СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КИСЛОРОДНОЙ ПРОДУВКОЙ ПРИ ВЫПЛАВКЕ СТАЛИ В КОНВЕРТЕРЕ Российский патент 2018 года по МПК C21C5/30 F27D19/00 

Изобретение относится к области автоматизации конвертерного производства стали и может быть использовано в автоматизированном управлении кислородной продувкой при выплавке стали в конвертере.

Известен способ контроля температуры расплавленного металла в конвертере [1], предусматривающий расчет температуры балансовым методом и использование информации по температуре дымовых газов. Недостатком известного способа является отсутствие достоверной информации о процессе окисления углерода, который существенно и непредсказуемо влияет на образование CO₂, причем поступление информации о химическом составе дымовых газов из-за инертности системы контроля запаздывает.

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) принят способ контроля [2] температуры расплавленного металла в конвертере, предусматривающий расчет температуры металла балансовым методом, подачу кислорода, измерение температуры и состава дымовых газов, предварительный расчет суммарного расхода кислорода на продувку без учета окисления железа и дожигания СО до CO₂, затем во время продувки после вдувания кислорода в количестве, равном предварительно рассчитанному, производят периодически расчет температуры металла с учетом степени дожигания СО до CO₂ после начала спада температуры дымовых газов расчет температуры металла производят с учетом окисления железа.

Недостатком данного способа контроля температуры металла конвертера является то, что расчет температуры металла конвертера ведется не постоянно, а периодически, кроме того, спад температуры дымовых газов (из-за флуктуаций) в конце кислородной продувки может быть неоднократным.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности измерения температуры металла конвертера и возможность управления кислородной продувкой при достижении температуры металла конвертера заданного значения при непрерывном контроле, в ходе продувки, температуры металла конвертера.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа контроля температуры металла конвертера, который как и прототип включает контроль расхода кислорода, температуры дымовых газов, содержания CO₂ в дымовых газах.

В отличие от прототипа в предлагаемом способе дополнительно контролируют температуру дымовых газов на выходе котла утилизатора, температуру охлаждающей воды на входе и выходе кислородной фурмы, содержание углерода и кремния в чугуне и температуру чугуна, время от момента подачи кислорода, рассчитывают интегральное значение приращения температуры дымовых газов, интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, расчет температуры металла конвертера выполняют регрессионным методом по формуле: Y=A₀+А₁Х₁+А₂Х₂+А₃Х₃+А₄Х₄+A₅X₅+А₆Х₆+А₇Х₇+А₈Х₈+А₉Х₉, где А₀ - свободный член, А₁, А₂……А₉ - коэффициенты уравнения, Х₁ - содержание углерода в чугуне, %; Х₂ - температура чугуна, градус С; Х₃ - содержание кремния в чугуне, %; Х₄ - интегральное значение расхода кислорода с начала продувки, м³; Х₅ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов, градус С; Х₆ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, градус С; Х₇ - интегральное значение содержания CO₂ в дымовых газах с момента подачи кислорода, %; X₈ - время с момента подачи кислорода, секунд; Х₉ - интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, градус С; анализируют полученную величину, а окончание кислородной продувки производят при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С.

Сущность предлагаемого способа контроля температуры металла конвертера заключается в том, что, благодаря дополнительному контролю температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, температуры охлаждающей воды на входе и выходе кислородной фурмы, содержания углерода и кремния в чугуне и температуры чугуна, времени от момента подачи кислорода, расчету интегрального значения приращения температуры дымовых газов, интегрального значения приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, интегрального значения приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, расчет температуры металла конвертера выполняют регрессионным методом по формуле: Y=A₀+A₁X₁+А₂Х₂+А₃Х₃+А₄Х₄+А₅Х₅+А₆Х₆+А₇Х₇+А₈Х₈+А₉Х₉, где А₀ - свободный член, А₁, А₂……А₉ - коэффициенты уравнения, X₁ - содержание углерода в чугуне, %; Х₂ - температура чугуна, градус С; Х₃ - содержание кремния в чугуне, %; Х₄ - интегральное значение расхода кислорода с начала продувки, м³; Х₅ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов, градус С; Х₆ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, градус С; Х₇ - интегральное значение содержания CO₂ в дымовых газах с момента подачи кислорода, %; Х₈ - время с момента подачи кислорода, секунд; Х₉ - интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, градус С; окончание кислородной продувки производят при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С достигается повышение точности измерения температуры металла конвертера и возможность управления кислородной продувкой при достижении температуры металла конвертера заданного значения при непрерывном контроле, в ходе продувки, температуры металла конвертера.

