Устройство управления плавкой стали в конвертере

Устройство управления плавкой стали в конвертере

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

А, К. Яценко, С.К.Соболев, В, Н. Андрющенко, В. Д. Колесник и С.В.Водзянский

pi) Заявитель Киевский институт автоматики им,ХХУ съезда КПСС (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ IIJIABKOA CTAJIH В КОНВЕРТЕРЕ

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к конвертерному производству стали;

Известно устройство управления плавкой стали на основе непрерывного измерения ее веса, в котором применя. ются тензометрические датчики в количестве нескольких штук, установленные в опорах цапф.При загрузке конвертера фиксируетоя вес всех отдельных компонентов шихты, количество сливае- моГо шлака и металла, а в процессе плавки осуществляется непрерывная регистрация скорости изменения вееа t1l . l5

Недостатком такого устройства является установка цапфы на нескольких датчиках, например на восьми, что ухудшает равномерное приложение веса конвертера на измерительные устрой- Ю ства и точность взвешивания, а также

"усложняет соединение тензодат .юиков в измерительной схеме.

Известны также устройства для автоматического управления процессом 25 продувки в конвертере, предназначенные для определения параметров выплавляе- мой стали и состоящие из набора блоков.измерения параметров чугуна, начальных и заданных условий продув-39 ки, вычислительных блоков расчета шихты, определения содержания углерода, температуры, основности шлака и других параметров, 7акие устройства также включают исполнительные блоки управления расходом кислорода, положением фурмы и дозированием сыпучих материалов (2) .

Недостатком устройства является отсутствие блоков для предупреждения выбросов в сталеплавильной ванне и непосредственного воздействия на процесс плавки путем формирования корректирующих сигналов по расходам сыпучих материалов кислорода, положению фурмы.

Цель изобретения — предупреждение выбросов и увеличение выхода годного, Для достижения этой цели устройство управления плавкой стали в конвертере, содержащее блоки управления расходом кислорода, положением фурмы и дозированием сыпучих материалов, входы которых соединены с блоком ввода на плавку начальных и заданных условий продувки, дополнительно содер жит цифровые запоминающие устрой-, ства для вычисления по ходу плавки Ъначений температуры реакционной зоны и изменений веса расплава, причем

737467«

Логический блок состоит иэ двух элементов совпадения, триггера и и блока анализа знаков; причем выход блока анализа знаков соединен с триг- н

-" " гером, выход которого связан с двумя 2О э входами элементов совпадения, второй вход которых соединен с блоками сравнения, а вторые выходы блоков сравнения соединены с двумя«входами б«ло«йа анализа знаков, 25

Коммутатор состоит из шести бло,ков совпадения, шести блоков умножения, двух сумматоров и двух шин, причем шины подключены к одним входам блоков совпадения, а к другим входам у» этих элементов подсоединены соответственно выходы с логического блока; выходы шести блоков совпадения . через шесть блоков умножения соединены соответственно с двумя сумматорами, входящими в коммутатор, и тремя блоками управления расходом и положением фурмы.

На фиг.1 изображена блок-схема устройства управления плавкой стали в конвертере;на фиг.2 — блок-схема вычислительного устройства для формирования корректирующих воздействий, Блок-схема управления включает обьект .управления — кислородный конвертер 1 с водоохлаждаемой фурмой 2 45 дутья. Подвешенный водоохлаждаемый эьнд с0 "в«строенййм датчйком 3 темпе ратуры обеспечивает измерение температуры реакционной зоны. 1Ьмпературу реакционной зоны йэмеряют с по- 5О мощью цветовых, радиационных и других термоэлектрических пирометров.

Валы конвертера установлены в опорных радиальных подшипниках 4. В основании подшипника встроены весовые датчики — массдозы 5.

55.

