СПОСОБ РАЗМЕТАЛЛИВАНИЯ ФУРМЫ ДЛЯ ПРОДУВКИ РАСПЛАВА ГАЗОМ Российский патент 2007 года по МПК C21C7/72 C21C5/32 

Изобретение относится к металлургическим процессам, в частности к способам контроля и управления параметрами дутьевого режима при продувке расплавов в ковше нейтральными газами.

Известен способ продувки расплава металла газом с использованием фурмы, содержащей теплозащитный корпус, в котором выполнена цилиндрическая продольная сквозная полость, в полости расположен цилиндрический вкладыш, отличающейся тем, что вкладыш выполнен из графита в размер поперечного сечения полости, имеет форму диафрагмы с диаметром центрального отверстия (0,12-0,17) D, где D - диаметр сквозной полости, и расположен на расстоянии 100-120 мм от среза фурмы (RU, авторское свидетельство 2113502 С1, кл. С 21 С 5/48, 1996).

Недостатком способа является то, что продувку расплава газом на всех этапах обработки стали ведут без учета оперативного состояния фурмы. В процессе продувки расплава происходит заметалливание фурмы, то есть намораживание своеобразной металлической диафрагмы на конце трубы с постепенно, по мере продолжения продувки, уменьшающимся отверстием. При использовании способа постулируется неизменность состояния фурмы от начала и до конца продувки одной плавки. Фактически же ее состояние может измениться настолько, что целесообразно прекращение продувки и замена фурмы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ оперативной оценки состояния фурмы при продувке расплава в ковше, включающий измерение величины давления (Р) перед фурмой и его использование для оценки длины части фурмы, погруженной в расплав, отличающийся тем, что величину давления перед фурмой непрерывно регистрируют в течение всего периода продувки, сглаживают и квантуют ее по времени, в результате чего получают временную последовательность значений P_i, где i - номер отсчета, с момента опускания фурмы в нижнее положение и до начала ее поднятия анализируют динамику изменения полученной временной последовательности, для чего на ней в темпе с процессом определяют минимальное значение давления Р_min.н.п. при опускании фурмы в нижнее положение, которое запоминают, определяют разность Δ₁(i)=Pi - P_min н.п., определяют разность Δ₂(i) между текущим значением P_i и последним по времени значением минимального давления, определяют разность Δ₃(j) между значением Р_min н.п. и последним по времени значением минимального давления, где i - номер по времени минимального давления, при этом, если Δ₂(i)=0 и Δ₁(i)=0, то устанавливают факт отсутствия заметалливания фурмы, если Δ₂(i)>0, то определяют увеличение степени заметалливания фурмы, если Δ₂(i)=0 и Δ₁(i)>0, устанавливают факт стабилизации степени заметалливания фурмы, если Δ₂(i)<0 и Δ₁(i)>0, определяют снижение степени заметалливания фурмы, если Δ₂(1)<0, то устанавливают факт укорочения фурмы, определяют численные значения степени заметалливания фурмы и ее укорочения прямо пропорционально соответственно значениям Δ₁(i) и Δ₃(i), и при превышении ими допустимых значений, заданных по технологии, устанавливают факт выхода фурмы из строя (RU, авторское свидетельство 2101366 С1, кл. С 21 С 7/072, 1996).

К недостаткам способа относятся ограниченные его функциональные возможности, связанные лишь с оцениванием состояния продувочной фурмы и не предполагающие использование имеющихся стандартных средств регулирования подачи газа для принятия оперативных и эффективных мер по разметалливанию фурмы в ходе продувки расплава газом.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа разметалливания фурмы для продувки расплава газом путем введения дополнительных элементов, направленных на регламентированное изменение режима подачи газа, способствующее снижению уровня заметалливания фурмы и за счет этого повышению ресурса ее работы, а также улучшение условий перемешивания расплава в целом.

Сущность изобретения заключается в том, что способ разметалливания фурмы для продувки расплава газом включает измерение величины давления перед фурмой, опускание фурмы в нижнее положение, непрерывную регистрацию величины давления перед фурмой в течение всего периода продувки, его сглаживание, квантование по времени, анализ динамики изменения полученной временной последовательности с момента опускания фурмы в нижнее положение и до начала ее поднятия, для чего на ней в темпе с процессом нахождение разности Δ₁(i) последнего значения с предыдущим, если Δ₁(i)>0 - фиксирование роста З(i) - степени заметалливания сопла фурмы, дополнительное измерение величины расхода подаваемого газа, непрерывную регистрацию величины этого расхода в течение всего периода продувки, его сглаживание, квантование по времени, анализ динамики изменения полученной временной последовательности с момента опускания фурмы в нижнее положение и до начала ее поднятия, для чего в темпе с процессом нахождение разности Δ₂(i) последнего значения с предыдущим, если Δ₂(i)<0 - подтверждение роста З(i) - степени заметалливания сопла фурмы, если Δ₁(i)>0 и Δ₂(i)<0 - фиксирование необходимости резкого увеличения подачи газа на фурму с целью значительного изменения давления истекающей струи и образования своеобразного динамического удара, направленного на "выдавливание" намороженного на сопло фурмы расплава и высвобождение части его пропускного отверстия, если хотя бы одно из условий Δ₁(i)>0 и Δ₂(i)<0 не выполняется - подача газа на фурму в штатном режиме, дополнительную замену стабилизатора расхода инертного газа на нелинейный И-регулятор, имеющий два различных настроечных коэффициента, первый - большой коэффициент усиления для случая заметалливания фурмы, второй обычный для штатных режимов работы оборудования.

