способ определения параметров засыпи шихты в доменной печи

Формула изобретения

Способ определения параметров засыпи шихты в доменной печи, включающий определение профиля засыпи путем периодического обзора радиолокационным профилемером поверхности засыпи, отличающийся тем, что дополнительно определяют текущее значение коэффициента отражения радиосигнала, вычисляют текущее значение угла падения радиолуча на поверхность засыпи, сравнивают указанные текущие значения с предварительно вычисленными значениями коэффициентов отражения для различных материалов под различными углами падения радиолуча и по равенству текущего и вычисленного коэффициентов отражения определяют вид материала в любой зоне поверхности засыпи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству чугуна и совершенствует контроль поведения шихтовых материалов в доменной печи.

Для обеспечения нормального хода доменной печи и его регулирования постоянно необходимы сведения о профиле засыпи шихты, в том числе о размерах границ залегания слоев шихтовых материалов различного рода по сечению колошника, о распределении рудных нагрузок и скоростей схода шихты по радиусу колошника.

Известен способ определения одного из основных параметров засыпи шихты в доменной печи, а именно профиля засыпи [1] включающий ввод в доменную печь рентгеновского излучения, измерение времени между моментами излучения и регистрации отраженных от облучающего участка поверхности квантов посредством слежения за максимумом сигнала, соответствующим кратчайшему расстоянию, которое проходят кванты от измерителя до контролируемой поверхности и обратно.

Недостатком способа является наличие радиоактивного источника излучения, высокая погрешность измерения, а также невозможность определения с его помощью вида материала.

Наиболее близким к предлагаемому способу по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является известный способ определения параметров засыпи шихты в доменной печи [2] включающий определение профиля засыпи путем периодического обзора радиолокационным профилемером поверхности засыпи шихты.

Способ осуществляется следующим образом. Через равные промежутки времени в доменную печь с помощью радиолокационного профилемера направляют периодически радиоволны СВЧ-диапазона. По отраженному от поверхности шихты радиосигналу определяют расстояние на границах каждого периода.

Недостатком известного способа определения профиля засыпи шихты в доменной печи является то, что он не позволяет определять вид материала, а следовательно, различать составные компоненты доменной шихты, так как предполагает только определение профиля засыпи шихты. Сведения о качественном распределении компонентов шихты на колошнике печи позволяют оценивать и регулировать распределение газового потока, которое в конечном счете определяет ход доменной печи.

Задачей, которую решает изобретение, является возможность осуществления контроля и управления распределением составных компонентов шихтовых материалов на колошнике доменной печи с учетом определения вида компонента шихты.

Заявляемый способ включает определение профиля засыпи шихты путем периодического обзора радиолокационным профилемером поверхности засыпи, дополнительное определение текущего значения коэффициента отражения радиосигнала, вычисление текущего значения угла падения радиолуча на поверхность засыпи, сравнение указанных текущих значений с предварительно вычисленными значениями коэффициентов отражения для различных материалов под различными углами падения радиолуча и в момент их равенства определение вида материала в любой зоне поверхности засыпи.

Сравнение заявляемого способа с прототипом позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "новизна". А сравнительный анализ с известными техническими решениями позволяет сделать вывод о соответствии его критерию "изобретательский уровень".

Предложенный способ осуществляют следующим образом. После загрузки шихты в доменную печь начинают перемещать радиолокационный профилемер. Возможны несколько вариантов перемещения профилемера, а именно горизонтальное его движение вдоль радиуса печи, сканирование поверхности вдоль радиуса печи путем поворота профилемера вокруг неподвижной оси, сканирование поверхности засыпи шихты по периметру колошника. По поступающим периодически через равные промежутки времени от профилемера радиосигналам определяют расстояние до поверхности засыпи шихты. Одновременно с определением расстояния фиксируют амплитуду отраженного от поверхности засыпи шихты радиосигнала и по величине этой амплитуды вычисляют текущее значение коэффициента отражения поверхности материала согласно формуле



где A₁ амплитуда отраженного сигнала;

A_эт. амплитуда сигнала, отраженного от эталонной поверхности;

R_эт. коэффициент отражения эталонной поверхности с известным расчетным его значением.

Затем в случае горизонтального перемещения радиолокационного профилемера на каждом периоде измерений вычисляют разность между значениями расстояний до поверхности засыпи шихты в точках, соответствующих границам периода. По отношению величины этой разности к величине периода определяют угол падения радиосигнала на поверхность засыпи шихты.

В случае же поворотного движения профилемера вокруг неподвижной оси угол падения радиосигнала на поверхность засыпи шихты вычисляют исходя из геометрических соотношений (фиг. 1) согласно выражению



где S_n и S_m значения расстояния до поверхности шихты соответственно в левой и правой границах периода;



угловое отключение профилемера от правой границы предыдущего периода.

Затем в каждом периоде полученное текущее значение коэффициента сравнивают с предварительно вычисленными (заданными) коэффициентами отражения при том же угле падения радиолуча на поверхность каждого из составных компонентов шихты в отдельности и в момент равенства этих двух значений устанавливают компонент шихты, которому соответствует вычисленный коэффициент отражения.

