Способ управления режимом шлакообразования в ванне конвертера и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< > 870441 (б1) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл.з (22) Заявлено 2309.77 (21) 2526807/22-02 с присоединением заявки Йо — 2534279/02 (23) Приоритет

Опубликовано 0710.81. Бюллетень Hо 37

Дата опубликования описания 071081

С 21 С 5/30

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и откр ыти и (53) УДК 6 21. 745. 3 (088.8) k (72) Авторы изобретения

В.С.Богушевский, Н.А.Сорокин, С.К.Соболев и В.M.Ãëóõoâñêàÿ

Киевский институт автоматики им. XXV съезда RCC-----. (71) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ШЛАКООБРАЗОВАНИЯ

В ВАННЕ КОНВЕРТЕРА И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области автоматизации кислородно-конвертерных процессов.

Известен способ управления режимом шлакообразования и устройство для его реализации, которое регулирует расход кислорода, подачу шлакообразующих Материалов и положение фурмы по статическим расчетам плавки 111. Устрэйство не обеспечивает требуемой точности.

Наиболее близким к данному решению технической задачи является способ и устройство управления режимом шлакообразования в ванне конвертера по акустической характеристике продувки j2 ).

При выполнении способа измеряют положение фурмы относительно уровня спокойной ванны, расход кислорода и шлакообраэующих материалов и используют информацию о положении фурмы относительно уровня спокойной ванны, расходе кислорода, температурном перепаде охлаждающей воды на фурме.

Устройство, осуществляющее такой способ, содержит регулятх>ры расхода кислорода, положения фурмы относительно уровня спокойной ванны и ввода шлайообраэующих материалов, соответствующие исполнительные механизмы и датчики, а также интегратор и блок ввода начальных условий.

Недостатком известного способа и устройства управления режимом шлакообразования является невысокая точность управления из-за малой достоверности получаемой информации о процессе шлакообразования.

Цель изобретения — повышение точности управления.

Цель достигается тем, что при выполнении способа управления режимом шлакообразования в ванне конвертера путем изменения положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, расхода кислорода и ввода шлакообраэующих материалов с использованием информации о положении фурмы относи20 тельно уровня спокойной ванны, расходе кислорода, температурном перепаде охлаждающей воды на фурме, акустической характеристике продувки измеряют промежутки времени между резкими изменениями температурного режима в рабочем пространстве конвертера, вызванными, например, началом продувки

I и вводом алакообразующих материалов и температурного перепада охлаждаю30 щей воды на фурме, сравнивают их с

870441 начальным значением промежутка времени и осуществляют управление с использованием замеренных динамических характеристик процесса.

В устройство, содержащее регуляторы расхода кислорода, положения фурмы относительно уровня спокойной ванны и ввода шлакообразующих материалов, выходы которых соединены с ,входами соответствующих исполнительных механизмов, датчики расхода кислорода, положения фурмы относительно уровня спокойной ванны и динамической характеристики продувки, выходы которых соединены с входами соответствующих измерителей, а также датчик температурного перепада охлаждающей воды на фурме, причем выход измерителя расхода кислорода соединен с входом интегратора, который соеди- нен с блоком ввода начальных условий, а выход измерителя положения фурмы относительно уровня спокойной ванны соединен с первым входом одноименного регулятора, введены блок измерения промежутков времени, блок совпадения, анализатор уровня сигнала, переключатель режима работы, дифференциатор, корректирующий блок и блок разделения, при этом вход блока измерения промежутков времени соединен с выходами датчика температурного перепада охлаждающей воды на фурме, измерителя положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, измерителя расхода кислорода и peryлятора ввода шлакообразующих материалов, а выход — с входами блока совпадения и анализатора уровня сигнала, второй вход которого соединен с выходом измерителя акустической характеристики продувки, а выход — c входами регуляторов расхода кислорода и ввода шлакообразующих материалов и через переключатель режима работы— с входом регулятора положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, входы блока совпадения соединены с выходом интегратора и через дифференциатор — с выходом измерителя акустической характеристики продувки, а выходы — с входами регулятора ввода шлакообразующих материалов, корректирующего блока и блока разделения, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход — с входом переключателя режима работы, другия входы которого соединены с выходами блока ввода начальных условий и измерителя расхода кислорода, вход блока ввода начальных условий через корректирующий блок соединен с выходом измерителя расхода кислорода, третий вход корректирующего блока соединен с выходом интегратора, другой выход которого соь инен с входом регулятора ввода шлакообразующих,материалов.

