Способ регулирования продувкой стали кислородом Советский патент 1989 года по МПК C21C5/52 C21C5/30 

Изобретение относится к металлургическому производству, а именно к техническим решениям контроля и регулирования, связанным с процессами, происходящими в печах (конвертера, злектросталеплавильных).

Цель изобретения - снижение расхода кислорода, повышение точности выхода на требуемое значение содержания углерода в металле, повышение стойкости футеровки и электродов печи.

Поддержание экстремальным расхода кислорода, обеспечивающего максимальное отношение расхода СО в газах к расходу СО в отходящих газах, гарантирует поддержание оптимального расхода кислорода, т.е. расхода кислорода, соответствующего максимально достижимой интенсивности обезуглероживания и исключающего в то же время дожигание СО в атмосфере печи за счет подаваемого на продувку кислорода.

В некоторый момент времени по способу увеличивают расход кислорода на выбираемую в процесс настройки величину (1 - 5% от номинального рас- хода) и через интервал времени, соответствующий реакции системы и также настраиваемый в процессе наладки (10- tOOO мл-с), оценивают изменение отношения расхода СО к расходу СО 2.

Если указанное отношение не уменьшается, производится повторный шаг к увеличению расхода 0 и цикл повторяется. Если происходит уменьшение отношения СО/СО, то расход О уменьшается на один шаг. Если в результате уменьшения расхода О i увеличение отношения СО/СО не происходит, то в следующем цикле увеличивают расход 0 и т.д.

Описанный процесс слежения за отношением расхода СО к расходу СО и регулирования расхода кислорода в зависимости от данного соотношений может быть осуществлен, например, экстремальным регулятором, поддерживающим расход кислорода на максимальном уровне, но не приводящим к уменьшению отношения СО/СО-2.

Исходя из условия, что весь подаваемый кислород активно участвует в реакции (что вытекает из изложенного и пренебрегая (ввиду их малой интенсивности) потерями кислорода в реакциях окисления других химических элементов ванны, можно считать, что вес кислород расходуется на образование СО и СО.

Тогда, исходя из формул химически реакций и молекулярных весов элементов, можно вычислить, зная расходы 0 и СО, расход C0,j.

О г + 2С 2СО

2СО+ Oj 2COi

Молекулярный вес: СО, 36; СО 28; Oj 16; С 20.

Расход кислорода на образование С равен

ее 2

FO, - сй,

где F-CO расход (массовый) СО,

., со

Тогда расход кислорода F на образование COi равен

7

FC. - F

со

5 где Рд - общий расход кислорода (массовый) .

Расход F сс двуокиси углерода в отходящих газах определяется из выражения:

72

CCi

ee,il IT « Т

л7 л л-П

со 2

16

« 5

5

0

0

5

0

5

Окончательно выражение для определения массового расхода СО принимает вид:

92

FCO, 2 FO -- ),

и для отношения расходов СО и СО ..Fco 14 Fcp

соГ бГр;; тг - ;

Указанные вычисления могут быть произведены, например, стандартным блоком типа БВО системы АКЭСР с возможным внутренним заданием параметров и выполняющим любые вычислительные операции,

I

Значительное влияние на интенсивность обезуглероживания ванны металла в печи оказывает расстояние от фурмы до зеркала ванны, так как это в значительной степени определяет характер взаимодействия струи кислорода с металлом. В связи с постоянно меняющимися условиями продувки, такими как характеристики и количество шлака в печи, вязкость и температура металла, напор струи и другие, невозможно, определить постоянного значения этого расстояния, соответствующего оптимальным условиям продувки. Однако, можно утверждать, что таким оптимальным расстоянием будет расстояние, обеспечивающее наибольшую скорость обезуглероживания ванны при прочих постоянных условиях. Скорость обезуглероживания ванны оценивается количеством выгорающего в единицу времени углерода из ванны металла, т.е. расход углерода в отходящих газах прямо характеризует скорость обезуглероживания. Следовательно, экстремальное регулирование, производимое на положение фурмы по величине расхода углерода в отходящих газах, обеспечивает оптимальное расположение фурмы относительно зеркала ванны в течение всего хода продувки.

5, 15

При этом экстремальное регулирование позволит вести поиск оптимя.пьнп- го положения фурмы следующим образом. В некоторый момент времени производится изменение положение фурмы (например, подъем) на некоторую, определяемую в ходе настройки величину (1 - 10 мм). Через интервал времени, определяемый реакцией объекта и наст- раиваемый в ходе наладки ( 200 - 2000 мл-с), оценивается изменение расхода- углерода. Если расход увеличивается, производится следующее изменение (шаг) в том же направлении. Повторно оценивается изменение расхода углерода. Указанная последовательность действий производится до тех пор, пока изменение положения фурмы вызывает увеличение расхода углерода. При отсутствии изменения расхода углерода в результате произведенного шага или при его уменьшении по предлагаемому способу изменяют положение фурмы в направлении, противоположном первоначальному, и 1;ак далее.