Таким образом, перечисленные новые существенные признаки изобретения в совокупности с известными позволяют получить технический результат, заключающийся в более точном и постоянном контроле температуры металла конвертера и управлении временем окончания кислородной продувки, экономии расхода кислорода на продувку, уменьшении угара металла, уменьшении количества передувок.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - представлена принципиальная схема системы для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - приведен график сходимости модели; на фиг. 3 - представлен график изменения температуры металла конвертера в реальном времени при кислородной продувке конвертера.

Предлагаемый способ контроля температуры металла конвертера осуществляется с помощью системы, которая включает объект управления (конвертер) 1, выход объекта управления соединен с входом блока ввода и обработки технологической информации 2. Выход блока ввода и обработки технологической информации 2 соединен с входом блока адаптации технологической информации по времени 3. Выход блока адаптации технологической информации по времени 3 соединен с входом блока математического моделирования 4. Выход блока математического моделирования 4 соединен с входом блока монитора оператора 5. Выход блока монитора оператора 5 соединен с входом объекта управления (конвертер) 1. Схема системы "способ контроля температуры металла конвертера" содержит блок нормативно-справочной информации 6, один выход, которого соединен с входом блока математического моделирования 4, другой выход соединен с входом блока ввода и обработки технологической информации 2.

Предлагаемый способ контроля температуры металла конвертера осуществляется следующим образом.

Способ контроля температуры металла конвертера включает контроль расхода кислорода, температуру дымовых газов, содержание CO₂ в дымовых газах, температуру дымовых газов на выходе котла утилизатора, температуру охлаждающей воды на входе и выходе кислородной фурмы, содержание углерода и кремния в чугуне и температуру чугуна, время от момента подачи кислорода, рассчитывают интегральное значение приращения температуры дымовых газов, интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, расчет температуры металла конвертера выполняют регрессионным методом по формуле Y=A₀+А₁Х₁+А₂Х₂+А₃Х₃+А₄Х₄+А₅Х₅+А₆Х₆+А₇Х₇+А₈Х₈+А₉Х₉, где А₀ - свободный член, А₁, А₂……А₉ - коэффициенты уравнения, X₁ - содержание углерода в чугуне, %; Х₂ - температура чугуна, градус С; Х₃ - содержание кремния в чугуне, %; Х₄ - интегральное значение расхода кислорода с начала продувки, м³; Х₅ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов, градус С; Х₆ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, градус С; Х₇ - интегральное значение содержания CO₂ в дымовых газах с момента подачи кислорода, %; Х₈ - время с момента подачи кислорода, секунд; Х₉ - интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, градус С; окончание кислородной продувки производят при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С.

Пример осуществления предлагаемого способа контроля температуры металла конвертера.

От объекта управления (конвертер) 1 в блок ввода и обработки технологической информации 2 поступает информация о фактических значениях: содержании углерода и кремния в чугуне, температуре чугуна, расходе кислорода, температуре дымовых газов, температуре дымовых газов на выходе котла утилизатора, содержании CO₂ в дымовых газах, времени с момента подачи кислорода, температуре охлаждающей воды на входе и выходе фурмы, также из блока нормативно-справочной информации 6 поступает информация о допустимых значениях содержания углерода и кремния в чугуне, температуре чугуна, расходе кислорода, температуре дымовых газов, температуре дымовых газов на выходе котла утилизатора, содержании CO₂ в дымовых газах, времени с момента подачи кислорода, температуре охлаждающей воды на входе и выходе фурмы, с блока монитора оператора 6 поступает информация о номере плавки и требуемой температуре металла конвертера. Вся поступающая технологическая информация подвергается верификации, систематизируется, формируется таблица для расчета многофакторной математической модели. Таблица для расчета многофакторной математической модели обновляется, с поступлением информации по каждой последующей плавке, в блоке адаптации технологической информации во времени 3. Вся информация, прошедшая верификацию, обработку и адаптацию во времени, поступает в блок математического моделирования 4. В блоке математического моделирования 4 методом регрессионного анализа рассчитывается температура металла конвертера по формуле: Y=A₀+ А₁Х₁+ А₂Х₂+ А₃Х₃+ А₄Х₄+ А₅Х₅+ А₆Х₆+ А₇Х₇+ А₈Х₈+ А₉Х₉, где А₀ - свободный член, А₁, А₂………А₉ - коэффициенты уравнения, X₁ - содержание углерода в чугуне, %; Х₂ - температура чугуна, градус С; Х₃ - содержание кремния в чугуне, %; Х₄ - интегральное значение расхода кислорода с начала продувки, м³; Х₅ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов, градус С; Х₆ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, градус С; Х₇ - интегральное значение содержания CO₂ в дымовых газах с момента подачи кислорода, %; Х₈ - время с момента подачи кислорода, секунд; Х₉ - интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, градус С. Рассчитанное значение температуры металла конвертера с бока математического моделирования 4 передается в блок монитора оператора 5. Блок монитора оператора 5 имеет связь с объектом управления (конвертер) 1. Окончание кислородной продувки производят при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С.