/ или при V > 0,25Н

20 для третьего периода к ао при -50<д Н <50

K + Ьн при -50. дН или

ЬНЗ 50>, Ц или

Н = КЭ + дН при -100) дН или дн Ъ 100;

Ч1 = Ч )- К

Я 7 четвертого периода для

Н = К

3 н=кэ при V > 0,85Ч, С - 0,1;

Кя при V З О, 85V, С 0,1, 35 ! положение фурмы от-. носительно уровня спокойной ванны, мм, коэффициенты; расход кислорода, нм /мин, функция, определяемая насыпной массой лома, мм, фактическое количество кислорода, израсходованное за определенное время продувки, нм, расчетное количество кислорода на пМавку, определяемое, например, по балансовостатическому уравнению (.2, стр.26-293, нм, сигнал об акустической характеристике продувки, Ф, индексы йредыдущего и последующего значеМ ний измеряемого параметра с дискретностью, например, для условий ЕМЗ 15 с, где Н

К,,К

Е(Ч ) 50

55 (i-1), 60

Управление режимом шлакообразования в ванне конвертера осуществляют по периодам путем изменения положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, расхода кислорода и ввода шлакообразующих материалов по формулам: для первого периода н=к4 + (Ф)+К2 при V < О, 15V+, 10 для второго периода

Н = К при V > 0,15Ч (u,„- AÄ.„) < o, (д Г„- д С. ) с к,, 15

870441 начальное и текущее значение промежутков времени между резким изменением температурного режима в рабочем пространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме, с, масса плавикового шпата и извести, кг, заданное значение сосодержания углерода в стали, %; управляющее воздействие по положению фурмы относительно уровня спокойной ванны, равное

Кс> (" К ) + К ((н ) мм 2О

1О и

Измерение промежутков времени между резкими изменениями температурного режима в рабочем пространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме и 25 сопоставление их с начальным значением промежутка времени дает возможность идентифицировать через шлаковое наслоение на фурме вязкость шлака, определяющую его жидкотекучесть и ки-30 нетику процессов рафинирования ванны, что способствует повышению надежности управления, предотвращению выбросов и качественному удалению нежелательных примесей из металла. 35

Управление режимом шлакообразования в ванне конвертера включает статический расчет шлакообразующих материалов и динамическое регулирование процесса. Статический расчет включает определение массы шлакообразующих материалов, которые вводят в конвертер порциями, масса и время подачи которых определяется принятой технологией. Например, для условий

ЕМЗ известь 35-40% вводится на дно 45 конвертера, 30% после продувки 15% расчетного количества кислорода на плавку, 25-39% после продувки 30% расчетного количества кислорода, плавиковый шпат после продувки 85% 50 расчетного количества кислорода f2 ).

Динамическое регулирование процесса продувки осуществляется следую. щим образом.

Момент начала продувки определя- у ется опусканием фурмы до рабочей отметки и подачей в конвертер кислорода. Например, для 130-тонного конвертера ЕМЗ при интенсивности продувки 400 нм /мин эти величины соответственно равны 3000 мм и 300 нм /MHH

Для первого периода продувки положение фурмы относительно уровня спокойной ванны поддерживают на значении, определяемом расход кислоро- щ да насыпной массой лома и опытом предыдущих плавок.

Увеличение расхода кислорода повышает глубину реакционной зоны и ухудшает условия шлакообразования.

