Спосіб визначення технологічних параметрів засипки шихти в шахтній печі

1. Спосіб визначення технологічних параметрів засипки шихти в шахтній печі, який включає визначення рівня засипки шихти шляхом безперервного опромінення засипки шихти радіохвилями НВЧ діапазону за допомогою нерухомо встановленого радіолокаційного далекоміра, який відрізняється тим, що опромінення засипки здійснюють багаторазово за заданий інтервал часу, фіксують кожне показання далекоміра і визначають кут укосу засипки пропорційно коефіцієнту варіації вибірки цих показань. 2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що заданий інтервал часу визначають наступним співвідношенням Dкуска Tи , Vсходу 74917 (21) 2004021018 (22) 12.02.2004 (24) 15.02.2006 (46) 15.02.2006, Бюл. № 2, 2006 р. (72) Тригуб Ірина Григорівна, Кукушкін Олег Миколайович, Головко Вячеслав Ілліч, Михайловський Миколай Володимирович, Листопадов Владіслав Станіславович, Дударенко Андрій Анатолійович, Шеремет Володимир Олександрович, Радченко Вікторія Петрівна (73) НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ (56) SU, 523 297, A, публ. 30.07.1976, Бюл. 28 UA, 31 522, A, публ. 15.12.2000, Бюл. 7 UA, 32 663, A, публ. 15.02.2001, Бюл.1 UA, 43 970, A, публ. 15.01.2002, Бюл.1 RU, 2 089 617, C1, публ. 10.09.1997 Заявка RU, 2001121126, A, публ. 27.05.2003 Заявка AU, 58908/80, A, publ. 03.12.1981 DE, 3 715 726, A1, publ. 24.11.1988 GB, 2 272 593, A, publ. 18.05.1994 US, 4 463 437, publ. 31.06.1984 JP, 42 47816, A, publ. 03.09.1992 Табунщиков Р.П. Производство извести. М.: Химия, 1974, с. 57-59, 120-134 Радарная техника делает доменную печь более доступной для контроля. Griss Mans Jochen.-Steel Times.- V.219.-1991, p.612-614 Головко В.И. Определение профиля поверхности сыпучих материалов с помощью рада C2 2 (11) 1 (19) UA Vсходу - швидкість сходу шихти. 3 74917 4 сні достовірні відомості про розподіл матеріалів, Недоліком відомого способу є те, що він не наприклад, на колошнику доменної печі - неодміндозволяє визначати кут укосу поверхні засипки в на умова економічної роботи пічного агрегату. Наобласті її опромінення електромагнітною хвилею, явність інформації про рельєф у накопичувальних а, отже, контролювати зміну форми засипки, тому бункерах у ході завантаження та випуску кускових що припускає тільки визначення рівня. Наслідком матеріалів необхідно для безупинного обліку кільцього недоліку є необхідність застосування, щокості шихти, а також забезпечення максимального найменше, чотирьох радіолокаційних далекомірів використання корисного об'єму металургійної ємдля видачі адекватних керуючих впливів на заванності. Тому оперативна інформація про незначні таження сировини або вивантаження готового зміни параметрів засипки кускових шихтових мапродукту. теріалів є суттєвою для підвищення якості управВ основу винаходу поставлена задача здійсління технологічним процесом їхньої переробки. нення контролю заповнення шахтної печі з урахуДля контролю заповнення шахтної печі для ванням визначення кута укосу поверхні засипки, випалу вапняку, управління розподілом матеріалів що в остаточному підсумку забезпечить нормальу шахті та забезпечення нормального випалу карний випал карбонатної сировини та підвищить бонатної сировини необхідні оперативні відомості продуктивність печі. про параметри, що визначають форму поверхні: Задача вирішується тим, що у відомому спорівні й кутах укосу засипки шихтових матеріалів. собі визначення параметрів засипки в шахтній печі Відомий спосіб визначення параметрів засипвизначення рівня засипки шихти здійснюють шляки шихти в шахтній печі, що включає вимір рівня хом безупинного опромінення засипки шихти равапняку за допомогою автоматичного щупа або діохвилями НВЧ діапазону за допомогою нерухомо радіоактивних вимірників рівня (Табунщиков Н.П. встановленого радіолокаційного далекоміра, відПроизводство извести. - М.: Химия, 1974. - 239 с.). повідно до винахіду опромінення засипки здійсНедоліком способу є те, що застосування авнюють багаторазово за заданий інтервал часу, томатичного щупа виключає можливість безупинфіксуючи кожне показання далекоміра, і визначаного високоточного виміру рівня в шахті, а ушкоють кут укосу засипки пропорційно коефіцієнту дження радіоактивних вимірників у ході їхньої варіації вибірки цих показань, іншою відмінністю є експлуатації спричиняє радіоактивне забруднення те, що заданий інтервал часу визначається співсередовища, що становить певну біологічну небеDкуска відношенням ТИ , де Dкуска - діаметр куска зпеку для обслуговуючого персоналу. Vсхода Найбільш близьким до способу, що пропонушихтового матеріалу; Vсхода - швидкість сходу шихється, по технічній сутності і позитивному ефекту, ти. який досягається, є відомий спосіб визначення Проведений пошук за науково-технічними і папараметрів засипки шихти (Возможности испольтентними джерелами інформації й обраний з пезования микроволновых методов измерения для реліку аналогів прототип дозволили виявити навеконтроля технологических процессов в металлурдені вище ознаки в запропонованому технічному гии / Головко В.