Способ управления режимом шлакообразования в ванне конвертера и устройство для его осуществления Советский патент 1981 года по МПК C21C5/30 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ШЛАКООБРАЗОВАНИЯ В ВАННЕ КОНВЕРТЕРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

f

Изобретение относится к области автоматизации кислородно-конвертерных процессов.

Известен способ управления режимом шлакообразования и устройство для его реализации, которое регулирует расход кислорода, подачу шлакообразующих материалов и положение фурмы по статическим расчетам плавки flj- Устра йст)во не обеспечивает требуемой точности.

Наиболее близким к данному решению технической задачи является способ и устройство управления режимом шлакообразования в ванне конвертера по акустической характеристике продувки 2 .

ПЕ5и выполнении способа измеряют поло: сение фурмы относительно уровня ванны, расход кислорода и шлакообразующих материалов и используют информацию о положении фурмы относительно уровня спокойной ванны, расходе кислорода, температурном перепаде охлаждакяцей воды на фурме.

Устройство, осуществляющее такой способ, содержит регуля оэры расхода кислорода, положения фурмы относительно уровня спокойной ранны и ввода шлаАообразующих материалов, соответствующие исполнительные механизмы и датчики, а также интегратор и блок ввода начальных условий.

Недостатком известного способа И устройства управления режимом шлакообразования является невысокая точность управления из-за малой достоверности получаемой информации о процессе шлакообразования.

10

Цель изобретения - повышение точности управления.

Цель достигается тем, что при выполнении способа управления режимом шлакообразования в ванне конвертера

15 путем изменения положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, расхода кислорода и ввода шлакообразующих материалов с использованием информации о положении фурмы относи20тельно уровня спокойной ванны, расходе кислорода, температурнотл перепаде охлаждающей воды на фурме, акустической характеристике продувки измеряют промежутки времени между резкими из25менениями температурного режима в рабочем пространстве конвертера, вызванными, например, началом продувки |И вводом сяшакообразующих материалов и температурного перепада охлаждаю30 .щей воды на фурме, сравнивают их с

ачальным значением промежутка вреени и осуществляют управление с спользованием замеренных динамичесих характеристик процесса.

f

В устройство, содержащее регуляторы расхода кислорода, положения фурмы относительно уровня спокойной ванны и ввода шлакообразующих материалов , выходы которых соединены с входами соответствующих исполнительных механизмов, датчики расхода кислорода, положения фурмы относительно уровня спокойной ванны и динамической характеристики продувки, выходы которых соадинены с входами соответствующих измерителей, а также датчик температурного перепада охлаждающей воды на фурме, причем выход измерителя расхода кислорода соединен с входом интегратора, который соеди-нен с блоком ввода начальных условий, а выход измерителя положения фурмы относительно уровня спокойной ванны соединен с первым входом одноименного регулятора, введены блок измерения промежутков времени, блок совпадения, анализатор уровня сигнала, переключатель режима работы, дифференциатор, корректирующий блок и i блок разделения, при этом вход блока измерения промежутков времени соединен с выходами датчика температурного перепада охлаждающей воды на фурме, измерителя положения фурмы относительно уровня спокойной В4ННЫ,

измерителя расхода кислорода и регулятора ввода шлакообразующих материалов, а выход - с входами блока совпадения и анализатора уровня сигнала, второй вход которого соединен с выходом измерителя акустической характеристики продувки, а выход - с входами регуляторов расхода кислорода и ввода шлакообразующих материалов и через переключатель режима работы. с входом регулятора положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, входы блока совпадения соединены с выходом интегр(атора и через дифференциатор - с выходом измерителя акустической характеристики продувки, а выходы - с входами регулятора ввода щлакообразующих материалов, корректирующего блока и блока разделения, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с входом переключателя режима работы, другие входы которого соединены с выходфли блока ввода начальных условий и измерителя расхода кислорода, вход блока ввода начальных условий через корректирующий блок соединен с выходом измерителя расхода кислорода, третий вход корректирующего блока .соединен с выходом интегратора, другой выход которого с входом регулятора ввода шлакообразующих материалов ./

Управление режимом шлакообразования в ванне конвертера осуществляют по периодам путем изменения положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, расхода кислорода и ввода шлакообразующих материалов по формулам:для первого периода

Н + f (VF) + к 2 при V 0,15V,

.для второго периода

rf K,j при ,15V,

(A-i - ) О , (ДТ„ - u.-Cr ) К,

или

SP : 5 при ,25V, для третьего периода

5 Kj при Н 50

Н дн при -50.дН или

ДН 50-,

или

Н К. + дН при -100 ДН или

ДН 100;