Отбор давления газа перед фурмой осуществляется на газопроводе между фурмой и регулирующим вентилем. Анализируя поведение давления (Р) во время продувки расплава, можно в темпе с процессом оценивать и само состояние фурмы. Если при прочих равных условиях P=const, то заметалливания сопла фурмы нет. Если Р растет, то это означает, что при определенных условиях степень заметалливания увеличивается. Последнее приводит к снижению поперечного сечения проходного отверстия (или отверстий) сопла и увеличению его гидравлического сопротивления, обуславливающему рост Р.

Измерение расхода количества подаваемого газа осуществляется на газопроводе перед регулирующим вентилем. В качестве регулятора расхода подаваемого газа используется И-регулятор, имеющий настроечный параметр - коэффициент усиления k_и. В условиях регулирования расхода газа с помощью регулятора возможны различные ситуации, связанные с действием всевозможных возмущающих воздействий, например, заметалливания фурмы или колебания давления в магистральном газопроводе. Заметалливание фурмы приводит к снижению ее пропускной способности и, как следствие, к увеличению давления в месте отбора давления между фурмой и регулирующим вентилем. К увеличению давления там же может привести и увеличение давления в магистральном газопроводе. Поэтому однозначно судить о заметалливании фурмы только по изменению давления между фурмой и регулирующим вентилем не представляется возможным. Вместе с этим заметалливание фурмы в процессе продувки расплава газом сопровождается снижением расхода подаваемого газа, при котором регулятор, выполняя свою основную функцию, начинает вырабатывать управляющее воздействие по открытию регулирующего клапана и также способствует повышению давления в точке его отбора. Таким образом оценивание факта заметалливания фурмы возможно при одновременном анализе тенденций изменения двух параметров продувки, а именно давления газа перед фурмой и расхода подаваемого газа, при этом заметалливанию фурмы соответствует рост давления и одновременное снижение расхода.

Увеличение давления подаваемого газа, достигаемое обычной работой регулятора в процессе его функционирования, стимулирует разметалливание фурмы, но в недостаточной мере с практической точки зрения, так как увеличение давление в процессе регулирования происходит постепенно и вероятность быстрого освобождения фурмы от намороженной части расплава невелика. Предлагается за счет искусственного расширения области зоны регулирования нагрузочных характеристик, достигаемого повышением чувствительности регулятора путем единовременного значительного увеличения его коэффициента усиления, обеспечить резкое, существенное изменение количества газа, подаваемого на фурму, и ускорение процесса разметалливания фурмы.

На чертеже приведен пример устройства для реализации предлагаемого способа,где обозначено: 1 - датчик расхода инертного газа; 2 - регулирующий вентиль; 3 - датчик давления; 4 - регистратор давления; 5, 13 - сглаживатели; 6, 14 - квантователи: 7 - датчик положения; 8, 15, 21, 23 - ключи; 9, 16 - элементы сравнения; 10, 17 - блоки памяти; 11, 18 - коммутаторы; 19 - элемент И; 20 - элемент ИЛИ; 22 - регулятор расхода; 24 - фурма; 25 - ковш с расплавом; 26 - каретка; 27 - кронштейн.

Фурма 24 укреплена в каретке 26 с помощью кронштейна 27 и перемещается вверх-вниз. В нижнем положении фурмы в ковше 25 каретка 26 воздействует на датчик положения 7. Инертный газ подается на вход датчика расхода инертного газа 1, с выхода которого через регулирующий вентиль 2 поступает на вход датчика давления 3 и далее поступает в фурму 24. Датчик давления 3, регистратор давления 4, сглаживатель 5, квантователь 6 и ключ 8 соединены последовательно. Управляющий вход ключа 8 соединен с выходом датчика положения 7. Выход ключа 8 подключен ко входам следующих блоков: элемента сравнения 9 и блока памяти 10. Выход блока памяти 10 подсоединен ко второму входу элемента сравнения 9. Выход элемента сравнения 9 соединен со входом коммутатора 11. Положительный выход коммутатора 11 подается на первый вход элемента И 19.

