Способ управления конвертерной плавкой Советский патент 1989 года по МПК C21C5/30 

1

(21)6334900/23-0-2

(22)30,11.87

(46) 07.07.89. Бкш. N 25

(71)Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС

(72)В.С.Богушевский, Н.А.Сорокин, И.Л.Лигоцкий и В.А.Ляшенко

(53)621.745.3 (088.8)

(36) Авторское свидетельство СССР № 870411, кл. С 21 С 5/30, 1977.

(54)СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КОНВЕРТЕРНОЙ ПЛАВКОЙ

(57) Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к управлению кислородно-конвертерным процессом. Целью изобретения является улучшение утилизации теплоты ванной. Эта цель достигается тем, что определяют степень окисления конвертерных газов до СО в полости конвертера и изменяют амплитуду и частоту колебаний положения фурмы до обеспечения максиИзобретение относится к черной металлургии, а именно к управлению кислородно-конвертерным процессом.

Целью изобретения является улучшение утилизации теплоты ванной.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа управления конвертерной плавкой; на фиг.2-4 схема алгоритма управления периодическим изменением положения фурмы.

Управление конвертерной плавкой осуществляют по периодам путем измемального содержания СО в конвертерных газах. Периодическое изменение положения фурмы вызывает колебания уровня металлопшакогазовой эмульсии. Когда фурма находится в нижнем положении, ванна вспучивается вследствие увеличения ее газонасыщенности и осаждается при движении фурмы , вверх. Металлошлакогазовая эмульсия во вспученном состоянии поглощает теплоту верхних частей футеровки, нагретых продуктами дожигания СО до С02 в те периоды, когда фурма находится в верхнем положении. Изменяя амплитуду и частоту колебаний положения фурмы, обеспечивают максимальное содержание СО в конвертерных газах, следовате,11ьно, и максимальную степень нагрева верхних частей футеровки, при последующем омывании которых ванна получает максимальное приращение теплоты. Это дает возмож ность переработать дополнительную массу лома. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

нения положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, расхода кислорода и ввода шлакообразующих материалов по формулам: для первого периода

Н К/-Р + f(f) + К

при V ; 0,1 5 V ;(1 )

для второго периода

Н К, при V 5 0,15 V, (2 )

с (в

(Л

;о

30 00

АН ЛН,

3 . 1491889

или

Н К при 0,25 У V,

Ри А;-A(i..J О, (nC,-ut) К, г - К .

у N 5

(3) для третьего периода

(4) (5)

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к управлению кислородно-конвертерным процессом. Целью изобретения является улучшение утилизации теплоты ванной. Эта цель достигается тем, что определяют степень окисления конвертерных газов до CO₂ в полости конвертера и изменяют амплитуду и частоту колебаний положения фурмы до обеспечения максимального содержания CO₂ в конвертерных газах. Периодическое изменение положения фурмы вызывает колебания уровня металлошлакогазовой эмульсии. Когда фурма находится в нижнем положении, ванна вспучивается вследствие увеличения ее газонасыщенности и осаждается при движении фурмы вверх. Металлошлакогазовая эмульсия во вспученном состоянии поглощает теплоту верхних частей футеровки, нагретых продуктами дожигания CO до CO₂ в те периоды, когда фурма находится в верхнем положении. Изменяя амплитуду и частоту колебаний положения фурмы, обеспечивают максимальное содержание CO₂ в конвертерных газах, следовательно, и максимальную степень нагрева верхних частей футеровки, при последующем омывании которых ванна получает максимальное приращение теплоты. Это дает возможность переработать дополнительную массу лома. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Kj при - 0, 0,75,

К, + и при-1,5 и (-0,75) или 0,75 U 1,5 (6)

или

Н - к, и,

v; - V ,. , + к, при Us 1,5 (7)

) ь Сц, KS ,

Н - К, + и

V; .,) - К при U

Си KT

для четвертого периода

Н Кз при VS 0,85 V,, С 0,1 ,

(9) Н - К, - К, при V Ь 0,85 V,, С « 0,1 (10)

(е)

де Н - положение фурмы отиосительно уровня спокой- 40 .ной ванны, калибр;

«--- I Hd - среднее значение поло- женин фурмы, относительно которого проис- д5 ходят ее периодические изменения, калибр;

V - расход кислорода при нормальных условиях, м /мин;

f(() - функция, определяемая насыпной массой лома, калибр;

