Способ управления плавкой чугуна в вагранке Советский патент 1990 года по МПК F27B1/26 

Изобретение относится к способам управления плавкой чугуна в вагранке, оборудованной двумя рядами дутьевых фурм, накопительной емкостью для сливаемого чугуна, и может быть использовано при производстве расплавов в литейной и металлургической промышленности, промышленности стройматериалов.

Цель изобретения - повышение качества стабилизации температуры и химического состава выплавляемого чугуна, экономия кокса,

На фиг. 1 приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - Ц - зависимости технологических параметров процесса.

Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 расхода дутья, первый регулятор 2 и первый исполнителвный механизм 3, связанный с регулирующим органом 4 на трубопроводе горячего дутья, подведенного к нижнему ряду 5 продувных фурм вагранки. К второму входу первого регуелел

со оо о со

лятора 2 подключен выход первого функционального преобразователя 6, на два входа которого подключены выходы датчика 7 уровня чугуна в накопительной емкости 8 и задатчика 9 номинального общего расхода дутья. Первый вход регулятора 10 доли холодного воздуха соединен с выходом датчика 11 расхода холодного дутья, а его выход через второй исполнительный механизм 12 связан с регулирующим органом 13 на трубопроводе холодного дутья, подведенного к верхнему ряду И фурм. На вход регулятора 15 температуры чугуна подсоединен выход датчика 16 температуры чугуна, а выход каскадно связан с четвертым регулятором 17, который через третий исполнительный механизм 18 связан с регулирующим органом 19 трубопровода природного газа, подведенного к горелкам топочной камеры рекуператора 20. Второй вход регулятора 10 соединен с выходом блока 21 умножения, на два входа которого подключены выходы датчика 1 общего расхода дутья и блока 22 динамических преобразований. Первый вход второго функционального преобразователя 23 связан с выходом задатчика 9 номинального общего расхода дутья, второй вход соединен с выходом первого функционально- го преобразователя 6, э третий вход- с задатчиком 2k номинальной доли холодного дутья. Первый вход третьего функционального преобразователя 25 соединен с выходом первого функционального преобразователя, на второй и третий вход подключены выходы Задатчиков 9 и 26 номинальных расходов дутья и кокса, а его выход связан с входом автоматического дозатор 27 кокса.

Устройство может быть реализовано на базе стандартной аппаратуры. Для измерения объемных расходов общего и холодного дутья можно применить измерительный комплект, состоящий из сужающего устройства и дифма- нометра ГСП с унифицированным выходным сигналом 0-5 мА, например дифма- нометра типа Сапфир. Измерение уровня чугуна в накопительной емкости можно осуществить с помощью уровномера типа ЭХО-5 с унифицированным выходным сигналом 0-5 мА. Вычис- лительные, преобразующие и регули- рующие функции могут реализовываться

5

0

5

0

5

0

5

с использованием соответствующих алгоритмов регулирующего микропроцессорного контроллера РЕМИКОНТ Р-110. В качестве задатчиков 9, 2А и 26 номинальных значений могут быть использованы серийные задатчики РЗД-22. Блок 22 динамических преобразований реализуется с помощью алгоблока контроллера с помещенным в нем алгоритмом № 21 (ДИН).

Для измерения температуры чугуна на желобе вагранки целесообразно применить измерительный комплект пирометра спектрального отношения типа СПЕКТРОПИР-10. Температура горячего дутья измеряется с помощью комплекта, состоящего из термопары ТХА и стандартного преобразователя, например Ш-705.

В качестве дозатора кокса может быть использован автоматический дозатор типа ЗЮД.

