Квасов И. В.-статья

Квасов Илья Викторович

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

Статья:
"Проблема моніторингу процесу позапічної обробки сталі "

Проблема моніторингу процесу позапічної обробки сталі на цей день є актуальною, як і моніторинг будь-якого іншого металургійного процесу. Процес безперервного зняття даних (як модно говорити у режимі “real time”) про то які зміни відбуваються у металургійному агрегаті на сьогодні може вирішуватися лише за допомогою так званих непрямих методів зняття інформації ( я думаю непотрібно згадувати проблеми, пов’язані з приборами, які контактують з рідким металом при температурі 1600-1900 С). Одним з базових видів обробки металу на печі ковші є продувка газом. Причому це може бути як нейтральний газ (Ar, N2,He) так і хімічно активний по відношенню до рідкого металу. Моніторинг процесу продувки на сьогодні проводиться за класичними схемами: на підставі результатів, що були отримані за попередніми операціями позапічної обробки, на базі візуального нагляду, за даними кінетичного та термодинамічного розрахунку математичних моделей.[4] У цей час на заході (США, Канада, Японія) в останні роки інтенсивно розробляється система контролю процесу продувки сталі за допомогою акустичних та вібраційних характеристик. Ця система базується на виникненні вібраційних рушень стінки ковша та шумових ефектах, що мають місце при продувці рідкого металу нейтральним газом. На сучасних металургійних заводах вище названих країн вже знаходять використання такі системи, і з їх допомогою покращують основні чинники процесу позапічної обробки металу:

- витрати інертного газу;

- загальний час обробки металу на печі-ковші;

- час усереднення по хімічному складу та температурі та інше [1].

На тлі цього на кафедрі електрометалургії сталі при ДонНТУ були проведені лабораторні опити, метою яких було визначити вплив умов продувки на частотний спектр виникаючих при цьому звукових коливань.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ОБЛАДНАННЯ

Враховуючи вищесказане у лабораторії кафедри „ЕМ та КПС” було побудовано експериментальну установку для проведення опитів, перевірки існуючою інформації та виявлення закономірностей. Установка на якої проводились експерименти має вигляд барботажної камери у вигляді циліндру висотою 970мм, та діаметром 200мм. Циліндр виготовлено з плексигласу. 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 довжиною 170мм, яка приєднується до компресору . В якості вимірювальних датчиків виступають мікрофон GREEN WAVE, для зняття шумових характеристик при продувці рідини повітрям, та датчик акселерометричного типу в кількості двох одиниць.[3] 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 шпильок 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.

МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТУ ТА ОБГОВОРЮВАННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ

Експерименти проводилися на холодної моделі. Барботажна камера заповнювалася водою в кількості 7000мг після чого встановлюється мікрофон, та акселерометри. Наступним кроком експерименту є продування рідини повітрям. Витрати повітря встановлювалися на рівні 40см3 для опитів по вивченню шуму повітря надавалося в розмірі приблизно 40см3 за 20 секунд. При підйомі через стовп рідини бульбашок повітря, утворювалися шуми, що фіксувалися при допомозі мікрофону. Спочатку були проведені опити з кількістю води в камері в розмірі 7000мг) після чого об’єм рідини збільшили до 9000мг. Після цього в новий об’єм додали 500 мг 40% спиртового розчину для вивчення поверхневого натягу рідини на вібраційні та акустичні характеристики. Після чого рідину було спущено, та набрано новий об’єм 7000мг води в який було надано 500млг олії для вивчення зміни шумових та вібраційних характеристик в залежності від шару, що вкриває рідину. Таким чином було отримано 4 звукових файла, кожний з яких ніс інформацію про зміну умов продувки. Після цього файли пройшли попередню обробку за допомогою звукоаналізуючих програм, а потім було побудовано частотні спектри кожного з них. Частотний спектр було показано у діапазоні до 1 кГц. Тому що найбільш суттєві зміни звукових частот залежно від умов продувки було зафіксовано в так званому „слуховому” діапазоні. Відразу можна помітити, що кожний з опитів має характерний пік на частоті 50 Гц – це так звана промислова частота, яка не залежить від умов продувки. Порівнюючи 1 та 2 опити можна відзначити, що спектр останнього зміщений відносно першого приблизно на 15 дБ у сторону зменшення амплітуди. На спектрі опиту 1 можна чітко побачити два піки на частоті 150 та 450 Гц, ці ж піки присутні на спектрі опиту 2, але мають менш чіткий вигляд та меншу амплітуду. Загальним для обох спектрів є зменшення амплітуди, порівнюючи низько частотний та високо частотний частини спектру. Як ми бачимо зі зміною поверхневого натягу рідини (добавлення спиртового розчину, олії) картина спектру кардинально змінюється. Спектр на всьому частотному діапазоні більш згладжений. Як що порівнювати 3 та 4 опити то відразу видно що вони мають характерний пік (до 33 дБ) на частоті 180 Гц (для опиту 3) та 200 Гц (для опиту 4). Різницю у частоті можна пов’язати з різницею в умовах опитів. Таким чином можна зробити висновок, що у залежності від умов продувки характерно змінюється частотний спектр. Для отримання залежностей типа амплітуда, частота – умови продувки зараз ведуться промислові опити на Єнакіївському металургійному заводі.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

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

2. 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.

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