СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАВКОЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СТАЛИ В ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ Российский патент 2025 года по МПК C21C5/52 F27B3/28 F27D19/00 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Предлагаемое изобретение относится к области автоматизации сталеплавильного производства и может быть использовано в автоматизированном управлении выплавки стали в дуговой сталеплавильной печи.

2. Уровень техники

Известен способ измерения активности кислорода в металлах и сплавах в жидком и твердом состоянии [1] с помощью гальванического элемента, одним из электродов которого служит исследуемый сплав, а другим - сплав с известной активностью кислорода, при этом в электроде сравнения измеряют парциальное давление кислорода и создают потенциал кислорода, равный химическому потенциалу кислорода, растворенного в исследуемом металле.

Недостатком известного способа является невозможность определить ошибки измерения возникающее при загрязнении внешней поверхности керамического чувствительного элемента, изменении содержания кислорода в электроде сравнения из-за натекания воздуха в его внутреннюю полость, деградации керамики и др.

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) принят способ, с использованием датчика с чувствительным элементом из кислородно-ионной проводящей керамики [2], включающей погружение в расплавленный металл твердоэлектролитного датчика и температуры расплавленного металла и определение по измеренным термодинамической активности кислорода в расплавленном металле, кроме того, в анализируемый металл дополнительно погружают не менее двух твердотельных датчиков с электродами сравнения, выполненными из материалов с различным содержанием кислорода, перед определением термодинамической активности кислорода измеряют разность потенциалов между электродами сравнения, по меньшей мере, одной пары твердоэлектролитных датчиков до выполнения условия ее постоянства в пределах абсолютной погрешности измерений и по одному из твердоэлектролитных датчиков в паре, для которой выполняется условие постоянства разности потенциалов между электродами сравнения определяют термодинамическую активность кислорода по соотношению по следующей формуле:

где а_в - термодинамическая активность кислорода в анализируемом расплаве;

А - экспериментальная константа, связанная с термодинамическим потенциалом кислорода в электроде сравнения;

n - число электронов, участвующих в реакциях;

F - число Фарадея, Кл/моль;

Е - электродвижущая сила чувствительного элемента твердоэлектролитного датчика, В;

R - универсальная газовая постоянная, ДжК^-1 моль^-1;

Т - температура расплавленного металла, К;

Причем измерение температуры расплавленного металла осуществляется одновременно и непрерывно с измерением электродвижущей силы чувствительного элемента твердоэлектролитного датчика.

Недостатком данного способа определения активности кислорода в жидком металле дуговой сталеплавильной печи является то, что определение возможно производить при остановке подачи кислорода и электроэнергии, в условиях спокойной ванны печи.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение определения активности кислорода в жидком металле дуговой сталеплавильной печи в реальном времени, без остановки подачи кислорода и электроэнергии.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа определения активности кислорода в жидком металле дуговой сталеплавильной печи в реальном времени, который как и прототип, использует математическую модель определения активности кислорода в жидком металле, с использованием технологических параметров процесса плавки.

В отличие от прототипа определяют количество кислорода с начала плавки на рафинирование, потребление газа с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, количество теплоты, поглощенное охлаждающей водой, потребление кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой на плавление, рассчитывают активность кислорода расплавленного металла в ванне по формуле:

где: Х₁ - количество кислорода на рафинирование с начала плавки, н. м³;

Х₂ - потребление газа с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, н.м³;

Х₃ - количество теплоты, поглощенное охлаждающей водой, усл. единиц;

Х₄ - потребление кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, на плавление, н.м³.

3. Раскрытие сущности изобретения

Сущность предлагаемого способа определения активности кислорода в жидком металле дуговой сталеплавильной печи заключается в том, что определяют количество кислорода с начала плавки на рафинирование, потребление газа с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, количество теплоты, поглощенное охлаждающей водой, потребление кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой на плавление, рассчитывают активность кислорода расплавленного металла в ванне по формуле (2).