Выходы датчиков 3 и 5 связанй с цифровыми запоминающими блоками

6 и 7, где хранятся соответственно текущие (n), предыдущие (n-1) и 60 (и-2) значения температуры реакцнонной зоны и скорости изменения веса расплава с учетом вероятностных характеристик обьекта-конвертера;

Блоки 6 и 7 соединейы с блоками 8 и 4>5 входы этих устройств подклк>чены соответственно к весовым магнитоаниэо- тройным дат икаму в опорных подшипниках и к датчику температуры реакционной зоны, встроенному s водоахлаждаемый зонд, а выходы - к блокам сравнения текущих и заданных значений температуры реакционной зоны и изменения веса расплава устройство также содержит логический блок Формирования корректирующих сигналов, входы которого.подключены к выходам блоков срав-. нения, а выходы через исполнительный

--" коммутатьр - к блокам управления расходом кислорода, положением фурмы и доэированием сыпучих матерйалов.

4 (О

9 сравнения заданных и вычисленных сумм значений укаэанных выше параметров а

Устройство управления плавкой включает также логический блок 10 для формирования корректирующих воздействий на основании вычисляемых по. ходу плавки значений температуры реакционной зоны и скорости изменения веса расплава, исполнительный коммутатор 11,выходы которого в зависимости от времени плавки и сформированных в логическом блоке корректирующих воздействий через ключи подключены к блоку 12 управления расходом кислорода, блоку 13 управления положением фурмы, блоку 14 управления расходом руды, извести, звестняка. Выходы блоков 12 — 14 подсоединены к соответствующим исполительным механизмам 15-17, а входы тих блоков связаны с задающим блоком

18.

В блок-схеме вычислительного устройства для Формирования корректирующлх воздействий (см.фиг.2) выходы датчика 3 и мессдоэ 5 подсоединены к аналого-цифровыМ преобразователям

АЦП„и АЦП, которые, в свою очередь, подключены через клапаны Кл л и Кл > ко входам реверсивных счетчиков ГСлр и К ., входящих в состав блоков 6 и 7. Клапаны Кл„и Кл предназначены для блокировки поступления сигналов от датчиков на определенном временном интервале при подаче флюсующих материалов в конвертер>.

В блоках 6 и 7 реверсивные счетчики имеют последовательную связь и обеспечивают путем перезаписи запоминание значений л р и Т на (Л) -ом, (n-1)-ом и (Л-2)-ом шагах управления, Соединение блоков 6 с 8 и 7 с 9 реализуется путем подключения выхОдов реверсивных счетчиков к входам сумматоров СМ< и CM > через блоки умножения на коэффициенты Фл,, з, л, ф,, Сумматоры СМ4 и СМ предназначены для суммирования значений изменений веса расплава д Р и температуры реакционной зоны Т с коэффициентами с „- d и р„. - P в текущем (Ь) -ом, (h-1) -ом, (h-2) -ом шагах.

Блоки программных заданий БП4 и

БП через регистры P„и Р имеют параллельный двоичный ввод и соединены соответственно с сумматЬрами, СМ и СМ, где осуществляется сравнение цифровых значений Р 9, Т и текущих сформированных Pð и Тр, 3Э

Р и ТЗ - статистически заданные кривые критических значений этих параМетров, когда режим плавки предрасположен.к выбросам. Такие кривые определяются путем статйстической обработки экспериментальных данных, 737467

Соединение блоков 8 и 9 сравнения с логическим блоком 10 осуществляется путем подключения выходов сумматоров СМ и СМ соответственно к первым входам элементов. совпадения

СП и СПз °

Знаковые разряды СМ< и СМ соединены со входами блока анализа знаков (БАЗ), выход которого подключен ко вторым входам СП и СП через триггер Т .

Связь логического блока 10 с исполнительным коммутатором 11 реализуется путем подключения выходов

СП и СП g к QIHHBM с„и <,, которые в зависимости оТ периода плавки обеспечивают коммутацию с коэффициентами 4 „ - корректирующих управляющих воздействий по расходу кислорода М или М, положению фурмы Н и расходу сыпучих материаловЕ .

В коммутаторе 11 шины т„ и подключены к одним входам элементов совпадения СП„-СП, К другим входам элементов СП4 -СП и СПВ, CII> подсое4 7 динены соответственно выходы логических элементов СП и СПз.

