Пристрій контролю рівня ванни у конвертері

Устройство контроля уровня ванны в конвертере, содержащее измерители реакции опор фурмы в процессе продувки, положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера и расхода кислорода, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно дополнительно содержит измерители времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабо чем пространстве конвертера и давления кислорода перед фурмой, причем измерители уровня ванны в спокойном состоянии и положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера соединены между собой через первый сумматор, а блок ввода начальных условий подсоединен к первому входу второго сумматора, ко второму входу которого через измеритель времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера подсоединен измеритель температуры воды, выход первого сумматора непосредственно, а второго - через третий сумматор соединены с блоком деления, измеритель давления кислорода перед фурмой через первый блок умножения, блок извлечения корня подсоединен к первому входу второго блока умножения, ко второму входу которого подсоединен измеритель расхода кислорода, выход второго блока умножения подсоединен к третьему сумматору, к которому также подсоединен измеритель реакции опор фурмы в процессе продувки, выход блока деления подсоединен к блоку указания. Изобретение относится к области контроля и управления агрегатами черной металлургии, конкретнее к управлению кислородными конвертерами, и может быть использовано в конвертерных и других сталеплавильных цехах. Наиболее біизким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство контроля шлакообразования в конвертере (уровня металлошлакогазовой эмульсии), содержащее измерители реакции опор фурмы в процессе продувки, расстояния фурмы относительно неподвижной конструкции конвертера и расхода кислорода. Использование этого устройства приводит к погрешности, связанной с тем что не учитывается изменение массы фурмы вследствие наслоения на нее металлошлаковой эмуль С > ON О 1267G сии п процессе продувки. Кроме того, устройство не учитывает силу реактивной тяги кислорода, вытекающего из сопел фурменного наконечника. Целью изобретения является повышеиие точности контроля уровня оапны в конвертере. На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - блок-схема измерителя времени запаздывания. Измеритель 1 уровня ванны в спокойном состоянии соединен с первым сумматором 2. к второму входу которого подключен измеритель 3 положения фурмы относительно неподвижных конструкций конвертера. Блок А ввода начальных условий соединен с вторым сумматором 5, к которому, кроме того, подключен измеритель б Бремени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменепии температурного режима в рабочем пространстве конвертера, к входу киторого подключен измеритель 7 температуры воды. Измеритель 8 давления кислорода перед Фурмой через первый блокЭумножепия подключей к блоку 10 извлечения корня. Измеритель 11 реакции опор фурмы в процессе продувки через третий сумматор 12 подключен к выходу второго блока 13 умножения. Первый вход блока 13 умножения соединен с выходом блока 10 извлечения корня, а второй - с измерителем 14 расхода кислорода. Выход второго сумматора 5 соединен с входом третьего сумматора 12. Первый вход блока 15 деления соединен с выходом первого сумматора 2. Второй вход блока 15 деления с о е д и н е н с выходом т р е т ь е г о сумматора 12. Выход блока 15 деления подключен к блоку 16 умножения. 