Зависимость температуры выплавляемого чугуна от расхода ваграночного дутья имеет экстремальный характер. Цпя отечественных вагранок удельная интенсивность продувки 120-1 30 м3/м2 ч соответствует абсолютному расходу дутья 15,0-17,0-103 м3/ч и производительности 16-17 т/ч чугуна. Для реализации управления в соответствии со способом целесообразно выбрать номинальное значение интенсивности продувки, которое находится заведомо на левой восходящей части экстремальной характеристики. Благодаря этому обеспечивается однозначность связи между управляющим воздействием и выходным параметром плавки - температурой чугуна. С учетом этого задача управления интенсивностью продувки в зависимости от уровня металла в накопительной емкости может быть представлена следующим соотношением:

П 1

Fa Q К- у Н

(1)

Численное значение показателя п существенным образом влияет на технические и экономические показатели ваграночной плавки и определяется конкретными конструктивными и технологическими характеристиками вагранки, буферным объемом накопительной емкости. Логично плавить чугун с большим расходом дутья при повышении уровня металла в накопительной емкости. Этому условию соответствует значение показателя п , 7 1 . На основании

предварительного анализа можно рекомендовать дли практического использования п, - 2,5,

Из выражения О) следует, что если при максимальном уровне металла общий расход дутья должен быть равен нулю, то численное значение коэффициента пропорциональности

н F1

мз/с

(Нмв,«)

м

На фиг. 2 приведен график зависимости общего расхода дутья от изменения уровня в накопительной емкости для показателя степени п, 2,0 (пунктирной линией изображена зависимость для п, 1). графика на фиг. 2 видно, что существенное уменьшение интенсивности воздушного дутья происходит при заполнении накопительной емкости на 60 - 70%, что должно способствовать экономичной работе вагранки.

Согласно предлагаемому способу интенсивность ваграночного дутья ставится в плавную нелинейную зависимость от степени наполнения чугуном емкости, благодаря этому можно создать условия для рационального расходования кокса в загружаемой шихте.

Второй отличительный признак - способ введения коррекции по количеству кокса в каждой загружаемой порции шихты - тесно связан с первым признаком и их совместное воздействие обеспечивает получение положительного эффекта.

Основной недостаток управляющего воздействия кокса на температуру чугуна - большое значение времени запаздывания. При использовании новых приемов достигается большая эффективность этого воздействия.

Обычно номинальная производительность вагранки, как правило, превышает среднесменную интенсивность расходования чугуна на разливочном участке. Поэтому при наличии задержек и перерывов в работе этого участка расход ваграночного дутья по мере заполнения накопительной емкости снижается в соответствии с выражением (1), а долю кокса в каждой загружаемой порции шихты целесообразно постепенно увеличивать в соответствии с выражением

Ко

К

F,H- F8.

(2)

По предварительным данным показа- тель степени п2 в выражении (2).равен 2 - 2,5. На фиг. 3 приведен примерный вид зависимости доли кокса в шихте от общего расхода дутья, coi- ласно которой по мере снижения общего

расхода дутья доля кокса возрастает и при заполнении накопительной емкости на 80% превышает первоначальный уровень примерно на 30 %. Такая закономерность повышения расхода кокса

способствует сохранению теплового сое- тояния плавильной зоны вагранки и повышению ресурса управления температурой чугуна путем изменения температуры нагрева дутья. Если окажется, что расход кокса увеличен излишне, то за счет снижения температуры нагрева дутья достигается экономия природного газа.

Противоположное по знаку управление реализуется при снижении уровня чугуна в накопительной емкости вследствие превышения интенсивности отбора чугуна для разливки над интенсивностью его поступления из вагранки.

При этом расход кокса начинают плавно снижать и при опорожнении накопительной емкости на 50% расход кокса возрастает практически к своеМУ номинальному значению.

Третий признак способа управления заключается в том, что по мере снижения общего расхода дутья снижается и доля холодного воздуха, подаваемого в верхний ярус фурм. Долю холодного воздуха в общем расходе дутья необходимо изменять в соответствии

с выражением

m(C) m0 -KjCF F J (1-е Т ).

(3)

На основании предварительного анализа значение показателя степени п находится в пределах 1-2 и для каждого технологического агрегата должно быть уточнено.

Сущность введения динамической коррекции соотношения расходов холодного и горячего дутья заключается в следующем.

Вторичное дутье применяется в ваграночном производстве чугуна для повышения степени окисления кокса, стабилизации плавильной зоны вагранки и, как следствие, повышения температуры выплавляемого чугуна или экономии кокса при прежней температуре чугуна. При номинальной производительности целесообразно подавать через верхние фурмы не более 35 - (0% воздуха от его общего количества, При этих условиях достигается наибольшее использование химической энергии кокса, что сопровождается повышением температуры в зоне плавления. При этом в ваграночных газах наблюдается пониженное содержание окиси углерода.

