Устройство для управления конвертерной плавкой Советский патент 1986 года по МПК C21C5/30 

0 (б), а также изменения положеИзобретение относится к черной, металлургии, а именно, к контролю, к контролю и регулированию процессов кислородно-конвертерной плавки, и может быть использовано для управления плавкой в кислородно-конвертерном производстве.

Целью изобретения является повышение производительности конвертеров в результате сокращения количества йыбросов.

На.фиг. J изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы изменения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера (а), изменения .выходного напряжения источника тока, подключаемого к электродам фурме и корпусу конвертера при dU dt

ния кислородной фурмы на плавке 321486 (в).

На фиг. 3 - то же, при (б

а также изменения положения кислород ной фурмы на плавке № 321489 (в)

Устройство содержит блок 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, коммутато 2, вычислительный блок 3, блок 4 определения начала продувки, регулятор 5, блок 6 определения положения фурмы, С1реобразователь 7 угловой скорости вращения привода фурмы в частоту импульсов, исполнительный механизм 8, контактор 9, источник 10 тока, кислородную фурму 11 и корпус 12 конвертера.

Влок 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера может быть представлен, например, в виде электрической цепи для измерения разности потенциалов, возникающей между фурмой и корпусом конвертера по ходу продувки. Сигнал на выходе электрической цепи между фурмой и корпусом конвертера имеет место только при контакте фурмы со шлакометаллической эмульсией.

Коммутатор 2 представляет собой, например, транзисторный Kjno4, в кол- лекторн по цепь которого подключена обмотка реле, нормально разомкнутые контакты которого коммутируют электрическую цепь от корпуса конвертера с входом блока 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера при наличии сигнала на

5

0

5

0

5

0

5

0

5

третьем выходе вычислительного блока 3.

Вычислительный блок 3 (фиг. 1) содержит, например модуль 13 нормализации, выход которого соединен через аналого-цифровой преобразователь 14 с первым входом процессора 5, ко второму и третьему входам которого подсоединены соответственно выходы таймера 16 и модуля 17 ввода инициативных сигналов, первый вьпсод процессора 15 соединен через первый бесконтактный модуль 18 кодового управления со входом преобразователя 19 код-ток, а второй выход процессора 15 соединен со входом второго бесконтактного модуля 20 кодового управления.

Блок 4 определения начала продувки может быть представлен, например, в виде реле отсечного клапана кис- лорода дутья, нормально разомкнутые контакты которого при замыкании подключают источник опорного напряжения к выходу т.е. появляется сигнал, свидетельствующий о начале процесса

продувки в конвертере. I

Регулятор 5 может быть представлен, например, в виде регулирующего блока релейного типа, работакяцего в комплекте с электрическим исполнительным механизмом постоянной скорости, либо в качестве позиционного регулятора. В комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости регулятор 5 формирует ПИ-закон регулирования. Исполнительный механизм 8 может быть представлен, например, в виде двигателя. Источник 10 тока может быть представлен, например, в виде источника тока с номинальным напряжением 24 В и с номинальным током 36 А. Модуль 13 нормализации предназначен для преобразования сигналов постоянного тока в сигналы напряжения и для фильтрации сигналов датчиков от помех нормального вида. Аналого-цифровой преобразователь 14 может быть представлен, например, в виде модуля аналого-цифрового преобразователя. Бесконтактные модули 18 и 20 кодового управления предназначены для приема и запоминания двоичных сигналов, поступающих из процессора 16, и коммутации, электрических цепей постоянного тока управляемого объекта, в частности, преобразователя код-ток 19, который

преобразует электрические кодированные сигналы в электрический непрерывный сигнал постоянного тока.

Устройство работает следующим образом.