V - фактический объем кислорода, израсходованный за определенное время продувки,

50

55

расчетный объем кислорода на продувку, опре5

0

5

0

5

0

5

0

5

деляемьй, например, по балансово-статистичес- кому уравнению; А - сигнал об акустической характеристике продувки, %;

i-1), i -индексы предьщущего и текущего значений измеряемого параметра с дискретностью, например, 15 с;

Д(/)4) - начешьное и текущее значения промежутков времени между резким изменением температурного режима в рабочем пространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме, с; АН - амплитуда изменения

положения фурмы,калибр; йН - начальное значение амплитуды изменения положения фурмы, калибр; G , G- - масса плавикового

шпата и извести, кг; С - заданное значение содержания углерода в металле, %;

и - управляющее воздействие на положение фурмы относительно уровня спокойной ванны,калибр,

и К (А - К,д) + К,, (й(„ - 41); (11)

К,, K,j, .,., К„ - коэффициенты.

Периодическое изменение положения фурмы производят согласно зависимостям

К,;(12)

A«NV,) АНи приЛНи AH(«-,b fcOin f C0jl«-0(l3)

или

ЛН,

мз

&.()-)

ЛН

при

( ЛН

ЙН, - К,з

UH

(п-Ч ) IfcOi If COj(n-«) )

ЛН - К

1

ti (м-) ;

;

где V - скорость изменения положнния фурмы, калибр/с; коэффициенты;

- степень окисления конвер- терных газов до СО в полости конвертера;

п-1,п, - индексы предыдущего, теку- n+t щего и последующего значений уставок управляемого параметра.

Управление конвертерной плавкой включает статический расчет ишако-. образующих и охлаяодающих материалов и динамическое управление процессом. Статический расчет включает определение массы материалов, которые вводят в конвертер порциями. Масса и время ввода добавок определяются принятой технологией. Например, вводится известь 35-40% на дно конвертера, 30% - после продувки 15% расчетного объема кислорода, 25-30% - после продувки 30% расчетного объема кислорода, известняк 50% - после продувки 30% расчетного объема кислорода, 50% - после продувки 60% расчетного кислорода, плавиковый шпат - после продувки 85% расчетного объема

кислорода.

I

навливают значения коэффициента на 0,75 калибр ниже, чем в предыдущей, а при V 0,t5 V на следующую плавку устанавливают значение коэфф циента К на 0,75 калибр вьште. Значения K 1,06 калибр мин

м

25 f((j ) 3 калибр в случае легковесно го лома, f(() О при насыпной масс лома в пределах 1,4-1,8 т/м и f((j) 0,75 калибр в случае тяжеловесног лома,

30 Переход к второму периоду осуществляется в момент подачи 15% рас четного объема кислорода, если к этому моменту наводится жидкоподвиж ный пшак, о чем свидетельствует сни жение уровня акустической характери тики продувки (датчик - микрофон ти па МД-59, измеритель - вторичный пр бор типа КСП) и появление шпакового наслоения на фурме. Если жидкопод4Q вижный пшак не наводится, то перехо к второму периоду осуществляется в момент подачи 25% расчетного объема кислорода с одновременной присадкой плавикового шпата. Значения коэффициентов К з 16,5 калибр.

35

45

К

2 кг/т стали.

К 30 с

50

Переход к третьему периоду проду ки осуществляют исходя из шлакового режима ванны, если требуется измени положение фурмы относительно уровня спокойной ванны более чем на 0,75 к либр. Если требуется изменить этот параметр более чем на 1,5 калибр, т

Динамическое управление процессом продувки осуществляется следующим образом.

Момент начала продувки определяется опусканием фурмы до рабочей отмет- gg одновременно с изменением положения ки и подачей в конвертер кислорода. фурмы изменяют расход кислорода и Например, для 130-тонного конвертера вводят добавку извести или плавико- эти значения соответственно равны вого шпата. Значения коэффициентов

45 калибр и 300 м /мин.

1491889

Для первого периода продувки положения фурмы относительно уровня спокойной ванны поддерживают на значении, определяемом расходом кислорода,

14)насьтной массой лома и опытом предыдущей плавки.

