Устройство для контроля уровня шлака в конвертере

тора под роля пол третьему тому вхо лока конт инен вых к второму, ятому и ше ного блока ения фурмы,четвертому,вычислител-конструкторсзводственноговтоматикаА.ЯГуммель,кенич выходь а дуть х кон- перату 088,8)У 2289895,льство СС 5/30 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Особое проектнкое бюро Научно-проиобъединения "Чермет(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯУРОВНЯ ШЛАКА В КОНВЕРТЕРЕ, содержащее последовательно соединенные датчик звукового давления, предварительный усилитель, низкочастотныйфильтр, блок автоматического регулирования усиления и смеситель, а также гетеродин, выход которого соединен со смесителем, вычислительныйблок, анализатор состава кислородадутья, анализаторсостава отходящихконвертерных газов, датчик температуры отходящих конвентерных газов,расходомер кислорода дутья, датчикопределения момента погружения фурмыв металл, компаратор, коммутатор,блок контроля положения фурмы и регистрирующий прибор, причем последовательно соединены между собой датчик определения момента погруженияфурмы в металл, первый компаратор икоммутатор, к второму входу коммутаодсоединены соответствен нализатора .остава кисло нализатора состава отход вертерных газов, датчика темры отходящих конвертерных газов,расходомера кислорода дутья и коммутатора, а выход вычислительного блока подсоединен с входу регистрирующего прибора, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышенияточности и надежности контроля уровня шлака в конвертере, в него введены несколько измерительных каналов,каждый из которых содержит последовательно соединенные между собой частотно-избирательный усилитель, детектор, компаратор и управляемый ключ,а также элементы И, в количестве на один меньше, чем количество измерительных каналов, преобразователькод - ток, вход каждого частотно-избирательного усилителя соединен свыходом смесителя, выходы компараторов смежных измерительных каналовсоединены с входами соответствующегоэлемента И, выход которого соединенс управляющими входами управляемыхключей смежных измерительных каналов,выходы всех управляемых ключей иэлементов И соединены с входами преобразователя код-ток, выход которогосоединен с первым входом вычислительного блокаИзобретение относится к чернойметаллургии, а,именно к контролю ирегулированию Процессов кислородноконвертерной плавки, и может быть ис.пользовано для контроля уровня шлака 5в кислородно-конвертерном производстве.Целью изобретения является повышение точности и надежности контроляуровня шлака в конвертере, 1 ОНа фиг. 1 представлена блок-схемаустройства, на фиг. 2 - частотныехарактеристики частотно-избирательныхусилителей; на Фиг. 3 - блок-схемавычислительного блока, на фиг, 4 - 15кривые изменения сигнала, пропорциональные уровню шлака в конверторе.Устройство (Фиг. 1) содержит датчик 1 звукового давления, предварительный усилитель 2, низкочастотный 20Фильтр 3, блок 4 автоматического регулирования усиления, смеситель 5,гетеродин 6, двадцать семь частотноизбирательных усилителей 7, двадцатьсемь детекторов 8, двадцать семь компараторов 9, двадцать шесть элементов И 10, двадцать семь управляемыхключей 11, преобразователь код-ток12, вычислительный блок 13, анализатор 14 состава кислорода дутья, ана- ЗОлизатор 15 состава отходящих конвертерных газов, датчик 16 температурыотходящих конвертерных газов расходомер 17 кислорода дутья, датчик 18определения момента погружения Фурмыв металл, первый компаратор 19, коммутатор 20, блок 21 контроля положения Фурмы, регистрирующий прибор 22,Датчик 1 звукового давления выполнен, например, телефонным капсюлемтипа ТК-Н с номинальным диапазономчастот 10-10000 Гц,Предварительный усилитель 2 представляет собой усилитель, имеющий граничные частоты усиления 4515,1700,где 1- нижняя граничная частотаусиления, Гц,5- верхняя частота усиления,Гц,Полосу пропускания низкочастотногофильтра 3 выбирают так, чтобы выделить спектр частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, при изменении уровня шлака от минимального до максимального значения. имеет полосу пропускания, определяемую по зависимостигде Гнижняя граничная частота пропускания низкочастотного фильтра, соответствующая минимальному уровню шлака в ванне конвертера, Гц; верхняя граничная частота пропускания низкочастотного Фильтра 3, соответствующая максимальному уровню шлака в ванне конвертера, Гц, полоса пропускания низкочастотного фильтра 3, Гц.Для конвертеров различной конфигурации резонансные частоты свободного объема рабочего пространства конвертера, соответствующие минимальному уровню шлака, изменяются от 15 до 28 Гц, а резонансные частоты свободного объема рабочего пространства конвертера, соответствующие заполнению полости конвертера шпаком до отметки 0,5 м от среза горловины канвер"ера, изменяются от 70 до 111 Гц При этом полоса пропускания низкочастотного фильтра 3 равнаГ - й = 96 Гц.