Соединение исполнительного коммутатора 11 с блоками 12, 13,14 управления. осуществляется подключением выходов элементов совпадення СП4-СП

9 со входам блоков 12, 13, 14 через блоки умножения на коэффициенты

М вЂ” Ц, Суммирование сигналов согласно алгоритмам с выходов логических цепей СП4 -ф и СЛЗ- 4>, а также

СП - 3 и СП - ф реализуется при помощи сумматоров CM и СМ4, которые подключены на входы блоков 13 и 14 управления.

В процессе плавки стали, в результате окисления примесей, образования шлакометаллической эмульсии и выделения газов, масса содержимого сталеплавильной ванны изменяется, что фиксируется массдозой-5. Одновременно изменяется температура реакционной зоны, текущие значения которой фиксируются датчиком 3. Сигналы с датчиков 3 и 5 поступают в блоки 6 и 7, где в реверсивных счетчиках запоминаются их значения в текущем fn)-ом и предыдущих

fh-1)-ом, f n-2l -ом шагах. При поступлении в конвертер флюсующих материалов на определенном временном интервале аналого-цифровое преобразование прекращается, а изменения тем- пературы реакционной зоны и веса расплава в конвертере не поступают в блоки, 6 .и 7.

В блоке 9, конкретнее в сумматоре

СМ,, запоминаемые значения изменения веса расплава с определенными весо- выми коэффициентами усредняются на, 1 временном интервале порядка несколь ких секунд т.е.

Р,-„ рИ ;n,рgn- 1, РВ-21 где Р - усредненное измене5 ние веса стали; ь Pfh) — изменение веса расплава в текущем

ii-ом шаге; постоянные весовые

10 — - .- — коэффициенты.

На этом же временном интервале в блоке 8, конкретнее в сумматоре

СМ, усредняются значения температуры реакционной зоны 5 it Р .Т1тф ) т - + Т 1- Х

Вычисленные оценки температуры реакционной эоны Тр и скорости изменения веса Р в блоках 8 и 9 сравниваются с программно заданными значениями, в результате чего попучаем отклонения оценок

; .=К (р -р, ; а=к (Т. -Z ), где Р, Т вЂ” статистически заданные значения скорости изменения веса и температуры реакционной зоны1

К,К - весовые коэффициенты.

Полученные разности:поступают по команде в логический блок 10, где при соответствующей комбинации знаков и формируются корректирующие сигналы по расходу кислорода, З5 положению фурмы, расходу сыпучих матери алов. Эти корректирующие сигналы йзменяют основные управляющие воздействия по расходу кислорода с „, извести и шпата q, положе40 нию фурмы Нр, вычисляемые в блоках

12 13, 14, Алгоритмы логического блока 10 имеют вид: на интервале с„ = 0-25% времени

45 плавки стали

f-H если . п) 0, Е.(ng>0

О еслибы,Я=О Е. тя <0

+ й, если /gnat p D, E,grij ) 0

50 0 Ln3

o,eñ÷ë gpng=o,å.Я<0, где М = 4М -"1

55 на интервале z =25-100Ъ времени

2 плавки:

1 -М,если Я< О, egnj>O

1Е О, если gfn)yO, фЯ< О

Е 1 ) + 1., если Я с О, E bing > 0

Ф ", 1 O,åñì Ф, Ы >0, Е п7 0, .я t4-g Ю вЂ”,1

6S 1. = Рэя- Pl+ % )t Разделение общего времени процесса "планки йа два интервала опреде- ляется рожлмом окисления кощеоиеитав расплйна в яталепланильееой рание

В первый периОд Г„доминирует окисление кремния и марганца, а шпак только формируется. Затем, спустя е 259 общего нремени плавки, наступает второй период, в котором обезуглероживанке жидкого металла дости гает мае<симальных се<оростей, Еслй на интервале +,е кривая изменения веса расплава йроходит ниже программно заданной кривой, то имеет место ранее появление высоких скорос- 15 тей обезуглерожинания, когда шлак еще не сформировался. 1Ькая ситуация, когда с,(п)> О, приводит к выносам. металла, заметалливанию фуреы и уменьшейию ныхода гЬдееого.

