СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫБРОСОВ ОКИСИ УГЛЕРОДА ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ Российский патент 2014 года по МПК F27B3/28 C21C5/52 

Изобретение относится к способу и устройству для регулирования выбросов окиси углерода электродуговой печи во время ее эксплуатации, которое содержит корпус печи, устройство для определения высоты вспененного шлака в по меньшей мере трех зонах корпуса печи на основе измерения корпусного шума, по меньшей мере одно первое устройство для регулирования подачи кислорода и по меньшей мере одно второе устройство для регулирования ввода углерода в корпус печи.

При изготовлении стали в электродуговой печи, при котором осуществляется расплавление скрапа, возникает, как правило, вспененный шлак на образуемом расплавленном металле. Это приводит, при подаче углерода в корпус печи, к раскислению расплава и, при подаче кислорода в корпус печи, к обезуглероживанию расплава. Загрузка углерода может при этом осуществляться посредством завалки угля в корпус печи, то есть кускового угля в диапазоне от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в диаметре, вместе со скрапом, или посредством дополнительного вдувания углерода в корпус печи на поверхность расплавленного металла и/или шлака. Часть требуемого углерода часто вводится посредством самого скрапа. Введенный скрап, в итоге, находится в расплавленном состоянии в корпусе печи и, при обстоятельствах, имеющийся кусковой уголь растворяется в ходе процесса расплавления в расплаве. Содержащийся в расплаве растворенный углерод является участником реакции с поданным в корпус печи кислородом, причем образуются окись углерода (CO) и двуокись углерода (CO₂), которые приводят к образованию вспененного шлака на поверхности расплава металла.

Так как после расплавления скрапа имеется большое количество углерода, растворенного в расплаве, при вдуве кислорода образуется количество вспененного шлака, которое часто превосходит рациональный уровень. Поэтому обычно контролируется устанавливающаяся высота вспененного шлака в корпусе печи.

В EP 0637634 A1 описан способ для получения расплава металла в электродуговой печи, причем высота вспененного шлака определяется измерением уровня.

Другое устройство для определения высоты вспененного шлака в корпусе электродуговой печи описано в DE 102005034409 B3. Здесь осуществляется определение высоты вспененного шлака в по меньшей мере трех зонах корпуса печи на основе измерения корпусного шума.

Чтобы регулировать высоту вспененного шлака на основе известных измерительных систем, уже предусматривались устройства для регулирования количества дополнительно вдуваемого углерода и поданного кислорода, которые при чрезмерном вспенивании снижают количество дополнительно вдуваемого углерода до минимума и регулируют величину подачи кислорода.

Было обнаружено, что в отходящем газе электродуговой печи в начале и в течение фазы образования вспененного шлака, спустя определенный промежуток времени, содержится чрезмерно большое количество окиси углерода, которое проявляется в пике или «горбе» окиси углерода и которое не может быть удовлетворительным образом нейтрализовано. Выходящая из установки дожигания (нейтрализации) отходящих газов окись углерода попадает через дымовую трубу в окружающую среду.

Содержание окиси углерода, а также двуокиси углерода в отходящем газе определялось в прошлом частично на основе измерения в канале отходящего газа после электродуговой печи и/или после установки дожигания отходящего газа посредством газовых датчиков. Ввиду преобладающих в месте измерения высоких температур отходящего газа и значительного содержания в нем пыли, подобные измерения подвержены ошибкам, и срок службы применяемых для этого измерительных устройств ограничен. Кроме того, на основе измерения в канале отходящего газа генерация окиси углерода в корпусе печи определяется только с некоторой временной задержкой, следствием чего является запаздывающее регулирующее воздействие. Это приводит к тому, что кратковременно в отходящем газе содержится чрезмерно высокое количество окиси углерода, которое не может быть удовлетворительным образом нейтрализовано. Выходящая из установки дожигания отходящего газа окись углерода вновь попадает через дымовую трубу в окружающую среду.

Поэтому задачей изобретения является создание способа и устройства, с помощью которых обеспечивается возможность выравнивания содержания окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи.

Указанная задача для способа регулирования выбросов окиси углерода электродуговой печи, содержащей корпус печи, устройство для определения высоты вспененного шлака в по меньшей мере трех зонах корпуса печи на основе измерения корпусного шума, по меньшей мере одно первое устройство для регулирования подачи кислорода и по меньшей мере одно второе устройство для регулирования ввода углерода в корпус печи, решается тем, что высота вспененного шлака определяется в каждой из по меньшей мере трех зон и соотносится с содержанием окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи, и тем, что ввод углерода и/или подача кислорода в по меньшей мере одной из по меньшей мере трех зон регулируется таким образом, что высота вспененного шлака поддерживается ниже максимального значения.