Блок 4 автоматического регулирования усипения выполнен, например,в виде усилителя с переменным коэффициентом усиления, изменяющимся автоматически, и служит для поддержанияна:выходе блока 4 заданной величиныамплитуды акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования, Благодаря переменному коэффициенту усиления блэка 4 автоматического регулирования усиления амплитуда акустического сигнала о ходе процесса шлакообразования на выходе блока 4 автоматически поддерживается на заданномуровне без искажения спектра частот,соответствующих частоте свободногообъема рабочего пространства конвертера при изменении уровня шлака отминимапьного до максимального значения. Величина выходного сигнала блока 4 автоматического регулированияусиления поддерживается на заданномуровне независимо от изменения величины амплитуды входного сигнала, зависящей от положения кислородной Фурмы, расхода кислорода дутья, 1245597Гетеродин 6 представляет собой генератор звуковых колебаний, выходная частота которого изменяется, например, в пределах й =Г +П (2)Ргде ) = 2, 3, , М,Г; - резонансная частота полосового фильтра д-го частотно-изрательного усилителя, Гц.Частотные характеристики частотноизбирательных усилителей приведенына фиг, 2,Каждый из компараторов 9 представляет собой операционный усилитель,первый вход которого подключен к выходу соответствующего детектораавторой вход каждого операционногоусилителя - к выходу источника опорного напряжения. Количество частотно-избирательныхусилителей определяют по зависимости макс МииГ -й(3) количество частотно-избирательных усилителей;резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера в момент времени, предшествующий выбросамшлако-металлической эмульсии,Гц;резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера при минималь"ном уровне шлака в ванне конвертера, Гц. где И. -Е макс Мин Г = 450 Гц; Г = 750 Гц,где Г - нижнее значение частоты выиходного сигнала гетеродина,Г - верхнее значение частоты выходного сигнала гетеродина.Смеситель 5 осуществляет преобразование частоты выходного сигнала,получаемого на выходе блока 4 автоматического регулирования усиления,в сигнал с .промежуточной частотой.Каждый из частотно-избирательных,усилителей 7 представляет собой соединение усилителя с полосовым фильтром с высокой добротностью, напримерЯ = 40, с полосой пропускания, например, 2 Гц, причем резонансная частота полосового фильтра частотно-избирательных усилителей выбирается, исходя из следующего условия: П - полоса пропускация полосовогофильтра частотно-избирательного усилителя, Гц.Полоса пропускания полосовогофильтра .частотно-избирательного уси-,лителя определяется экспериментальным путем с целью получения минимальной погрешности контроля уровняшлака.Для большегрузных 350 т конвертеров экспериментальным путем опредемоксми н ф ПРфсоставляют 75, 21, 2 Гц соответств ецнсс;15Количество частотно-избирательныхусилителей, определенное по зависимости (3), составляет И = 27,Изменяя частоту гетеродица, настраивают так, что резонансная часто 20та полосового фильтра частотцо-избирательного усилителя 7 первого измерительного канала совпадает с разностью частоты входного сигнала гетеродица и резонансной частоты свободного объема рабочего пространства конвертера при максимально допустимом уровне шлака, а резонанснаячастота полосового Фильтра ЙИ-гочастотно-избирательного усилителясовпадает с разностью частоты входного сигнала гетеродица и резонансной частоты свободного объема рабочего пространства конвертера при минимальном уровне шлака, т,е.35 1 гет - моксн гетДатчик 18 определения момента погружения Фурмы в металл представляетсобой электрическую цепь для измере 40 ния разности потенциалов, возникающей между Фурмой и корпусом конвертера по ходу продувки, Сигнал на выходе электрической цепи между фурмойи корпусом конвертера имеет место45 только в период наличия контактафурмы со шлакометаллической эмульсией,1Вычислительный блок 13 (Фиг, 3)содержит модуль 22 нормализации, вы 5 О ходы которого соединены с бесконтактным коммутатором 23, связанным черезаналого-цифровой преобразователь 24с первым выходом процессора 25, второй вход которого соединен с выходом55 блока 26 ввода и вывода информации,выход процессора 25 связан черезбесконтактный модуль 27 кодового управления с входом преобразователякод-ток 28, а выход последнего соединен с входом регистрирующего прибора 23, Модуль 22 нормализации выполнен, например, в виде модуля нормализации А 613-2 и предназначен дляпреобразования сигналов постоянноготока в сигналы напряжения и дляФильтрации сигналов датчиков от помех нормального вида, Бесконтактныйкоммутатор 23 выполнен в виде коммутатора бесконтактного, например, типа А 612-10 и предназначен для коммутации сигналов напряжения постоянного тока для последующего преобразования с помощью аналого-цифрового преобразователя 24, например, типаА 611-19, Процессор 25 выполнен в виде, например, типа А 131 - 10 (СМП).