Если на этом интервале ппанкк кри- 2О ная изменения веса расплава проходит нище программно заданной, то имеет место активное накопление закиси железа РеО. В этой ситуацкк, когда е(п)< О, а оценка температуры металла ниже заданного значения ",(n) > О, создается окислительный потеяциал для бурного окисления примесей, что чревато возникновением аварийной ситуации — выносами металла с после- ЗО дующими выбросами, Поэтому прк любых отклонениях от программеео заданной кривой Г согласно алгоритму для наведения шлака добавляют порцию извести Qд(n(= N к уменьшают 35 расход кислорода с „Q l М,Е, что способствует уменьшению вероятности возникновения выносов металла ..

На втором интервале плавки, в период активного обеэуглерожинанкя ванны. 4О когда шлак, в основном„сформировался, может снова возникнуть ситуация, прк которой скорость обеэуглероживанкя быстро нарастает, т.е. начинается активное выделение отходящих газон.

В этом случае опускание фурмы на определнную высоту и снижение расхода кислорода в период активного выделения отходящих газов из ванны тормозит процесс обезуглерожинания и уменьшает нероятность появления выбросов, Поэтому прк возникйовении ситуации, когда скорость изменения веса расплава больше заданной k,pn) < О, опускают фурму на определенную высоту

Н (h) = + L и Уменьшить расход йэ кислорода g (4)

В исполнительном коммутаторе 11 s зависимости от интервала плавки с,( илк ч: корректирующие сигналы М„, М,N, L, умноженные на коэффициенты 6О поступаЕот в блоки 12, 13, 14, где вычитаются из вычисленных управляющих воздействий по расходу кислорода, положению фурми, расходу сыпучих, 65

Вычислительное устройство для форееиронания корректирующих воздействий работает следующим образом, С датчееков:4 и 5 текущие значения васа расплава и температуры реакциои= иой зови поступают на аналого-цифровые преобразователи 3ЩПее и АЦП, где образуются s число импульсов P(h) =Р(h) -Р fh-1)и T(h) . Последователь" ности импульсон Р(h) и Т(Л) проХОДЯТ ЧЕРЕЗ КЛаПаиы Кл4 И КА, КОТОрые блокируют дальнейшее поступление

1 импульсов ва определенном временном интервале подачи флюсующих материалов в конвертер. Управляющие сигналы иа включение К и Кл, подаются от блока 14 управления расходом сыпучих материалов, По ходу плавки число импульсов арfn) и T(h) поступает соответственно в реверсивные счетчики Н „, и

-EC . Затем н начале каждого следующего периода управления fh+1), (h+2)... по команде от блока управления (БУ) число импульсон иэ ЕСер и ГСет пере- з апксывается в FCzp к Й р1, а из последних соотнетстненно осуществляется перезапись в счетчики ЕСр и ECq, Таким образом, н начале каждого интервала .управления происходит обновление информации в реверсивных счетчиках, а н конце текущего кеетернала - суммирование и сумматор ах СМ < и CM

ЗапиСанные в РС4р, РС>р РС3р и

РСе, РСр., РС, значения а Р к Т н (n) „(h — 1) -,. jh-2) периодах управления перез апксываются н сумматоры с умножением на коэффициенты м„ и „ °

Блоки БП,Е и БП формируют программно эадаееные значения параметров

Гъя к Тзя которые по команде БУ постуПают в текущий период (h) в двоичном параллельном коде в регистры Р4 и Pа

Из регистров р,е и Р значения Рэ (n)è T > (ni перезаписынаются параллельчйм кодом в сумматоры СМ, и СМ>, в которых сравниваются с текущими значениями параметров плавки

Р,, и Tp.

Если разности (Ее)М О, а Е> О, то блок анализа знаков запускает триггер Т, который в свою очередь, обеспечкнает прохождение импульсов через элемент совпадения СП и СП .