Указанный механизм физико-химических процессов справедлив для сравнительно узкого диапазона производительности вагранки. При снижении общего расхода дутья механизм физико-химических явлений может совершенно измениться. Как и для других подобных процессов в слое, снижение интенсивности воздушного дутья означает прежде всего снижение интенсивности горения кокса. Состав продуктов горения кокса в первоначальный момент практически не изменяется, поскольку он определяется только температурой на границе плавильной и восстановительной зон вагранки. Известно, что независимо от сорта и крупности кокса, расхода и температуры дутья состав газов и температуры их в конце зоны плавления связаны зависимостью

СО

со

а е

Е,-е,

RT

где Е

R

Т а

со,

-энергия активизации образования соответственн СО и СО 4,

-газовая постоянная;

-температура газов. К;

-коэффициент,

Из выражения (k) следует, что при любых условиях соотношение СО:СО на границе плавильной зоны определяется только температурой находящихся здес газов.

В связи со снижением интенсивности горения кокса при уменьшении расхода дутья температура в зоне плавления вагранки должна уменьшиться и соответственно этому уменьшается содержание СО в реакционных газах на

5

0

5

0

0

5

уровне верхнего ряда фурм. Поэтому соотношение между расходами дутья через верхний и нижний ряды фурм также должно уменьшиться .Это особенно справедливо, когда в зону плавления с пониженной температурой через верхние фур: мы поступает холодный воздух. На тепловой и аэродинамический процесса также благоприятно сказывается увеличение скорости подводимого горячего воздуха при уменьшении количества дутья в верхний ярус фурм. Следовательно, из приведенного вытекает необходимость изменения доли холодного воздуха при уменьшении общего его расхода.

Поскольку тепловые процессы в зоне плавления вагранок характеризуются определенной инерционностью, то температура и состав газов также изменяются не мгновенно, а с каким-то замедлением, характеризуемым постоянной времени Т. Поэтому после изменения общего расхода дутья численное значение доли холодного дутья необходимо изменить не мгновенно, а по экспоненциальному закону с постоянной времени Т, которая для вагранок средней производительности находится в диапазоне 50 - 80 с.

Последовательность операций для реализации способа управления устанавливается исходя из выражений (1) - (3):

на основании исследований закономерностей плавки на конкретном агрегате устанавливают численные значения коэффициентов К1 - Ка, показателей степени п1 - п, номинальных значений расхода дутья F массовой доли кокса /} ko и доли холодного дутья в общем расходе т0, например, при построении зависимостей на фиг, 2 - k принято. F 100 %, /IK, 100 %,

m

40 %, К1 0,01 , К, 0,008 р,

0

5

%

Къ 0,004 2-,;

/с

измеряют уровень чугуна в накопительной емкости;

устанавливают общий расход дутья в зависимости от уровня чугуна в соответствии с выражением (1);

рассчитывают массовую долю кокса в соответствии с выражением (2) и реализуют в очередной загрузке;

при каждом изменении общего расхода дутья устанавливают новое значе9

ние доли холодного дутья в общем расходе в соответствии с выражением (3);

измеряют температуру чугуна на желобе вагранки, сравнивают ее с заданным значением и в случае превышения над заданным уменьшают температуру горячего дутья посредством уменьшения расхода природного газа, в топку рекуператора, а в случае уменьшения по сравнению с заданием увеличивают расход природного газа.

Долю холодного воздуха в полном соответствии с выражением (3) можно установить только с помощью специального автоматического устройства, например блока динамических преобразований. При ручном управлении оператор должен устанавливать требуемое значение доли холодного дутья в зависимости от общего расхода дутья, ориентируясь, например, на таб- личные или графические материалы. Следовательно, ручное управление сопровождается погрешностями.

Устройство работает следующим образом.