Блок 26 ввода и вывода информации выполнен, например, в виде дисплейногомодуля типа А 544-2, Модуль 27 кодового управления бесконтактный выполнен,например, в виде модуля кодового управления бесконтактного типа. А 641-9и предназначен для приема и запоми- д 5нация двоичных сигналов, поступающихиз процессора 25, и коммутации электрических цепей постоянного тока управляемого объекта, в частности преобразователя код-ток 28, например,типа А 631-6, который предназначендля преобразования электрических кодированных сигналов в электрическийнепрерывный сигнал постоянного тока,Устройство работает следующим35образом.Цо начала плавки в вычислительныйблок 13 вводится информация о величине Н , равной высоте от уровняОБШ,спокойного металла до верхнего конеч 4 Оного положения Фурмы (при поднятойФурме), определяемой, например, вовремя тарировки Фурми. С момента начала плавки акустичес 45 кий сигнал о ходе процесса шлакообразования, воспринимаемый датчиком 1 звукового давления, усиливается при помощи предварительного усилителя 2. Усиленный сигнал проходит через низкоччтотный Фильтр 3, который выделяО ет спектр частот, сответст.вующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера при изменении уровня шлака от минимального до максимального значения. Сигнал с выхода низкочастотного фильтра 3 поступает на вход блока 4 автоматического регулирования усиления, на выходе которого получают сигнал постоянной амплитуды со спектром частот, соответствующих резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера при изменении уровня шлака от минимального до максимального значения. На смеситель 5 поступает сигнал с выхода блока 4 автоматического регулирования усиления и сигнал, выработанный гетеродином 6, Разность частот этих сигналов с выхода смесителя 5 одновременно поступает на входы частотно-избирательных усилителей 7. При совпадении частоты входного сигнала, соответствующей резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера, с резонансной частотой полосового Фильтра частотно-избирательного усилителя д-го измерительного канала на выходе 1-го частотно-избирательного усилителя появляется сигнал, который через соответствуюший детектор поступает на вход соответствующего компаратора, который через соответствующий управляемый ключ поступает на соответствующий вход преобразователя код-ток 12, на выходе которого появляется токовый сигнал, пропорциональный резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера. В случае, когда преобразованная резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера после смесителя 5 равна величине то появляется сигнал на выходе двух частотно-избирательных усилителей с полосовыми Фильтрами Й, и Г, которые поступают на вход соответствующих компараторов по ( - 1) -му и ь-му измерительным каналам (Фиг.2) .Допустим, например, что на выходе компараторов 9 смежных измерительных каналов появляются сигналы, соответствующие "1". С выхода компаратора 9 первого измерительного канала сигнал поступает на первый вход элемента И 10, общего для первого и вто- рого каналов, на вход управляемого ключа 11 первого канала, С выхода компаратора 9 второго канала сигнал поступает на второй вход элемента И 10, общего для первого и второго каналов, на первый вход элемента И 10, общего для второго и третьего каналсв и на вход управляемого ключали Н - Н (шл 1 ффициент уси,пения илителя на каждой тоте в измеряемом 1 (н Н ч.де Н- т 11 второго канала. На выходе элемента И 10, общего для первого и второго каналов, появляется сигнал, соответствующий "1", который поступает на первый управляющий вход управляемого ключа 11 первого канала и на второй управляющий вход управляемого ключа 10 второго канала, а также на второй вход преобразователя,код-ток 12, на выходе которого появляется токовый сигнал, пропорциональный резонансной частоте свободного объема рабочего пространства конвертера,Сигнал с выхода преобразователя код-ток 12 поступает на первый вход вычислительного блока 13, на второй вход поступают с выхода анализатора 14 состава кислорода дутья сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона в кислородном дутье, а на третий вход - сигналы, пропорциональные содержанию азота, аргона, двуокиси углерода в отходящих конвертерных газах с выхода анализатора 15 состава отходящих конвертерных газов, На чет,вертый и пятый входы вычислительного блока 13 поступают соответственно сигнал, пропорциональный температуре отходящих газов с выхода датчика 16 температуры отходящих газов, а также сигнал, пропорциональный расходу кислорода дутья с выхода расходомера 17 кислорода дутья.В момент вхождения среза сопел Фурмы в шлакометаллическую эмульсию через коммутатор 20 на шестой вход вычислительного блока 13 с выхода блока 21 контроля положения фурмы поступает сигнал, пропорциональный высоте от уровня спокойного металла до среза сопел фурмы.