СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЛАВКИ МЕТАЛЛИЗИРОВАННЫХ ОКАТЫШЕЙ В ДУГОВОЙ ПЕЧИ Российский патент 1997 года по МПК C21C5/52 

Изобретение относится к металлургии, а именно к электросталеплавильному производству, и может быть использовано для управления процессом непрерывной загрузки и плавки металлизованных окатышей в дуговых сталеплавильных печах.

Известен способ управления процессом плавки металлизованных окатышей в дуговой печи, по которому в процессе непрерывной загрузки металлизованных окатышей скорость их загрузки регулируют в функции потребляемой электрической мощности.

Однако при таком способе управления, основанном на осуществлении прямой связи между расходом электроэнергии и скоростью загрузки металлизованных окатышей, невозможно точное поддержание заданного температурного режима нагрева металла из-за неучета реальной ситуации в печи (условия теплопередачи в рабочем пространстве, гранулометрического и химического составов металлизованных окатышей, степени металлизации, количества и состава пустой породы), а также невозможно управление температурным режимом металлической ванны при заданном постоянном уровне мощности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ управления процессом плавки металлизованных окатышей в дуговой печи, по которому в процессе непрерывной загрузки металлизованных окатышей скорость их загрузки регулируют в зависимости от электрической общей мощности, забираемой от сети, и вводят коррекцию скорости загрузки металлизованных окатышей пропорционально отклонению температуры металла от заданного назначения так, что при повышении температуры металла выше заданного значения скорость загрузки увеличивают, в противном случае - уменьшают.

Недостатком указанного способа является то, что, во-первых, выбор скорости загрузки металлизованных окатышей производят в зависимости от общей мощности, в то время как процесс нагрева и расплавления зависит только от активной мощности и не зависит от реактивной мощности, т.е. используя выбор скорости загрузки от общей мощности, нельзя точно управлять процессом плавки, и,во-вторых, не учитывается состояние ванны, зависящее от соотношения скоростей плавления загрузки металлизованных окатышей. Превышение скорости загрузки над скоростью плавления приводит к накоплению окатышей в ванне жидкого металла, а тем самым к оголению дуг, интенсивному воздействию излучения дуг на футеровку стен и свода печи, снижению стойкости футеровки, понижению мощности. Уменьшение скорости загрузки по отношению к скорости плавления металлизованных окатышей приводит к вскипанию ванны, а тем самым к резкому увеличению тока, выбросу металла из печи.

Все это удлиняет продолжительность плавки, увеличивает расходы электродов и электроэнергии. Таким образом, невозможно достичь устойчивого управления плавкой, осуществляя только коррекцию скорости загрузки окатышей в зависимости от температуры.

Технический результат изобретения устранение указанных недостатков, увеличение стойкости футеровки печи, сокращение продолжительности плавки, снижение расхода электродов и электроэнергии за счет исключения накопления не расплавившихся металлизованных окатышей на поверхности ванны или ее вскипания.

Технический результат достигается тем, что в способе управления процессом плавки металлизованных окатышей в дуговой печи, включающем изменение скорости загрузки металлизованных окатышей в печи в зависимости от электрической мощности, забираемой из сети, и коррекцию скорости загрузки окатышей пропорционально отклонению температуры металла от заданного значения, выбор скорости загрузки металлизованных окатышей в печи производят в зависимости от электрической активной мощности, а после расплавления металлозавалки и достижения условия

где Q- количество израсходованной электроэнергии, кВт•ч;
H_j изменение энтальпии загруженного в печь j-го материала при его нагреве от исходной температуры до температуры плавления, кВт•ч/т;
m_j масса загруженного в печь j-го материала, т,
в процессе непрерывной загрузки и плавления металлизованных окатышей при нестабильном поведении дуг вводя дополнительную коррекцию загрузки металлизованных окатышей, при этом при снижении активной мощности ниже нижнего заданного предела скорость загрузки уменьшают, а при превышении активной мощности выше верхнего предела увеличивают. Кроме того, при появлении нестабильного поведения дуг, выраженного соотношением
α2I

•α3v>α_o,
где α_I коэффициент несимметрии токов;
α_v коэффициент несимметрии напряжений;
α_o граничное значение,
производят дополнительную коррекцию скорости загрузки металлизованных окатышей, при этом скорость загрузки уменьшают, если выполняется условие
PAS < PLS
где PAS текущая активная мощность на ступени напряжения s, МВт;
PLS нижнее заданное граничное значение активной мощности на ступени напряжения s, МВт;
или скорость загрузки увеличивают, если выполняется условие
PAS > PHS,
где PHS верхнее заданное граничное значение активной мощности на ступени напряжения s, МВт.