Поставленная задача решается для устройства для регулирования выбросов окиси углерода электродуговой печи, которая содержит корпус печи и устройство для определения высоты вспененного шлака в по меньшей мере трех зонах корпуса печи на основе измерения корпусного шума, причем устройство содержит по меньшей мере одно первое устройство для регулирования подачи кислорода в корпус печи, по меньшей мере одно второе устройство для регулирования ввода углерода в корпус печи и по меньшей мере один вычислительный блок для регистрации измеренных значений высоты вспененного шлака в каждой из по меньшей мере трех зон, причем по меньшей мере один вычислительной блок дополнительно выполнено с возможностью соотнесения измеренных значений с содержанием окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи, причем измеренные значения сравниваются с максимальным значением для высоты вспененного шлака, и при превышении максимального значения выдается по меньшей мере один регулирующий сигнал для по меньшей мере одного первого устройства и/или по меньшей мере одного второго устройства.

Соответствующий изобретению способ и соответствующее изобретению устройство обеспечивают возможность выравнивания содержания окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи. Ввиду того факта, что высота вспененного шлака в электродуговой печи представляет собой меру для количества образованной окиси углерода и двуокиси углерода, открывается возможность того, что измерение высоты вспененного шлака непосредственно используется для регулирования выбросов окиси углерода электродуговой печи. После того как определение высоты вспененного шлака в по меньшей мере трех зонах корпуса печи на основе измерения корпусного шума может быть выполнено особенно быстро и точно, можно осуществлять регулирование по меньшей мере одного первого и/или по меньшей мере одного второго устройства особенно быстро и без заметной задержки по времени.

На основе достигнутого выравнивания содержания окиси углерода в отходящем газе можно реализовать полное или почти полное дожигание (нейтрализацию) содержащейся в отходящем газе окиси углерода в установке дожигания отходящего газа, которая обычно включена после электродуговой печи. Доля окиси углерода, которая отводится через дымовую трубу в окружающую среду, сокращается до нуля или практически до нуля или по меньшей мере сильно снижается. Нагрузка на окружающую среду вредными веществами существенно снижается.

Кроме того, количество вводимого углерода и/или подаваемого кислорода уменьшается, и соответственно снижаются затраты.

Относительно определения высоты вспененного шлака в по меньшей мере трех зонах корпуса печи на основе измерения корпусного шума, можно сослаться на документ DE 102005034409 B3, в котором детально описан используемый здесь метод измерений.

Максимальное значение может при этом устанавливаться по времени жестко на некоторое значение, проходить несколько предопределенных ступеней или динамически согласовываться с текущими условиями.

Предпочтительные выполнения соответствующего изобретению способа и соответствующего изобретению устройства описываются ниже.

Высота вспененного шлака далее поддерживается предпочтительно выше минимального значения. Наименьшее количество вспененного шлака гарантирует оптимальный ввод энергии в расплав и снижение теплоизлучения с поверхности расплава. До сих пор, уже при достижении минимального значения для высоты вспененного шлака по меньшей мере одно второе устройство для регулирования ввода углерода в корпус печи регулировалось таким образом, что ввод углерода минимизировался. Поддержание минимального значения, а также максимального значения для высоты вспененного шлака приводит к дальнейшему выравниванию содержания окиси углерода в отходящем газе и к эффективному использованию имеющейся при конкретных обстоятельствах установки дожигания отходящего газа.

По меньшей мере один вычислительный блок устройства, в частности, выполнен с возможностью сравнивать измеренные значения касательно высоты вспененного шлака с минимальным значением для высоты вспененного шлака, и при спадании ниже минимального значения выдавать по меньшей мере один регулирующий сигнал для по меньшей мере одного первого устройства и/или по меньшей мере одного второго устройства.

С каждой из по меньшей мере трех зон корпуса печи сопоставлено по меньшей мере одно первое устройство, и подача кислорода для каждой из по меньшей мере трех зон регулируется отдельно. Так по отношению к локальному чрезмерному вспениванию вспененного шлака можно целенаправленно за счет уменьшения подачи кислорода в этой зоне выполнять противодействующее регулирование. При слишком малой высоте вспененного шлака, напротив, подача кислорода увеличивается и тем самым активизируется пенообразование.

Пригодными для ввода кислорода в электродуговую печь материалами оказались чистый кислород, воздух, водяной пар или комбинации указанного. Также может быть предусмотрена подача окиси железа, предпочтительно в форме железной руды в качестве поставщика кислорода.

Кроме того, с каждой из по меньшей мере трех зон соотнесено по меньшей мере одно второе устройство, и ввод углерода регулируется отдельно для каждой из по меньшей мере трех зон. Так локальному чрезмерному вспениванию вспененного шлака можно целенаправленно противодействовать путем уменьшения ввода углерода в эту зону. При слишком малой высоте вспененного шлака, напротив, можно повышать ввод углерода и тем самым активизировать пенообразование.