5 10 15 20 25 30 35 40 Измеритель 1 уровня оаммы в спокойном состоянии представляет собой, например, задатчик типа РЗД с выходным токовым датчиком. Показания задатчика выставляют по результатам измерения уровня 45 металла штырем, приваренным к торцу фурмы. В качестве измерителей положения фурмы относительно неподвижных конструкций •конвертера, измерителя температуры воды, измерителя давления кислорода, измерите- 50 ля расхода кислорода, блока умножения применены стандартные приборы ГСП, установленные в конвертерных цехах. Блок 4 овода начальных условий представляет собой четыре задатчика типа РЗД, Измерители 55 реакции опор фурмы представляют собой, например, датчики усилий типа ДСТБ-С-060, установленные в месте подвеса фурмы. Остальные блоки выполнены на основе блоков БВО системы АКЭСР. В измерителе 6 времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера (фиг.2) узел 17 формирования сигнала о оводе сыпучих материалов в конвертер и узел 18 формирования сигнала об изменении расхода кислорода соединены со схемой ИЛИ 19. Выход схемы ИЛИ 19 подключен к первому входу схемы И 20. которая связана с первым ключом 21. Первый ключ 21 связан с формирователем 22 импульса Дифференциатор 23, вход которого является входом блока 6, подключен к первому входу узла 2-1 сравнения, который через узел НЕ 25 подключен к второму входу схемы 11 20. К / В1 орому входу узла 24 сравнения подключен первый зааатчик 2G. Выход ключа 21 подключен к схеме сброса-запуска интегратора 27, к входу которого подключен второй задатчик 28. Выход интегратора 27 является выходом блока 6. Схема останова интегратора 27 подключена к выходу второю ключа 29, который связан с узлом 24 сравнения и формирователем 30 импульса. В качестве узлов 17 и 18 могут быть использованы контакты пускателя открытия заслонки бункера сыпучих материалов и пускателя привода заслонки, регулирующей расход кислорода. В качестве дифференциатора 23 и узла 24 сравнения могут быть использованы блоки БПД и БСГ системы АКЭСР. В качестве задатчиков 26 и 28 применены задатчики типа РЗД с выходным токовым датчиком. В качестве остальных блоков применены стандартные блоки вычислительной техники. Сила тяжести фурмы с водой компенсируется реакцией ее опор, а в процессе продувки - также архимедовой выталкивающей силой и силой реактивной тяги кислорода, вытекающего из сопел фурменного наконечника. В то же время в процессе продувки изменяется сила тяжести фурмы вследствие наслоения па ее поверхности металлошлаковой эмульсии. Измерение оремени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима о рабочем пространстве конвертера позволяет определить толщину налипшего слоя и учесть его массу в расчетах. Для учета влияния на результаты расчета силы реактивной тяги кислорода, истекающего из сопел фурменного наконечника, измеряют давление и удельный объем кислорода перед фурмой. Введение дополнительных блоков и связей между ними позволяет получить однозначное соответствие между изменением реакции опор фурмы 12676 w ~ скорость истечения кислорода из и уровнем ванны конвертера и тем самым сопла, м/с, повысить точность контроля уровня ванны в Рвых - давление кислорода в выходном конвертере сечении"сопла. Па; В процессе продувки конвертерной ванРср - давление среды, куда истекает кисны на фурму действуют сила тяжести, реак- 5 лород, Па, ция опор фурмы, сила реактивной тяги S - выходное сечение сопла, м ; истекающего из фурменного наконечника п - число сопел в фурменном наконечникислорода, архимедова сила и сила аэродинамического воздействия потока отходящеке 10 Для сопла Л аваля значение Рвых - Рср «Ю, го газа поэтому вторым слагаемым можно пренебречь. G - Fr - Fp г - Fa - F аэр (1) о, •tf где G - сила тяжести фурмы, Н; Считая, что потери на трение о стенки и FT - реакция опор фурмы, Н; 15 завихрение при истечении кислорода из соFpT - сила реактивной тяги Н; пел Лаваля можно компенсировать эффекFa - архимедова сила, Н, том неполного его расширения, для расчета величины W используем формулу для обычFasp - сила аэродинамического воздейных сопел с учетом критических параметров ствия потока отходящего газа, Н. Сила тяжести фурмы определяется со- 20 рабочего тела гласно выражению G = (гпф + т в + ти) д, (2) k-f (5) гдеуі - удельный объем кислорода при входе 25 в сопло, м /кг; где гпф - масса конструкции фурмы, кг, mB ~ масса води, заполняющей фурму, Pi - давление кислорода при входе в кг; сопло. Па; гпн - масса наслоения на наружной пок - показатель адиабаты, равный для верхности фурмы, кг; двухатомного газа 1,4, g - ускорение свободного падения, рав- 30 R - удельная газовая постоянная для ное 9,81 м/с2. кислорода, равная 260 