С момента начала продувки замьжа- ются контакты реле отсечного клапана кислорода дутья и на выходе блока 4 определения начала продувки появляется сигнал, соответствующий 1, который через модуль 17 ввода инициативных сигналов поступает в процессор 15, и со второго выхода процессора 15 появляется сигнал, который по- ступает на вход модуля 20 кодового управления (бесконтактный) и на третьем выходе вычислительного блока 3 появляется сигнал J, который поступает на управляющий вход комму- FaTopa 2. Коммутатор 2 коммутирует электрическую цепь от корпуса конвертера со входом блока 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера. На выходе блока 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера появляется сигнал, пропорциональный разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, который поступает на вход модуля 13 нормализа- ции, сигнал с выхода которого поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 14. Преобразованный сигнал в двоичной форме с выхода аналого- цифрового преобразователя 14 поступает на вход процессора 15.

В случае появления отрицательной разности потенциалов на выходе блока 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера в процессоре 15 осуществляется интегрирование сигнала отрицательной разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, и в момент достижения интегралом отрицательной разности потенциалов величины 0,09-0,014 мВ Смин/т (конкретное значение определяется экспериментально) сигнал сх. выхода процессора 15 поступает на вход модуля 20 кодового управления (бес- .контактный) и на втором выходе вычислительного блока 3 появляется аналоговый сигнал, пропорциональный опус- катпо фурмы на 10-20% (конкретное значение определяется экспериментально) относительно программного значения. Сигнал с первого выхода вычислительного блока 3 поступает первый

вход регулятора 5, на другой вход которого поступает аналоговый сигнал с выхода блока 6 определения положения фурмы, пропорциональный текущему значению положения фурмы над уровнем спокойного металла. По выходному сигналу регулятора 5 осуществляется опускание фурмы на 10-20% относительно программного значения (фиг. 2).

По истечении 0,5-0,8 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 5 на втором и третьем выходе вычислительного блока 3 появляются сигкалы, соответствующие Q и 1 соответст-- венно, что приводит к размыканию эл йктрической цепи контактора 9 и коммутации электрической цепи от корпуса конвертера со входом блока 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом крнвертера, выходной сигнал которого через модуль 13 нормализации и аналого-цифрового преобразователя 14 поступает на вход процессора 15, в котором определяет- ся -производная отрицательной разности потенциалов между фурмой и корпусом . .

du „ ; Xконвертера -j- в течение 0,4-0,6 мин

О С

(конкретное значение определяется-v экспериментально). Дальнейшее изменение выходных сигналов на выходах вычислительного блока 3 осуществляется в зависимости от значения знака

dU производной -г- .

at

При определении производной отрицательной разности потенциалов межу фурмой и корпусом конвертера (фиг. 2) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 появляются сигналы,

соответствующие 1 и О, что приводит к коммутации выхода источника 10 тока через контактор 9 со вторым электродом - кислородной фурмой и размыканию цепи коммутатора 2, а по первому выходу вычислительного блока

3 выходной сигнал остается неизменным, т.е. фурма находится в нвиз -. менном положении, которое на 10-20% ниже программного. Нррез 0,7- 1,1 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выхог- ах вычислительного блока 3 появляются сигналы, соответствующие О и 1 соответственно, что приводит к

размыканию электрической цепи выхода источника 10 тока через контактор 9 от второго электрода - кислородной фурмы и замыканию цепи коммутатора 2. По первому выходу вычисли- тельного блока 3 выходной сигнал остается неизменным. В дальнейшем по истечении 0,4-0,6 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 появляются сигналы, соответствующие 1 и О соответственно, что приводит к коммутации выхода источника 10 тока через кон- тактор 9 со вторым электродом - кислородной фурмой и размыканию цепи коммутатора 2. По первому выходу вычислительного блока 3 выходной сигнал остается неизменным.

Через 0,3-0,4 мин (дсонкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходахвычислительного блока 3 появляются сигналы, соответствующие О и 1 соответственно, что приводит к размыканию электрической цепи выхода источника 10 тока через контактор 9 от второго электрода - кислородной фурмы и за- мыканию электрической цепи коммутатора 2. По первому выходу вычислительного блока 3 сигнал остается неизменным. В процессоре 15 осуществляется интегрирование сигнала полозки- тельной разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, и в момент достижения интегралом положительной разности потенциалов величины 0,08-0,11 мВ мий/т по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 выходные сигналы остаются без изменения , а по первому выходу вычислительного блока 3 появляется сигнал, соответствующий подъему фурмы до прежнего программного значения, который поступает на первый вход регу- лятора 5, после чего осуществляется подъем фурмы до прежнего программно- го значения (фиг. 2).

