Способ контроля шлакового режима конвертерной плавки Советский патент 1991 года по МПК C21C5/30 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к контролю и управлению выплавкой стали в конвертере.

Цель изобретения - повышение надежности и точности контроля шлаково го режима плавки.

На1чертеже показана блок-схема устройства для осуществления способа.

Устройство содержит блок 1 измерения шума, вибраций конвертера и кислородной фурмы, скорости окисления углерода и положения конуса трубы Вентури с одним выходом, блок 2 контроля общего времени продувки с двугде

СОТ /Ј) -А

, если (A -Јог/Ј)0 если (А -Ј°Т/) с О,

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю и управлению выплавкой стали в конвертере, и предназначено для контроля шлакового режима конвертерной плавки. Цель изобретения - повышение точности и надежности контроля шлакового режима плавки. В способе используют несколько параметров, характеризующих состояние шлака в конвертере, - это шум и вибрации конвертера, вибра Пии кислородной фурмы, скорость обез утлероживания и положение конуса трубы Вентури, определяют предельно допустимые границы изменения этих параметров и длительность их пребывания вне установленных границ. При этом в период 15-95% заданного времени про дувки текущее состояние шлака оценивают кпк результирующее по всем изме - рягмим параметрам с помощью ныражет.я ©:)Ј SJ/J; у;/±/ :у;. где п - кппчест гГо измеряемых параметров; S; - состояние ппака, определенное по i-му параметру; F; - коэффициент информативности 1-го параметра; fij коэффициент достоверности 1-го параметра, расчет S, производится с учетом дрейфа каждого 1-го параметра по формуле S; - D; (К Ь- (Эх,- /Э«) , где D;(х) - дрейф 1-го параметра; х, Bxj/S c - сглаженная величина 1-го параметр t и скорость его изменения; aj, bj - коэффициенты настройки. Дрейф определяют по формуле D;(N) D (N-1) + 5 X;M- х- (NM) , где ) (ИчГ средние величины i-ro параметра; о - коэффициент сглаживания 2 таСл ., 1 ил, & (/) о ел 4 со Јь со

- количество измеряемых параметров;

- состояние шпака, определенное по i-му параметру; - коэффициент информативности 1-го параметра; - коэффициент достоверности 1-го параметра;

- длительность нахождения

1-го параметра вне допустимых границ;

текущая продолжителt нос гь продувки; предел длительности нахожде

ния 1-го параметра вне допустимых границ (А, 0,1- 0,2),

причем определение состояния шлака по каждому napiMOipy осуществляется по выражению:40

а;(х;

D:(N))

ь;г|,з

сглаженное значение 1-го

параметра;

величина дрейфа 1-го параметра, скорость изменения сглажен

ного значения 1-го параметра;

d,j,b;- настроечные коэффициенты, а величину дрейфа параметров корректируют по результатам ранее проведенных плавок по выражению:

D;(N) D;(N-1) +

(N)

;(N- ub (4)

5

0

5

0

5

0

5

где х,,...,.. .- средние величины 1-х

1 V ЛГ1 Ц

параметров в конце текущей предыдущей плавок: и - коэффициент сглаживания (Ј 0,2).

В условиях конвертерного цехя в конвертере емкостью 400 т провидят 62 опытньк плавки, на которых используют следующие измерительные устройства. Среднее расчетное на плавку при расходе кислорода 1400 м3/мин для данного типа конверт - ра и среднем расходе кислорода на плавку 21000 м3 составляет 15,0 мин. Определение шума, вибраций конвертера и кислородной фурмы осуществляют с помощью измерителей типа УК-7229, для определения скорости окисления углерода и положения конуса трубы Вентури используют действующую в цехе АСУ ТП. Счетчик времени типа СЦ-1, остальные блоки обработки информации и расчета были выполнены на основе стандартных логических элементов типа К553 и К155.

Опыт проведенных плавок показывает, что в первые 15% времени продувки (2,25 мин), когда происходит формирование начального шлака и его вспенивание, косвенные параметры (шум, вибрации и т.д.) состояния шлака в конвертере неадекватно отражают этот процесс. Кроме того, в каналах контроля наблюдаются неустановившиеся переходные процессы, снижающие точность оценки состояния шлака. Например, в начале продувки для зажигания, плавки осуществляют покачивание конвертера, а юбка газоотворя

щего тракта находится в пгрхнем положении и переводится в нижнее рабочее положение по истечении определенного времени, В этом промежутке нре- менн сигнал шума подвержен влиянию указанных факторов, снижающих достоверность показаний шумомера и их связь с процессором шлакообразования Аналогичное происходит и с другими косвенными параметрами. Поэтому, чтобы повысить достоверность информации начальный период продувки (15%) испиочают из оценки состояния ишака .

