專利名稱：控制反應(yīng)容器中含水量的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及反應(yīng)容器中含水量的控制，特別涉及一種將所測得的含水量變換為電流信號進(jìn)而轉(zhuǎn)化為頻率以根據(jù)所測得的含水量實時控制向反應(yīng)容器輸入液態(tài)水的方法和裝置。
反應(yīng)容器中含水量(露點)的控制，特別在脫碳工藝過程和鋼的可控氧化工藝過程中是一個重要的因素。水蒸汽以可控的量存在時是一種有效的脫碳劑。若水蒸汽不足時，生產(chǎn)率就會下降，低于所允許的限度，而使脫碳作業(yè)成本和時間增加。若水蒸汽太多，權(quán)衡下來，結(jié)果會使生產(chǎn)過程減慢。
已經(jīng)有種種努力以控制反應(yīng)容器內(nèi)的含水量。例如，H.N.伊普森的美國專利U.S.2，815，305揭示了一種連續(xù)從反應(yīng)爐抽排氣體并測量露點的方法。若露點誤差超出允許范圍，則利用天然氣作為調(diào)節(jié)劑改變進(jìn)入反應(yīng)爐氣體成分。
F.W.比爾的美國專利U.S.3，127，289揭示了一種通過在排放氣體中維持所希望的H2/H2O平衡以控制退火爐內(nèi)氣體的脫碳鋼制造方法。當(dāng)排放的氣體的平衡維持在某個恒定比例時輸入氣體的氫含量和/或露點是不同的。
理查德M.哈姆納等人的美國專利U.S.4，909，436揭示了一種選定壓力的初始?xì)饬魍ㄟ^與其中具有收斂管道的設(shè)備相連的管道使氣體增濕的裝置。該收斂管道產(chǎn)生一個下游低壓區(qū)域。一個次級氣體的可控源與該低壓區(qū)域或操作地連接。一個露點傳感器與低氣壓區(qū)域的管道下游相連檢測混合物露點。這種露點指示是用于人工調(diào)節(jié)初始?xì)怏w的壓力和次級氣體的流量以達(dá)到所需的混合物露點。因而通過節(jié)制反應(yīng)容器溫度而人工調(diào)節(jié)露點。
控制反應(yīng)容器內(nèi)露點的這些努力有一個或多個不足。具體地說是通過向反應(yīng)容器注入水蒸氣(蒸汽)來控制露點的。因為蒸汽是氣體，可被壓縮因而控制更為困難。另外，因為蒸汽是在一單獨的容器中產(chǎn)生的，該系統(tǒng)需額外能量來產(chǎn)生該蒸汽，且需要更高的成本。
露點的人工控制也是缺點，因為它與許多應(yīng)用所希望的相比準(zhǔn)確性較低勞動強(qiáng)度較大。
因而獲得一種憑借根據(jù)從露點分析儀所接收的輸入自動地調(diào)節(jié)水流量的能力將可變量的液體水加到反應(yīng)容器中的自動方法具有顯著利益。
本發(fā)明通常涉及一種控制反應(yīng)容器中含水量(露點)的方法和裝置。本發(fā)明包括對反應(yīng)容器中水蒸氣含量的檢測。水蒸氣含量的測量結(jié)果或露點(按℃或°F測量)則變換為一電流信號。該電流信號調(diào)整為同露點預(yù)選范圍相一致，隨后轉(zhuǎn)化成一頻率再傳輸?shù)揭栽擃l率的讀數(shù)來調(diào)整向反應(yīng)容器增加液體水的設(shè)備。
以下附圖是示意本發(fā)明實施例而不是用以限定如本申請權(quán)利要求組成部分所包圍的本發(fā)明的。


圖1是控制反應(yīng)爐露點發(fā)明的一個實施例的示意圖。
參見圖1，圖示的露點控制系統(tǒng)10與一例如可以是用于鋼脫碳的退火爐的反應(yīng)容器12可操作地連接。反應(yīng)容器12必須能夠在足夠高的溫度下工作以使進(jìn)入的液體水氣化，而由露點控制系統(tǒng)10用以控制露點溫度。
露點控制系統(tǒng)10包括一測量反應(yīng)容器12含水量的設(shè)備14。反應(yīng)容器12的氣體靠泵15所產(chǎn)生的真空抽進(jìn)設(shè)備14中。