В вычислительном блоке 13 по ходу плавки осуществляется определение текущего значения уровня шлака по сле- дующей зависимости: хНш, = Носищ - Нк КС- н",) к, ( -если Н -Н 1)Я 1 55 ВА Оущее значение уровняка в ванне конвертера,измеряемое значение высотыот уровня металла до верхней точки положения фурмы,м,высота от горловины конвертера до верхней точки положения фурмы, м,коэффициент, зависящий отгеометрических размеровконвертера,расчетное значение уровняшлака в ванне конвертера вмомент вхождения среза сопел фурмы в шлакометаллическую эмульсию, м,значение высоты Фурмы надуровнем спокойного металла в момент вхождения срезасопел фурмы в шлакометалли 20 ческую эмульсию, м;Е - постоянная наперед заданнаявеличина, .Г - измеряемое значение частооты звуковых колебаний, Гц,- расход отходящих газов,,з(- скорость распространениязвука в неподвижной среде,м/с,ЗО На выходе вычислительного блока13 получают текущий уровень шпака вванне конвертера, регистрируемыйприбором 23,В устройстве весь диапазон измерений разбивается на 27 поддиапазонов (27 измерительных каналов), следовательно влияние суммарного уровняпомех по каждому из каналов уменьшается в 27 раз по сравнению с влияни 40 ем суммарного уровня помех во всем.о Таким образом, измепение величины выходного сигнала в зависимостиЮот амплитуды низкочастотной составляющей акустического сигнала о ходе45процесса шлакообразования в измеряемом диапазоне частот записываетсяв следующем виде:1245597 тавляющих акустического сигнала о ходепроцесса шлакообразования на каждой гдечастоте, соответствующей резонанснойчастоте свободногообъема рабочего пространства конвертера;резонансная частотасвободного объемарабочего пространства конвертера, Гц;величина амплитудынизкочастотных сосчастоте в измеряемомдиапазоне частот,величина амплитудынизкочастотной составляющей акустического сигнала о ходепроцесса шлакообразования, соответствующей резонанснойчастоте свободногообъема рабочего пространства конвертера,Таким образом, при низком уровне шлака в ванне конвертера в предлагаемом устройстве суммарный уровень помех в 27 раз меньше суммарного уровня помех известных устройств и сос-:1 с; А; Г;тавляет величину, равную "-ф 7,которая намного меньше величиныСР 1 А 2 , т,е. определение резонансной частоты свободного объемарабочего пространства конвертера осуществляют с минимальной погрешностью,следовательно повышается точность инадежность контроля уровня шлака вванне конвертера,При изготовлении макета устройства для контроля уровня шлака в ваннеконвертера используют Кс-фильтры срезонансными частотами 124, 127, 128,178 Гц. Полоса пропускания каждогофильтра составляет 2 Гц, Изменяя частоту выходного сигнала гетеродинаГ экспериментально устанавливают,что при Г, = 199 Гц на выходе частотно-избирательного усилителя, имеющего полосовой фильтр с резонанснойчастотой 124 Гц, наблюдается максимальный сигнал при максимальном уровне шлака, предшествующем моменту поступления выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии, а на выходе ча.стотно-избирательного усилителя, имеющего полосовой фильтр с резонанс ной частотой 178 Гц, наблюдают максимальный сигнал при минимальном уровне шлака. Таким образом, резонансная частота свободного объема рабочего пространства конвертера при минималь ном уровне шлака составляет резонансная частота свободного объема рабочегопространства конвертера при минимальном уровнешлака, Гц;:Г, - частота сигнала, вырабатываемого гетеродином, 20 Гц;1 - резонансная частота своЖбодного фильтра, Гц.Резонансная частота свободногообъема рабочего пространства конвер тера при максимальном уровне шлака,предшествующему выбросам и переливамшлакометаллической эмульсии составмокс гет з = 199 Гц178 Гц = 21 Гц30 где г , - резонансная частота свор 0 кободного объема рабочегопространства конвертера при максимальном уровнешлака, предшествующемувыбросам и переливамшлакометаллической эмульсии, Гц,Полученный на выходе устройства сигнал (фиг. 4, кривая А) позволяет определить уровень шлака в ванне конвертера наиболее близко к истинному его значению (фиг. 4, кривая о ). Полученные значения уровня шлака посредством известного устройства (фиг. 4, кривая 8 ) значительно отличаются от истинного. Техническая эффективность от использования предлагаемого устройствасостоит в том, что оно позволяет оптимально управлять процессом шлакообразования эа счет повышения точности и надежности контроля уровня шлака в ванне конвертера. Оптимальноепротекание процесса шлакообраэования 55 позволит уменьшить потери металла свыбросами и выносами, т.е. увеличитьвыход годного, 1245597.Олейник Коррект ост Редактор Н.Гун рохм хред акаэ 3961 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная Тираж 552 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений и 3035, Москва, И, Раушск