И., Кукушкин О.Н., Михайловский рішенні. Н.В. и др. // Электронная техника. Сер.1, СВЧТаким чином, запропоноване технічне рішення техника. - Москва: ЦНИИ “Электроника”, 1998. – "Спосіб визначення параметрів засипки шихти в Вып.1 (471). - С. 14-17), що включає визначення шахтній печі" задовольняє критерію винаходу "норівня шляхом безупинного опромінення засипки визна". радіохвилями надвисокочастотного (НВЧ) діапазоСпосіб, що пропонується, здійснюють таким ну за допомогою нерухомо встановленого радіочином. Після припинення завантаження чергової локаційного далекоміра. порції кускового шихтового матеріалу за заданий Сутність цього способу полягає в наступному. інтервал часу Ти здійснюють багаторазово вимір У ході завантаження, вивантаження і безпосередвідстані R, до нього радіолокаційним далекоміром, ньо при випалі вапняку поверхню засипки в шахтній печі безупинно опромінюють електромагнітною причому, тривалість кожного і-го виміру і набагахвилею радіолокаційного далекоміра в діапазоні то менше заданого інтервалу Ти, а Ти визначається частот 35-40ГГц. Радіолокаційний далекомір устаприпустимою помилкою визначення середнього новлено стаціонарно на куполі печі над отвором, рівня засипки виконаним у її футерівці, з вертикальним напрямDкуска ком випромінювання. Потужність випромінювання ТИ , (1) Vсхода не перевищує 50мВт, довжина радіохвилі становить А, = 8мм. Приймально-передавальна антена Dкуска - діаметр куска шихтового матеріалу; радіолокаційного далекоміра випромінює сигнал, Vсхода - швидкість сходу шихти. частота якого періодично змінюється за лінійним На фіг.1 представлена схема, що пояснює базаконом в діапазоні кількох сотень мегагерц. Відгаторазові виміри відстані радіолокаційним далебитий від поверхні засипки сигнал приймається й коміром, де Ти - заданий інтервал часу виміру відобробляється. Його частота порівнюється з частостані R; радіолокаційним далекоміром, т; тою сигналу, який випромінюється в даний момент тривалість кожного і-го виміру. часу. Значення різниці частот прямо пропорційно Оскільки між наступними вимірами за рахунок відстані до поверхні. Рівень засипки визначається сходу шихти куски на поверхні засипки пересуваяк різниця висоти шахтної печі від нульового рівня ються й повертаються, найбільш могутні відбиття до антени радіолокаційного далекоміра й зміряної радіосигналів можливі в будь-якім місці проекції ним відстані до поверхні. радіопроменя на нерівну поверхню, а саме в тім 5 74917 6 місці, де кусок повернений плоскою гранню перпесимальної Rmax j відстаней до нахиленої відносно ндикулярно до радіопроменя. радіопроменя поверхні засипки з урахуванням кута За рахунок цього відбиті сигнали при багаторозкриву приймально-передавальної антени раразових вимірах містять інформацію про відстані діолокаційного далекоміра згідно з формулами до будь-яких місць проекції радіопроменя, у тому sin( 90 j) Rmax j Rср · числі про мінімальну Rmin та максимальну Rmax (5) відстані до нахиленої поверхні засипки. sin 90 j 2 По вибірці значень відстаней за час Ти обчислюють середню відстань до нахиленої поверхні sin( 90 j) Rmin j Rср · , засипки Rep (2) та коефіцієнт варіації К-вар (3) (6) sin 90 n j 2 Ri (2) Rср i 1 , де Rcp - середня відстань до нахиленої поверn хні, 50 , j=1÷26), 1 n j - кут укосу засипки ( j 0 · (Rср Ri )2 (3) n 1i 1 - кут розкриву приймально-передавальної Kвар Rср антени радіолокаційного далекоміра, 4 . На фіг. 2 представлена схема для розрахунку де n - кількість вимірів за час Ти. мінімальної Rmax j та максимальної Rmin j відстаней Кут укосу засипки (Хотк» пропорційний коефідо нахиленої поверхні засипки, де 1 - радіолокацієнту варіації Квар, визначають згідно з формулою ційний далекомір. Rсp - середня відстань, j - кут Kвар В (4) , отк укосу засипки, - кут розкриву приймальноА Коефіцієнти А й В у співвідношенні (4) визнапередавальної антени радіолокаційного далекомічають у такий спосіб. Для середньої відстані до ра. нахиленої поверхні засипки Rep та можливих кутів У таблиці 1 подано позначення Rmax j і Rmin j, які укосу вапняку в шахтній печі у діапазоні від 0° до відповідають середній відстані до нахиленої пове50° (Монастырев А.В., Александров А.