В качестве материалов, пригодных для ввода углерода посредством вдувания в корпус печи, зарекомендовали себя уголь, кокс, дерево, карбид железа, непосредственно восстановленное железо, брикетированное при высокой температуре железо, руда, фильтровальная пыль, окалина, высушенный и размельченный шлам, шлакообразующий компонент, такой как известь, известняк, доломит, плавиковый шпат и т.п., причем ввод осуществляется в размельченной форме или в форме порошка.

При этом особенно предпочтительным является использование по меньшей мере одного первого устройства и по меньшей мере одного второго устройства для каждой установленной зоны корпуса печи, чтобы иметь возможность по возможности быстро и динамически оказывать влияние.

Предпочтительным образом посредством экстраполяции осуществляется предсказание характеристики высоты вспененного шлака в каждой из по меньшей мере трех зон и/или усредненным образом по меньшей мере по трем зонам. Из временной характеристики высоты вспененного шлака зоны можно своевременно противодействовать чрезмерному или слишком малому вспениванию и надежно гарантировать выравнивание содержания окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи при одновременно оптимальном вводе энергии. Время задержки между обнаружением слишком низкого или слишком высокого уровня вспененного шлака в корпусе печи и регулирующим воздействием существенно снижается и достигается близкое к процессу влияние.

По меньшей мере один вычислительный блок устройства предпочтительным образом выполнен таким образом, чтобы на основе измеренных значений относительно высоты вспененного шлака выполнять экстраполяцию для предсказания характеристики высоты вспененного шлака в каждой из по меньшей мере трех зон и/или усредненным образом по меньшей мере по трем зонам.

В качестве альтернативы или в комбинации определяется предсказание характеристики высоты вспененного шлака в каждой из по меньшей мере трех зон или усредненным образом по меньшей мере по трем зонам и выполняется коррелирование измеренных значений для высоты вспененного шлака с содержанием окиси углерода на основе измеренного содержания двуокиси углерода в отходящем газе.

В качестве альтернативы или в комбинации с этим, предсказание характеристики высоты вспененного шлака в каждой из по меньшей мере трех зон или путем усреднения по меньшей мере по трем зонам и коррелирование измеренных значений для высоты вспененного шлака с содержанием окиси углерода выполняется на основе модели реакции, которая сохранена в по меньшей мере одном вычислительном блоке. При этом модель реакции базируется предпочтительно на теоретических вычислениях для образования отходящего газа, которые сохранены предпочтительно в комбинации с опытными данными для образования отходящего газа для электродуговой печи и/или расплавляемого материала и/или применяемой программы плавки. При создании модели реакции предпочтительно следует учитывать состав расплава, температуру расплава, вырабатываемое количество отходящего газа, место и количество образования вспененного шлака и т.д. В частности, является предпочтительным, если модель реакции постоянно при работе электродуговой печи может оптимизироваться на основе измеренных значений и параметров установки, которые определяются по меньшей мере одним вычислительным блоком предпочтительно автоматически и, при необходимости, могут дополняться обслуживающим персоналом вручную через блок ввода.

Предпочтительным образом используется по меньшей мере один нечеткий регулятор для регулирования по меньшей мере одного первого устройства и/или по меньшей пере одного второго устройства. Нечеткие регуляторы представляют собой системы, которые относятся к классу регуляторов по заданной параметрической поверхности, которые соответствуют теории нечеткой логики. На каждом шаге регулирования выполняются три частичных шага: размывание (подготовка задачи для решения методами нечеткой логики), вывод (умозаключение) и, наконец, восстановление четкости (получение решения задачи методами нечеткой логики). Отдельные входы и выходы обозначаются как лингвистические переменные, к которым принадлежат, соответственно, нечеткие множества.

При этом такой нечеткий регулятор может, например, обращаться к сохраненной в вычислительном блоке вышеупомянутой модели реакции.

Динамическое регулирование может осуществляться на различных фазах процесса расплавления, в частности, на фазе образования вспененного шлака, на основе различных минимальных и/или максимальных значений для высоты вспененного шлака. Фаза вспененного шлака характеризуется временным интервалом после расплавления всех металлических компонентов в полости печи, в которой выполняется восстановление (нейтрализация) и/или обезуглероживание расплава.

В предпочтительном выполнении способа измеряется текущее содержание окиси углерода в отходящем газе и сравнивается с заданным содержанием окиси углерода в отходящем газе. При этом такое заданное содержание окиси углерода характеризует, в особенности, количество окиси углерода в отходящем газе, оптимально дожигаемое в установке дожигания отходящего газа, включенной после электродуговой печи. Для того чтобы это заданное содержание окиси углерода достигалось по возможности непрерывным образом, оказалось благоприятным соответственно динамически изменять или подстраивать максимальное значение. Это обеспечивает возможность оптимального использования производительности установки дожигания отходящего газа.