Подобные процессы происходят и в конце продувки. Например, по истечении 95 обтего времени продувки (14,1 5 мин) . прость обезуглерижига- ния резко падает, снижается вспенивание ишака и осьминой задачей чаклю- чител но о пеги одр продувки Является пол ученье заданных температуры ме- тaлJIa и содержания в кем углерода, а не управление ппакообразослниом. Поэтому скорость окисления углерода в этот период продувки не и польэу- ют Р оценке состояния пшака. Следовательно, для эффективного исполь зевания контролируем к параметров в оценке шлакового режима необходимо использовать не все время продувки, а только диапазон 15-9гД от заданного.

Кроме того, на опытных плавках выявлены следующие особенности в использовании измеряемых параметров. Для удобства использования все измеряемые параметры приводят к проценной размерности путем отношения текущих значений и максимально зафиксированным и контролируют на вторичных приборах со шкалой 0-100%. Результаты опытньсх плавок показывают, что рабочие диапазоны (границы) измеряемых параметров лежат в пределах 10-90% шкалы, т.е. в большинстве случаев именно в этом диапазоне (границах) сигналы имеют наибольшую связь с режимом шлакообразования, С помощь хронометража плавок и визуальных наблюдений за ходом шлакообразования и сопоставительного анализа полученных данных с показаниями измеряемых параметров установлено что показания менее 10% шкалы прибора, как правило соответствуют выходу из строя измерительного устройства либо неправильной его настройке. Показания более 90% шкалы прибора соответствуют.

например, шРо сильному влиянию посторонних источников шумя (травление кнспорода из ишаков кислородной фурмы, шум азотного уплотнения на гяэо- ходе конвертера, засорение гачоотбор- ньгх устройств и т Д.), либо выходу из строя измерительного канала этого параметра На основании этого границы 10-907 шкалы прибора выбраны как предельно допустимые, выход сигналов за которые сопровождается недостоверной информацией о процессе шлакообразования .

15

0

0

5

5

5

0

Однако данные показали также, что одного условия выхода сигналов за предельно допустимые границы недостаточно, чтобы оценить их как недостоверные. Это связано с тем, что в процессе контроля возможно восстановление работоспособности устройств, а также прекращения влияния посторонних источников помех на сигнал и 5 появлению других факторов, способствующих нормализации работы устройств. В связи с эти введены дополнительЛ °т длительные факторы, такие как ность нахождения 1-го параметра вне допустимых границ и А - предел длительности нахождения 1-го параметра 0но допустимых границ). По существу С°тесть суммарное время нахождения 1-го параметра вне предельно допустимых границ, а А - установленный предел времени нахождения 1-го параметра вне этих границ, при достижении которого этот параметр считается недостоверным. А. выражается в 0 относительньк единицах или процентах , от всего времени продувки. Практика исследований показывает, что оптимальное значение А для разных параметров лежит в пределах 0,1-0,2 (10- 20%) от общего времени продувки, превышение которого недопустимо, т.е. использование этого сигнала более указанного времени вне предельно до-1 пустимых границ приводит к большой ошибке в контроле процесса плавки. Так, для виброакустических сигналов установлено значение А. 01 (10%), а для скорости окисления углерода и положения конуса А, 0,2 (20%), что объясняется менее тесной связью этих параметров с процессом шлакообразования. Кроме того, практика использования этих параметров показывает, что наиболее безотказным

в работе является устройство контроля вибраций конвертера.

Следовательно, коэффициент достоверности А;, рассчитываемый по формуле (2), имеет интервал значений от 1 до 0, а также может принимать отрицательное значение. ЕслиС°ту ц достигает заданной величины Af, например 0,1, то ft; 0 и i-й сигнал считается недостоверным и выключается из расчета Рели /S OT/S не достигает Af, формуле (1) роль 1-го параметра в оценке результирующего состояния шлака достоверна $ вается по формуле

Z + Z; если состояние шлака распознано правильно, если состояние шпака распознано неправильно,

а,

где

If

- коэффициент информативности 1-го параметра на предыдущем шаге, Zf - постоянный коэффициент.

Смысл расчета X; состоит в том, что, если показания 1-го параметра правильно характеризуют состояние шпака, то величина V| увеличивается, если неправильно, то уменьшается. Признаками правильн ости распознавания состояния шпака служат моменты присадки плавикового штата скачивание чрсзмернозспененного атака, присадки извести и т.д. В этих случаях, когда перечисленные действия совпадают с показаниями параметров, происходит наращивание У1; , если не совпадают, то происходит уменьшение значения V; . Величина Z; пос- тоянна и имеет значение 0,5 в предла гаемом способе. Особо жестких услови к выбору значения ZJ нет,поскольку главньм является совпадение показаний параметров с состоянием шпака, выраженного через определенные дейсвия, которые можно контролировать и фиксировать. При нормальном шпако- образовании (без выносов и выбросов шлака) IT остается постоянным и изменяется лишь при возникновении отклнений от нормального состояния, сопровождающихся соответствующими

действиями, направленными на устранение возникшего отклонения.