Допустим, что в результате соблюдения баланса поступления и расходования чугуна в накопительной емкости устанавливается уровень на 20 % выше минимально возможного. При этом устанавливается общий расход дутья 97 % доля холодного дутья m 37 % и массовая доля кокса j3K 104 % /JKO „ Пусть регулирующий орган 19 на трубопроводе газа находится примерно в среднем положении, а температура чугуна равна заданному значению. Допустим, что в результате технологических зацержек в разливочном участке интенсивность отбора жидкого адугуна резко уменьшилась. Это приводит к возрастанию уровня чугуна в ««кости 8 и изменению выходного сиг- мала первого функционального преобра- аователя б, пропорционального заданному общему расходу дутья, который поступает на второй вход регулятора 2. В блоке сравнения регулятора 2 происходит сравнение текущего и заданного значений общего расхо - да дутья. При появлении сигнала рассогласования регулятор 2 формирует сигнал управления в соответствии с ПИ-законом регулирования и с помощью исполнительного механизма 3 поворачивает в нужном направлении регу53809,о

лиоующий орган ,до тех пор, пока не сравняются текущий и заданный общие расходы дутья.

При возрастании уровня чугуна сигнал, пропорциональный новому значению общего расхода дутья, поступает на вход функционального преобразователя 23, на два других входа котоJQ рого поступают сигналы с выходов задатчиков 2k и 9. Выходная величина преобразователя 23, пропорциональная выражению в квадратных скобках соотношения (3), поступает на вход

15 блока 22 динамических преобразований, в котором преобразуется во времени с учетом инерционных свойств зоны плавления вагранки. Для получения выходной величины блока 22 в виде,

20 соответствующем выражению (3) , передаточная функция блока 22 должна быть реализована в виде

25

VP)

Коэффициент усиления в последней передаточной функции равен 1, поскольку его численное значение моделируется функциональным преобразова- гелем 23 и равно m-K1

Л

( Fg).

Из анализа изложенного следует, что при ручном управлении оператор может вводить только статическую коррекцию на изменение доли холодного воздуха в общем расходе.

Сигнал, пропорциональный заданному значению доли холодного воздуха , поступает на один из входов бло- ка 21 умножения, на второй вход которого поступает сигнал; пропорциональный общему расходу дутья, а выход, пропорциональный заданному расходу холодного дутья, поступает на один из входов регулятора 10 с ПИ-законом регулирования. На другой

вход регулятора 10 поступает CHI- нал, пропорциональный текущему расходу холодного дутья. При наличии сиг-

нала рассогласования регулятор 10 через исполнительный механизм 12 поворачивает регулирующий орган 13 и приводит в соответствие текущий расход холодного дутья с заданным.

В каждую очередную загрузку изменяется доля кокса в соответствии с выражением (2). Выходная величина преобразователя 6 поступает на вход

третьего функционального преобразователя 25, на два других входа поступают сигналы с задатчиков 9 и 26 номинальных расходов дутья и кокса. На выходе преобразователя 25 формируетс сигнал, пропорциональный заданной массовой доле кокса в очередной завалке, который поступает в качестве задания на вход автоматического дозатора 27 кокса. Поскольку по мере возрастания уровня чугуна интенсивность продувки вагранки плавно снижается, то при монотонном возрастании уровня в зону плавления вагранки поступает количество кокса, необходимое для компенсации энергетических затрат. При длительной задержке в расходовании чугуна уровень чугуна в емкости может существенно повышаться. Это сопровождается значительным (до 20 - 25 % от минимального значения) снижением общего расхода дутья, повышением расхода кокса на 0 - 50 % и снижением доли холодного дутья до 15 - 20 %. Если в процессе управления температура жидкого чугуна становится ниже заданного значения, то это приводит к увеличению аналогового сигнала на выходе регулятора 15, который поступает на вход регулятора 17 температуры горячего дутья. Регулятор 17 с помощью исполнительного механизма 18 увеличивает степень открытия регулирующего органа 19 на трубопроводе природного газа, вызывая увеличение температуры дутья, которое происходит до тех пор, пока температура чугуна не сравняется с заданным значением (с учетом зоны нечувствительности регулятора 15).

Если после длительной задержки вновь начинается интенсивный отбор чугуна для разливки, то изменение плавильного режима вагранки происходит не резко, а постепенно по мере снижения уровня чугуна в емкости 8. Общий расход дутья постепенно возрастает, а расход кокса в рабочую колошу уменьшается. Поэтому при достижении общим расходом дутья значений, близких к номинальному, в плавильную зону вагранки вновь поступает необходимое (или незначительно отличающееся) значение массовой доли кокса.