По меньшей мере один вычислительный блок устройства выполнен с возможностью сравнивать измеренное текущим образом в отходящем газе содержание окиси углерода с заданным содержанием окиси углерода, сохраненным в по меньшей мере одном вычислительном блоке, и динамически изменять максимальное значение для достижения заданного содержания окиси углерода. За счет этого можно корректировать предварительно установленное максимальное значение и динамически согласовывать с текущими или изменяющимися условиями в установке.

Максимальное значение может коррелироваться с допустимым предельным значением для окиси углерода, которое основывается на законодательном регулировании. При этом максимальное значение, в особенности, выбирается таким образом, что отходящий газ, дожигаемый в установке дожигания отходящего газа, включенной после электродуговой печи, выводит в окружающую среду остаточное количество окиси углерода в единицу времени, которое лежит ниже допустимого предельного значения.

В другом предпочтительном выполнении способа, после соотнесения высоты вспененного шлака в каждой из по меньшей мере трех зон с содержанием окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи, работа установки дожигания отходящего газа, включенной после электродуговой печи, регулируется на основе соответствующего содержания окиси углерода. При этом на количество кислорода, вдуваемого в установку сжигания отходящего газа, оказывается воздействие, например, через регулирование подаваемого количества от вентиляторов свежего воздуха и/или газовых клапанов, таким образом, что при высоком содержании окиси углерода в отходящем газе из электродуговой печи соответственно увеличенное количество кислорода предоставляется для его дожигания.

По меньшей мере один вычислительный блок устройства предпочтительно выполнен с возможностью того, чтобы, после соотнесения высоты вспененного шлака в каждой из по меньшей мере трех зон с содержанием окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи, регулировать работу установки дожигания отходящего газа, включенной после электродуговой печи, на основе соответствующего содержания окиси углерода.

Изобретение поясняется на примере со ссылками на фиг.1-5, на которых показано следующее:

Фиг.1 - иллюстрация протекания способа на конечной фазе процесса расплавления в электродуговой печи;

Фиг.2 -сравнение между протеканием способа на конечной фазе процесса расплавления в электродуговой печи согласно фиг.1 и соответствующим изобретению протеканием способа на конечной фазе;

Фиг.3 - схематичное представление электродуговой печи с соответствующим изобретению устройством;

Фиг.4 - схематичный разрез корпуса электродуговой печи согласно фиг.3;

Фиг.5 - сопоставление содержания окиси углерода в отходящем газе CO_abg и высоты вспененного шлака HS при соответствующем изобретению регулировании и без регулирования.

Фиг.1 показывает протекание способа на конечной фазе процесса расплавления в электродуговой печи. По оси X, которая указывает время t в секундах от начала процесса расплавления, на оси Y с H_rel нанесены угол наклона а корпуса (металлоприемника) электродуговой печи, высота вспененного шлака HS₁, HS₂, HS₃ для соответствующей из трех зон корпуса печи, а также вводимое количество углерода E_C1, Е_С2, E_C3 для каждой из трех зон корпуса печи. При этом конец фазы расплавления скрапа и начало фазы вспененного шлака обозначены как A, средняя область фазы вспененного шлака как B, и конечная область фазы вспененного шлака непосредственно перед разливкой расплава как С.

Определение высоты вспененного шлака HS₁, HS₂, HS₃ в трех зонах корпуса 1а электродуговой печи 1 осуществляется посредством измерения корпусного шума. Для каждой зоны корпуса 1а печи имеется первое устройство 50a, 50b, 50c для регулирования подачи кислорода и второе устройство 60a, 60b, 60c для регулирования ввода углерода E_C1, Е_С2, E_C3 в корпус 1а печи (см. фиг.3).

На фазах A-C для высоты вспененного шлака в корпусе печи нанесены соответствующее максимальное значение W_maxA, W_maxB, W_maxC, а также минимальное значение W_minA, W_minB, W_minC. На фазах А-С до сих пор осуществлялось недостаточное регулирование отходящего газа CO_abg электродуговой печи 1. Высота вспененного шлака HS₁, HS₂, HS₃ превышает, в частности в фазе А, минимальное значение W_minA и кроме того максимальное значение W_maxA и ведет к превышению значения CO_max для желательного содержания окиси углерода или заданного содержания окиси углерода в отходящем газе (см. заштрихованную площадь в CO_abd-характеристике). Но также на фазах B и C может происходить превышение значения CO_max для желательного содержания окиси углерода или заданного содержания окиси углерода в отходящем газе. Подключенная к электродуговой печи установка 70 для дожигания отходящего газа не может в достаточной степени дожигать поступающее большое количество окиси углерода, так что нежелательное количество окиси углерода остается в отходящем газе, выводимом в окружающую среду.

Максимальное значение W_maxA, W_maxB, W_maxC может при этом быть коррелированным с допустимым предельным значением для окиси углерода в дожигаемом отходящем газе, который выводится через дымовую трубу в окружающую среду.