1 ;;смGK - к четвертого периода

Н К при ViO,85V, 00,1/ Н К - Кд при ,85V, С 0,1,

де Н

положение фурмы относительно уровня спокойной ванны, мм,

IX, КVкоэффициенты; расход кислорода, нм /мин,

f()

функция, определяемая насыпной массой лома, мм

V

фактическое количество кислорода, израсходованное за определенное время продувки, нм, расчетное количество кислорода на пЛавку, определяемое, например, по балансовостатическому уравнению 1,2, стр.26-293, нм-3,

сигнал об акустической характеристике продувки, %,

(i-l), индексы предыдущего и последующего значе НИИ измеряемого параметра с дискретностью, например, для условий ЕМЗ 15 с, лТц, дТ - начальное и текущее значение промежутко времени между резки изменением температурного режима в ра бочем пространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме, с; и - масса плавикового шпата и извести, кг С - заданное значение с срдержания углерод в стали, %; дН - управляющее воздей ствие по положению фурмы относительно уровня спокойной ванны, равное ЛН к. (А - К ) + К (лТ, - Af) 1ЛМ Измерение промежутков времени между резкими изменениями температурного режима в рабочем пространст ве конвертера и температурного переПс1да охлаждающей воды на фурме и сопоставление их с начальным значением промежутка времени дает возмож ность идентифицировать через шлаково наслоение на фурме вязкость шлака, определяющую его жидкотекучесть и ки нетику процессов рафинирования вант ны, что способствует повышению надежности управления, предотвращению выбросов и качественному удалению нежелательных примесей из металла. Управление режимом шлакообразования в ванне конвертера включает статический расчет шлакообразующих материалов и динамическое регулирование процесса. Статический расчет включает определение массы шлакообра зующих материалов, которые вводят в конвертер порциями, масса и время подачи которых определяется принятой технологией. Например, для условий ЕМЗ известь 35-40% вводится на дно конвертера, 30% после продувки 15% расчетного количества кислорода на плавку, 25-ЗЙ% после продувки 30% расчетного количества кислорода, плавиковый шпат после продувки 85% расчетного количества кислорода 2 J Динамическое регулирование процес са продувки осуществляется следующим образом. Момент начала продувки определяется опусканием фурмы до рабочей отметки и подачей в конвертер кислорода. Например, для 130-тонного конвертера ЕМЗ при интенсивности про дувки 400 нм умин эти величины сортветственно равны 3000 мм и 300 нм/ми Для первого периода продувки положение фурмы относительно уровня спокойной ванны поддерживают на значении, определяемом расход кислорода насыпной массой лома и опытом предыдущих плавок. Увеличение расхода кислорода повышает глубину реакционной зоны и ухудшает условия шлакообразования. Уменьшение.насыпной массы лома приводит к быстрому его растворению в начальный период продувки, снижает температуру ванны и затягивает ход продувки. При переходе к второму периоду продувку по сигналу о количег: стве продутого кислорода V 0,15V на следующую плавку устанавливают значение коэффициента К. на 50 мм ниже, чем в предыдущей плавке, а при V 0,25V на следующую плавку устанавливают значение коэффициента K/j. на 50 мм выше. Значения коэффициента К. и функции f(V) зависят от садки конвертера и конструкции фурменного наконечника.-Для условий 130-тонного конвертера ЕМЗ и 4-х соплового наконечника с углом раст. крытия сопел 15 К 70, 4 мм мин О, 5 нм f ( Ч ) 200 Ь1м в случае легковесного лома, f(Ф) 0 при насыпной массе лома в пределах 1,4-1,8 т/м и f ( Ч ) f ( Ч ) 50 мм в случае тяжеловеса. Переход к второму периоду осуществляется в момент подачи 15% расчетного количества кислорода, если наводится жидкоподвижный шлак,, о чем свидетельствует снижение уровня акустической характеристики продувки (датчик - микрофон типа МД-59, измеритель - вторичный прибор типа ПСР) |и появление шлакового наслоения на фурме. Если жидкоподвижный шлак не наводится, то переход к второму пе-; риоду осуществляется в момент подачи 25% расчетного количества кислорода с одновременной присадкой планикойого шпата. Для условий ЕМЗ К 1100 мм, К 30 с, Kj- 250 кг. Связь между величинами шлакового наслоения на фурме и промежутков времени между резкими изменениями температурного режима в рабочем пространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме определяли по известной формуле Сз J. Переход к третьему периоду продувки осуществляют исходя из шлакового режима ванны, если требуется изменить положение фурмы относительно уровня спокойной ванны более чем на 50 мм. В случае, если требуется изменить этот параметр более чем на 100 мм, то одновременно с .изменением положения фурмы изменяют расход кислорода и вводят добавку извести. Для условий ЕМЗ: K.g 50 К, 500 кг; К9 24,2 мм/%; К . 10%; К 1,5 мм/с. Переход к четвертому периоду продувки осуществляют в момент подачи 85% расчетного количества кислорода, причем при производстве низкоуглеродистого металла (С 0,1%) снижают значение положения фурмы во избежание переокисления металла и шлака. Для условий ЕМЗ Kg 200 м.