Как видно из выражения (1), результирующее состояние ишака (S)i154343 8

с коэффициентом достоверности fi f достигнутым в это период продувки.

Кроме коэффициента достоверности характеризующего работоспособность устройства контроля 1-го параметра, в оценке состояния шпака используется коэффициент информативности каждого параметра о Этот коэффициент характеризует индивидуальные особенности каждого параметра и показывает на сколько точно эти сигналы отражают состояние шпака в конвертере. Коэффициент информативности рассчиты10

(5)

обязательно включает в себя оценку состояния шлака по каждому параметру. Для расчета Sj используются сглаженные значения параметров х;, дрейф параметров Dj(N) и коэффициенты а, Ь|. С целью снижения влияния помех все параметры сглаживаются релейно- экспоненциальным фильтром 1-го разряда по формуле (c-,+0/ pi ff-«J если )Ц

Р; sign(...) если | х ; -х./ гДе ,(«-)

«У

Ф-У

0

5 Q ,

- сглаженные 1-е параметры на предыдущем и текущем шагах;

СЛ - коэффициент сглаживания . - порог отработки фильтров .

Значения коэффициентов сглаживания составляют для виброакустических параметров значения 0,2, а для скорости окисления углерода и положения конуса трубы Вентури 0,3. Значения порогов отработки фильтров для виброакустических параметров, скорости окисления углерода и положения конуса составляет соответственно 30,0; 45,0; 15,0. Эти значения получены на основе сопоставительного анализа полезных сигналов параметров и действия на них различного рода помех.

В процессе работы измерительных устройств их показания претерпевают

изменения, связанные не только с процессами шлакообразования, но и с другими факторами, такими как разгар футеровки, засорение волновода и гаэо- отборных устройств, и т.д. Это приводит к появлению некоторого дрейфа параметров, т.е, смещения показаний в ту или иную сторону в зависимости от степени влияния на них указанных факторов.

Чтобы оценить дрейф D(N), проводят следутоп;ие операции. На каждой гшяпке рассчитывают среднее значение х;,л 1-го параметра по формуле

)

среднеарифметического

21

- i - -i.rj

К

.(N1

(7)

ДЕ

2-; ;

cyiM.i органных зл период прг значений

1-го mpat- отра; - число считывании.

. ( R

biM

показывают , что возни зюши причинам лрейфи ИУ noj-na- Ppriee точно поддаются контр - (чачениях ъ 0S2, что сст-.д- ука рекомендациями

Учи ывание дрейфа Плрдметргч позволяет откорректировать фахтп ir-окие показан -у ус роиггв по каждому параметру и повысить г ем самым точность оцекки S.

I

Сопоставительный анализ сигналов контролируема параметров с рнзуаль- ной оценкой состояния шлака в конвертере позволяет выявить границы показаний, которые соответствуют тому или иному состоянию шлака. Так, например, установлено, что положение конуса трубы Вентурн тесно связано с технологическим процессом плавки. Сопоста- вительный анализ визуальных наблюдений за ходом шлакообразования и положением конуса показывают, что при нормальном шлаковом режиме плавки без выносов и выбросов шлака положение конуса составляет 50-60% от его максимального хода. При положении конуса менее 50% максимального хода наблюдается значительное сворачивание шпака, что требует принятия мер к его разжижению и вспениванию При положении конуса более 60% максимального хода на плавках наблюдаюуск выбросы шлака и в некоторых случаях

в10

15

654343 I

требуется скачивание чрезмерно вспененного шлака.

Аналогичным образом определяют границы показаний других параметров, соответствующих нормальному ходу шлакообразования, которые составляют для шума и вибраций конвертера 8-17%, вибраций кислородной фурмы 5-12% и скорости окисления углерода 60-80%.

Из приведенных данных видно, что показания параметров различны для одного и того же состояния шпака. Поэтому для удобства показания для контроля и настройки системы расчета эти сигналы отнормированы с помощью коэффициентов aj, т.е. показания РСГХ источников информации приведены к одним границам. Данные опытных плавок попволяет определить значения а; для шума, внбрацмй конвертера и кислородной фурмы, скорости обезуглероживания и положения конуса, которые составляют соответственно сле- дук шие значения 3,0; 3,0; 4,0; 0,6 и 0,5.