設(shè)備14可以是例如印第安納州格林伍德的恩德斯及豪澤股份有限公司制造的聚合物濕度探頭。濕度探頭14測量從反應(yīng)容器12內(nèi)部得到氣體的相對濕度并將該相對讀數(shù)轉(zhuǎn)化為一電流信號。該信號傳輸給諸如恩德斯及豪澤股份有限公司所制造的rh-plus 2200(相對濕度-正數(shù)2200)型或Hydro-Twin(雙氫)型濕度分析儀。
一合適的電流范圍例如是4-20mA可以被編程到露點分析儀16。按照本發(fā)明該輸出電流信號(例如4至20mA)可編程與所需寬度的摸擬露點間距相對應(yīng)。一以預(yù)定模擬露點間距提供輸出電流信號的這類儀器是包含聚合物濕度探頭的雙氫濕度分析儀。
例如，若希望保持露點在50至100°F溫度范圍，則露點分析儀16可以編程使50°F溫度與4mA讀數(shù)對應(yīng)而100°F上限與20mA對應(yīng)。
來自露點分析儀的電流信號接著送給一電流頻率(逆向作用)變換器18，例如是馬薩諸塞州阿克頓的液體計量儀股份有限公司制造的Liquitron。該變換器18將來自露點分析儀16的電流信號以反比關(guān)系轉(zhuǎn)化為頻率輸出。該輸出頻率信號送到一計量設(shè)備20，它按照來自變換器18的頻率輸出將液體水從水箱22經(jīng)管線24和26傳輸?shù)椒磻?yīng)容器12。
本發(fā)明這個系統(tǒng)按這樣的總體原理工作，即反應(yīng)容器12中的露點隨含水量的上升而提高時就從水箱22泵較少的水到反應(yīng)容器12，以便使露點維持在所希望的范圍內(nèi)。因而計量設(shè)備20響應(yīng)從變換器18來的較低頻率信號而以較低速率抽排。
因為來自露點分析儀16的電流信號與由濕度探頭14讀出的相對濕度讀數(shù)成正比，因而電流信號必定與頻率輸出成反比。即隨著露點提高并產(chǎn)生一相應(yīng)較高的電流信號時，輸出頻率必須降低以從水箱22產(chǎn)生較少流量的液體水送至反應(yīng)容器12。
若希望較小范圍的露點控制(例如最高與最低露點之間僅約5°F)，通常選擇靠近露點范圍上限的設(shè)定點是所希望的。
該露點控制系統(tǒng)10具有一個可選系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過采用圖形顯示和/或記錄各時間露點讀數(shù)來提供反應(yīng)容器的露點控制歷史。在圖1所示實施例中，系統(tǒng)10設(shè)有一第二濕度探頭32，該探頭也測量靠泵15所產(chǎn)生的真空而由此傳輸?shù)姆磻?yīng)容器12的含水量。第二含水量探頭32(例如馬薩諸塞州沃特敦的通用東部公司制造的Chilled Mirror(冷卻鏡))將電流信號傳輸至與露點分析儀16相同類型的第二露點分析儀34。
該露點分析儀34被編程具有某一電流范圍(例如4至20mA)。相應(yīng)的電流信號傳輸給日本的渡邊股份有限公司制造的圖譜記錄設(shè)備36，它將該電流信號轉(zhuǎn)化為各時間可讀的露點顯示。
下面提供的實施例僅用于說明，而不是用以限定如本申請權(quán)利要求組成部分所包圍的本發(fā)明。
具有1300立方英尺容積的傾倒式反應(yīng)爐點火至1400°F的初始溫度并可以在100%氮氣氣體中冷卻至830°F。該高爐加裝有電絕緣層，并且為了消除應(yīng)力和使絕緣層表面氧化(發(fā)藍(lán))而進(jìn)行熱處理操作。
該實施例所希望的露點被經(jīng)驗地選定為100°F。選擇99-101°F的模擬露點間隔以使露點分析儀獲得對反應(yīng)爐中含水量高水平的控制。4-20mA的電流信號輸出以眾所周知的方式被校準(zhǔn)為小的露點間隔，使得4mA的輸出信號對應(yīng)于99°F的露點而20mA則對應(yīng)于101°F的露點。