Таким образом, при реализации способа управления достигается или

5

0

стационарный режим вагранки, при котором интенсивность отбора металла для разливки соответствует скорости поступления чугуна в накопительную емкость, или режим монотонного снижения производительности вагранки, или, наоборот, режим монотонного возрастания производительности. Такие режимы благоприятствуют стабилизации тепловых и химических процессов, протекающих в вагранке, что в итоге приводит к стабилизации температуры и химического состава выплавляемого чугуна, экономии кокса. Кроме того, стабилизация температуры чугуна должна привести к экономии энергозатрат в накопительной емкости (отсутствие необходимости дополнительного подогрева чугуна).

Формула

зобретения

Способ управления плавкой чугуна в вагранке, преимущественно оборудованной нижним рядом фурм для подачи горячего дутья, верхним рядом фурм для подачи холодного дутья, накопительной емкостью для сливаемого чугу- на, например индукционным миксером, основанный на поддержании соответствия между интенсивностью отбора чугуна из емкости и производительностью вагранки путем изменения общего расхода дутья в зависимости от количества чугуна в емкости, включающий регулирование температуры чугуна посредством изменения температуры горячего дутья и изменения расхода кокса, отличающийся тем, что, с целью повышения качества стабилизации температуры и химического состава выплавляемого чугуна, экономии кокса, дополнительно измеряют уровень жидкого чугуна в накопительной емкости и заданный общий расход дутья устанавливают в соответствии с выражением

50

F F - К - } Э 1

Н

где

Ч

г;

Р„ - заданный общий (суммарный) расход дутья, м3/с; заданный общий расход дутья при минимальном уровне чугуна в емкости, м3/с;

К - коэффициент пропорциональМ3/С

ности, ----„-;

,31553809,4

Н - текущий относительно мини- в общем расходе дутья устанавливают

Изобретение относится к способам управления плавкой чугуна (Ч) в вагранке (В) с двумя рядами дутьевых фурм, накопительной емкостью (НЕ) для сливаемого Ч и может быть использовано при производстве расплавов в литейной, металлургической отраслях промышленности и промышленности стройматериалов. Цель изобретения - повышение качества стабилизации температуры (Т) и химического состава выплавляемого Ч, экономия кокса (К). Новым является способ управления общим расходом дутья (ОРД) В в функциональной зависимости от уровня Ч в НЕ, благодаря чему обеспечивается согласование работы плавильного и разливочного отделений. Новыми приемами являются также управление долей холодного дутья, подаваемого через верхний ряд фурм, и массовой долей К в каждую порцию загружаемой шихты в зависимости от ОРД. Непрерывное поддержание заданной Т чугуна осуществляют путем изменения Т нагрева дутья. Внедрение заявляемого технического решения должно привести к снижению удельных расходов К и ферросплавов, электроэнергии, снижению потерь от брака при разливке. 4 ил.

мального значения уровень чугуна в емкости, м;

в соответствии с выражением

п

- показатель степени функции, m(f) m0-K-(F -F9)n (I - е т ),

Г

массовую долю кокса /зк в каждой загружаемой порции шихты устанавливают в соответствии с выражением

0

Ко

к7 (FO Ч Г3

Fe)n

Рк« массовая доля кокса при номинальной производительности вагранки, %;

К, - коэффициент пропорциональ- 5

НОСТИ ТмЗ/сГ ; n/j - показатель степени функции,

при этом долю т(С) холодного дутья

в соответствии с выражением

9)

Г

где т0 - доля холодного дутья в общем расходе дутья, равном F-, %; «3 - коэффициент пропорциональноеТИ

п - показатель степени функции;

Т - постоянная времени канала управления температурой в зоне плавления изменением , общего расхода дутья, с; - текущее время от момента изменения общего расхода дутья, с.

Фиг.1

а

И 60 20 О т% фиг.2

29

.3

/

/

го

Фиг.Ь

Б0 -fj- mi.

т,%

3D

Ю

60 З- -т-/.

F3