На чертеже дана принципиальная схема устройства управления режимом шлакообразования в ванне конвертера.

Устройство содержит регулятор 1 расхода кислорода, регулятор 2 положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, регулятор 3 ввода шлакообразующих материалов, исполнительный механизм 4 расхода кислорода/ исполнительный механизм 5 положения фурмы относительно уровня спокойной ванны исполнительный механизм 6 ввода шлакдобразующих материалов; датчик 7 расхода кислорода, датчик 8 Положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, датчик 9 акустической характеристики продувки, измеритель 10 расхода кислорода; измеритель 11 положения фурмы относительно уровня спокойной ванны; измеритель 12 акустической характ.еристики продувки, датчик 13 температурного перепада охлаждающей воды на фурме, интегратор 14; блок 15 ввода начальных условий; блок 16 измерения промежутков времени) блок 17 совпадения анализатор 18 уровня сигнала; переключатель 19 режима работы, дифференциатор 20; корректирующий блок 21, блок 22 разделения/ фурму 23, кессон 24, весовой бункер 25 и конвертер 26.

Выходы датчика 7 расхода кислорода, датчика 8 положения фурмы, датчика 9 акустической характеристики продувки подключены к соответствующим измерителям 10, 11, 1-2, выход датчика 13 температурного перепада охлаждающей водыподключен к блоку 16 измеренияпромежутков времени. Исполнительные механизмы 4, 5 и 6 расхода кислорода, положения фурмы и ввода шлакообразующих материалов подсоединены к соответствующим регуляторам 1, 2, 3, входы регулято- ров 1 и 3 положения фурмы и ввода шлакообразуклДих материалов соединены с выходом анализатора 18 уровня сигнала, причем второй вход регулятора 3 соединен с выходами блока 17 со впадения и интегратора 14, а выход подключен к блоку 16 измерения, первый вход регулятора 2- положения фурмы соединен с выходом переключателя 19 режима работы, а второй вход соединен с первым выходом измерителя 1 положения фурмы; второй выход 1змерителя 11 подключен к входу блока 16 измерения промежутков времени соединен также с выходом измерителя 10 рс схода кислорода; выходы измерителя 10 соединены с интегратором 14 и с корректирующим блоком-21, второй вход которого подключен выходу блока 17 совпадения, третий вход К интегратору 14; а выход подключен

к блоку 15 ввода начальных условий, входы блока 17 совпадения подключены к выходам интегратора 14, блока 16 измерения промежутков времени и дифференциатора 20; выход измерителя 12 акустической характеристики продувки подключен к входу дифференциатора 20, один из выходов блока 17 совпадения через блок 22 разделения, к входу которого подключен интегратор 14, соединен с переключателем 19, другие входы которого соединены с блоком 15 ввода начальных условий, измерителем 10 расхода кислорода и анализатором 18 уровня сигнала, входы которого соединены с измерителем 12 акустической характеристики продувки и блоком 16 измерения промежутков времени.

Устройство работает следующим образом.

Перед продувкой в блоке 15 производят расчет шихты по информации о начальных и конечных параметрах продувки. Расчет шихты включает определение шлакообразующих материалов, которые вводят в конвертер 26 порциями . Масса и время их подачи определяется принятой технологией, например для условий ЕМЗ известь вводится следующим образом: 35-40% на дно конвертера, 30% после продувки 15% расчетного количества кислорода, 25-30% после продувки 30% расчетного количества кислорода; плавиковый шпат вводят после продувки 85% расчетного количества кислорода.

Динамическое регулирование процесса продувки с помощью устройства осуществляют следующим образом.