- При определении производной отрицательной разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера dU

idt

(фиг, 3),по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 появляются сигналы

соответствующие 1 и О соответст- пенно, что приводит к коммутации выхода источника 10 тока через контактор 9 со вторым электродом - кислородной фурмой и paз пыкaнию цепи коммутатора 2, а по первому выходу вычислительного блока 3 выходной сигнал остается неизменным.

Через 0,3-0,4 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вьиислитель ного блока 3 появляются сигналы, со- ответствуюпще О и 1 соответственно , что приводит к размыканию электрической цепи выхода источника 10 тока через Контактор 9 от второго электрода - кислородной фурмы и замыканию электрической цепи коммутатора 2. По первому выходу вычислительного блока 3 сигнал остается неизменным. В процессоре 15 осуществляется интегрирование сигнала положительной разности потенциалов между фурмой и корпу сом конвертера, и в момент достижения интегралом положительной разности потенциалов величины 0,08- 0,11 мВ мин/т на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 выходные сигналы остаются без изменения, а по первому выходу вычислительного блока 3 появляется сигнал, соответствуквдий подъему фурмы до прежнего программного значения, который поступает на первый вход ре- гулятора 5, после чего осзпцествляет- ся подъем фурмы до прежнего программного значения (фиг, 3).

В дальнейшем по ходу плавки анализируются текущие значения выходного сигнала блока 1 измерения разност потенциалов между фурмой и корпусом конвертера в процессоре 15, При прогнозировании выбросов изменения выходные: сигналов вычислительного блока 3 осуществляются по приведенному алгоритму. Таким образом подавляются выбросы и переливы шпакометалличес- кой эмульсии из конвертера.

Управление конвертерной плавкой с помощью устройства основано на следующих теоретических предпосылках

Шпаки сталеплавильных процессов состоят из ионов положительно и отрицательно заряженных частиц, .

При продувке металла в конвертере при наведенном шлаке фурма погружена в шлакометаллическую эмульсию, В это

случае кислород, поступающий из фурмы, способствует образовапию большого количества ионов кислорода 0 в шлаке. . В связи с тем, что энергия связи иона кислорода с металлом велика, определенное количество ионов О переходит в металл по реакции .

0(шл, О(мет) 2е

Переход анионов кислорода в металл сопровождается одновременным переходом катионов железа в металл:

г + 2 - Fe +0 Fe

(ШЛ) (Шл)

(мет) (мет)

При утом двойной электрический слой и связанный с ним скачок потенциала на границе раздела металл-шлак не исчезает, так как тенденции к перемещению в металл у ионов О и Fe различны и определяются их энергиями связи с фазами. Если это стремление

О - 2. +

больше у иона О , чем у I-fe , то обра

зуется двойной электрический слой

с отрицательным зарядом на металле

и положительным в шлаке. Отрицатель-

нь1й заряд металла тормозит переход

О и облегчает переход Fe V

В случае большей тенденции к переходу в металл ионов Fe полярность в двойном электрическом слое обратная (в металле положительный заряд, а шлаке - отрицательный). .

На основании изложенного следует, что при продувке металла в конвертере при нормальном ее ходе шлак долже иметь положительный заряд,-а металл ..отрицательный. Однако при бурном вспенивании шлакометаллической эмульсии возможны случаи, когда металл имеет положительный заряд, а шлак - отрицательный (ситуация, когда шлак переокислен)..

