СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ МАГНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИК ГАРНИСАЖА В РЕАКТОРЕ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТИТАНА
MAGNESIUM LEVEL AND SKULL CHARACTERISTICS IN THE TITANIUM REDUCTION REACTOR DETERMINING METHOD

Изобретение относится к способам измерения уровня расплавленного металла и может быть использовано в системах управления технологическими процессами в металлургической промышленности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения уровня магния в реакторе восстановления титана, основанный на измерениях в расположенных вокруг реактора приемных катушках ЭДС, наводимых электромагнитным полем от возбуждающих обмоток, расположенных вокруг реторты (Смотри патент RU №2287782, опубл. 20.11.2006)
Недостатком его является низкая точность определения уровня металла при образовании в реакторе гарнисажа и невозможность определения характеристик гарнисажа.
Технической задачей предлагаемого способа является повышение точности определения уровня расплавленного металла и расширение возможностей способа.
Для этого предлагается способ определения уровня магния и характеристик гарнисажа в реакторе восстановления титана, основанный на измерениях в расположенной над реактором приемной катушке ЭДС, наводимых электромагнитным полем от набора возбуждающих обмоток, расположенных вокруг реторты, причем сначала путем численного решения уравнений электродинамики создают эталонную базу расчетных значений ЭДС в приемной катушке при разных заданных уровнях расплавленного магния, разных заданных положениях и размерах титанового гарнисажа при заданном наборе частот питающего тока в диапазоне 1-50 Гц, а затем в процессе восстановления титана при этом же наборе параметров тока в катушках возбуждения измеряют значения ЭДС в приемной катушке, которые сравнивают с эталонными и определяют методом наименьшего квадратичного отклонения наиболее близкую эталонную и по ней судят об уровне расплавленного магния, положении и размерах титанового гарнисажа.
Отличительной особенностью предлагаемого способа является использование токов различной частоты, а также то, что сначала путем численного решения уравнений электродинамики создают эталонную базу расчетных значений ЭДС в приемной катушке при разных заданных уровнях расплавленного магния, разных заданных положениях и размерах титанового гарнисажа при заданном наборе частот питающего тока в диапазоне 1-50 Гц, а затем в процессе восстановления титана при этом же наборе параметров тока в катушках возбуждения измеряют значения ЭДС в приемной катушке, которые сравнивают с эталонными и определяют методом наименьшего квадратичного отклонения наиболее близкую эталонную и по ней судят об уровне расплавленного магния, положении и размерах титанового гарнисажа.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема установки для восстановления титана, на фиг. 2, 3, 4, 5 диаграммы значений среднеквадратичного отклонения (СКО) параметров (среднее по всем катушкам возбуждения и частотам), на фиг. 6, 7, 8, 9 диаграмма значений среднеквадратичного отклонения при использовании только амплитуды измеряемых и вычисляемых сигналов, на фиг. 10, 11, 12, 13 диаграмма значений среднеквадратичного отклонения при использовании только фазы измеряемых и вычисляемых сигналов.
Предлагаемый способ определения уровня магния и характеристик гарнисажа в реакторе восстановления титана основан на измерениях в расположенной над реактором 1 (см. фиг. 1) приемной катушке 2 ЭДС, наводимых электромагнитным полем от набора возбуждающих обмоток 3, расположенных вокруг реторты 4. В качестве обмоток возбуждения могут быть использованы обмотки нагревателя печи реактора. Приемные катушки имеют не менее 10000 витков. Сначала путем численного решения уравнений электродинамики (Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц, Электродинамика сплошных сред. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат.лит.. 1982. 621 с. ) создают эталонную базу расчетных значений ЭДС в приемной катушке 2 при разных заданных уровнях (h) поверхности расплавленного магния 5, разных заданных положениях, размерах титанового гарнисажа (Н, R) и его удельной электропроводности (σ) при заданном наборе частот питающего тока в диапазоне 1-50 Гц. Затем в процессе восстановления титана при этом же наборе параметров тока в катушках возбуждения 3 измеряют значения ЭДС в приемной катушке 2, которые сравнивают с эталонными и определяют методом наименьшего квадратичного отклонения наиболее близкую эталонную и по ней судят об уровне расплавленного магния, положении и размерах титанового гарнисажа.
Пример.
Работоспособность способа подтверждают результаты выполненного численного моделирования, приведенные на фиг. 2-13. Все расчеты выполнены для системы измерений, в которой в качестве катушек возбуждения использованы только четыре верхние обмотки нагревателей печи, на каждую из которых поочередно подается ток частотой 1 Гц, 10 Гц и 50 Гц. Измерительная катушка 2 имеет 10000 витков..
Вычисления ЭДС выполнены для 51×11×11×11=67881 комбинации искомых параметров, а именно, 51 значения уровня магния (от h=0.5 м до h=1.0 м с шагом 0.01 м), 11 положений гарнисажного кольца Н (от 0.5 м до 1.0 м с шагом 0.05 м), 11 значений радиуса гарнисажного кольца R (от 0 до 0.2 м с шагом 0.02 м) и 11 значений удельной электропроводности гарнисажа σ (от 0 до 2 МС/м с шагом 0.2МС/м). Затем, считая истинной (искомой) комбинацию параметров h=0,75 м, Н=0,75 м, R=0,1m и σ=1 МС/м, рассчитываются среднеквадратичные отклонения (СКО) ЭДС (осреднение проводится по всем катушкам возбуждения и всем частотам) между табличными данными и искомыми. На каждой фиг. 2-13 показаны несколько сотен самых малых СКО (остальные точки лежат выше верхней границы фигуры). СКО приведены в условных единицах, которые соответствуют отклонениям фазы, измеряемым в угловых градусах, и приведенным к ним относительным отклонениям амплитуды. На (фиг. 2, 6, 10), показаны СКО в зависимости от уровня магния, на (фиг. 3, 7, 11) от положения гарнисажа, на (фиг. 4, 8, 12) от его радиуса и на (фиг. 5, 9, 13) от проводимости. На всех графиках большая черная точка показывает искомое значение соответствующего параметра. Как видно, например, на фиг. 2, имеется острый минимум в значениях СКО вблизи искомого значения в 0,75 м. Это значит, что искомое значение может быть ясно выделено при сравнении с табличными значениями. Значительно менее выраженный минимум виден в зависимостях СКО от параметров гарнисажа: положения (фиг. 3), радиуса (фиг. 4) и удельной электропроводности (фиг. 5). Таким образом, предлагаемый способ позволяет оценить характеристики гарнисажа и определить уровень магния.
Результаты, представленные на фиг. 2, 3, 4, 5 получены при вычислениях СКО как для амплитуды ЭДС, так и для ее фазы, фиг. 6, 7, 8, 9 показывает аналогичные результаты, полученные при использовании только амплитуды ЭДС, а фиг. 10, 11, 12, 13 - результаты, полученные при использовании в вычислениях только фазы ЭДС. Видно, что минимумы СКО при использовании одной из характеристик ЭДС становятся менее выраженными, что говорит о снижении точности определения искомых параметров, но также допускают оценку искомых значений.