Уменьшение. насыпной массы лома приводит к быстрому его растворению в начальный период продувки, снижает температуру ванны и затягивает ход продувки. При переходе к второму периоду продувку по сигналу о количестве продутого кислорода Ч = 0,15V на следующую плавку устанавливают значение коэффициента К на 50 мм ниже, чем в предыдущей плавке, а при V = 0,25Н на следующую плавку устанавливают значение коэффициента

К на 50 мм выше. Значения коэффициента К и функции f (P ) зависят от садки конвертера и конструкции фурменного наконечника.- Для условий 130-тонного конвертера ЕМЗ и

4-х соплового наконечника с углом раскрытия сопел 15 К = 70, 4 мм мин О, 5 нм

f (Я ) = 200 мм в случае легковесного лома, f (Ф ) = 0 при насыпной массе лома в пределах 1, 4-1, 8 т/м и f (ф )

Э

f (Q ) = -50 мм в случае тяжеловеса.

Переход к второму периоду осуществляется в момент подачи 15% расчетного количества кислорода, если наводится жидкоподвижный шлак, о чем свидетельствует снижение уровня акустической характеристики продувки (датчик — микрофон типа МД-59, измеритель — вторичный прибор типа ПСР)

,и появление шлакового наслоения на фурме. Если жидкоподвижный шлак не наводится, то переход к второму пе-. риоду осуществляется в момент подачи

25% расчетного количества кислорода с одновременной присадкой плавиково.— го шпата. Для условий ЕМЗ К =

1100 мм, K = 30 с, K = 250 кг.

Связь между величинами шлакового наслоения на фурме и промежутков времени между резкими изменениями температурного режима в рабочем пространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме определяли по известной формуле (3 j.

Переход к третьему периоду продувки осуществляют исходя из шлакового режима ванны, если требуется изме нить положение фурмы относительно уровня спокойной ванны более чем на 50 мм. В случае, если требуется изменить этот параметр более чем на 100 мм, то одновременно с .изменением положения фурмы изменяют расход кислорода и вводят добавку извести.

Для Условий ЕМЗ: К = 50 нм /мин, К7 = 500 кг; К = 24,2 мм/%; К„, =

10%; К+ = 1,5 мм/с.

Переход к четвертому периоду продувки осуществляют в момент подачи 85% расчетного количества кислорода, причем при производстве низкоуглеродистого металла (С 0,1%) снижа870441 ют значение положения фурмы во избежание переокисления металла и шлака.

Для условий ЕМЗ Kg = 200 м.

На чертеже дана принципиальная схема устройства управления режимом шлакообразования в ванне конвертера.

Устройство содержит регулятор 1 расхода кислорода, регулятор 2 положения фурмы относйтельно уровня спокойной ванны, регулятор 3 ввода шлакообразующих материалов, исполнитель- о ный механизм 4 расхода кислорода, исполнительный механизм 5 положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, исполнительный механизм б ввода шлакцобраэующих материалов," датчик 7 расхода кислорода, датчик 8 положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, датчик 9 акустической характеристики продувки, измеритель 10 расхода кислорода, измеритель 11 положения фурмы относительно,20 уровня спокойной ванны; измеритель

12 акустической характеристики продувки, датчик 13 температурного перепада охлаждающей воды на фурме, интегратор 14 блок 15 ввода начальных условий блок 16 измерения промежутков времени, блок 17 совпадения, анализатор 18 уровня сигнала; переключатель 19 режима работы, дифференциатор 20; корректирующий блок

21, блок 22 разделения., фурму 23, кессон 24, весовой бункер 25 и конвертер 26.