При повьппенном расходе кислорода увеличивается глубина реакционной зо- 10 ны и ухудшаются условия пшакообразо- вания. Уменьшение насыпной массы ло15)ма приводит к быстрому его растворению в начальный период продувки, что снижает температуру ванны и затяги15 вает ход продувки. При переходе к второму периоду продувки по сигналу об объеме продутого кислорода V 0,15 Vj, на следующую плавку уста

20

навливают значения коэффициента на 0,75 калибр ниже, чем в предыдущей, а при V 0,t5 V на следующую плавку устанавливают значение коэффициента К на 0,75 калибр вьште. Значения K 1,06 калибр мин

м

25 f((j ) 3 калибр в случае легковесного лома, f(() О при насыпной массе лома в пределах 1,4-1,8 т/м и f((j) 0,75 калибр в случае тяжеловесного лома,

30 Переход к второму периоду осуществляется в момент подачи 15% расчетного объема кислорода, если к этому моменту наводится жидкоподвиж- ный пшак, о чем свидетельствует снижение уровня акустической характеристики продувки (датчик - микрофон типа МД-59, измеритель - вторичный прибор типа КСП) и появление шпакового наслоения на фурме. Если жидкопод4Q вижный пшак не наводится, то переход к второму периоду осуществляется в момент подачи 25% расчетного объема кислорода с одновременной присадкой плавикового шпата. Значения коэффициентов К з 16,5 калибр.

35

45

К

2 кг/т стали.

К 30 с,

Переход к третьему периоду продувки осуществляют исходя из шлакового режима ванны, если требуется изменить положение фурмы относительно уровня спокойной ванны более чем на 0,75 калибр. Если требуется изменить этот параметр более чем на 1,5 калибр, то

одновременно с изменением положения фурмы изменяют расход кислорода и вводят добавку извести или плавико- вого шпата. Значения коэффициентов

К,

50 , К 4 кг/т стали.

К 0,36 калибр/%, К tO%; К - 0,02 калибр/с.

Переход к четвертому периоду продувки осуществляют в момент подачи 85% расчетного объема кислорода, причем при производстве низкоуглеродистого металла (С 0,1%) уменьшают значение положения фурмы во избежание переокисления металла и шпака, Коэффициент Kg 3 калибр.

Во втором и третьем периодах продувки производится периодическое изменение положения фурмы для обеспечения максимума догорания СО в COj в полости конвертера. Изменение положения производят с постоянной скоростью K,j 15 калибр/с, В начале второго периода устанавливают начальное значение амплитуды изменения по- |Ложения фурмы ЛН 7,5 калибр. Определяют степень окисления конвертерных газов до СО в полости конвертера. Увеличивают амплитуду колебаний положения фурмы {K,j 1 калибр), что при неизменной скорости ее перемещения приводит- к снижению частоты

Г 2jl03 Vj,aj;j2i I UQ.t.Ej.f .iYi-I-YeJ. (is)

4со- 2.10 v,(q - Чсо - (ico/- ico)P.fi

со г где

Д« 4,0. q со.

со со.

ЛР,

f.

-удельные тепловые эффекты реакции горения углерода ванны соответственно до СО и 35 CCt, кДж/кг;

-с учетом колебательных число степеней свободы движения одной молекулы соответ- 40 ственно СО и СО ;

-объемы соответственно ванны и полости конвертера, м ;

-амплитуда колебаний 5 газа в конвертере,Па;

-частота колебаний давления газа в рабочем пространстве кон-, вертера, Гц; 50

-скорость обезуглероживания ванны конвертера, кг/с.

& .Q.l.(Vbs. + Vr ) ЧСО

0,536 К8

Р

(19)

колебаний. Производят вьщержку времени, равную запаздыванию отклика в объекте управления, например для рассматриваемого конвертера 30 с, и определяют степень окисления конвертерных газов до СО в полости конвертера. Сравнивают результаты определения с предьщущим значением и производят следующий шаг управления согласно алгоритму (фиг,3).

Определение степени окисления конвертерных газов до СО в полости конвертера производят по формуле

К -у

со

(17)

где

СО

- степень окисления углерода до СО в полости конвертера ,

Для определения измеряют амплитуду колебаний давления газа в конвертере и верхней части подъемного газохода на резонансных частотах и разрежение в нижнем сечении кессона и рассчитывают по формуле

o/- ico)P.fi

о г где

Р- f VKC.V СО

К -

р амплитуда колебаний давления газа в верхней части подъемного газохода,Па; частота колебаний давления газа в верхней части подъемного газохода, Гц; объемы соответственно кессона и подъемного газохода, м ;

удельная теплота сгорания СО от догорания конвертерных газов, кДж/м ; коэффициент пропорциональности, определяющий расход подсасываемого воздуха при нормальных условиях в зависимости от разрежения в нижнем сечении кессона, м /Сс Па); разрежение в нижнем сечении кессона. Па,

Устройство для реализации предлагаемого способа содержит датчики 1-7 расхода, кислорода (например, диафрагму), положения фурмы (например,сельсин) , акустической характеристики продувки (например, микрофон НД-39),

