СПОСОБ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ФУРМЫ ПРИ ПРОДУВКЕ РАСПЛАВА В КОВШЕ Российский патент 2007 года по МПК C21C7/72 C21C5/30 

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к внепечной обработке металла в ковше, и может быть использовано в системах контроля состояния продувочной фурмы для обработки стали в ковше азотом или аргоном.

Разнообразие технологических приемов продувки стали в ковше газами обусловило создание большого числа конструктивно различающихся продувочных устройств, в том числе погружаемые фурмы. В настоящее время на большинстве металлургических заводов России в эксплуатации находятся установки, основанные на верхней продувке металла. Процесс внепечной обработки металла на установках подобного типа заключается в следующем: продувку металла ведут при положении сопла фурмы 0,05-0,1 от высоты уровня расплава в ковше, через 1-2 минуты сопло перемещают в положение 0,2-0,3 от высоты уровня расплава в ковше и продувку ведут в течение 1-3 минут, после чего фурму опускают в первоначальное положение и продувку ведут в течение 2-5 минут, по ходу продувки осуществляется 2-3 замера текущей температуры расплава. После 10-20 минут чистого времени продувки (3-5 плавок) происходит заметалливание газового отверстия фурм. Под заметалливанием понимается "зарастание" внутренней поверхности фурмы в ее нижней части. Во время продувки фурма находится в контакте с горячим расплавом, попадающим внутрь фурмы. Во время периодических замеров температуры жидкого металла фурма частично остывает под действием окружающей среды. В результате этого происходит "зарастание" продувочного сопла фурмы. В процессе продувки возможны ситуации, когда расплавленный металл разъедает некоторые швы между огнеупорными блоками, предназначенными для защиты фурмы от воздействия расплава, достигает поверхности металлической трубы и прожигает ее, в результате чего возникают свищи. При дальнейшей эксплуатации такой фурмы часть газа уходит через возникшие свищи. Фактически это означает, что продувка осуществляется на меньшей глубине, чем показывают приборы контроля глубины погружения фурмы. В случае расположения свища вне расплава часть газа уходит через свищ по поверхности металла, что вообще делает неэффективным процесс продувки расплава газом. Возникновение свищей в продувочной фурме и ее заметалливание в совокупности приводят к появлению третьего дефекта, так называемого укорочения фурмы. Газ, находящийся в фурме под высоким давлением в результате заметалливания, разрывает ее в местах появления свищей, при этом внезапное укорочение фурмы может составить до одного метра [1].

Управление процессом обработки металла на установках с верхней продувкой чаще всего осуществляется в полуавтоматическом режиме по разработанным программам изменения глубины погружения фурмы, времени продувки и расхода газа, при этом предполагается неизменность состояния фурмы от начала и до конца продувки одной плавки. Однако фактическое ее состояние может измениться настолько, что целесообразно прекратить продувку, заменить фурму и лишь затем продолжить процесс обработки металла [2].

Основным недостатком подобных систем является то, что нет возможности производить во время продувки расплава в ковше оперативную оценку состояния фурмы: наличие свищей, "заметалливания" и укорочения фурмы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ оперативной оценки состояния фурмы при продувке расплава в ковше, включающий измерение величины давления перед фурмой [3]. Для оценивания длины части фурмы, погруженной в расплав, фурму опускают в нижнее положение для определения максимальной величины давления, а далее проводят непрерывную регистрацию величины давления перед фурмой в течение всего периода продувки и путем сопоставления текущего и максимального значения давления анализируют динамику изменения полученной временной последовательности данных, с момента опускания фурмы в нижнее положение и до начала ее поднятия.

Недостатком способа является то, что результаты регистрации величины давления перед фурмой выводятся на устройство отображения информации на текущий момент времени, а для принятия решения о продолжении продувки или ее остановки обслуживающему персоналу необходимо сравнивать текущее состояние фурмы и ее состояние в предшествующие моменты времени.

Задачей изобретения является разработка способа диагностики состояния фурмы на установке продувки стали газом, основанного на структурном анализе сигналов технологических параметров процесса: величина давления, расход газа, положение фурмы, и позволяющего выявлять дефекты фурмы в автоматическом режиме с предоставлением информации о ее состоянии в динамике.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе контроля состояния фурмы при продувке расплава в ковше, включающем определение состояния фурмы по сигналам, характеризующим расход и давление газа, а также положение фурмы, формируют временные ряды из этих сигналов, затем осуществляют нормирование исследуемых временных рядов по максимальному значению сигнала в каждой анализируемой временной последовательности, дальнейшую обработку нормированных временных рядов в течение всего времени продувки осуществляют с использованием метода структурного анализа временных рядов, а именно вейвлет-анализа: рассчитывают значение вейвлет-показателя W(l,a,b) по математическому выражению