Число импульсов, прошедшее через эти элементы, соответствует разностям

g р -р, и 8 = Т. -Тр, списанным из CN„è СМ .

B зависимости от интервала плавки из БУ подается управляющий импульс на шину т„, либо на шину т . Момент переключения с т„на осуществля» ется от определенного порогового значения содержания углерода в ванне, замереиного прямым методом (термозоид), 7374а7

10 либо косвенным (анализ отходящих газов).

Воли подается управляющий импульс нв шину с;„, через элементы совпадения СП„, СПв и СПэ проходят определенные йоследовательности импульсов, умноженные на соответствующие коэффициенты, % эф АМа(3 Ди т3 -тр)

В сумматоре СМ осуществляется сложение .(Р -F) + М 33- T )

В результате формируются корректирующие воздействия М и И. Аналогично при подаче управляющего импульса на т формируется число импульсов

М «g< (Рэ - Рт) и в сумматоре СМ4 сумма 1 % (Рд iРт) + 4 (139 1Р) е

Блок 18 рассчитывает задающие оптимальные управляющие воздействия по расходу кислорода, сыпучих материалов и положению фурмы и выдает их на соответствующие управляющие блоки 12, 13, 14, В свою очередь корректирующие сигналы М< или М, N Ь, поступающие в эти блоки, вычитаются из управляющих воздействиЯ, 1Ьгда последние подаются на исполнительные механизмы 15, lб, 17 в скорректированном виде, что обеспечивает снижение вероятности образования выбросов в конвертерном агрегате, Формула изобретения

1. Устройство управления плавкой стали в конвертере, содержащее исполнительные механизмы, подключенные к ним соответствующие блоки управления расходом кислорода, положением фур- @ мы и дозированием сыпучих материалов, входы которых соединены с блоком ввода на плавку начальных и заданных условий продувки,о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью предупреждения выбросов и увеличения. выхода годного, оно дополнительно содержит цифровые запоминающие устройства, весовые магнитоаназотропные датчики в опорных подшипниках, датчик темпера туре реакционной зоны в водоохлаждае- 50 мом зоидв,блоки сравнения текущих и программ о заданных значений температур1я реакционной эоны и изменения веса расплава, логический блок формирования корректирующих сигналов, исполнительный коммутатор, причем входы цифровых запоминающих устройств подключены ооответственно к весовым магнитоанизотропным датчикам и к датчику температуры реакционной зоны,а выходы — к блокам сравнения текущих и программно заданных значений температуры реакционной зоны и изменения веса расплава;входы логического блока подключены к выходам блоков сравнения, а .выходы через исполнительный коммутатор - к блокам управления расходом кислорода, расположением фурмы и доэированием сыпучих материалов.

2, Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что логический блок состоит иэ двух элементов совпадения, триггера и блока анализа знаков, причем выход блока анализа знаков соединен с триггером, выход которого связан с двумя входами элементов совпадения, второй вход которых соединен с блоками сравнения, а вторые выходы блоков сравнения соединены с двумя входами блока анализа знаков.

3. Устройство по п.l, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что коммутатор состоит из шести блоков. совпадения, шести блоков умножения, двух сумматоров и двух шин, причем шины подключены к одним входам блоков совпадения, а к другим входам этих элементов подсоединены соответственно выходы с логического блока; выходы шести блоков совпадения через шесть блоков умножения соединены соответственно с двумя сумматорами, входящими в коммутатор; и тремя блоками управления расходом кислорода, расходом сыпучих материалов и положением фурмы °

Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе.

1. "Journal of Meto1s", 1974, 2б,.

Р 7, рр,17-24.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 450834, С 21 С 5/30, 1974.

737467

Составитель Ю. Романов

Редактор Л,Веселовская Техред Я.Бирчак Корректор . Н;Стец с

3ак as 25 48/4 Тираж 608 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5

° /

Филиал ППП Патент, г,ужгород, ул. Проектная, 4