Выходы датчика 7 расхода кислорода, датчика 8 положения фурмы, датчика 9 акустической характеристики продувки подключены к соответствующим измерителям 10, 11, 12, выход датчика 13 температурного перепада охлаждающей воды подключен к блоку

16 измерения промежутков времени. 40

Исполнительные механизмы 4, 6 расхода кислорода, положения фурмы и ввода шлакообраэующих материалов подсоединены к соответствующим регуляторам 1, 2, 3, входы регуляторов 1 и 3 положения фурмы и ввода шлакообраэую4их материалов соединены с выходом анализатора 18 уровня сигнала, причем второй вход регулятора 3 соединен с выходами блока 17 совпадения и интегратора 14, а выход подключен к блоку 16 измерения, первый вход регулятора 2 положения фурмы соединен с выходом переключателя 19 режима работы, а второй вход соединен с первым выходом измерителя 1) положения фурмы; второй выход измерителя 11 подключен к входу блока 16 измерения промежутков времени, соединен также с выходом измерителя

10 расхода кислорода, выходы измери-,@) теля 10 соединены с интегратором 14 и с корректирующим блоком-21, второй вход которого подключенЖ выходу блока 17 совпадения, третий вход к интегратору 14, а выход подключен к блоку 15 ввода начальных условий; входы блока 17 совпадения подключены к выходам интегратора 14, блока 16 измерения промежутков времени и дифферейциатора 20; выход измерителя

12 акустической характеристики продувки подключен к входу дифференциатора 20, один из выходов блока 17 совпадения через блок 22 разделения, к входу которого подключен интегратор 14, соединен с переключателем

19, другие входы которого соединены с блоком 15 ввода начальных условий, измерителем 10 расхода кислорода и анализатором 18 уровня сигнала, входы которого соединены с измерителем 12 акустической характеристики продувки и блоком 16 измерения промежутков времени.

Устройство работает следующим образом.

Перед продувкой в блоке 15 производят расчет шихты по информации о начальных и конечных параметрах продувки. Расчет шихты включает определение шлакообразующих материалов, которые вводят в конвертер 26 порциями. Масса и время их подачи опреде ляется принятой технологией, например для условий ЕМЗ известь вводится следующим образом: 35-4ОЪ на дно конвертера, ЗОЪ после продувки 15% расчетного количества кислорода, 25-30В после продувки ЗОВ расчетного количества кислорода; плавиковый шпат вводят после продувки 85% расчетного количества кислорода.

Динамическое регулирование процесса продувки с помощью устройства осуществляют следующим образом.

Момент начала продувки определяется опусканием фурмы 23 до рабочей отметки и подачей в конвертер 26 кислорода. Например, для 130-тонного конвертера ЕМЗ при интенсивности продувки 400 нм /мин зти величины соответственно равны 3000 мм и 300 нм /мин

В процессе продувки информация от датчиков расхода кислорода 7 7на-. пример, диафрагмы) и акустической характеристики продувки 9 (например, микрофон МД-59) поступает в соответствующие измерители 10 и 12 (например, вторичные приборы серии КТС

ЛИУС), а информация дт датчика 13 температурного перепада охлаждающей воды на фурме (например, дифференциальная термопара) — в блок 16 измерения промежутков времени между резкими изменениями температурного режима в рабочем пространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме. Датчики

7 и 8 в момент начала продувки соответственно через измерители 10 и 11 включают в блоке 16 двигатель, который останавливается при получении сигнала ср резком изменении температурного перепада охлаждающей воды на

870441

10 фурме. При этом электрический преобразователь, связанный с двигателем, фиксирует начальное значение промежутка времени между резким изменением температурного режима в рабочем пространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме Ь 7 Н.

М

В момент ввода шлакообразующих материалов в блок 16 от регулятора 3 подается сигнал, при этом соответствующий электрический преобразователь фиксирует значение промежутка времени между резким изменением температурного режима в рабочем пространстве конвертера 26, вызванного вводом шлакообразующих материалов, и температурного перепада охлаждающей воды на фурме 23. На выходе блока 16 формируется сигнал, равный разности сигналов упомянутых электрических 20 преобразователей. ПерЕключатель 19 режима работы устанавливает четыре режима работы в соответствии с четырьмя периодами продувки. Первый период„ начинается с момента подачи 25 кислорода в конвертер 26. При этом инфо>мация, пропорциональная величине V„ поступает от измерителя 10, суммируется с сигналами, пропорциональными величине f(ф) из блока 15 ввода начальных условий и корректирующим коэффициентом К . Суммарный сигнал, пропорциональный выражению (К,(P + f { g) + К J, чеРез переключатель 19 поступает на задатчик