В последнем случае на участке измерительной цепи фурма - корпус конвертера появляется отрицательная разность потенциалов относительно корпуса конвертера, изменение кото- рой характеризует процесс шлакообра- зования, а именно степень переокис- ленности шлака. Через промежуток времени (0,5-0, 7 мин после достижения значением интервала отрицательной разности потенциалов некоторого критического значения возникают выбросы металла и шлака из конвертера. При

0

5

0

5

0

5

5

5

значениях интеграла отрицательной разности потенциалов меньше критического опасность возникновения выбросов отсутствует. Определение критического значения интеграла отрицательной разности потенциалов осуществляют на 20-25 плавках путем сопоставления его величины с визуальными наблюдениями за наличием выбросов. Интегрирование отрицательной разности потенциалов позволяет оценить величину переокисленности шлака, которая в

период активного обезуглероживания расплава приводит к возникновению выбросов.

Выбросы можно исключить путем опускания фурмы или присадок извести. Однако опускание фурмы в момент, когда выбросы уже начались, не дает мгновенного эффекта. По этой причине фурму необходимо опускать с некоторым опережением момента начала выбросов. Момент опускания фурмы должен совпадать с моментом достижения интегралом отрицательной разности потенциалов критического значения, которая для большегрузных конвертеров составляет 0,09-0,14 мВ МИн/т. Проведенны- 1ми на большегрузных конвертерах исследованиями установлено, что опускание фурмы в момент достижения величиной интеграла отрицательной разности потенциалов критического значения -(момент В, на фиг. 2) менее 20% от программного значения не исключает возникновения выбросов, так как наблюдаемое при этом перераспределение ;кислорода дутья между шлаком и металлом недостаточно для снижения переокисленности шлака. Опускание же фурмы на величину более 20% от программного значения, приводи-т к резк.о му (сворачиванию/шлака, в результате чего наблюдаются выносы из конвертера, заметалливание-.фурмы, а также ее прогар.

На основании экспериментальных исследований установлено, что эффективное подавление выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии из горловины конвертера можно осуществить путем кратковременных подключений к электродам - изолированной кислородной фурме и корпусу конвертера источника тока положительной полярности относительно корпуса конвертера в сочетании с опусканием

фурмы на 20% относительно программного значения.

Действительно, подключение внешнего источника тока тормозит переход ионов О и облегчает переход ионов Fe в металл, т.е. происходит умень

шение поступления кислорода из шлака в металл и скорость обезуглероживания снижается, что приводит к уменьшению газовыделения и дальнейше бурйое,вспенивание шлакометалличес- кой эмульсии прекращается.

На основании проведенных экспериментальных исследований разработан алгоритм кратковременных подключений к электродам - изолированной кислоро ной фурме и корпусу конвертера источника тока положительной полярности относительно корпуса конвертера в сочетании с опусканием фурмы на 20% относительно программного значения.

В момент достижения интегралом отрицательной разности потенциалов критического значения (момент В на фиг. 2) прекращают и нтегрирование регистрируемого сигнала, опускают фурму на 10-20% относительно программного значения и подключают к электродам - изолированной кислородной фурме и корпусу конвертера источник тока положительной полярности относительно корпуса конвертера в течение 0,5-0,8 мин,

С момента времени С осуществляют измерение производной отрицательной разности потен1щалов между фурмой и корпусом конвертера в течение 0,4

du

0,6 мин и при тг повторно подклю- - at

чают к электродам источник тока в течение 0,7-1,1 мин,, затем через 0,4- 0,6 мин повторно подключают к - электродам источник тока в течение 0,3 - 0,4 мин, С момента времени С измеряют значение интеграла полояштель- ной разности потенциалов и .в момент времейи И, соответствующий достижению интегралом величины - 0,11 мВ-мин/т,фурму вновь поднимают до программного значения.

Если при измерении производной отрицательной разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера

с момента времени С

dfU dt

4: О (фиг, 3)

то в момент времени d повторно .. подключают к электродам - изолиро0

.