Дж/(кг • К), Здесь Ті - температура кислорода перед соплом, К. = аі (Дт Так как измерение удельного объема и 35 давления кислорода при входе в сопло затруднено, измеряем эти параметры перед где аі - коэффициент пропорциональности, численно равный 1,2 * 10 кг/с; фурмой, выражая Ate - время запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, (6) при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера, где у - удельный объем кислорода перед на первой плавке кампании фурмы, с; фурмой, м /кг; Д г - время запаздывания изменения р - давление кислорода перед фурмой, температуры воды, охлаждающей фурму, Па; при резком изменении температурного ре- 45 аг - коэффициент. жима в рабочем пространстве конвертера, с Сила реактивной тяги вследствие истеКоэффициент аг определяют тарировчения кислорода из фурменного наконечникой фурмы при продувке в свободное про ка выражается формулой странство, принимая температуру 50 кислородного дутья равной температуре воFp т = mw + (Рвых - Рср) ды, охлаждающей фурму, с учетом соотно(4) шений (5) и (6) 1 где m = -cf;vp~ массовый расход кислоро2 k R TicB (7) 55 ( к + 1 ) Уев Рев да, кг/с; v-обьемный расход кислорода при норгде "Псе - температура кислорода перед сомальных условиях, м 3 /мин: плом, равная температуре воды, охлаждаюр - плотность кислорода при нормальщей фурму, К; ных условиях, равная 1,43 кг/м 12676 yce - удельный объем кислорода перед фурмой, измеренный при продувке в свободное пространство, м /кг; р с в -давление кислорода перед фурмой, измеренное при продувке в свободное пространство, Па. Архимедову силу определяем по формуле f (12) где р\ - плотность газошлакометаллической эмульсии перед продувкой, кг/м ; hi - уровень газошлакометаллической эмульсии перед продувкой, м. Сила аэродинамического воздействия потока отходящего газа на фурму определяется по формуле (8) Faap где рэ - плотность металлошлакогазовой эмульсии, кг/м ; d - наружный диаметр фурмы, м; Нп - глубина погружения фурмы о эмульсию, м. Учитывая, что (9) рэ ш аз/пь, Нп = Ив - h c - Нф, = (Ю) где аз - коэффициент пропорциональности, определяемый по геометрическим данным рабочего пространства конвертера в середине кампании по футеровке, кг/м ; he - уровень ванны в конвертере, отсчитываемый от внутренней поверхности днища, м; h c - уровень ванны в спокойном состоянии, м; Нф - положение фурменного наконечника относительно уровня спокойного металла, м, получим азд V hc ) (11) Значение коэффициента аз определяется по геометрическим параметрам рабочего пространства конвертера в середине кампании футеровки, Исходя из закона сохранения массы при изменении уровня ванны имеем W ? 1 Эмид = —д площадь миделевого сечения (проекция тела на плоскость, нормальную к направлению движения газа), м ; а - плотность потока отходящего газа, кг/м ; Wr - скорость движения отходящего газа, м/с; FTp = 35 ^ d Номыв fh w? (1В) FTp - сопротивление трению, Н; as - коэффициент сопротивления трению; Номыв - участок образующей фурмы, омываемый газом, м. В рассматриваемом случае дозвуко&ой области числа Маха (М), представляющие собой отношение скорости газа и скорости звука в данной среде, М « 1 . Общее сопротивление набеїающему потоку близко к нулю, поэтому F33p можно пренебречь. Решая совместно уравнения (1) - (6) и (11) получим (піф + m B + at Л т - at Д т о ) g — FT азд (14) где Рдав - сопротивление давлению, И; а$ ~ коэффициент сопротивления давлению; Нф ПЬ (13) + F тр, (10) ли' Устройство работает следующим образом. Информация об уровне ванны в спокойном состоянии (измерение проводят перед началом продувки после заливки чугуна) из измерителя 1 поступает в первый сумматор 2, куда одновременно поступает информация с измерителя 3 положения фурмы относительно неподвижных к о н с т р у к ц и й конвертера. Выходное напряжение первого 12676 сумматора 2, пропорциональное величине jrcf азд —т- (hc + Нф), поступает в блок 15 делеі ния. Величину азд — устанавливают как 5 т — масштабный коэффициентсумматора. Величина, пропорциональная массе конструкции фурмы и массе воды, заполняющей фурму, поступает из блока 4 ввода начальных условий во второй сумматор 5. Во второй сумма- 10 тор 5 также поступает информация с измерителя 6 времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве кон- 15 вертера. С блока 4 ввода начальных условий также поступает величина, пропорциональная выражению азд —д— . 