Датчик расхода инертного газа 1, регистратор расхода 12, сглаживатель 13, квантователь 14 и ключ 15 соединены последовательно. Управляющий вход ключа 15 соединен с выходом датчика положения 7. Выход ключа 15 подключен ко входам следующих блоков: элемента сравнения 16 и блока памяти 17. Выход блока памяти 17 подсоединен ко второму входу элемента сравнения 16. Выход элемента сравнения 16 соединен со входом коммутатора 18. Отрицательный выход коммутатора 18 подается на второй вход элемента И 19.

Выход элемента И 19 соединен с управляющим входом ключа 21, через который регулятору расхода 22 выдается настроечный параметр - коэффициент усиления k₁. Отрицательный выход коммутатора 11 соединен с первым входом элемента ИЛИ 20, со вторым входом которого соединен положительный выход коммутатора 18. Выход элемента ИЛИ 20 соединен с управляющим входом ключа 23, через который регулятору расхода 22 выдается настроечный параметр - коэффициент усиления k₂.

В качестве технической базы устройства используются, например, следующие элементы. Регистраторы давления 4 и расхода 12 - самопишущие приборы типа МТС-712; сглаживатели 5, 13 - фильтры на базе пассивных RC - цепей потенциального типа серии К155; квантователи 6, 14 - аналого-цифровые преобразователи на микросхеме К572ПВ1А: датчик положения 7 - на базе концевого выключателя серии КУ, ключи 8, 15, 21, 23 - на микросхеме К155ЛА3; элементы сравнения 9, 16 на сумматоре К155ИМ1; блоки памяти 10, 17 - оперативные запоминающие устройства - на микросхеме К155РУ1; коммутаторы 11, 18 - на микросхеме К1КТ081: элемент И 19 - на микросхеме К155ЛИ1; элемент ИЛИ 20 - на микросхеме К155ЛИ11.

С помощью данного устройства способ осуществляется следующим образом.

При продувке расплава в рабочем режиме подают газ на фурму 24 через датчик расхода 1, регулирующий вентиль 2 и датчик давления 3. Опускают фурму в расплав, фиксируя с помощью датчика 3 и регистратора давления 4 давление газа на входе фурмы Р. Сигнал давления, поступающий с регистратора 4, сглаживают в сглаживателе 5 и квантуют по времени в квантователе 6. После погружения фурмы в нижнее положение срабатывает датчик положения 7 и сигнал с него подают на управляющий вход ключа 8. Тем самым с момента достижения фурмы нижнего положения ключ 8 открывается, и сигнал пропускают в следующую часть устройства, где анализируют динамику изменения полученной временной последовательности. В блоке памяти 10 запоминают предыдущее значение давления, которое инверсно подают на один вход элемента сравнения 9. На другой вход подают сигнал текущего значения давления. Тем самым на выходе блока 9 формируют разность Δ₁(i) последнего значения давления с предыдущим.

При опускании фурмы в расплав фиксируют с помощью датчика 1 и регистратора расхода 12 расход газа, подаваемого на продувку Q. Сигнал расхода, поступающий с регистратора 12, сглаживают в сглаживателе 13 и квантуют по времени в квантователе 14. После погружения фурмы в нижнее положение и срабатывания датчика положения 7 сигнал с него подается на управляющий вход ключа 15. Тем самым с момента достижения фурмы нижнего положения ключ 15 открывается, и сигнал расхода пропускают в следующую часть устройства, где анализируют динамику изменения полученной временной последовательности. В блоке памяти 17 запоминают предыдущее значение расхода, которое инверсно подают на один вход элемента сравнения 16. На другой вход подают сигнал текущего значения расхода. Тем самым на выходе блока 16 формируют разность Δ₂(i) последнего значения расхода с предыдущим.

Положительную разность Δ₁(i) с помощью коммутатора 11 подают на элемент И 19, а отрицательную - на элемент ИЛИ 20. На другой вход элемента И 19 с помощью коммутатора 18 подают отрицательную разность Δ₂(i). Положительную разность Δ₂(i) с помощью коммутатора 18 подают на второй вход элемента ИЛИ 20.

Сигнал с выхода элемента И 19 подают на управляющий вход ключа 21, который открывается и пропускает на вход регулятора расхода первый коэффициент усиления, обеспечивающий резкое увеличение подачи газа через фурму, способствующее эффективному ее разметалливанию.

Сигнал с выхода элемента ИЛИ 20 подают на управляющий вход ключа 23, который открывается и пропускает на вход регулятора расхода второй коэффициент усиления, обеспечивающий обычную подачу газа через фурму, соответствующую нормальным условиям состояния фурмы.