;ванной кислородной фурме и корпусу |конвертера источник трка положительной полярности относительно корпуса конвертера в течение 0,3-0,4 мин, затем измеряют значение интеграла положительной разности потенциалов и в момент достижения интегралом величины 0,08-0,11 мВ-мин/т фурму вновь поднимают до программного значения.

При проведении эспериментапьных исследований на 24% от общего количества опытных плавок подавление выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии осуществлялось по схеме, 5 изображенной на фиг. 2. На осталь- ньпс опытных плавках подавление выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии осуществлялось по схеме, приведенной на фиг. 3.

Устройство позволяет эффективно подавлять возникновение выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии из конвертера, что особенно важно для условий конвертерного передела фосфористого чугуна, когда плавка проводится под максимально вспененным шлаком, способствующим более полному завершению реакций между металлом и -шлаком.

Техническая эффективность от использования устройства состоит в том, что оно позволяет повысить производительность конвертеров в результате сокращения количества выбросов.

5

0

35 Формула изобретения

Устройство для управления конвертерной .плавкой, содержащее блок измерения разности потенциалов, между

фурмой и корпусом конвертера, вьгчис- лительньгй блок, блок определения начала продувки, регулятор, блок определения положения фурмы, преобразователь угловой скорости вращения привода фурмы в частоту импульсов, исполнительный механизм, причем первый вход блока измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера подсоединен к фурме, выходы блока измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера и блока определения начала продувки подсоединены соответственно к первому и второму входам вычислительного

блока, первый выход которого подсоединен к первому входу регулятора, выход которого подсоединен к исполнительному механизму, ВЕЛХОД преобразо

и1

вателя угловой скорости вращения привода фурмы в частоту импульсов подсо- .единен к входу блока определения положения фурмы, выход которого подсоединен к второму входу регулятора отличающееся тем, что, с целью повьппения производительности конвертера за счет сокращения количества выбросов, оно снабжено коммутатором, контактором и источником то ка, причем первый выход источника то

I

5883812

ка подсоединен к корпусу конвертера и к первому входу коммутатора, второй выход источника тока через контактор подсоединен к фурме, а второй и третий выходы вычислительного блока подсоединены соответственно к управляющему входу контактора и управляющему входу коммутатора, а выход последнего подсоединен к второму входу блока 10 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера.

.M&

В

I i

и И I & I ){

I I I

а

II

1

I

t.

. /

;71

а

и,д

t.

t.nuH

I

Н h

i/s.Z

t,i///

Составитель Г, Демин Редактор Н. Егорова Техред М.Ходанич Корректор Л Пилипенко

5086/25

Тираж 552Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам.изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Производсгвенио-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

us.

Изобретение относится к управлению плавкой в кислородном конвертере. Цель изобретения - повьшение производительности конвертера за ; счет сокращения количества выбросов. Устройство для управления конвертор:ной плавкой содержит блок 1 измерения разности потенциалов между фурмой 11 и корпусом 12 конвертера, вычислительный блок 3, блок 4 определения начала продувки, регулятор 5, блок 6. определения положения фурмы,-преобразователь 7 угловой скорости вращения привода фурмы в частоту им- иульсов исполнительный механизм 8, причем первый вход блока 1 подсоединен к фурме 11, выходы блока 1 и блока 4 подсоединены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока 3, первый выход которого подсоединен к регулятору 5, выход которого подсоединен к исполнительному механизму 8, выход преобразователя .7 подсоединен к входу блока 6, выход которого подсоединен к регулятору 5. Устройство также снабжено коммутатором 2, контактором 9 и источником 10 тока, причем первый выход источника 10 тока подсоединен к корпусу 12 конвертера и первому входу ко№ утавтора 2, второй выход источника 10 тока через контактор 9 подсоединен к фурме 11, а второй и третий выходы блока 3 - соответственно к управляющему входу контактора 9 и управляющему входу коммутатора 2, выход которого подсоединен к второму входу блока 1. Сокращение количества выбросов достигается введением в данное устройство коммутатора, контактора и источника тока, 3 ил. (Л с to ел 00 00 00 00