулированияусиления, смеситель 5, гетеродин 6,полосовой фильтр 7, усилитель 8,детектор 9, преобразователь .10 напряжение-ток, вычислительный блок 11,анализатор 12 состава кислорода дутья,анализатор 13 состава отходящих конвертерных газов, датчик 14 определениямомента погружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическуюэмульсию, компаратор 15, коммутатор16, блок 17 контроля положения кислородной фурмы, расходомер 18 кислорода дутья, датчик 19 температурыотходящих конвертерных газов, регистрирующий прибор 20.Предварительный усилитель 2 представляет собой усилитель, имеющийследующие граничные частоты усиленияГн = 15 Гц,Гв = 170 Гц,где Г н - нижняя граничная частотаусиления, Гц,й в - верхняя граничная частотаусиления, Гц.Полоса пропускания низкочастотногофильтра 3 выбирается таким образом,чтобы выделить спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространстваконвертера при изменении уровняшлака от минимального до максимального значения. Для конвертеров различной конфигурации резонансные частотысвободного объема рабочего пространства конвертера, соответствующиеминимальному уровню шлака, изменя-.ются от 15 до 28 Гц, а резонансныечастоты свободного объема рабочегопространства конвертера, соответствующие заполнению полости конвертерашлаком до отметки 0,5 м от срезагорловины конвертера изменяютсяот 70 до 111 Гц. Полоса пропусканиянизкочастотного фильтра 3 выбранаравнойд Г = Г - Е =111-15=96 ГцВыпрямленное напряжение с детектора 9 преобразуется в пропорциональный ток, например, в диапазоне 0-5 МА.Анализатор 12 состава кислородадутья, анализатор 13 состава отходящий конвертерных газов и вычислитель 1089141ный блок 11 могут быть представленыв виде серийно изготавливаемогомасс-спекрометра МХ, оснащенного ЭВМ СМ.Датчик 14 определения моментапогружения среза сопел кислороднойфурмы в шлакометаллическую эмульсиюпредставляет собой электрическую цепьдля измерения разности потенциалов,возникающей между фурмой и корпусомконвертера по ходу продувки. Сигнална выходе электрической цепи междуфурмой и корпусом конвертера имеетместо только в период наличия контак-,та фурмы со шлако-металлической 15эмульсией. Компаратор 15 представляетсобой операционный усилитель, первыйвход которого подключен к выходудатчика 14 определения момента погиружения среза сопел кислородной фурмы в шлакометаллическую эмульсию,а второй вход операционного усилителяподключен к выходу источника опорногонапряжения. Коммутатор 16 представляет собой, например, транзисторный 25ключ, в коллекторную цепь которогоподключена обмотка реле, например,типа РСМ, нормально разомкнутыеконтакты которого коммутируют выходблока 17 контроля положения кислород-З 0ной фурмы с входом вычислительногоблока при наличии сигнала на выходекомпаратора 15,Устройство работает следующимобразом,35До начала плавки в вычислительныйблок 11 вводится информация о величине Н 5 равной высоте от уровняспокойного металла до верхнего конечного положения фурмы (при поднятой40фурме), определяемой, например, вовремя тарировки фурмы,С момента начала плавки акустический сигнал о ходе процесса шлакообразования, воспринимаемый датчиком 145звукового давления, усиливается припомощи предварительного усилителя 2.Усиленный сигнал проходит через низкочастотный фильтр 3, который выделяет спектр частот, соответствующихрезонансной частоте свободногообъема рабочего пространства конвертера при изменении уровня шлака отминимального до максимального значения. Сигнал с выхода низкочастотного фильтра 3 поступает на входблока 4 автоматического регулирова"ния усиления, на выходе которого получается сигнал постоянной амплитуды со спектром частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертора при изменении уровня шлака от минимального до максимального значения. На смеситель 5 поступает сигнал с выхода блока 4 автоматического регулирования усиления и сигнал, выработанный гете- родином 6. Разность частот этих сигналов проходит через полосовой фильтр 7, усиливается усилителем 8 и выпрямляется детектором 9. Выпрямленное напряжение в преобразователе 10 напряжение-ток преобразуется в пропорциональный ток в диапазоне от 0 до 5 Ма. Сигнал с выхода преобразователя 10, пропорциональный резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, поступает на первый вход вычислительного блока 11, на второй вход поступают с выхода анализатора 12 состава кислорода дутья сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона в кислородном дутье, а на третий вход поступаеют сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона, двуокиси углерода в отходящих конвертерных газах с выхода анализатора 13 состава отходящих конвертерных газов. На чертвертый и пятый входы вычислительного блока 11 поступают соответственно сигнал, пропорциональный расходу кислорода дутья с выхода расходомера 18 кислорода дутья, а также сигнал, пропорциональный температуре отходящих газов с выхода датчика 19 температуры отходящих конвертерных газов.В момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию через коммутатор 16 на шестой вход вычислительного блока 11 с выхода блока 17 контроля положения кислородной фурми поступает сигнал, пропорциональный высоте от уровня спокойного металла до среза. сопел фурмыЧастота звуковых колебаний, воспринимаемая приемником (датчиком звукового давления), зависит от скорости движения источника волн и приемника по отношению к среде, в которой распространяется волна, Значение частоты звуковых колебаний, воспринимаемое датчиком звукового(6) Свободну лость груши приближении натор Гельм таллатера втриваю шлак в в остранениижной орость ра ссм как рез звука в непосреде, м/с,универсальнапостоянная,ь Собственная ч 45 натора определяе и скоростью расп отходящих газах. определена из урстота такого рез я газоваяДж/(Моль.К)отходящих азмерами ия звука его остране- температура газов, К, - доля содержа отходящих га- доля содержа отходящих гаможет быт Частовня Х ия СОах,ия СО ах,Ср,С, Ср дельнь оответствен зобарные и ственных колеб ого оюъема раб анства конрерчастота с гд охорныевуокиси и Дж/кг.К молекуля нии свободнчего простртера, Гц,сечение горловиныте.ра, м2 теплоемкостиокиси углеродсоответствен онв ки кис е веса дверода. давления, в зависимости от частотыисточника волн определяется по форгде 2 - измеряемое значение частотыозвуковых колебаний, Гц,- частота звуковых колебанийоисточника (резонанснаячастота свободного объемарабочего пространства), Гц,Дс - скорость движения газов вгазоотводящем тракте, м/с,с - скорость распространениязвука в неподвижной среде, м/с.Скорость движения газов по газо- отводящему тракту определяется по зависимости где 1/ог - РасхоД отхоДЯЩих газов,25м з/с,Всю - площадь поперечного сечениягазоотводящего тракта, мЭЮ - скорость движения газов погазоотводящему тракту в 30месте установки датчиказвукового давления, м/с.Скорость распространения звука вконвертерных газах, находящихся всостоянии покоя, определяется по зависимости Расход отходящих газов определяется по зависимости оконцентрация азота в воздухе, %,концентрация азота в дутье,%концентрация азота в отходящих газах, %,концентрация аргона ввоздухе, %,концентрация аргона вдутье, %,концентрация аргона в отходящих газах, %,расход дутья, м/с,расход отходящих газов,м /с. Подставив уравнения (4) и (2), получим зависимость для определения скорости движения газов в газоотводящем трркт 4 еА И-И А ЧдДС (5)В 9 ГА М -БА Б сМ Значение частоты звуковых колебаний источника (резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера) определим из уровня (1)(9 высоты от уров металла верхне свобо объе де пс оо г - Высот рабоч ксиве 8 ск - площа чения тера, точки положения фу о пространера, м,поперечноолости конг мы, м,высота о горловины до верхнейжения фурмы,о с ерконверте очки пол,(-,зна 17) нии изнвертер износа кладзменяются ободноготва конвернению коэф(17), поэ 1) и (10), получим пределения текущей го объема рабочего Подставив уравнение для рысоты свобод пространства размерь го простран водит к изм зависимости нверте 2 СВобо 8 45преУровень шлделим по зави ка в кон ер Н О нь шлак ера, м ного о транст ред на где Некущ анне уров онвер свобо бъем сот его прортера пИ М2) и (1сф рабоч конве о плавк вив (1 3),полу Ч - свободный объем рабочегоространства конвертора, мг,с - скорость распространениязвука в отходящих газах,у- м/с,6=рХ - эффектная длина горловиныконвертера, м,г - радиус горловины конвертера,М е Из уровня (7) найдем свобообъем рабочего пространства ктера Свободный объем рабочего пространства конвертера можно представить в виде цилиндра, тогда имеем: Подставив уравнения (9ешив относительно МсдЯ8 Подставив (5) в (6), а затем (14), получим зависимость для определения текущего уровня шлака в кислородном конвертере С Над Сб.ао " Ва Я Д-Л Высоту свободного объемаостранства конвертера Нс 8.одределяют во время тарировкния фурмы перед началом смедующей зависимости Подставив (16) в зависимости (1после упрощения, получим В ходе комки футеровки геометрическ объема рабоч тера, что при фициента К в тому в случае щ - расчетное значение уровня шлака в ванне конвертера в момент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию, м, - значение высоты фурьмы над уровнем спокойного металла в момент вхождени среза сопел фурмы в шлако металлическую эмульсию, м " постоянная величина, необ ходима коррекция коэффициента К.1089141 Решив уровнение (17) относительно коэффициента К, подставив вместо расчетного значения уровня шлака высоту Фурмы, получим: (н.н-н;)ЯУ(- ) 19 К рованноеходу комя из уравК-, еаюи(йш И,р/( Я ЕСЛи /Нш симость (20) получим зав ровня Шлакатавив зав ость (17) едепения остьынне зависи для оп конвер ера СВ общем случае скоррект значение коэффициента К по пании конвертера определит нения ких размеров свободного объема рабочего пространства конвертора из-заизноса футеровки.Корректировка коэффициента Котплавки к плавке осуществляетсяпосредством сравнения фактическогоуровня шлака в ванне конвертера срасчетным значением уровня шлака вмомент вхождения среза сопел кисло 1 О родной фурмы в шлакометаллическуюэмульсию.Учет изменения частоты звуковыхколебаний по эффекту Допплера, атакже учет влияния износа футеровки О) 15 по ходу компании, позволяет повыситьточность и надежность контроля уровня шлака в конвертере,Экономический эффект для предлагаемого с учетом дополнительныхО капитальных затрат составит117866 руб.и Н Таким образом, уровень шлака в ванне конвертера определяется по зависимости (21), причем при переходе из режима открытой струи в ре жим заглубленной струи корректиру 1ется значение коэффициента К, учитывающего изменение геометричес