20 Выходное напряжение с второго сумматора 5, пропорциональное выражению азд —д—ппфд - т в д - aig Д г + аідДт 0 поступает в третий сумматор 12 (напряжение, 25 пропорциональное величине а?д Ато , поступает из блока 4 ввода начальных условий). Коэффициенты перед параметрами устанавливают во втором сумматоре 5 как масштабные. 30 Напряжение, пропорциональное давлению кислорода перед фурмой, поступает с измерителя 8 в первый блок 9 умножения, выходное напряжение которого, пропорциональное величине аг У р. поступает в блок 35 10 извлечения корня. Выходное напряжение блока 10, пропорциональное величине Va2 у р • поступает на первый вход второго блока 13 40 ^0 умножения, на второй вход которого поступает напряжение с измерителя 14 расхода кислорода. Таким образом, с выхода второго блока 13 умножения снимается напряжение. 45 пропорциональное величине -ЕК у которое поступает в третий сумматор 12. На вход третьего сумматора 12 поступает также 50 напряжение, пропорциональное реакции опор фурмы, с измерителя 11. Выходное напряжение третьего сумматора ^.пропорциональное величине (аз —?— гпф- т ь - а і Дг+ 55 at Дтъ) g • і т - -gQ ч [J у32 у р блок 15 деления, выходное напряжение ко 10 торого, пропорциональное величине пы поступает в блок 16 умножения. Измеритель 6 времени запаздывания изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера работает следующим образом Единичный сигнал о вводе сыпучих материалов в конвертер или об изменении расхода кислорода соответственно с формирователей 17 и 18 поступает на схему ИЛИ 19. На выходе схемы ИЛИ 19 появляется единичный сигнал, поступающий на вход схемы И 20, на второй вход которой поступает единичный сигнал с узла НЕ 25 С выхода схемы И 20 поступает единичный сигнал, открывающий ключ 21. При этом с формирователя 22 поступает импульс на схему сброса-запуска интегратора 27, на вход которого поступает постоянное напряжение с задатчика 28. С измерителя 7 температуры воды выходное напряжение поступает на дифференциатор 23, выходное напряжение которого, пропорциональное скорости изменения температуры, сравнивается в узле 24 сравнения с напряжением, поступающим с задатчика 26. При превышении напряжения задатчика 26 напряжения дифференциатора 23 (т.е. при достижении температурной волной, вызванной резким изменением температурного режима в рабочем пространстве конвертера, охлаждающей воды) на выходе узла 24 сравнения появляется единичный сигнал, который включает ключ 29. При этом с формирователя 30 подается импульс в схему останова интегратора 27. На выходе интегратора 27 напряжение соответствует запаздыванию изменения температуры воды, охлаждающей фурму, при резком изменении температурного режима в рабочем пространстве конвертера. Для предотвращения сброса интегратора 27 в переходном режиме предусмотрена блокировка по цепи, узел 24 сравнения - схема НЕ 25 - схема И 20. Испытание макета, реализующего предлагаемое устройство, показало, что использование устройства контроля уровня ванны в конвертере позволяет осуществить контроль процесса с более высокой точностью (количество плавок, находящихся о заданных пределах с первой повалки, возрастает на 5%), что снижает себестоимость стали и улучшает ее количество Экономическая эффективность обеспечивается за счетповышения производительности конвертера на 1,1%, сокращения расхода огнеупорных материалов на 2%, что снижает себестоимость стали, 12 12676 11 Увеличение точности контроля уровня ванны в конвертере позволяет уменьшить 8 количество промежуточных повалок агрегата, что приводит к улучшению экологических условий. /О и 44 15 1$ 25 і 26 Упорядник Замовлення 4077 2к Техред М.Моргентал Коректор М.Куль Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 . Відкрите акціонерне товариство "Патент", м, Ужгород, вул.Гагаріна, 101