В. Печи для рхні засипки Rсp й обраному куту укосу j . производства извести. Справочник. - М.: Металлургия, 1979. - 232 с.) дискретно через 2° здійснюють геометричний розрахунок мінімальної Rmin j та макТаблиця 1 j Rcp, м , град 1 2 ... 26 Далі, за нормальним законом розподілу відстаней, що мають бути у відбитому від поверхні засипки радіосигналі (Радиолокационные методы исследования Земли / Ю.А.Мельник, С.Г.Зубкович, В.Д.Степаненко и др. / Под ред. Ю.А.Мельника. М.: Советское радио, 1980. - 264 с.), з урахуванням середньої відстані Rcp, утворюють j розподілів відстаней в інтервалах (Rmin j; Rmax j) У залежності від можливих кутів укосу засипки j . Для кожного з j розподілів відстаней обчислюють коефіцієнт варіації Kвap j й одержують формулу (4) Kвар В , коефіцієнти А та В якої визначаотк А ють за методом найменших квадратів (Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления для втузов. Том 1. - М.: Наука, 1968. - 552 с.). Сутність винаходу, що заявляється, не слідує явним чином з відомого рівня техніки. Сукупність ознак, що характеризують відоме рішення, не забезпечує досягнення нових якостей і тільки наявність перелічених відмінних ознак дає змогу отримати нові якості, новий, найбільш високий технічний результат. Таким чином, запропонова j град 0 2 ... 50 Rmax j Rmin j Rmax 1 Rmax 2 ... Rmax 26 Rmin 1 Rmin 2 ... Rmin 26 ний матеріал відповідає критерію «винахідницький рівень». Випробування способу, що заявляється, було проведено на шахтній печі №6 ВАТ "Металургійний завод ім. Петровського" у ході промислової перевірки радіолокаційного далекоміра. Випробування способу було почато в перерві перед черговим циклом завантаження вапнякового каменю у піч. Цикл завантаження складається з чотирьох послідовних подач тривалістю від 7 до 12 хвилин із перервами до 6 хв. Опромінення засипки шихти радіохвилями радіолокаційного далекоміра здійснювали уздовж вертикальної вісі на відстані 0,98 м від центра печі. Початкова відстань до поверхні засипки шихти становила 4,7 м. Для визначення початкового кута укосу опромінення поверхні засипки та фіксацію показань радіолокаційного далекоміра здійснювали багаторазово протягом 50 сек. Середня відстань Rсp по вибірці становила 4,75 м; коефіцієнт варіації Квар=0,042; початковий кут укосу поверхні засипки 20 . отк Подальше багаторазове опромінення поверхні засипки, фіксацію показань радіолокаційного да 7 74917 8 лекоміра й визначення кута укосу засипки здійсньої відстані Rсp по вибірках й кутів укосу ао,пк нювали в перервах після закінчення першої - І, після завершення кожної з чотирьох подач преддругої - II, третьої - ПІ та четвертої - IV подач цикставлені у таблиці 2. лу завантаження. Результати визначення середТаблиця 2 № подачі циклу завантаження І ІІ ІІІ IV Середня відстань Rср, м Коефіцієнт варіації Квар 4,63 4,14 3,47 3,19 0,061 0,077 0,078 0,084 З метою порівняння визначених кутів укосу з фактичними отк ф в області радіолокацій отк ного опромінення поверхні засипки були здійснені контрольні виміри механічними засобами. Перед початком і наприкінці циклу завантаження через отвір, виконаний на куполі шахтної печі, на відстані, що дорівнює діаметру отвору, паралельно опускали два щупи. Тангенс фактичного кута укосу засипки отк ф дорівнює відношенню різниці відстаней до поверхні засипки, що зміряні щупами, до діаметра отвору. Перед початком циклу завантаження наприкінці циклу завантаження отк ф =21,3°, отк ф =37,5°. Таким чином, розмір погрішності визначення кутів укосу поверхні засипки отк У порівнянні з фактичними отк в області радіолокаційного опромінення коливається в межах 2°÷4°, що є припустимою згідно (Поверхность засыпи шихты и ее связь с параметрами доменной плавки / Бадин С.А., Бузоверя М.Т., Воронин Г.Ю., Шулико Комп’ютерна верстка M. Клюкін Кут укосу отк , град 24,5 30,4 32,2 38,7 С.Т. // Сб. науч. трудов НАНУ ИЧМ им. З.И.Некрасова: Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии. - Киев: Наукова думка, 1995. - С.77-85). Таким чином, у ході зазначених вимірів та дій підтверджена можливість оперативного визначення кута укосу засипки шихтових матеріалів за інформацією від радіолокаційного далекоміра надвисокого діапазону частот. З позитивних результатів випробування слідує, що спосіб, який пропонується, дозволяє здійснювати контроль заповнення шахтної печі з урахуванням оперативного визначення кута укосу поверхні засипки і, отже, вирішити поставлену задачу. Випробування, які були проведені на шахтній печі №6 ВАТ "Металургійний завод ім. Петровського" дозволяють зробити висновок про можливість широкого застосування способу, що заявляється, у промислових умовах. Отже, спосіб, який заявляється, відповідає критерію "промислова придатність". Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601