Фиг.2 показывает сравнение между протеканием способа согласно фиг.1 и протеканием способа согласно изобретению на конечной фазе процесса расплавления. На трех фазах A, B, C вновь представлены кривые для определенной высоты вспененного шлака HS₁, HS₂, HS₃ согласно фиг.1 и соответствующая характеристика содержания окиси углерода в отходящем газе CO_abd (см. штрих-пунктирную линию в CO_abd-характеристике).

Кроме того, теперь изображена кривая, которая показывает высоту вспененного шлака H_opt в среднем при регулировании подачи кислорода и ввода углерода E_C1, Е_С2, E_C3 согласно изобретению. Максимальные значения W_maxA, W_maxB, W_maxC в фазах A, B, C для высоты вспененного шлака более не превышаются для всех трех зон корпуса 1а печи. За счет этого получается, при характеристике высоты вспененного шлака согласно кривой H_opt, характеристика для содержания окиси углерода в отходящем газе CO_abd (см. жирную линию на CO_abd-характеристике), которая повсюду лежит ниже значения CO_max. В фазе A и в области перехода между фазами B и C выброс окиси углерода электродуговой печи понижается, значение CO_max более не превышается. СО-выброс электродуговой печи теперь находится на равномерном уровне и может обычным образом равномерно дожигаться в подключенной к электродуговой печи установке для дожигания отходящего газа.

На фиг.3 показана электродуговая печь 1 с корпусом 1а печи, в который введено несколько электродов 3a, 3b, 3c, которые через токоподводы связаны с устройством 12 электропитания. Устройство 12 электропитания предпочтительно содержит печной трансформатор. С помощью по меньшей мере одного из трех электродов 3a, 3b, 3c расплавляются загруженные материалы в электродуговой печи 1, такие как скрап и другие добавки. При производстве стали в электродуговой печи образуется шлак или вспененный шлак 15 (см. фиг.4), за счет чего улучшается ввод энергии в расплав посредством электрической дуги 18 (см. фиг.4), которая образуется на по меньшей мере одном электроде 3a, 3b, 3c.

В показанном примере выполнения согласно фиг.3 на токоподводах электродов 3a, 3b, 3c предусмотрены сенсорные и регулирующие устройства 13a, 13b, 13c, с помощью которых ток и/или напряжение или энергия, поданная на электроды 3a, 3b, 3c, могут измеряться и регулироваться. Сенсорные и регулирующие устройства 13а, 13b, 13c воспринимают сигналы тока и/или напряжения предпочтительно с разрешением по времени. Сенсорные и регулирующие устройства 13a, 13b, 13c связаны с вычислительным блоком 8 посредством выполненных как кабель сигнальных линий 14а, 14b, 14с. Другие сигнальные линии 14d, 15e, 14f служат для соединения сенсорных и регулирующих устройств 13a, 13b, 13c с регулирующим устройством 9, которое получает данные регулирования от вычислительного блока 8.

На стенке 2 корпуса 1а печи, то есть на внешнем ограничении корпуса 1а печи размещены датчики 4а, 4b, 4с корпусного шума для измерения колебаний. Датчики 4а, 4b, 4с корпусного шума могут быть непосредственно и/или опосредованно связаны с корпусом 1а печи или со стенкой 2 корпуса 1а печи. Предпочтительным образом, датчики 4а, 4b, 4с корпусного шума размещены на противолежащих электродам 3a, 3b, 3c сторонах стенки 2 корпуса электродуговой печи 1. Датчики 4а, 4b, 4с корпусного шума предпочтительно выполнены как датчики ускорения и позиционированы выше вспененного шлака 15 (см. фиг.4). Датчики 4а, 4b, 4с корпусного шума также связаны с вычислительным блоком 8.

Измеренные значения или сигналы, которые передаются от датчиков 4а, 4b, 4с корпусного шума на вычислительный блок 8, направляются по защищенным линиям 5а, 5b, 5с в оптическое устройство 65 и от него, по меньшей мере частично, направляются в вычислительный блок 8 по световоду 7. Сигнальные линии 5а, 5b, 5с предпочтительно защищены от нагрева, электромагнитных полей, механических нагрузок и/или других нагрузок.

Оптическое устройство 6 служит для усиления и/или преобразования сигналов датчиков 4а, 4b, 4с корпусного шума и размещено предпочтительным образом сравнительно близко от электродуговой печи 1. В оптическом устройстве 6 измеренные значения или сигналы датчиков 4а, 4b, 4с корпусного шума преобразуются в оптические сигналы и по световоду 7 без воздействия помех передаются на сравнительно большие расстояния, например, от 50 до 200 м, к вычислительному блоку 8.