Значения заданных коэффициентов отражения получены следующим образом. Первоначально составные компоненты доменной шихты агломерат, окатыши и кокс поочередно подвергали электромагнитному воздействию СВЧ-радиоволн при различных углах наклона поверхности засыпи этих материалов. На основании фиксируемой амплитуды отраженных от поверхности материала сигналов согласно формуле (1) были подсчитаны коэффициенты отражения. В качестве эталонной поверхности использовалась бетонная поверхность, расчетный коэффициент отражения которой составляет 0,32. По дискретным значениям полученных коэффициентов на основе интерполяции построены зависимости их изменений от углов наклона поверхности исследуемых материалов, представленные на фиг. 2 (I кокс; II окатыши; III агломерат). Угол падения радиолуча на поверхность засыпи материалов v отложен по оси абсцисс, а по оси ординат отложены значения коэффициентов отражения. Как показал ряд исследований, из-за возможного наложения на основной сигнал помех допустимы отклонения коэффициентов отражения различных материалов от их принятых в качестве эталонных значений. Так, для кокса, агломерата и окатышей эта величина составляет 0,005. Полученные значения коэффициентов отражения при различных углах наклона поверхности засыпи материалов с учетом их допустимых отклонений могут быть использованы в качестве заданных, характеризующих конкретный вид материала при определенном угле падения радиолуча.

После измерения профиля засыпи шихты профилемер из центра печи возвращается в исходное положение к стенке печи со скоростью, превышающей скорость его измерительного прохода. При обратном ходе замеры расстояния не производят. По мере опускания шихты вдоль цилиндрической части печи профилемер совершает два или более измерительных прохода. Это позволяет получать профиль поверхности засыпи шихты в любой момент ее нахождения в колошниковой части печи. По разности координат кривых, описывающих профили засыпи шихты на различных уровнях колошника, определяют величину скорости схода шихты. Кроме того, сканирование поверхности шихты может осуществляться не только вдоль радиуса печи, а и по сложному закону, позволяющему оценить окружное распределение шихты на колошнике. Таким образом, помимо определения профиля засыпи шихты на колошнике доменной печи, а также величины скорости схода шихты, заявляемый способ позволяет определять вид компонента шихты, что сделает возможным осуществить контроль и управление распределением составных компонентов шихты на колошнике доменной печи.

Опробование заявляемого способа было проведено на стендовой установке колошника доменной печи N 3 НПО "Тулачермет". На фиг. 3 представлено схематическое изображение установки, включающей выложенный сектор профиля засыпи шихты радиусом 3,5 м (равным радиусу доменной печи) и радиолокационный профилемер, находящийся на высоте 3 м от горизонтальной поверхности и имеющий возможность горизонтального перемещения вдоль этого сектора.

Опробование способа было начато с положения, когда профилемер находился в начале криволинейного профиля, т.е. угол v составлял 90^o. Измеренное при этом положении значение расстояния до поверхности шихты составило 2,3 м, а зафиксированная амплитуда отраженного сигнала 0,256. После подстановки этого значения амплитуды в формулу определения коэффициента отражения было найдено значение коэффициента отражения, которое составило 0,320,256² 0,021. Затем полученное значение коэффициента было сопоставлено поочередно с заданными значениями коэффициентов отражения при v 90^o, в результате чего установлено, что для окатышей значения определенного и заданного коэффициентов отражения с учетом допустимых отклонений достигают равенств. Далее, профилемер был смещен на величину 200 нм, которая была принята в качестве периода измерений. Вначале было определено расстояние до поверхности засыпи шихты в этом положении, которое составило 2,335 м. Затем была вычислена разность значений расстояний на границах периода, которая составила 2,335 - 2,3 0,335, и по величине тангенса 0,335/0,2 0,1763 определено текущее значение угла падения радиолуча на поверхность шихты, составивший 80^o. Одновременно с этим была зафиксирована амплитуда отраженного сигнала, составившая 0,61, а определенное по ней значение коэффициента отражения 0,320,61² 0,12. В результате сравнения этого значения коэффициента отражения с заданными значениями коэффициентов при угле "фи" 80^o установлено, что под профилемером в данном положении лоцирования находился кокс. Далее, в следующий момент профилемер переместили в горизонтальном направлении на расстояние 200 мм и произвели следующий замер расстояния до поверхности шихты, которое составило 2,505 м. Затем, по величине тангенса 0,17/0,2 0,8391 определен текущий угол падения радиолуча, составивший 50. Зафиксированная амплитуда отраженного сигнала составила 0,39, а определенное значение коэффициента отражения 0,320,39² 0,049. После сопоставления этого значения с заданными значениями коэффициентов отражения при угле падения радиолуча, равном 50, установлено, что находящимся в данном сечении исходным материалом является агломерат.

Далее, профилемер смещали вдоль профиля и определяли в каждом сечении криволинейного профиля вид находящегося материала. В связи с этим предлагаемый способ позволяет определять вид компонента шихтовых материалов, что в свою очередь позволит осуществить контроль и управление распределением шихтовых материалов на колошнике доменной печи и, следовательно, решить поставленную задачу.