Таким образом, перечисленные новые существенные признаки изобретения в совокупности с известными позволяют получить технический результат, заключающийся в более точном непрерывном определении активности кислорода в жидком металле дуговой сталеплавильной печи и окончании подачи газа на рафинирование, подачи электроэнергии на плавку при достижении активности кислорода расплавленного металла в ванне дуговой сталеплавильной печи требуемого диапазона, что экономит расход кислорода, электроэнергии, уменьшает угар металла.

Предлагаемый способ непрерывного контроля активности кислорода металла в ванне дуговой сталеплавильной печи осуществляется с помощью системы, которая включает объект управления (дуговая сталеплавильная печь), выход объекта управления соединен с входом блока ввода и обработки технологической информации. Выход блока ввода и обработки технологической информации соединен с входом блока адаптации технологической информации по времени. Выход блока адаптации технологической информации по времени соединен с входом блока математического моделирования.

Выход блока математического моделирования соединен с входом блока монитора оператора. Выход блока монитора оператора соединен с входом объекта управления (дуговая сталеплавильная печь). Система "способ непрерывного контроля температуры металла в ванне дуговой сталеплавильной печи" содержит блок нормативно-справочной информации, один выход, которого соединен с входом блока математического моделирования, другой выход соединен с входом блока ввода и обработки технологической информации.

4. Осуществление изобретения

Предлагаемый способ непрерывного определения активности кислорода расплавленного металла в ванне дуговой сталеплавильной печи осуществляют следующим образом.

Способ непрерывного определения активности кислорода расплавленного металла в ванне дуговой сталеплавильной печи включает контроль количества кислорода с начала плавки на рафинирование, контроль потребления газа с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, контроль количества теплоты, поглощенное охлаждающей водой, контроль потребления кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой на плавление и по определенному расходу кислорода с начала плавки на рафинирование, по определенному потреблению газа с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, по определенному количеству теплоты поглощенному охлаждающей водой, по определенному количеству потребления кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой на плавление рассчитывают активность кислорода расплавленного металла в ванне по формуле (2).

Пример расчета активности кислорода расплавленного металла в ванне дуговой сталеплавильной печи.

От объекта управления (дуговая сталеплавильная печь) в блок ввода и обработки технологической информации поступает информация о фактических значениях: количества кислорода на рафинирование с начала плавки, потреблении газа с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, количестве теплоты, поглощенное охлаждающей водой, потреблении кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, на плавление, с блока монитора оператора поступает информация о номере плавки и требуемом диапазоне активности кислорода расплавленного металла. Вся поступающая информация подвергается верификации, систематизируется и 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.

Вся информация прошедшая верификацию, обработку и адаптацию во времени поступает в блок математического моделирования. В блоке математического моделирования методом регрессионного анализа рассчитывается активность кислорода расплавленного металла в ванне по формуле (2). Рассчитанное значение активности кислорода расплавленного металла в ванне дуговой сталеплавильной печи с блока математического моделирования передается в блок монитора оператора. Блок монитора оператора имеет связь с объектом управления (дуговая сталеплавильная печь). Окончание подачи кислорода на рафинирование и подачи электроэнергии производят при достижении активности кислорода металла в ванне дуговой сталеплавильной печи требуемого диапазона активности кислорода.

Пример.

Технологическая информация процесса производства стали в дуговой сталеплавильной печи для 41-одной плавки представлена таблице 1.

По данным 41-одной плавки выполнен регрессионный анализ, результаты которого представлены в таблице 2.

Уравнение связи (математическая модель) определяется выражением (2):

Математическая зависимость (2) адекватна и имеет высокую сходимость [3], коэффициент множественной корреляции R=0,809, среднее квадратическое отклонение (ошибка модели) равно 68 ррм.

где: X₁ - количество кислорода на рафинирование с начала плавки, н. м³;

Х₂ - потребление газа с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, н. м³;

Х₃ - количество теплоты, поглощенное охлаждающей водой, усл. единиц;

Х₄ - потребление кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, на плавление, н.м³.