Момент начала продувки определяется опусканием .фурмы 23 ддх рабочей отметки И подачей в конвертер 26 кислорода. Например, для . 130-тонного конвертера ЕМЗ при интенсивности продувки 400 им /мин эти величины соответственно равны 3000 мм и 300

В процессе продувки информация от .датчиков расхода кислорода 7 Тна-. пример, диафрагмы) и акустической характеристики продувки 9 (например, микрофон МД-59) поступает в соответствующие измерители 10 и 12 (например, вторичные приборы серии КТС ЛИУС), а информация 6т датчика 1з температурного перепада охлаждающей воды на фурме (например, дифференциальная термопара - в блок 16 измерения промежутков времени между резкими изменениями температурного режима в рабочем пространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме. Датчики 7 и 8 в момент начала продувки соответственно через измерители 10 и 11 включают в блоке 16 двигатель, который останавливается при получении сигнала сР резком изменении темпераypHoro перепада охлаждающей воды на фурме. При этом электрический преоб разователь, связанный с двигателем, фиксирует начальное значение промежутка времени между резким изменени ем температурного режима в рабочем пространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме в момент ввода шлакообразующих |Материалов в блок 16 6т регулятора :3 подается сигнал, при этом соответ ствующий электрический преобразователь фиксирует значение промежутка времени между резким изменением тем пературного режима в рабочем пространстве конвертера 26, вызванного вводом шлакообразуквдих материалов, температурного перепада охлаждающей воды на фурме 23, На выходе блока 1 формируется сигнал, равный разнрсти сигналов упомянутых электрических преобразователей. Переключатель 19 режима работы устанавливает четыре режима работы в соответствии с четырьмя периодами продувки. Первый период, начинается с момента подачи кислорода в конвертер 26. При этом инфсшмация, пропорциональная величи не TV, поступает от измерителя 10, суммируется с сигналами, пропорциональными величине f(} из блока 15 ввода начальных условий и корректирующим коэффициентом К 2.. Суммарный сигнал, пропорциока.льный выражению + f(} + K,2,J, через переключатель 19 поступает на задатчик регулятора 2 положения фурмы относи тельно уровня спокойной ванны, кото рый устанавливает фурму 23 посредст BOM исполнительного механизма 5 в соответствукндее положение. Сигнал, пропорциональный расходу кислорода, .поступает на интегратор 14.-Туда же поступает сигнал .из блока 15 ввода, начальных условий о расчетном количестве кислорода наплавку. В соответствии с этим сигналом в интеграт ре 14 устанавливаются положения, со ответствующие величинам 0,, 0,-25V и 0,. При достижении фак тическим количеством кислорода значения V 0,15V от интегратора 14 блок 17 совпадения поступает сигнал о переходе к второму периоду продувки. Одновременно в блок 17 посту пает сигнал, пропорциональный величине ( - AY ) , от измерителя 12 через дифференциатор 20. Настройка дифференциатора 20 позволяет вычислять величину разности ( - ) за различные промежутки времени. Для условий ЕМЗ промежуток времени уста новлен 15 с. Из блока 16 в блок 17 совпадения поступает сигнал, пропорциональный величине (uZr,- К4.) При выполнении соотношений ,15V ( - А( 0 и (u-Cf,- Дгг- Кд) 0 блок 17 совпадения срабатывает и че рез лок разделения подает сигнал на переключатель 19 режима работы о переходе к второму периоду продувки. При этом от блока 15 ввода начальных условий на регулятор 2 поступает задание, пропорциональное коэффициенту К2. Если указанные соотношения не выполняются, то при достижении фактическим количеством кислорода значения V 0,25V от интегратора 14 на блок 22 разделения поступает сигнал о переходе к второму периоду продувки, а также одновременно от блока 17 совпадения и интегратора 14 поступает сигнал на регулятор 3 ввода шлакообразующих материалов о загрузке плавикового шпата в количестве, равном К 250 кг. Сигналы от интегратора 14 и блока 17 совпадения поступают также в корректирующий блок 21, в котором осущейтвляется переключение делителей напряжения, В случае одновременного, появления сигнала V 0,15V и сигнала от блока 17 совпадения выходной сигнал от корректирующего блока 21 уменьшается, что приводит к снижению положения . фурмы 23 относительно уровня спокойной ванны в первом периоде продувки для следующей плавки на величину . 50 мм, а при появлении сигнала V 0,25V и отсутствии сигнала от блока 17 совпадения выходной сигнал от корректирующего блока 21 увеличивается на эту же величину. 1При выполне|Нии соотношения V 0,25V срабатывает контакт в интеграторе 14 и произ- водится перевод устройства для рабо-. ты в третьем периоде продувки. При , этом сигнал, пропорциональный величине Кр{А - ) поступает от измерителя 12 на анализатор 18 уровня сиГг нала. Туда же одновременно поступаетсигнал от блока 16, пропорциональный величине .,(AtrH-ДТ) . Упомянутые сигналы суммируются, после чего производится анализ величины ДН. При выполнении соотношения положение фурмы относительно уровня спокойной ванны не меняется, т.е. Остается тем же, что и во врейя перида продувки. Если -50$ йН или , положение фурмы изменяется на величину ЛН., Если -100 ДН или Н 100, то одновременно с поступлением, сигнала на переключатель 19 , режима работы об i изменении положения фурмы на величину Д Н подаются сигналы на регуляторы 1 и 3 расхода кислорода и ввода шлакообразующих материалов Об изменении заданий соответственно на величину Kg и К. Переход к четвертому периоду производится при выполнении равенства V 0,85V. При этом в интеграторе 14 срабатывает контакт, падающий сигнал на переключатель 19 режима работы через блок 15 ввода начальных условий. В блоке 15 ввода начальных условий.

