Квасов И. В. - Диссертация

Квасов Илья Викторович

специальность: Металлургия черных металлов
тема диссертации: "Разработка системы мониторинга процесса внепечной обработки металла на основе его акустических характеристик"
руководитель: кандидат технических наук Костецкий Юрий Витальевич
E-mail: karphagen@ukrtop.com

ЯК МОЖНА КОНТРОЛЮВАТИ ПРОЦЕС ПОЗАПІЧНОЇ ОБРОБКИ

Один з найбільш важливих процесів позапічної обробки – перемішування металу можна контролювати наступними способами:
- контроль за допомогою результатів, що були отримані за попередніми операціями поза пічної обробки;
- контроль на базі візуального нагляду;
- контроль за допомогою акустичних та вібраційних характеристик.
Контроль інтенсивності продувки за допомогою накопленого раніше досвіду є методом, що базується на результатах попередніх обробок металу на печі ковші аргоном. Цей метод неможливо назвати ефективним, тому що при поза пічної обробці сталі, що є дуже важливим рядом операцій неможливо допустити істотні помилки, які приведуть до „втрати”, а саме до браку виробленої сталі. Фактори, що приводять до збільшення ризику отримання сталі іншого хімічного складу збільшуються в разі неможливості нагляду за процесом, та відсутності даних про те, наскільки інтенсивно перемішування у будь-який момент операції. Цей метод також можна назвати методом математичного моделювання процесу перемішування. Найбільш розробленими є математичні моделі, що базуються на визначенні роботи ізотермічного розширення газових бульбашок у процесі їх спливу та рішенні рівняння Нав’є – Стокса. У обох випадках не ураховується фізична сутність процесу перемішування, крім того у першому використовуються емпіричні види залежностей, а у другому робиться цілий ряд припущень [Известия ВУЗов Чер. Мет., 1990 -- № 12]. Контроль на базі візуального нагляду за процесом перемішування виконується за допомогою відео - чи інфрачервоної камери, яка встановлюється під кришкою печі-ковша на період перемішування рідкого металу. Основною характеристикою за допомогою якої визначається інтенсивність перемішування є поверхня шару шлаку. Доглядаючи за поверхнею шлаку, інженер визначає ступінь перемішування, але цієї характеристики недостатньо для ефективного визначення ступеню перемішування, тому що при його визначенні інженер базується на поведінці шару шлаку, але ж він не має інформації про те, як процес відбувається усередині ковша, тому що шар шлаку може бути ледь вібруючим, але ж процес може йти ефективно, але може статися й протилежна ситуація. Контроль за допомогою вібраційних та акустичних характеристик уявляє собою систему контролю за допомогою якої, на протязі усього процесу перемішування можна оцінювати його інтенсивність. Ця система базується на виникненні вібраційних рушень стінки ковша та шумових ефектах, що мають місце при продувці рідкого металу нейтральним газом. Система контролю продувки за допомогою вібраційних та акустичних характеристик дає можливість оцінити інтенсивність продувки рідкого металу у будь-який момент операції. Ця система є більш надійною у порівнянні з системою візуального контролю та математичного моделювання. А також, що дуже важливо потребує менші грошові вкладення, ніж інші системи контролю. Базуючись на вищеназваних чинниках, для подальшого розглядання та вивчення обирається саме система контролю на базі вібраційних та акустичних характеристик.

Метод вібрації та акустичних характеристик та його використання TQM

Як вже було сказано у попередньому розділі інтенсивність продувки можна визначати за зміною вібраційних та акустичних характеристик, що утворюються при проходженні бульбашок газу аргону чи іншого інертного газу по об’єму металу. Вібраційні та акустичні характеристики процесу продувки розглядаються одночасно, тому що їх частоти знаходяться у одному діапазоні (звуковому).
- форми бульбашки при його коливанні;
- маси рідини в контейнері;
- витрат газу;
- радіусу бульбашки;
- глибини занурювання фурми;
- різних слоїв, що закривають рідину;
- поверхневого натягу рідини.
При продувці рідини газом крізь фурму, бульбашки формуються на наконечнику фурми, займають його, після цього підіймаються на поверхню рідини. Під час цього процесу, бульбашки утворюють звуки. Звук утворюється при коливанні стінки бульбашки.

Експериментальна частина.

Ціллю проведення експериментів є визначення залежності вібраційних та акустичних характеристик від:
1) інтенсивності продування;
2) поверхневого натягу рідини;
3) різних об’ємів рідини;
4) різних шарів, що покривають рідину.
Описання експериментальної установки
Установка на якої проводились експерименти має вигляд барботажної камери у вигляді ціліндру висотою 970мм, та діаметром 200мм. Ціліндр виготовлено з плексеглазу. Барботажна камера розташована на підставці розміром 400*400мм. Також у склад установки входить сопло розташоване по центру камери на її дні. Внутрішній діаметр сопла складає 4мм. Сопло з’єднується з гумовою трубкою дліною 170мм, яка приєднується до компресору (харктеристика). В якості вимірювальних датчиків виступають мікрофон GREEN WAVE, для зняття шумових характеристик при продувці рідини повітрям, та датчик акселерометричного типу в кількості двох одиниць. Мікрофон закріплюється на барботажну камеру на висоті від дна 400мм. При допомозі гумового кільця. Мікрофон виводиться на електронно-обчислювальну машину, яка має процесор 600МГц та програмне забезпечення Windows – 2000. Акселерометр закріплюється на підставці за допомогою шпильки на які він накручується. Розміщується датчик в двох напрямках : у вертикальному та горизонтальному. Сигнал з акселерометру надається на АЦП (характеристика), а після цього на ЕОМ. В якості речовини, щоб моделювала рідкий метал виступала вода, а в якості аргону виступало повітря, шлак моделювали рослинною олією.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Позапічна обробка чорних металів: Навчальний посібник / Г.М.Ковальов.- Донецьк: ДонДТУ, 1997р, 213с.

2. Внепечное рафинирование чугуна и стали / И.И.Барнацкий, В.И.Мачикин, В.С.Живченко и др.- К.:Техніка, 1979 – 168 с.

3. Рафинирование стали. К.К.Прохоренко. «Техніка», 1975, 192с.

4. Рафинирование стали продувкой порошками в печи и ковше.Смирнов Н.А., Кудрин В.А. М. :Металлургия, 1986, (Проблемы сталеплавыльного производства). 168с.

5. Инжекционная металлургия ’86:Труды конференции / Пер. с англ. Под ред. Кудрина В.А. М.:Металлургия, 1990, 400 с.

6. Измерения в промышленности Справ. Изд. В 3-х Кн. Кн.2. Способы измерения и аппаратура: Пер. с нем./ Под ред. Профоса П.- 2-е изд., перераб и доп. – М.: Металлургия, 1990, 384 с.

7. . Гидродинамика процесса перемешивания металла в ковше инертным газом / В.Б.Охотский // Известия высших учебных заведений. ЧЕРНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ. – 1990. - №12 – с.7-9.

8. Моделирование продувки металла инертным газом в ковше и вибрационные характеристики процесса перемешивания / А.Г.Величко, В.И.Баптизманский – 1993. - №12. – с.16-19.

9. Monitoring of the liquid steel in the ladle by vibration characteristics //Iron and Steel Maker. – 1998. – July. – Р. 26 – 31.

10. Xiang Feng Zang/ A study of bubble sounds emitted by injecting gas into liquid through a downward facing lance / A thesis in conformity with the requirement for the degree of doctor of philosophy in the University of Toronto/1991.