Принципиальное отличие предложенного способа от известного, включающего выбор скорости загрузки по общей электрической мощности и коррекцию скорости загрузки по одному параметру температуре ванны, заключается в том, что выбор скорости загрузки осуществляют в зависимости от активной мощности и вводят дополнительную коррекцию, учитывающую состояние ванны по стабильности горения дуг.

На фиг. 1 приведена структурная схема, поясняющая описываемый способ управления; на фиг. 2 4 графики распределения вероятностей значений активной мощности при явлениях накопления и вскипания: сплошной линией для явления накопления нижний предел, пунктирной линией для явления вскипания верхний предел (на фиг. 2 -для 20-й ступени напряжения; на фиг. 3 для 19-й ступени напряжения; на фиг. 4 для 18-й ступени напряжения).

На чертежах по горизонтали отложены значения активной мощности, по вертикали вероятность значений активной мощности при вскипании или накоплении.

Предлагаемый способ управления осуществляют следующим образом.

В межплавочный период сигналы с датчика веса лома 1 и датчика веса вспомогательных материалов 2 поступают в блок управления 3 (управляющая мини
или микроЭВМ), где они запоминаются.

В процессе непрерывной загрузки металлизованных окатышей из бункера 4 по конвейерам 5 и 6 в воронку 7 и их плавления в печи 8 сигналы с датчика потребляемой активной мощности 9 поступают в блок управления 3. В зависимости от величины активной мощности блок управления 3 выбирает скорость загрузки металлизованных окатышей и выдает сигнал в исполнительный механизм системы загрузки 10.

Коррекция скорости загрузки окатышей по температуре металла, получаемой от датчика температуры 11, осуществляется блоком управления 3 путем изменения задания исполнительному механизму системы загрузки 10.

Сигналы с датчика потребляемой активной энергии 12 и с датчика веса металлизованных окатышей 13 поступают в блок управления 3, где рассчитывается соотношение

и сравнивается с предварительно заданным значением, равным 1,2. При выполнении условия

блок управления 3 опрашивает датчики тока 14 и датчики напряжения 15, установленные на каждой фазе, и рассчитывает соотношение
α2I

•α3v
Это соотношение сравнивается с предварительно заданным значением, равным 1200. При выполнении условия
α2I•α3v > 1200
блок управления 3 сравнивает величину активной мощности с предварительно заданными значениями PLS и PHS. При выполнении условия
PAS < PLS
блок управления 3 уменьшает скорость загрузки окатышей путем изменения задания исполнительному механизму системы загрузки 10, или, при выполнении условия
PAS < PHS
увеличивает скорость загрузки окатышей.

Пример 1. После завалки в печь лома весом 60 т вес лома регистрируется датчиком веса 1 и сигнал с датчика 1 поступает в блок управления 3 и там запоминается (изменение энтальпии лома при его нагреве от исходной температуры до температуры плавления берется равной 330 кВт•ч/т). Зажигают дуги, отдают в печь шлакообразующие материалы (изменение энтальпии извести берется равной 350 кВт•ч/т, а окисленных окатышей 550 кВт•ч/т), вес шлакообразующих материалов регистрируется датчиком веса 2 и сигнал с датчика 2 поступает в блок управления 3 и там запоминается.

Непрерывную загрузку металлизованных окатышей (изменение энтальпии металлизованных окатышей берется равной 450 кВт•ч/т) начинают со скоростью 5 8 кг/мин•МВт и в течение 10-15 мин доводят ее до скорости 23-33 кг/мин•МВт, определяемой величиной вводимой активной мощности, после чего начинается непрерывный или дискретный замер температуры. Значение сигнала от датчика температуры 11 передается в блок управления 3, где сравнивается измеренное значение температуры с заданным значением температурного режима металлической ванны.