Регулятор расхода 22 в процессе продувки расплава газом обеспечивает текущее регулирование подачи газа. В случае существенного отклонения расхода газа в меньшую сторону при одновременном возрастании давления газа, что свидетельствует о заметалливании фурмы, значительно увеличивают коэффициент передачи регулятора расхода и тем самым обеспечивают резкое увеличение подачи газа, давления истекающей струи и образование своеобразного динамического удара, направленного на "выдавливание" намороженного на сопло фурмы расплава и высвобождение части его отверстия, в противном случае регулирование подачи газа осуществляют регулятором с обычным коэффициентом передачи. Замена обычного линейного И-регулятора на нелинейный И-регулятор, для которого выбираются различные коэффициенты передачи в зависимости от развития ситуации по заметалливанию фурмы, позволяет искусственно увеличить область зоны регулирования нагрузочных характеристик регулятора и эффективность борьбы с нежелательными тенденциями в изменении состояния фурмы.

Весь процесс реализации способа можно выполнять в автоматическом режиме.

Способ позволяет расширить функциональные возможности по разметалливанию фурмы при продувке расплава газом путем использования дополнительных элементов, обеспечивающих регламентированное изменение режима подачи газа, способствующее снижению уровня заметалливания фурмы, и за счет этого повысить ресурс ее работы, а также улучшить условия перемешивания расплава в целом.

Изобретение относится к металлургическим процессам, в частности к способам контроля и управления параметрами дутьевого режима при продувке расплавов в ковше нейтральными газами. Техническим результатом является снижение уровня заметалливания фурмы и за счет этого повышение ресурса ее работы, а также улучшение условий перемешивания расплава в целом. Сущность изобретения заключается в том, что способ включает измерение величины давления перед фурмой, опускание фурмы в нижнее положение и непрерывную регистрацию величины давления перед фурмой в течение всего периода продувки. Сигнал, характеризующий давление, сглаживают, квантуют по времени. Анализируют динамику изменения полученной временной последовательности с момента опускания фурмы в нижнее положение и до начала ее поднятия. В темпе с процессом определяют разность Δ₁ между последним значением давления и предыдущим. Если Δ₁>0 - фиксируют рост степени заметалливания сопла фурмы. Дополнительно измеряют величину расхода подаваемого газа. Непрерывно регистрируют величину этого расхода в течение всего периода продувки. Осуществляют сглаживание, квантование по времени, анализ динамики изменения полученной временной последовательности сигналов с момента опускания фурмы в нижнее положение и до начала ее поднятия. В темпе с процессом определяют разность Δ₂ между последним значением расхода и предыдущим. Если Δ₁>0 и Δ₂<0 - устанавливают необходимость резкого увеличения подачи газа на фурму с целью значительного изменения давления истекающей струи и образования динамического удара, направленного на "выдавливание" намороженного на сопло фурмы расплава и высвобождение части его пропускного отверстия. Если хотя бы одно из условий Δ₁>0 и Δ₂<0 не выполняется - подают газ на фурму в штатном режиме. При этом резкое увеличение подачи газа в фурму осуществляют за счет подключения в контур подачи газа И-регулятора с большим коэффициентом усиления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ разметалливания фурмы для продувки расплава газом, включающий определение роста степени заметалливания сопла фурмы, погруженной в расплав в нижнее положение, при непрерывном измерении величины давления газа перед фурмой в течение всего периода продувки, сглаживание сигнала, характеризующего давление, и квантование его по времени с последующим анализом динамики изменения полученной временной последовательности изменения сигнала с момента опускания фурмы в нижнее положение и до начала ее поднятия путем определения разности Δ₁(i) между последним и предыдущим значениями сигнала давления, где i - номер отсчета, а рост степени заметалливания сопла фурмы определяют при Δ₁(i)>0, отличающийся тем, что дополнительно измеряют величину расхода газа, подаваемого в фурму в течение всего периода продувки, сглаживают сигнал, его характеризующий, квантуют сигнал по времени, анализируют динамику изменения полученной временной последовательности с момента погружения фурмы в расплав в нижнее положение и до начала ее поднятия путем определения разности Δ₂(i) между последним и предыдущим значениями сигнала, характеризующего расход газа, и определяют рост степени заметалливания сопла фурмы при Δ₂(i)<0, а при одновременном выполнении условий Δ₁(i)>0 и Δ₂(i)<0 осуществляют резкое увеличение подачи газа в фурму с изменением давления истекающей струи и образованием динамического удара для выдавливания намороженного на сопло фурмы расплава и освобождения части его пропускного отверстия.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что резкое увеличение подачи газа в фурму осуществляют за счет подключения в контур подачи газа И-регулятора с большим коэффициентом усиления.