На каждую зону корпуса 1а печи здесь имеется одно первое устройство 50а, 50b, 50с для регулирования подачи кислорода и одно второе устройство 60а, 60b, 60с для регулирования ввода углерода E_C1, Е_С2, E_C3 (см. фиг.1 и 2) в корпус 1а печи, которые посредством вычислительного блока 8 и устройства 9 регулирования в соответствии с изобретением контролируются таким образом, что максимальное значение W_maxA, W_maxB, W_maxC в фазах A, В, C (см. фиг.2) для высоты вспененного шлака 15 для всех трех зон корпуса 1а печи или в среднем для трех зон не превышается. Кроме того, контроль осуществляется таким образом, что минимальное значение W_minA, W_minB, W_minC в фазах А, В, С (см. фиг.2) для высоты вспененного шлака 15 для всех трех зон корпуса 1а печи или в среднем для трех зон не становится ниже, тем самым гарантируется оптимальный ввод энергии в электродуговую печь 1.

В вычислительном блоке 8 измеренные значения или сигналы датчиков 4а, 4b, 4с корпусного шума и сенсорных и регулирующих устройств 13а, 13b, 13с регистрируются и оцениваются, чтобы определить высоту вспененного шлака 15 (см. фиг.4) в корпусе 1а печи. Определенные датчиками 4а, 4b, 4с корпусного шума измеренные значения или сигналы являются коррелированными с высотой вспененного шлака 15, причем возможно временное разрешение в диапазоне от примерно 1 до 2 секунд. В вычислительном блоке 8 измеренные значения или сигналы, которые указывают высоту вспененного шлака 15 в корпусе 1а печи на каждую зону, соотносятся с соответствующим содержанием окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи 1. Соответствующее содержание окиси углерода сравнивается в вычислительном блоке 8 со значением CO_max для окиси углерода в отходящем газе, которое соответствует желательному количеству окиси углерода или заданному количеству окиси углерода, и соответствующим образом ввод углерода и/или подача кислорода корректируются в необходимом случае. При обстоятельствах может также осуществляться дополнительное вмешательство для изменения температуры и/или состава расплава.

С помощью первых устройств 50а, 50b, 50с и/или вторых устройств 60а, 60b, 60с, в зависимости от соответствующего содержания окиси углерода, в особенности, ввод углерода и/или подача кислорода регулируются в одной или нескольких зонах корпуса 1а печи таким образом, чтобы высота вспененного шлака в среднем или в соответствующей зоне поддерживалась ниже максимального значения W_maxA, W_maxB, W_maxC, а также превышала минимальное значение W_minA, W_minB, W_minC. Вычислительный блок 8 выдает по меньшей мере один регулирующий сигнал или регулирующее предписание, на основе текущей вычисленной и/или определенной заранее высоты вспененного шлака для каждой зоны в корпусе 1а печи или усредненной по зонам, на регулирующее устройство 9.

Регулирующее устройство 9 регулирует согласно заданию вычислительного блока 8, при обстоятельствах также на основе собственных вычислений, наряду с вводом углерода и/или подачей кислорода, дополнительно подачу других веществ в корпус 1а печи, а также ввод энергии через электроды 3a, 3b, 3c. Регулирующее устройство 9 предпочтительно включает в себя нечеткий регулятор.

К электродуговой печи 1 дополнительно может быть подключена установка 70 для дожигания отходящего газа, которая дожигает отходящий газ, поступающий из электродуговой печи 1 по магистрали 71 отходящего газа, и затем выводит через дымовую трубу 72 в окружающую среду. Подобная установка 70 для дожигания отходящего газа может при этом регулироваться через управляющую линию 73 от регулирующего устройства 9, которая получает соответствующий регулирующий сигнал от вычислительного блока 8.

Фиг.4 показывает в упрощенном представлении один из электродов ЗЬ с электрической дугой 18 в корпусе 1а электродуговой печи 1. На стенке 2 корпуса 1а печи размещен датчик 4b корпусного шума, который соединен с сигнальной линией 5b, с помощью которой сигналы передаются на вычислительный блок 8 (см. фиг.3).

На фиг.4 схематично показаны ванна 16 расплава и вспененный шлак 15 в поперечном сечении корпуса 1а печи. Высота HS вспененного шлака 15 может определяться в вычислительном блоке 8 с помощью передаточной функции корпусного шума в электродуговой печи 1. Передаточная функция характеризует схематично показанный на фиг.4 путь передачи 17 корпусного шума от места возбуждения до места детектирования. Возбуждение корпусного шума осуществляется за счет ввода мощности в электрод 3b в электрической дуге 18. Корпусной шум, то есть обусловленные возбуждением колебания, передается через ванну 16 расплава и/или через вспененный шлак, по меньшей мере частично покрывающий ванну 16 расплава, к стенке 2 корпуса 1а печи. Передача корпусного шума может дополнительно, по меньшей мере частично, осуществляться также через еще не расплавленный кусковой материал в электродуговой печи 1.

