2.5 Алгоритм распознавания свищей продувочной фурмы
В процессе продувки расплава происходит заметалливание сопла фурмы, то есть намораживание своеобразной металлической диафрагмы на конце трубы с постепенно уменьшающимся отверстием по мере продолжения продувки. Заметалливание образуется и разрушается непрерывно в течение всей продувки. По мере роста заметалливания давление перед фурмой растет, так как гидравлическое сопротивление сопла увеличивается. При частичном разрушении (размывании расплавом) заметалливания давление падает. Полное разрушение заметалливания имеет место, как правило, лишь при укорочении фурмы, когда часть фурмы вместе с заметалливанием на конце отделяется от оставшейся части. При отделении части фурмы давление быстро снижается, так как укорочение фурмы при ее закрепленном положении в ковше ведет к снижению металлостатического напора. Перед отделением ковша в фурме обязательно возникают один или несколько свищей.
При частичном разрушении заметалливания либо при образовании небольших свищей газового тракта (при их зарождении) распознавание последних затруднено. Это связано с тем, что их зарождение имеет близкий по характеру отклик на кривой давления к появлению эффекта частичного разрушения заметалливания. В обоих случаях наблюдается снижение давления не ниже глобального минимума давления Рmin.
Задача распознавания зарождающихся свищей газового тракта при отсутствии стабилизатора давления может быть решена с использованием пробных воздействий по положению фурмы. При значительном снижении давления фурма приподнимается на расчетное значение Нм и анализируется дискретный аналог производной давления по величине перемещения:
Нм = Vn*t (5)
где Vn – скорость приподнимания фурмы; Vnconst;
t – время приподнимания фурмы;
Свищ располагается обязательно выше сопла фурмы. Металлостатический напор для свища Нмс оказывается меньше, чем для сопла фурмы Нмф.
Суммарное гидравлическое сопротивление газового тракта для свищей:
Rс = R1 + Rс + Rмс, (6)
где R1 – среднее гидравлическое сопротивление на участке газового тракта от места регистрации давления до свищей;
Rс – гидравлическое сопротивление свищей;
Rмс – среднее гидравлическое сопротивление столба расплава над свищами.
Суммарное гидравлическое сопротивление газового тракта для сопла:
Rс = R1 + R2+ Rф + Rмф, (7)
где R2– среднее гидравлическое сопротивление на участке газового тракта от свищей до сопла;
Rф – гидравлическое сопротивление сопла фурмы;
Rмф – гидравлическое сопротивление столба расплава над соплом.
Учитывая продолжительность пробного воздействия, можно принять во время воздействия R1, R2, Rф, Rс постоянными:
R
(8)
с = Kс + Rмс;
Rф = Kф + Rмф;
где - Kc = R1 + Rc = const;
Kф = R1 + R2 + Rф = const.
На основе выражения изменение Rф при пробном воздействии составит:
Rф = Rмф. (9)
При появлении свищей, находящихся при наложении пробного воздействия в расплаве, изменение гидравлического сопротивления R будет меньше, чем изменение гидравлического сопротивления RФ без свищей. На зависимости давления Р по времени t при наложении пробного воздействия это отражается в меньшем угле наклона (падении) прямой изменения давления Р по отношению к оси времени при наличии свищей, чем при отсутствии последних.
Чем больше свищи, тем уменьшение давления Р до наложения пробного воздействия больше. Такое же начальное падение давления Р может происходить не вследствие появления свищей, а за счет уменьшения заметалливания сопла. В этом случае давления до наложения пробного воздействия совпадут. Однако по итогам наложения пробного воздействия – анализируется угол наклона прямой давления от начальной точки Р1 до наложения воздействия до конечной точки Р2 после наложения воздействия – можно выявить причину падения давления Р.
Для этого измеренное изменение давления Р = Р1 – Р2 под влиянием поднятия фурмы за время t со скоростью Vn на величину Нм = Vn*t сравниваем с расчетным:
Ррасч = мс*g*Нм, (10)
где - мс – плотность жидкого металла в ковше;
g – ускорение свободного падения.
Для избежания ошибки анализа из-за колебания заметалливания во время наложения пробного воздействия, неточностей контрольно-измерительной и пускорегулирующей аппаратуры, случайных колебаний давления Р и прочее устанавливается некоторый порог Рпор отклонение Р относительно Ррасч. Причиной изменения давления Р, отклонившимся от Ррасч на величину Р, большую, чем Рпор, считается наличие свищей. Если же Р при наложении пробного воздействия отклоняется на величину Р, не превышающую Рпор, то считается, что свищей нет, и отклонение Р носит псевдослучайный характер. Иначе говоря, в последнем случае причиной падения давления до наложения пробного воздействия считается снижение заметалливания сопла.
Если свищи выходят над поверхностью расплава как во время нанесения, так и до него, то справедливость выводов на основе данного способа распознавания зарождающихся свищей сохраняется. Способ определения наличия свищей в этом случае также работоспособен.
Время нанесения пробного воздействия составляет несколько секунд. Поэтому рост заметалливания при одновременном росте свищей, с компенсирующими друг друга эффектами и не проявляющимися поэтому на кривой Р(t), маловероятен. Кроме того, вскоре после укорочения фурмы и, таким образом, снижения заметалливания вероятность быстрого образования свищей мала, так как с падением давления Р понижается величина механического усилия на элементы газового тракта.
Таким образом, вновь введенные операции в указанной связи с другими операциями дают возможность определить наличие свищей газового тракта при продувке расплава в ковше. Процедура определения наличия свищей запускается в действие по информации о локальном снижении давления перед фурмой. Распознавание наличие свищей осуществляется с использованием активного эксперимента путем наложения пробного сигнала на рабочие управления. В качестве информационного признака наличия свищей принят пониженный угол наклона к оси времени по отношению к рассчитываемому углу наклона, оцениваемый при известных t и Р.
С точки зрения реализации этого подхода в промышленных условиях удобно совмещать операцию активной идентификации состояния газового тракта с продувкой металла в автоматическом режиме (режим "качания" фурмы).
Проверка работоспособности алгоритма проводилась в ходе эксплуатации. При распознавании ситуации появления свищей продувочной фурмы фурма вынималась и обследовалась визуально. Алгоритм в 80% случаев правильно распознавал появление свищей.
Алгоритм распознавания свищей продувочной фурмы показан на рисунке 9.
Рисунок 9 – Алгоритм распознавания свищей продувочной фурмы
Результаты работы алгоритмов распознавания состояния фурмы приведены на рисунках 10-13.
Время продувки мин:сек
Рисунок 10(а) – Измеренные параметры продувки
Время продувки мин:сек
Рисунок 10(б) – Расчетные параметры состояния фурмы
Время продувки мин:сек
Рисунок 11(а) – Измеренные параметры продувки
Время продувки мин:сек
Рисунок 11(б) – Измеренные параметры состояния фурмы
Время продувки мин:сек
Рисунок 12(а) – Измеренные параметры продувки
Время продувки мин:сек
Рисунок 12(б) – Расчетные параметры состояния фурмы
Время продувки мин:сек
Рисунок 13(а) – Измеренные параметры продувки
Время продувки мин:сек
Рисунок 13(б) – Расчетные параметры состояния фурмы
|