Пример. Схема системы "способ контроля температуры металла конвертера" представлена на фиг. 1.

Технологическая информация процесса производства стали в конвертере для 42-х плавок представлена в таблице 1.

По данным технологической информации процесса производства стали в конвертере для 42-х плавок выполнен регрессионный анализ, результаты которого представлены в таблице 2.

Уравнение связи (математическая модель) имеет вид: Y=1153,28+35,19Х₁+0,019Х₂+158,79Х₃+0,016Х₄+0,0022Х₅+0,00011Х₆-0,0011Х₇-0,21Х₈+0,0069Х₉ (1)

Математическая зависимость (1) адекватна и имеет высокую сходимость, коэффициент множественной корреляции R=0,8, среднее квадратическое отклонение (ошибка модели) равно 14°С. График сходимости модели приведен на фиг. 2.

График изменения температуры металла конвертера для плавки №5194 представлен на фиг. 3.

Где: Х₁, Х₂, Х₃ - содержание углерода в чугуне, %; температура чугуна, °С, содержание кремния в чугуне соответственно, %; Х₄ - интегральное значение расхода кислорода с начала продувки, м³; Х₅ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов, градус С; Х₆ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, градус С; Х₇ - интегральное значение содержания CO₂ в дымовых газах с момента подачи кислорода, %; Х₈ - время с момента подачи кислорода, секунд; Х₉ - интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, градус С.

Таким образом, применение предлагаемого способа контроля температуры металла конвертера позволяет повысить точность контроля и качества управления процессом конвертерной плавки с использованием информации расхода кислорода, температуры дымовых газов, содержания CO₂ в дымовых газах, температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, температуры охлаждающей воды на входе и выходе кислородной фурмы, содержания углерода и кремния в чугуне и температуры чугуна, времени от момента подачи кислорода, расчета интегрального значения приращения температуры дымовых газов, интегрального значения приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, интегрального значения приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы путем непрерывного и точного расчета температуры металла конвертера и окончание кислородной продувки при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С.

Тем самым достигается экономия расхода кислорода на продувку, уменьшение угара металла, а также уменьшение количества передувок.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. RU патент №2037528, МПК: С21С 5/30, опубл. 19.06.1995. Бюл.

2. RU патент №2037529, МПК: С21С 5/30 5/30, опубл. 19.06.1995. - прототип.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в управлении процессом кислородной продувки при производстве стали в конвертере. В способе используют информацию о расходе кислорода, температуре дымовых газов, содержания СО₂ в дымовых газах и дополнительно контролируют температуру дымовых газов на выходе котла утилизатора, температуру охлаждающей воды на входе и выходе кислородной фурмы, содержание углерода и кремния в чугуне и температуру чугуна, время продувки металла в конвертере с момента подачи кислорода, рассчитывают интегральное значение приращения температуры дымовых газов и дымовых газов на выходе котла утилизатора, интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, а расчет температуры металла конвертера выполняют регрессионным методом по формуле с использованием упомянутых параметров, при этом окончание кислородной продувки производят при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С. Изобретение позволяет повысить точность измерения температуры металла конвертера в ходе кислородной продувки. 2 табл., 3 ил.

Способ управления кислородной продувкой при выплавке стали в конвертере, включающий контроль расхода кислорода, температуры дымовых газов, содержания СО₂ в дымовых газах и сравнение заданного и расчетного значений температуры металла в конвертере, отличающийся тем, что дополнительно контролируют температуру дымовых газов на выходе котла утилизатора, температуру охлаждающей воды на входе и выходе кислородной фурмы, содержание углерода и кремния в чугуне и температуру чугуна, время продувки металла в конвертере с момента подачи кислорода, рассчитывают интегральное значение приращения температуры дымовых газов, интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, выполняют расчет температуры металла конвертера регрессионным методом по формуле

Y=1153,282+35,19051X₁+0,019327Х₂+158,7865Х₃+0,016343Х₄+0,002247Х₅+0,000109Х₆- 0,00113Х₇-0,21435Х₈+0,006947Х₉, где

1153,282 - свободный член,

35,19051, 0,019327, 158,7865, 0,016343, 0,002247, 0,000109, -0,00113, _, -0,21435, 0,006947 - коэффициенты уравнения,

X₁ - содержание углерода в чугуне, %;

Х₂ - температура чугуна, °С;

Х₃ - содержание кремния в чугуне, %;

Х₄ - интегральное значение расхода кислорода с начала продувки, м³;

Х₅ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов, ⁰С;

Х₆ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, °С;

Х₇ - интегральное значение содержания СО₂ в дымовых газах с момента подачи кислорода, %;

X₈ - время продувки металла в конвертере с момента подачи кислорода, секунд;

Х₉ - интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, °С;

при этом окончание кислородной продувки устанавливают при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С.