1 регулятора 2 положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, который устанавливает фурму 23 посредст- вом исполнительного механизма 5 в соответствующее положение. Сигнал, пропорциональный расходу кислорода, ®0 поступает на интегратор 14. Туда же поступает сигнал .из блока 15 ввода. начальных условий о расчетном количестве кислорода на плавку. В cîîòветствии с этим сигналом в интеграто- ре 14 устанавливаются положения, соответствующие величинам 0,15V+, 0,25Ч и 0,85V . При достижении фактическим количеством кислорода значения Ч = 0,15V от интегратора 14 в

Мблок 17 совпадения поступает сигнал о переходе к второму периоду продувки. Одновременно в бпок 17 поступает сигнал, пропорциональный величине (А — А, ), от измерителя 12 через дифференциатор 20. Настройка дифференциатора 20 позволяет вычислять величину разности (Аj - А ) за различные промежутки времени. Для условий ЕМЗ промежуток времени установлен 15 с. Из блока 16 в блок 17 Щ совпадения поступает сигнал, пропор" циональный величине (42 „- 4 Г - К, ).

При выполнении соотношейий Ч A 0,15Ч (А„ - А „„ <0 и (4С вЂ” 4 à — K ) < 0 блок 17 совпадения срабатывает и чеcf риаз Аюк разделения подает сигнал на переключатель 19 режима работы о переходе к второму периоду продувки.

При этом от блока 15 ввода начальных условий на регулятор 2 поступает задание, пропорциональное коэффициен.ту К . Если указанные соотношения не выполняются, то при достижении . фактическим количеством кислорода значения Ч = 0,25V от интегратора

14 на блок 22 разделения поступает сигнал о переХаде к второму периоду продувки, а также одновременно от блока 17 совнадения и интегратора 14 поступает сигнал на регулятор 3 ввода шлакообразующих материалов о загрузке плавикового шпата в количестве, равном К - = 250 кг. Сигналы от интегратора 14 и блока 17 совпадения поступают также в корректирующий блок 21, в котором осуществляется переключение делителей напряжения, В случае одновременного. появления сигнала V = 0,15Ч и сигнала от блока 17 совпадения выходной сигнал от корректирующего блока 21 уменьшается, что приводит к снижению положения фурмы 23 относительно уровня спокойной ванны в первом периоде продувки для следующей плавки на величину

50 мм, а при появлении сигнала V

0,25V и отсутствии сигнала от блока 17 совпадения выходной сигнал от корректирующего блока 21 увеличивается на эту же величину. При выполне нии соотношения V = 0,25Ч)(" срабатывает контакт в интеграторе 14 и производится перевод устройства для работы в третьем периоде продувки. При этом сигнал, пропорциональный величине Ко(А — К о) поступает от измерителя 12 на анализатор 18 уровня сиг-. нала. Туда же одновременно поступает. сигнал от блока 16, пропорциональный величине К (ЬСН- Дt ) . упомянутые сигналы суммируются, после чего производится анализ величины ЬН. При выполнении соотношения -50 <4 H < 50 положение фурмы относительно уровня спокойной ванны не меняется, т.е. остается тем же, что и во врейя перида продувки. Если -50> 4 Н или

4Н Ъ 50, положение фурмы изменяется на величину йН.. Если -100 > ЬН или дН 100, то одновременно с поступлением.сигнала на переключатель 19 режима работы об изменении положения фурмы на величину Ь Н подаются сигналы на регуляторы 1 и 3 расхода кислорода и ввода шлакообразующих материалов Об изменении заданий соответственно на величину К и К . Переход к четвертому периоду производится при выполнении равенства V = 0,85Ч .

При этом в интеграторе 14 срабатыва-. ет контакт, падающий сигнал на переключатель 19 режима работы через блок 15 ввода начальных условий. В блоке 15 ввода начальных условий, 870441 производится анализ заданного значения содержания углерода в стали.