давления газа в конвертере, в газоходе и разрежения в нижнем сечении кессона (.например, преобразователи Сапфир), температурного перепада охлаждающей воды на фурме (например дифференциальная термопара), соединенные с соответствующими измерителями 8-14 (например, вторичные приборы серии АКЭСР). Измерители 11-13 соединены с первым вычислительным блоком 15 (собранным, например, на блоках вычислительных операций БВО системы АКЭСР) определения степени окисления углерода до СО в полости конвертера. Выход блока 15 подключен к второму вычислительному блоку 16 определения амплитуды колебаний положения фурмы, соединенному с генератором 17 напряжения, выход кото- рого подключен к регулятору 18 положения фурмы. Второй вход регулятора 18 соединен с третьим вычислительным блоком 19 определения управляющих воздействий, к которому, кроме того, подсоединены измерители 8-14. Выход блока 18 соединен с приводом 20 управления фурмой, а выход блока 19 - с клапаном 21 управления расходом кислорода и приводом 22 ввода сыпу- чих материалов. Выход блока 19 соединен также с входом блока 16. Блоки 16 и 19 выполнены, например, на микропроцессоре К-1-20.

Устройство работает следуюошм

образом.

Информация о расходе кислорода с измерителя 8, положении фурмы с измерителя 9, акустической характе- .ристике продувки с измерителя 10, температурном перепаде охлаждающей воды на фурме поступает с датчиков 1, 2, 3 и 7 в соответствующие измерители, причем в измерителе 14 опре- деляется значение промежутка времени между резким изменением температурного режима в рабочем пространстве конвертера и температурного перепада

охлаждающей воды на фурме и с. . Напряжения, пропорциональные входным параметрам, поступают на третий вычислительный блок 19, который вьфа- батывает управляющие воздействия по управлению расходом кислорода массой и моментом ввода сыпучих материалов и положением фурмы (схема алгоритма управления на фиг.2-4). Управляющие воздействия по расходу кислорода и

JQ 15 20 25 ЗО

35

40 45

0

вводу сьтучих материалов поступают соответственно на приводы 20 и 22, которые отрабатывают эти воздействия.

I

Информация о давлении газа в конвертере, газоходе и разрежении в нижнем сечении кессона поступает соответственно с датчиков 4-6 в соответствующие измерители 11-13, С выхода измерителей напряжения, соответствующие входным параметрам, поступают на первый вычислительный блок 15, в котором определяется степень окисления углерода до СО в полости конвертера. Выходное напряжение блока 15, пропорциональное степени окисления углерода до СО в полости конвертера, поступает во второй вычислительный блок 16, в котором производится определение амплитуды колебаний положения фурмы (схема алгоритма управления изменением положения фурмы представлена на фиг.5 и 6). Выходное напряжение блока 16 поступает на генератор 17 напряжения, который вьфа- батывает напряжение и подает его на вход регулятора 18, на который также подается опорное напряжение с третьего вычислительного блока 19. Регулятор отрабатывает суммарное воздействие, обеспечивая изменение положения фурмы с амплитудой, рассчитанной в блоке 16 относительно определенного в блоке 19 положения.

Испытание макета устройства, реализующего способ показало, что использование предлагаемого способа управления по сравнению с известным позволяет повысить массу переработанного лома на 2,7% за счет более эффективного использования теплоты дожигания СО в СО в полости конвертера. Повышение массы перерабатываемого лома приводит к увеличению производства стали.

Формула изобретения

1114

шлакообраэующих материалов, о т л и- .4 а ю щ .и и с я тем, что, с целью улучшения утилизации теплоты ванной, дополнительно определяют степень окисления конвертерных газов до COj в полости конвертера и изменяют амплитуду и частоту колебаний положения фурмы до обеспечения максимального

содержания СО, в конвертерных газах, ю ние.

ФмА

12

Г| /5Я«зи« г i Аулоо тяу ,ffoct /nff

t/Muuoff- ЛтиЛоомтам jf9to fefcff f

Опрос to- fifpuaiem Vul«

VonoHOdM JSc

(Pta.2

Pact/em и по формуле (Ш

Успязмовит У, О

(l ( ()

ffem

Ла

fvcwmft fxnpdd м /9), uMfro)

АО

Hffn

10

fociwn/f ifiuSiino cuc/n&tf ypoSfKiiwiiS,

Фиг, A

fft-/ «WW«5W«ej

- «/я епхЛг Ляп

Ляю