Скорость изменения сигнала Э5)/о 2 характеризует тенденцию процесса, т.е направление изменения состояния шлака. Например, если величина х | находится в границах нормального состояния, а величина ox;/3 J положительна (отрицательна), то это оз- нлчает тенденцию процесса к сворачиванию (выбросам) ишака. Использование

20

25

30 ™

- Sx /Qt позволяет учитывать динамику

40

45 50

5

процесса и в результате этого повысить точност прогноза состояния шлака. Коэффициент b j определяется опытным путем и сгужит для согласования размерностей в формуле (3), Как показывает обработка опытных плавок значения Ъ- для всех измеряемых параметров равно 0,3 и удовлетворяет значениям изменения скорости, характерным для технологического процесса, лежащим в диапазоне от -3,0 до 3,0%/с. Способ осуществляется следующим

образом. i

Полученные значения параметров шлакообразования в блоке 1 поступают в функциональный блок 5, где определяется скорость их изменения. Одновременно с первого выхода блока 2 контроля и расчета общего времени продувки через задатчик 3, в котором задается интервал времени 15-95%, подается сигнал в блок 5, где производится определение допустимых

границ изменения параметров и длителности от нахождения параметров вне этих границ. С второго выхода блока 2 подается команда в Блок 4 расчета коэффициентов достоверности 5; и дрейфа Dj(N) параметров по формулам (2) и (4). Полученные в блоках 2,4 и 5 значения D°т, (V, , Ј вместе другими рассчитанными и контролируемы- ми сигштами подаются в блок 6 расчета (S)C по формуле (1), значения которых вьдаются на экран дисплея 7.

to табл.1 приведен фрагмент использования предлагаемого способа для контроля состояния шлака на основе измерений шума (Щ), вибраций конвертера (А), вибраций кислородной фурмы (Ф), скорости обезуглероживания (V,) и положения конуса трубы Вентури (П).

Достоверность параметров рассчитывается при А 0,1 . Положение ко- чуса трубы Вентури до 750 с было в отказе, поэтому до этого времени ко- эффициент достоверности равен 0.

Анализ и обобщение результатов опытных плавок, проведенных с контролем шлакообразования по предлагаемому способу, показал, что этот про- цесс протекает стабильно при значениях (ЈS)Ј 33-60%. Если (2S) то в 95% случаев наблюдаются выбросы шлака, а если , 60, то в 97% случаев наблюдается сворачивание шла

ка и выносы металла из конвертера,

Сравнительные данные по оценке состояния шлака по известному и предлагаемому способам приведены в табл.2.

В табл.2 в обоих случаях для

4U

оценки сходимости результатов расчета и фактического состояния шлака в конвертере используют данные визуального контроля с учетом мнения машиниста диструбутора..

Из данных табл.2 следует, что использование для оценки текущего состо яния .шлака нескольких параметров значительно повышает эффективность контроля .

50

Технико-экономическая эффективность от использования способа состоит в том, что в результате снижения потерь металла с выбросами и выносами, благодаря повышению надежности и точности контроля шлакового режима кон- иертерной плавки, снижается удель- чыи расход металлошихты на 0,5 кг/т стали

5

0

Формула изобретения

Способ контроля шлакового режима конвертерной плавки, включающий измерения шума и вибраций конвертера, определение состояния ишака по величине и скорости изменения этих сигналов, расчет и адаптацию коэффициентов информативности каждого параметра, а также расчет и фиксирование заданного времени продувки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности контроля шлакового режима плавки, дополнительно контролируютвибрации кислородной фурмы, скорость окисления углерода и положение конуса трубы Вентури, определяют предельно допустимые границы изменения всех измеряемых параметров и длительность их пребывания вне этих границ, при этом в период 15-95% заданного времени продувки текущее состояние шлака оценивают как результирующее по всем измеряемым параметрам по математическому выражению

где |}; . .

№

(A -Cot/Ј): А если (if. Оесли (At ) 0J

n - количество измеряемых

параметров;

S.- состояние шлака, определенное по i-му параметру; jf; - коэффициент информативности 1-го параметра; В; - коэффициент достоверности 1-го параметра; uor- длительность нахождения

1-го параметра вне допустимых границ; i - текущая продолжительность

продувки;

А , - предел длительности на- 1 хождения 1-го параметра вне допустимых границ (А; 0,1-0,2),

причем определение состояния шлака по каждому параметру осуществляют по математическому выражению

S; а; х; - D; (N) +

Шум и вибрации конвертера (по известному способу)

65,0

74,6

74,3

Включая вибрации фурмы, ско- рость обезуглероживания, положение конуса трубы Вентури

О-Г

97,1

92,4

95,9

m

Шш