Если С> 0,1%, то фурма устанавливается в положение, равное величине К .

При производотве низкоуглеродистого ,глеталла (С 0,1%) снижают значение положения фурмы во избежание переокисления металла и шлака. В этом случае фурма устанавливается в положение, равное величине (K> - K8).

В этом случае соответствейно при своем значении положения фурмы относительно уровня спокойной ванны прекращается продувка.

Использование данного изобретения позволяет повысить точность управлео ния режимом шлакообразования в ванне конвертера, предотвратить выбросы и качественно удалить нежелательные. примеси иэ металла.

Формула изобретения

1. Способ управления режимом шлакообраэования в ванне конвертера путем изменения положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, расхода кислорода и ввода шлакообраэующих материалов с использованием информации о положении фурмы относительно уровня спокойной ванны, расходе кислорода, температурном перепаде охлаждающей воды на фурме, акустической характеристике продувки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления, измеряют промежутки времени между резкими изменениями температурного режима в рабочем пространстве конвертера, сравнивают их с начальным значением промежутка времени и осуществляют управление с использованием замеренных динамических харак— теристик процесса.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее регуляторы расхода кислорода, положения фурмы относительно уровня спокойной ванны и вводА шлакообразующих материалов, выходы которых соединены с входами соответствующих исполнительных механизмов, датчики расхода кислорода, положения фурмы относительно уровня спокойной ванны и динамической характеристики продувки, ;выходы которых соединены с входами соответствующих измерителей, а также датчик температурного перепада охла (дающей воды на фурме, причем выход измерителя расхода кислорода соединен с входом интегратора, который,соединен с блоком ввода начальных условий, а выход измерителя положения фурмы относительно уровня спокойной ванны соединен с первым

Э входом одноименного регулятора, отличающееся тем,что,с целью повышения точности управления, в него дополнительно введены блок измерения промежутков времени, блок совпадения, анализатор уровня сигнала; переключатель режима работы дифференциатор, корректирующий блок и блок разделения, при этом вход блог ка измерения промежутков времени соединен с выходами датчика температурного перепада охлаждающей воды на фурме, изглерителя положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, измерителя расхода кислорода и регулятора ввода шлакообразующих мате15 риалов, а выход — с входами блока совпадения и анализатора уровня сигнала, второй вход которого соединен с выходом измерителя акустической характеристики, продувки, а выЩ ход — c входами регуляторов расхода кислорода и ввода шлакообразующих материалов и через переключатель режима работы — с входом регулятора положения фурмы относительно уровня спокбйной ванны, входы блока совпадения соединены с выходом интегратора и через дифференциатор — с выходом измерителя акустической характеристики продувки, а выходы — с входами регулятора ввода шлакообразующих материалов, корректирующего блока и блока разделения, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход — с входом переключателя режима работы, другие входы которого соединены с выходами блока ввода начальных условий и измерителя расхода кислорода, вход блока ввОда начальных условий через корректирующий блок соединен с выходом измери4р теля расхода кислорода, третий вход корректирующего блока соединен с выходом интегратора, другой выход которого соединен с входом регулятора . ввода шлакообразующих материалов.

45 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Эдановский В.В., Туркенич Д.И.

Воэможность .управления конверторной плавкой по уровню шума. "Сталь", о 1977, Р 1, с. 22-24 (прототип способа).

2. Колобанов А.В., Лысак С.,Ю., Воробьев Н.А. Система автоматизации конверторного производства стали.

Сб. "Комплексная автоматизация сталеплавильного производства", Киев, "Техника", 1973, с. 2б-29 (прототип устройства).

3. Сорокин Н.А. и др. Температурное поле футеровки конвертера. Сб.

Щ "Комплексная автоматизация сталеплавильного производства". Киев, "Техника", 1973, с. 8-10.

870441

Составитель И. Горелова

Техред M. Рейвес Корректор M. Шароши

Редактор Т.Мороэова

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4.

Эакаэ 8676/52 Тираж 621 Подписное

ВНИИПИ ГосУдарственноГо комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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