производится анализ заданного значения содержания углерода в стали. Если С 0,1%, то фурма устанавливается в положение, равное величине К При производотве низкоуглеродистого

.металла (С 0,1%) снижают значение положения фурмы во избежание переокисления металла и шлака. В этом случае фурма устанавливается в положение, равное величине (К - Kg). В этом случае соответственно при своем значении положения фурмы относительно уровня спокойной ванны прекращается продувка.

Использование данного изобретения позволяет повысить точность управления режимом шлакообразования в ванне конвертера, предотвратить выбросы и качественно удалить нежелательные -. примеси из металла.

Формула изобретения

1.Способ управления режимом шлакообразования в ванне конвертера путем изменения положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, расхода кислорода и ввода шлакообразующих материалов с использованием информации о положении фурмы относительно уровня спокойной ванны, расхде кислорода, температурном перепад охлаждающей воды на фурме, акустической характеристике продувки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности управления измеряют промежутки времени между резкими изменениями температурного режима в рабочем пространстве конвертера, сравнивают их с начальным значением промежутка времени и осуществляют управление с использованием замеренных динамических характеристик процесса.

2.Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее регуляторы расхода кислорода, положения фурмы относительно уровня спокойной ванны и вводи шлакообразующих материалов, выходы которых соединены

с входами соответствующих исполнительных механизмов, датчики расхода кислорода, положения фурмы относительно уровня спокойной ванны и динамической характеристики продувки, iвыходы которых соединены с входами соответствующих измерителей, а также ДАТЧИК температурного перепада охла;з|(дающей воды на фурме, причем выход измерителя расхода кислорода соединен с входом интегратора, который соединен с блоком ввода начальных условий, а выход измерителя положения фурмы относительно уровня спокойной ванны соединен с первым

входом одноименного регулятора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности управления, в него дополнительно введены блок измерения промежутков времени, блок совпадения, анализатор уровня сигналаj переключатель режима работы дифференциатор, корректирующий блок и блок разделения, при этом вход блока измерения промежутков соединен с выходами датчика температурного перепада охлаждающей воды на фурме, измерителя положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, измерителя расхода кислорода и регулятора ввода шлакообразующих материалов , а выход - с входами блока совпадения и анализатора уровня сигнала, второй вход которого соединен с выходом измерителя акустической характеристики,продувки, а выход - с входами регуляторов расхода кислорода и ввода шлакообразующих материалов и через переключатель режима работы - с входом регулятора положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, входы блока совпадения соединены с выходом интегратора и через дифференциатор - с выходом измерителя акустической характеристики продувки, а выходы - с входами регулятора ввода шлакообразующих материалов, корректирующего блока и блока разделения, второй вход которого соединен с выходом интегратора, а выход - с входом переключателя режима работы, другие входы которого соединены с выходами блока ввода на.чальных условий и измерителя расхода кислорода, вход блока ввода начальных условий через корректирующий блок соединен с выходом измерителя расхода кислорода, третий вход корректирующего блока соединен с выходом интегратора, другой выход которого соединен с входом регулятора ввода шлакообразующих материалов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Здановский В.В., Туркенич Д.И Возможность .управления конверторной плавкой по уровню шума. Сталь, 1977, № 1, с. 22-24 (прототип способа) .

2.Колобанов А.Б., Лысак С..ю1, Воробьев Н.А. Система автоматизации конверторного производства стали. Сб. Комплексная автоматизация сталеплавильного производства, Киев, Техника, 1973, с. 26-29 (прототип устройства).

3.Сорокин Н.А. и др. Температурное поле футеровки конвертера. Сб. Комплексная автоматизация сталеплавильного производства. Киев, Техника, 1973, с. 8-10.