根據(jù)必須是傳輸給反應(yīng)爐以維持100°F露點水平的水量，選擇向反應(yīng)爐供應(yīng)液體水的泵。按照本實施例，具有從0.63至63毫升每分鐘范圍能力的泵足以提供必需的液體水是肯定的。
反應(yīng)爐在4，600標(biāo)準(zhǔn)立方英尺每小時的穩(wěn)恒氮氣流量下運行47分鐘，其結(jié)果如表1。
表權(quán)利要求
1.一種控制反應(yīng)容器中含水量的方法，其特征在于包括(a)檢測反應(yīng)容器中的水蒸氣含量；(b)將水蒸氣含量測量結(jié)果變換為與預(yù)定露點范圍對應(yīng)的電流信號；(c)將電流信號轉(zhuǎn)化為一頻率輸出信號；(d)響應(yīng)該頻率輸出信號將液體水傳輸至反應(yīng)容器。
2.如權(quán)利要求1所述的控制反應(yīng)容器中含水量的方法，其特征在于電流信號在4至20mA范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的控制反應(yīng)容器中含水量的方法，其特征在于頻率輸出信號與電流信號成反比。
4.如權(quán)利要求1所述的控制反應(yīng)容器中含水量的方法，其特征在于步驟(d)包括將頻率輸出信號送給計量泵并以與該頻率輸出信號相對應(yīng)的速率抽排液體水至反應(yīng)容器。
5.如權(quán)利要求1所述的控制反應(yīng)容器中含水量的方法，其特征在于還包括記錄反應(yīng)容器中含水量波動中的變化量。
6.如權(quán)利要求1所述的控制反應(yīng)容器中含水量的方法，其特征在于還包括建立一與預(yù)定露點范圍的上限部分相對應(yīng)的露點設(shè)定點。
7.一種控制反應(yīng)容器內(nèi)露點的裝置，其特征在于包括(a)檢測反應(yīng)容器中水蒸氣含量的裝置;(b)將反應(yīng)容器中水蒸氣含量測量結(jié)果變換為與預(yù)定露點范圍對應(yīng)的電流信號的裝置;(c)將電流信號轉(zhuǎn)化為頻率輸出信號的裝置;(d)響應(yīng)該頻率輸出信號將液體水傳輸至反應(yīng)容器的裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的控制反應(yīng)容器內(nèi)露點的裝置，其特征在于電流信號在4至20mA范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求7所述的控制反應(yīng)容器內(nèi)露點的裝置，其特征在于轉(zhuǎn)化電流信號的裝置包括產(chǎn)生一與電流信號成反比的頻率輸出信號的裝置。
10.如權(quán)利要求7所述的控制反應(yīng)容器內(nèi)露點的裝置，其特征在于還包括顯示或記錄各時刻測得的水蒸汽含量的裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的控制反應(yīng)容器內(nèi)露點的裝置，其特征在于記錄或顯示裝置包括檢測反應(yīng)容器中水蒸氣含量的第二裝置;將反應(yīng)容器中水蒸氣含量變換為電流信號的第二裝置;將電流信號轉(zhuǎn)化為水蒸氣含量顯示或記錄的裝置。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種控制反應(yīng)容器內(nèi)露點的方法和裝置，露點讀數(shù)變換為與預(yù)選露點范圍相一致的電流信號，并轉(zhuǎn)化為頻率送給調(diào)節(jié)向反應(yīng)容器加水量的設(shè)備。
文檔編號G05D22/02GK1080660SQ9310183
公開日1994年1月12日 申請日期1993年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1992年6月25日
發(fā)明者丹N·巴喬, 博丹A·威茨澤克 申請人:波克股份有限公司