Определение расхода углерода Fj. в отходящих газах производится по значениям расходов FCU и FCO в соответствии со значениями молекулярных весов химических элементов:

FC я 36

28

-f

со

д - со-гПо мере проведения продувки и снижения содержания углерода в ванне металла падает и интенсивность обезуглероживания. Это приводит к постепенному снижению степени использования поступающего на продувку кислорода, вьфажающуюся отношением расхода углерода в отходящих газах к расходу кислорода, поступающего на продувку. В условиях самоподстройки параметров продувки под реальные условия ее проведения, предусматриваемой предложенным способом, степень использования кислорода и содержание углерода в ванне становятся достаточно Коррелированными величинами. Следовательно, по величине степени использования кислорода можно судить, при постоян- ст ве технологического процесса, о со держании углерода в металле. Другими словами, становится возможным для одного и того же техпроцесса выплавки

-

. . 2о25

106

стали заканчивать продувку при определенной заранее, экспериментально найденной величине степени использования кислорода,соответствующей требуемому содержанию углерода, достаточно стабильно выходя на требуемое значение содержание углерода в металле.

Степень использования кислорода

2

FO

К(5 определяется по формуле:

Ко, -р

0

30

35

40

45

50

55

При превьштении KQ „„ц (заданное минимальное значение) значения К прекращается подача кислорода и движение фурмы.

Таким образом, предлагаемый способ предусматривает оперативный контроль расхода окиси углерода в отходящих газах, расхода, подаваемого на продувку кислорода, расхода двуокиси углерода в отходящих газах, расхода углерода в отходящих газах, входящего в состав СО и СО, и регулирование интенсивности продувки (текущего расхода кислорода на продувку) по критерию достижения максимального значения отношения -- и положения I -г со 7

фурмы по критерию достижения максимального значения FC. При выполнении этих условий в печь подается оптимальное количество кислорода при .оптимальном расположении фурмы, обеспечивающие высокую скорость обезуглероживания металла в ходе всего процесса продувки при минимальном расходе кислорода на весь ее процесс. Одновременно oбecпeчивaetcя минимальное тепловое воздействие на футеровку и электроды, что совместно с уменьшением концентрации в атмосфере печи кислорода и двуокиси углерода уменьшает расход электродов и повышает стойкость футеровки.

Оптимальная подача кислорода в печь и своевременное окончание продувки снижают выжигание легирующих из ванны металлов, устраняют перерасход кислорода. Уменьшается время продувки за счет уменьшения вероятности случаев грубых ошибок в определении времени окончания продувки и проведения последующих додувок.

. Для исключения взаимовозмущения контуров регулирования расхода кислорода и положения фурмы время настройки контуров (быстродействие) должно быть выбрано различным.

Например, время настройки контура положения фурмы должно быть меньше времени контура настройки расхода кислорода, так чтобы фурма успевала занять оптимальное положение в процессе настройки расхода кислорода.

Наиболее эффективно применение предлагаемого способа контроля и регулирования продувкой стали кислородом в сочетании с аргонокислородной продувкой, предусматривающей подачу кислорода в смеси с аргоном, причем, их суммарньй расход поддерживается постоянным, что стабилизирует кинетические процессы взаимодействия продувочной струи с ванной металла и позволяет изменять ее окислительную способность.

Формула изобре те н и я

Способ регулирования продувкой стали кислородом преимущественно в дуговой печи, заключающийся в том, что изменяют расход кислорода на продувку и положение фурмы, отличающийся тем, что, с целью сниже

ния расхода кислорода, повьпдения точности выхода на требуемое значение содержания углерода в металле, повышения стойкости футеровки и электродов печи, дополнительно измеряют текущий расход кислорода на продувку и текущий расход окиси углерода в отходящих газах на выходе из патрубка печи, определяют, исходя из баланса расхода кислорода, текущий расход двуокиси углерода в отходящих газах, -отношение расхода окиси и двуокиси углерода и по расходам окиси и ДВУОКИСИ углерода-текущий расход углерода в составе отходящих газов, а также определяют степень использования кислорода как отнощение расхода углерода к расходу кислорода, изменяют положение фурмы, поддерживая экстремум максимум расхода углерода,и расход кислорода на продувку, поддерживая экстремум максимум отношения окиси и двуокиси углерода, и прекращают регулирование положения фурмы и расхода кислорода при равенстве полученного и заданного по технологии минимального значений степени использования кислорода на продувку.

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к техническим решениям контроля и регулирования, связанным с процессами, происходящими в печах. Целью изобретения является снижение расхода кислорода, снижение тепловых нагрузок на футеровку печи и расхода электродов, а также улучшение качества металла за счет повышения точности выхода на требуемое значение содержания углерода и снижения угара легирующих. Для достижения поставленной цели по способу контроля и регулирования продувкой стали кислородом, заключающемуся в том, что изменяют расход кислорода на продувку воздействием на клапан его подачи и положение фурмы воздействием на исполнительный механизм ее перемещения, дополнительно измеряют текущий расход кислорода на продувку и текущий расход окиси углерода в отходящих газах на выходе из патрубка печи, определяют, исходя из баланса расхода кислорода, текущий расход двуокиси углерода в отходящих газах, отношение расхода окиси и двуокиси углерода и по расходам окиси и двуокиси углерода текущий расход углерода в составе отходящих газов, а также определяют степень использования кислорода как отношения расхода углерода к расходу кислорода, изменяют положение фурмы, поддерживая экстремум расхода углерода и расход кислорода на продувку, поддерживая экстремум максимум отношения окиси и двуокиси углерода и прекращают регулирование положения фурмы и расхода кислорода при равенстве полученного и заданного минимального значений степени использования кислорода на продувку.