При несоответствии температурного режима металлической ванны заданному блок управления 3 вводит коррекцию скорости загрузки металлизованных окатышей путем изменения задания исполнительному механизму системы загрузки металлизованных окатышей 10 таким образом, что при превышении температуры металла выше заданного значения скорость загрузки увеличивают, а при снижении температуры металла ниже заданного значения скорость загрузки уменьшают.

В процессе непрерывной загрузки металлизованных окатышей блок управления 3 рассчитывает соотношение

и сравнивает его со значением 1 и 2. При выполнении условия

при нестабильном поведении дуг вводят дополнительную коррекцию загрузки металлизованных окатышей. Для этого блок управления 3 опрашивает с задаваемым периодом опроса датчики тока 14 и датчики напряжения 15 и рассчитывает соотношение
α2I

•α3v
где

где A_o 100

I_A, I_B, I_C действующие значения токов фаз А, В, С (кА);

где B_o 100 константа, размерность 1/В,

где


где U_A, U_B, U_C напряжение фаз А, В, С, (В).

Вышеприведенное соотношение сравнивается с предварительно заданным значением, равным 1200. При выполнении условия:
α2I

•α3v > 1200
блок управления 3 сравнивает величину активной мощности с предварительно заданными значениями PLS и PHS. Пpи выполнении условия
PAS и PLS
блок управления 3 уменьшает скорость загрузки окатышей V согласно соотношению
v=v_o-Δv
где V_o скорость загрузки металлизованных окатышей, определяемая активной мощностью и величиной отклонения температуры металла от заданной, кг/мин•МВт;
Δv величина коррекции скорости загрузки, зависящая от состояния ванны, кг/мин•МВт.

Или при выполнении условия:
PAS

> PHS
блок управления 3 увеличивает скорость загрузки окатышей согласно соотношению
v = v_o+Δv
Скорректированное значение скорости загрузки блок управления 3 передает в виде сигнала исполнительному механизму системы загрузки 10. Величина обще коррекции по температуре и состоянию ванны в целях обеспечения стабильности управления загрузкой окатышей не превышала 300 кг/мин или 5 кг/мин•МВт. Длительность коррекции по состоянию ванны составляет 2 3 мин. Блок управления начинает оценивать состояние ванны только по истечении 3 мин после осуществления последней коррекции.

Методика определения верхней (при вкипании ванны) и нижней (при накоплении нерасплавившихся металлизованных окатышей на поверхности ванны) пределов активной мощности. В процессе непрерывной загрузки металлизованных окатышей регистрируют уровень активной мощности (с помощью ЭВМ) и одновременно визуально контролируют вскипания ванны или накопления окатышей на поверхности ванны. По полученным данным строят вероятностные характеристики распределения активной мощности для явлений накопления и вскипания. В качестве верхнего предела активной мощности принимается наиболее вероятное значение активной мощности в вероятностной характеристике распределения активной мощности для явления вскипания ванны, а в качестве нижнего предела активной мощности принимается наиболее вероятное значение активной мощности в вероятностной характеристике распределения активной мощности для явления накопления нерасплавившихся металлизованных окатышей на поверхности ванны.

Пример 2. В условиях электросталеплавильного цеха на 150-тонных электродуговых печах с мощностью трансформаторов 90 МВА выплавлялась сталь с использованием в шихте металлизованных окатышей. Расплавление металлизованных окатышей велось на 18 20 ступенях напряжения при 621 723 В.