где х(l) - фактическое значение анализируемого сигнала в l-й момент времени; ϕ^*(а,b) - тип нелинейной весовой функции - вейвлет-базис; а - параметр масштабирования, b - параметр смещения по оси времени; L - число данных на скользящем интервале вычисления вейвлет-показателя, j - номер одного из трех контролируемых сигналов; производят определение экстремального значения вейвлет-показателя на текущий момент времени на всех уровнях детализации структуры сигнала из множества запомненных расчетных данных и при синхронном появлении экстремальных значений вейвлет-показателя на всех заданных уровнях детализации структуры любых сигналов из трех исследуемых фиксируют изменения в состоянии фурмы, анализируют полученные значения вейвлет-показателя для расхода и давления газа и положения фурмы: при попадании полученных значений вейвлет-показателя в заранее установленный диапазон констатируют отсутствие дефекта фурмы, если данные условия не выполняются, процесс продувки останавливают; расчетные значения вейвлет-показателя отображаются на мониторе в графическом виде.

Предлагаемый метод позволяет выявлять дефекты в автоматическом режиме, а также фиксировать в протоколе продувки наличие дефекта фурмы, выдать "тревожную" информацию технологическому персоналу или даже аварийно остановить продувку.

Литература

1. Коган А.Е. Внепечные и ковшевые процессы. - Новокузнецк: Изд-во Кузбасского политехнического института 1990, с.41-42.

2. Авторское свидетельство, 1305179, кл. С21С 7/064, 1987.

3. Свекров В.М., Веревкин В.И., Буторин В.К., Кошелев А.Е., Штайгер А.Ф., Обшаров М.В. Способ оперативной оценки состояния фурмы при продувке расплава в ковше. / Патент РФ № 2101366, кл. С21С 7/072, Бюл. № 1, 1998 г.

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для контроля состояния продувочной фурмы при обработке стали в ковше азотом или аргоном. Технический результат - повышение точности контроля. Сущность изобретения заключается в том, что с целью раннего обнаружения дефектов фурмы временные последовательности данных, полученные по сигналам контролируемых технологических параметров процесса продувки (давление и расход газа, положение фурмы), подвергают структурному анализу временных рядов данных с использованием метода вейвлет-анализа. Осуществляют нормирование исследуемых временных рядов данных по максимальному значению в каждой анализируемой временной последовательности. Рассчитывают значение вейвлет-показателя, характеризующего структурные изменения сигнала, полученные расчетные величины вейвлет-показателя запоминают. Определяют экстремальное значение вейвлет-показателя на текущий момент времени на всех уровнях детализации структуры сигнала из множества запомненных расчетных данных. Фиксируют синхронное появление экстремальных значений вейвлет-показателя на всех заданных уровнях детализации структуры исследуемых сигналов, которое свидетельствует о произошедших изменениях в состоянии фурмы. Полученные значения вейвлет-показателя для трех исследуемых параметров технологического процесса анализируют. Они должны попадать в заранее установленный диапазон. Выполнение данного условия означает, что фурма не имеет дефектов; если данное условие не выполняется, процесс продувки останавливают. Динамика расчетных значений вейвлет-показателя отображается на мониторе в графическом виде, после чего на основании представленной информации принимают управляющие воздействия.

Способ контроля состояния фурмы при продувке расплава в ковше, включающий определение состояния фурмы по сигналам, характеризующим расход и давление газа, а также положение фурмы, отличающийся тем, что из сигналов, характеризующих изменение расхода и давления газа, а также положения фурмы, формируют временные ряды, затем осуществляют нормирование исследуемых временных рядов по максимальному значению сигнала в каждой анализируемой временной последовательности, дальнейшую обработку временных рядов в течение всего времени продувки осуществляют с использованием метода структурного анализа временных рядов, а именно вейвлет-анализа, при этом рассчитывают значение вейвлет-показателя W(l,a,b) по математическому выражению

где x(l) - фактическое значение анализируемого сигнала в l-й момент времени; ϕ^*(а,b) - тип нелинейной весовой функции - вейвлет-базис; а - параметр масштабирования; b - параметр смещения по оси времени; L - число данных на скользящем интервале вычисления вейвлет-показателя; j - номер одного из трех контролируемых сигналов, рассчитанные значения вейвлет-показателя отображают на мониторе в графическом виде, производят определение экстремального значения вейвлет-показателя на текущий момент времени на всех уровнях детализации структуры сигнала из множества запомненных расчетных данных

и при синхронном появлении экстремальных значений вейвлет-показателя на всех заданных уровнях детализации структуры исследуемых сигналов фиксируют изменения в состоянии фурмы, анализируют полученные значения вейвлет-показателя для расхода и давления газа и положения фурмы, причем при попадании полученных значений вейвлет-показателя в заранее установленный диапазон констатируют отсутствие дефекта фурмы, а при невыполнении данных условий процесс продувки останавливают.