Оценка измеренных значений или сигналов в вычислительном блоке 8 может непрерывно оптимизироваться с помощью опытных значений из процесса функционирования электродуговой печи 1. Регистрация и оценка сигналов и определение высоты вспененного шлака осуществляется в оперативном режиме, так что установленная высота вспененного шлака в электродуговой печи 1 может применяться для автоматического регулирования выбросов окиси углерода электродуговой печи 1.

За счет быстрого и непосредственного определения высоты вспененного шлака в корпусе 1а печи обеспечивается возможность улучшенного контроля и регулирования процесса, которое в любой момент времени гарантирует выравнивание содержания окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи и, при необходимости, оптимальное дожигание окиси углерода.

Фиг.5 показывает сопоставление содержания окиси углерода в отходящем газе CO_abd и высоты вспененного шлака HS по времени t в фазе вспененного шлака процесса расплавления в электродуговой печи при соответствующем изобретению регулировании и без регулирования. Без регулирования высоты соответствующего вспененного шлака HS на максимальное значение содержание окиси углерода в отходящем газе CO_abd превышает значение CO_max. При регулировании высоты вспененного шлака HS_t таким образом, что максимальное значение не превышается, содержание окиси углерода в отходящем газе CO_abd не превышает более желательное значение CO_max, и содержание окиси углерода в отходящем газе становится выровненным или поддерживается по существу на постоянном уровне.

При этом фиг.1-5 показывают только примеры, которые при измененных программах плавки, электродуговых печах и т.д. могут быть совершенно другими. Специалист на основе знания изобретения, таким образом, в состоянии, при необходимости с проведением некоторых опытов, выполнить регулирование выбросов окиси углерода и для иным образом сконструированных или оснащенных электродуговых печей с использованием определения высоты вспененного шлака в по меньшей мере трех зонах корпуса печи на основе измерения корпусного шума.

Изобретение относится к металлургии. Технический результат - повышение качества регулирования и оптимизация дожигания окиси углерода. Согласно способу регулирования выбросов окиси углерода электродуговой печи определяют высоту вспененного шлака в по меньшей мере трех зонах корпуса печи на основе измерения корпусного шума и соотносят с содержанием окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи. Ввод углерода и/или подачу кислорода в по меньшей мере одной из по меньшей мере трех зон регулируют таким образом, что высота вспененного шлака поддерживалась ниже максимального значения, коррелированного с допустимым предельным значением для окиси углерода в дожигаемом отходящем газе. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ регулирования выбросов окиси углерода электродуговой печи (1), которая содержит корпус (1а) печи, устройство для определения высоты вспененного шлака (15) в по меньшей мере трех зонах корпуса (1а) печи на основе измерения корпусного шума, по меньшей мере одно первое устройство (50a, 50b, 50c) для регулирования подачи кислорода и по меньшей мере одно второе устройство (60a, 60b, 60c) для регулирования ввода углерода в корпус (1a) печи, причем высоту вспененного шлака (15) определяют в каждой из по меньшей мере трех зон и соотносят с содержанием окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи (1), причем ввод углерода и/или подачу кислорода в по меньшей мере одной из по меньшей мере трех зон регулируют таким образом, что высота вспененного шлака (15) поддерживается ниже максимального значения, коррелированного с допустимым предельным значением для окиси углерода в дожигаемом отходящем газе.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что высоту вспененного шлака (15) поддерживают выше минимального значения, выбираемого из условия оптимального ввода энергии в электродуговую печь.

3. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что в каждой из по меньшей мере трех зон используют по меньшей мере одно первое устройство (50a, 50b, 50c) и подачу кислорода для каждой из по меньшей мере трех зон регулируют отдельно.

4. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что в каждой из по меньшей мере трех зон используют по меньшей мере одно второе устройство (60a, 60b, 60c) и ввод углерода регулируют отдельно для каждой из по меньшей мере трех зон.

5. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что экстраполируют по времени характеристику высоты вспененного шлака (15) в каждой из по меньшей мере трех зон и/или с усреднением по меньшей мере по трем зонам.

6. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что экстраполируют по времени характеристику высоты вспененного шлака (15) в каждой из по меньшей мере трех зон и/или с усреднением по меньшей мере по трем зонам и коррелирование измеренных значений для высоты вспененного шлака (15) с содержанием окиси углерода осуществляют на основе измеренных содержаний окиси углерода в отходящем газе.

7. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что экстраполируют по времени характеристику высоты вспененного шлака (15) в каждой из по меньшей мере трех зон или с усреднением по меньшей мере по трем зонам и коррелирование измеренных значений для высоты вспененного шлака (15) с содержаниями окиси углерода в отходящем газе выполняют на основе модели реакции, которая базируется на теоретических вычислениях и опытных данных для образования отходящего газа, причем модель реакции сохранена в по меньшей мере одном вычислительном блоке (8).

8. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что используют по меньшей мере один нечеткий регулятор для регулирования по меньшей мере одного первого устройства (50a, 50b, 50c) и/или по меньшей мере одного второго устройства (60a, 60b, 60c).

9. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что измеряют текущее содержание окиси углерода в отходящем газе и сравнивают с заданным содержанием окиси углерода, и для достижения заданного содержания окиси углерода динамически изменяют упомянутое максимальное значение высоты вспененного шлака (15), коррелированное с допустимым предельным значением для окиси углерода в дожигаемом отходящем газе.

10. Способ по п.1 или 2, характеризующийся тем, что после соотнесения высоты вспененного шлака (15) в каждой из по меньшей мере трех зон с содержанием окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи (1), установку (70) дожигания отходящего газа, подключенную к электродуговой печи (1), регулируют на основе соответствующего содержания окиси углерода.

11. Устройство для регулирования выбросов окиси углерода электродуговой печи (1), которая содержит корпус (1а) печи и устройство для определения высоты вспененного шлака (15) в по меньшей мере трех зонах корпуса (1a) печи на основе измерения корпусного шума, причем устройство содержит по меньшей мере одно первое устройство (50a, 50b, 50c) для регулирования подачи кислорода в корпус (1a) печи, по меньшей мере одно второе устройство (60a, 60b, 60c) для регулирования ввода углерода в корпус (1а) печи и по меньшей мере один вычислительный блок (8) для определения измеренных значений высоты вспененного шлака (15) в каждой из по меньшей мере трех зон, причем по меньшей мере один вычислительный блок (8) дополнительно выполнен с возможностью соотнесения измеренных значений с содержанием окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи (1), причем измеренные значения сравнивают с максимальным значением для высоты вспененного шлака (15), коррелированным с допустимым предельным значением для окиси углерода в дожигаемом отходящем газе и при превышении максимального значения выдается по меньшей мере один регулирующий сигнал для по меньшей мере одного первого устройства (50a, 50b, 50c) и/или по меньшей мере одного второго устройства (60a, 60b, 60c).

12. Устройство по п.11, характеризующееся тем, что по меньшей мере один вычислительный блок (8) дополнительно выполнен с возможностью сравнения измеренных значений с минимальным значением для высоты вспененного шлака, (15) и при уменьшении ниже минимального значения выдавать по меньшей мере один регулирующий сигнал для по меньшей мере одного первого устройства (50a, 50b, 50c) и/или по меньшей мере одного второго устройства (60a, 60b, 60c).

13. Устройство по п.11 или 12, характеризующееся тем, что в каждой из по меньшей мере трех зон использовано по меньшей мере одно первое устройство (50а, 50b, 50с) и подача кислорода для каждой из по меньшей мере трех зон регулируется отдельно.

14. Устройство по п.11 или 12, характеризующееся тем, что в каждой из по меньшей мере трех зон использовано по меньшей мере одно второе устройство (60a, 60b, 60c), и ввод углерода регулируется отдельно для каждой из по меньшей мере трех зон.

15. Устройство по п.11 или 12, характеризующееся тем, что по меньшей мере один вычислительный блок (8) выполнен с возможностью экстраполяции по времени характеристики высоты вспененного шлака (15) в каждой из по меньшей мере трех зон и/или с усреднением по меньшей мере по трем зонам.

16. Устройство по п.11 или 12, характеризующееся тем, что для экстраполяции характеристики высоты вспененного шлака (15) и для коррелирования измеренных значений для высоты вспененного шлака (15) с содержанием окиси углерода в отходящем газе, измеренные в отходящем газе содержания окиси углерода сохранены в по меньшей мере одном вычислительном блоке (8).

17. Устройство по п.11 или 12, характеризующееся тем, что в по меньшей мере одном вычислительном блоке (8) сохранена модель реакции для предсказания характеристики высоты вспененного шлака (15) и коррелирования измеренных значений для высоты вспененного шлака (15) с содержанием окиси углерода в отходящем газе, при этом модель реакции базируется на теоретических вычислениях и опытных данных для образования отходящего газа.

18. Устройство по п.11 или 12, характеризующееся тем, что устройство содержит по меньшей мере один нечеткий регулятор.

19. Устройство по п.11 или 12, характеризующееся тем, что по меньшей мере один вычислительный блок (8) выполнен с возможностью сравнения текущих измеренных в отходящем газе содержания окиси углерода с сохраненным в по меньшей мере одном вычислительном блоке (8) заданным содержанием окиси углерода и динамически изменять максимальное значение высоты вспененного шлака для достижения заданного содержания окиси углерода.

20. Устройство по п.11 или 12, характеризующееся тем, что по меньшей мере один вычислительный блок (8) выполнен с возможностью после соотнесения высоты вспененного шлака в каждой из по меньшей мере трех зон с содержанием окиси углерода в отходящем газе электродуговой печи (1), регулировать работу установки (70) дожигания отходящего газа, подключенной к электродуговой печи, на основе соответствующего содержания окиси углерода.