Из фиг. 2 4 видно, что для 18-й ступени напряжения верхний предел активной мощности PH18

=60,5 МBт нижний предел PL18=57,5 МBт для 19-й PH19=61 МBт PL19=58 МBт для 20-й PH20=62,5 МBт, PH20=59 МBт.
Использование предлагаемого способа управления процессом плавки металлизованных окатышей в дуговой печи обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:
более точное управление процессом плавки за счет выбора зависимости скорости загрузки металлизованных окатышей от активной мощности вместо общей мощности;
исключение накопления нерасплавившихся металлизованных окатышей на поверхности ванны, а тем самым устранение оголения дуг, интенсивного воздействия излучения дуг на футеровку стен и свода печи, за счет чего увеличивается стойкость футеровки, повышается активная мощность, увеличивается производительность печи, сокращается продолжительность плавки;
устранение вскипания ванны, приводящее к резкому увеличению тока, выбросу металла из печи, а тем самым позволяет сократить продолжительность плавки;
дополнительная коррекция по состоянию горения дуг, повышая стабильность управления загрузкой металлизованных окатышей, позволяет полностью автоматизировать управление процессом плавки металлизованных окатышей;
использование металлизованных окатышей с более широким разбросом параметров по степени металлизованных окатышей с более широким разбросом параметров по степени металлизации и содержанию углерода, а тем самым позволяет увеличить диапазон применяемого сырья по химическому составу;
снижение расходов электродов, огнеупоров, электроэнергии, снижение себестоимости стали.

Испытания на 21 опытной плавке показали, что удельный расход электроэнергии на тонну металлозавалки составляет в среднем 623 кВт•ч/т при среднеквадратичном отклонении 19 кВт•ч/т, а длительность плавки под током составляет 108 мин при среднеквадратичном отклонении 5 мин. На 558 промышленных плавках эти же показатели составили соответственно 627 кВт•ч/т при 33 кВт•ч/т и 110 мин при 10 мин. Меньшее среднеквадратичное отклонение расхода электроэнергии и длительности плавки на опытных в сравнении с промышленными плавками характеризует лучшую воспроизводимость плавок, а тем самым большую точность управления процессом плавки.

Использование: металлургия, в частности управление процессами непрерывной загрузки и плавки металлизованных окатышей в дуговых сталеплавильных печах. Сущность изобретения: способ включает выбор скорости загрузки металлизованных окатышей в зависимости от электрической мощности, забираемой из сети, и коррекцию скорости загрузки окатышей пропорционально отклонению температуры металла от заданного значения. Выбор скорости загрузки металлизованных окатышей в печи производят в зависимости от электрической активной мощности, а в процессе непрерывной загрузки и плавления металлизованных окатышей при нестабильном поведении дуг вводят дополнительную коррекцию загрузки металлизованных окатышей, при этом при снижении активной мощности ниже нижнего заданного предела скорость загрузки уменьшают, а при превышении активной мощности выше верхнего заданного предела - скорость загрузки увеличивают. 1 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ управления процессом плавки металлизованных окатышей в дуговой печи, включающий выбор скорости загрузки металлизованных окатышей в печи в зависимости от электрической мощности, забираемой из сети, и коррекцию скорости загрузки окатышей пропорционально отклонению температуры металла от заданного значения, отличающийся тем, что выбор скорости загрузки металлизованных окатышей в печи производят в зависимости от электрической активной мощности, в после расплавления металлозавалки и достижения условия

где Q количество израсходованной электроэнергии, кВт•ч;
H_j- изменение энтальпии загруженного в печь j-го материала при его нагреве от исходной температуры до температуры плавления, кВт•ч;
m_j масса загруженного в печь j-го материала, т,
в процессе непрерывной загрузки и плавления металлизованных окатышей при нестабильном поведении дуг вводят дополнительную коррекцию загрузки металлизованных окатышей, при этом при снижении активной мощности ниже нижнего заданного предела скорость загрузки уменьшают, а при превышении активной мощности выше верхнего заданного предела скорость загрузки увеличивают. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при появлении нестабильного поведения дуг, выраженного соотношением

где α_I-- коэффициент несимметрии токов;
α_u- коэффициент несимметрии напряжений;
α_o- граничное значение,
производят дополнительную коррекцию скорости загрузки металлизованных окатышей, при этом скорость загрузки уменьшают, если выполняется условие
PAS

< PLS ,
где PAS - текущая активная мощность на ступени напряжения S, МВт;
PLS - нижнее заданное граничное значение для активной мощности на ступени напряжения S, МВт,
или скорость загрузки увеличивают, если выполняется условие
PAS > PHS,
где PHS - верхнее заданное граничное значение активной мощности на ступени напряжения S, МВт.