Вывод

Таким образом, применение предлагаемого способа непрерывного определения активности кислорода расплавленного металла в ванне дуговой сталеплавильной печи позволяет повысить точность контроля и качества управления процессом плавки с использованием информации количества кислорода на рафинирование с начала плавки, потребления газа с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, количества теплоты, поглощенное охлаждающей водой, потребления кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, на плавление, при достижении активности кислорода расплавленного металла в ванне дуговой сталеплавильной печи требуемого значения диапазона активности кислорода.

Тем самым достигается экономия расхода кислорода на рафинирование, расхода электроэнергии, уменьшается угар металла, уменьшается количество разовых замеров активности кислорода расплавленного металла в ванне дуговой сталеплавильной печи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Российская Федерация патент на изобретение №2 710 384, МПК: G01J 5/00, 2006.01; G01K 11/32 2006/01; В65Н 49/02 2006/01; F27 D 21/00 2006/01.

2. Б.Н. Парсункин, С.М. Андреев, А.Р. Бондарева, У.Б. Ахметов. "Непрерывный контроль температуры жидкой стали в технологических агрегатах металлургического производства" Вестник ЮУрГУ. Серия "Металлургия" 2018. Т. 18, №3. С.33-41.

3. И.И. Елисеева "Эконометрика" М. С 439, 2015 г.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для управления плавкой при производстве стали в дуговой сталеплавильной печи. В способе используют в реальном времени технологическую информацию предыдущих плавок: количество кислорода на рафинирование с начала плавки, н.м³; потребление газа с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, н.м³; количество теплоты, поглощенное охлаждающей водой, усл. единиц; потребление кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, на плавление, н.м³, при этом технологическая информация предыдущих плавок поступает в блок математического моделирования, в котором методом регрессионного анализа рассчитывают активность кислорода Y расплавленного металла в ванне дуговой сталеплавильной печи. Анализируют полученную величину активности кислорода Y путем сравнения ее с требуемым значением диапазона активности кислорода расплавленного металла согласно нормативно-справочной информации и прекращают подачу кислорода на рафинирование с начала плавки, газа и кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой при достижении рассчитанной активности кислорода требуемого диапазона. Изобретение позволяет повысить точность непрерывного определения активности кислорода расплавленного металла в ванне дуговой сталеплавильной печи. 2 табл., 1 пр.

Способ управления плавкой при производстве стали в дуговой сталеплавильной печи, включающий осуществление измерений текущей технологической информации по ходу плавки металла, отличающийся тем, что используют в реальном времени технологическую информацию предыдущих плавок: количество кислорода на рафинирование с начала плавки, н.м³; потребление газа с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, н.м³; количество теплоты, поглощенное охлаждающей водой, усл. единиц; потребление кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой на плавление, н.м³, при этом технологическая информация предыдущих плавок поступает в блок математического моделирования, в котором методом регрессионного анализа рассчитывают активность Y кислорода расплавленного металла в ванне дуговой сталеплавильной печи по формуле

,

где Y - активность кислорода расплавленного металла, ppm;

980,7139 - свободный член;

0,001373, 1,85235,0,00872, 1,38609 - коэффициенты уравнения;

Х₁ - количество кислорода на рафинирование с начала плавки, н. м³;

Х₂ - потребление газа с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой, н. м³;

Х₃ - количество теплоты, поглощенное охлаждающей водой, усл. единиц;

Х₄ - потребление кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелкой на плавление, н.м³,

анализируют полученную активность Y кислорода расплавленного металла путем сравнения ее с требуемым значением диапазона активности кислорода расплавленного металла согласно нормативно-справочной информации и прекращают подачу кислорода на рафинирование с начала плавки, газа и кислорода с начала плавки рафинирующей комбинированной горелки при достижении рассчитанной активности кислорода расплавленного металла требуемого диапазона.