Система управления конверторным процессом

(ФРГ)Давид г 9489 КОНВЕРдатчикиодвкжнойые черезприводомоходе,что, с ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 21) 1865268/22-0222) 19. 12. 72(72) Курт Баум, Ерг Петер БаЖан К.Перс (Великобритания)Шредер (США)(54)(57) СИСТЕИА УПРАВЛЕНИЯТЕРНЫИ ПРОЦЕССОМ, содержащаядавления, установленные подзаслонкой кессона и соединенблок сравнения и регулятор сзаслонки, установленной в гаотличающаяся тем целью увеличения производительностипроцесса и надежности работы оборудования за счет предотвращения взрывоопасных ситуаций в газоходе, она до-.полнительно содержит газоанализаторына кислород, окись и двуокись угле-.рода и воду в отходящих газах, регулятор положения подвижной заслонкикессона, регулятор подачи нейтрального газа в газоход, датчик положенияконвертера, исполнительный механизмподачи нейтрального газа в газоход,причем газоанализаторы на:кислород,воду, окись и двуокись углерода соединены через регулятор положения подвижной заслонки кессона с приводомзаслонки кессона и соединены такжес регулятором подачи нейтральногогаза в газоход, который соединен сдатчиком положения конвертера и исполнительным механизмом подачи нейтрального газа в газоход.1 11 О 1Изобретение относится к конвертерному способу выплавки стали путем переплавки чугуна в сталь в конвертерах.5В конвертерных процессах во время дутья выделяются газы, Первичными газами в процессе с нижним дутьем являются окись углерода (СО), двуокись углерода (СО), водород и пары воды, соотношение между которыми меняется в процессе плавки. В основном эти газы поступают в расположенный над конвертером кессон, Кессон отделен от конвертера зазором и в него попадает воздух, под действием которого происходит сгорание СО и Н, и продукты сгорания газов пропускаются через газоочистную систему, снабженную воздуходувкой, выходя иэ которой они через дымовые трубы выбрасываются в атмосферу, При сгорании газов происходит испарение железа из ванны в зонах с высокой температурой, и железо сначала окисляется до эакиси, а затем и до окиси железа (ГеО), которая вместе с продуктами сгорания и излишком воздуха поступает в систему очистки, Для очистки больших количеств образующихся газов и дыма тре 30 буется сложная и дорогостоящая система очистки с мощными воздуходувками с большой производительноетью и давленйем, которая должна обеспечить очистку газон в соответствии с жесткими требованиями на чистоту выбрасы-З 5 ваемых в атмосферу газов, Процесс выплавки стали с нижним кислородным дутьем отличается от процесса выплавки стали с верхним дутьем меньшим количеством образующихся паров железа и более тонкой дисперсией частиц железа в отходящих газах. Поэтому в этом процессе необходимо испольэовать систему очитски без сгорания выходящих иэ конвертера газов, для того чтобы избежать окисления железа и распыления его частиц в воздухе, что дает известные преимущества, связанные с более высокой агломерацией и более высокими смачивающими свойствами частиц, представляющих собой в основном неокисленное или полуокисленное (Ге, ГеО, ГеО) . Кроме того, такая система имеет определенные экономические преимущества, так как 55 в ней образуется меньшее объемное количество газа с минимальной концентрацией пыли в отходящих газах,1 УУ 2что позволяет достаточно экономично удовлетворить существующие требования на чистоту выбрасываемых в атмосферу гаэов.- Наиболее близкой к изобретению является система управления конвертерным процессом, содержащая датчи-ки давления, установленные под подвижной заслонкой кессона и соединенные через блок сравнения и регулятор с приводом заслонки, установленной в гаэоходе 1.Такая система очистки (беэ сгорания выходящих иэ конвертера газов) позволяет обеспечить безопасное собирание, очистку и последующее использование выходящих из конвертера газов в качестве источника тепловойэнергии.Цель изобретения - увеличение производительности процесса и надежностиработы оборудования эа счет предотвращения взрывоопасных ситуаций в гаэоходе,Указанная цель достигается тем,что система управления конвертернымпроцессом, содержащая датчики давлеМия, установленные под подвижной заслонкой кессона и соединенные череэ блок сравнения и регулятор с приводом заслонки, установленной в газо- ходе, дополнительно содержит газоанализаторы на кислород, окись и двуокись углерода и воду в отходящих газах, регулятор положения подвижной заслонки кессона, регулятор подачи нейтрального газа в газоход, датчик положения конвертера, исполнительныймеханизм подачи нейтрального газа в газоход, причем газоанализаторы на кислород, воду, окись и двуокись углерода соединены через регулятор положения подвижной заслонки кессона с приводом заслонки кессона и соединены также с регулятором подачи нейтрального газа в газоход, который соединен с датчиком положения конвертера и исполнительным механизмом подачи нейтрального газа в газоход. В изобретении предлагается система для независимого определения различных компонентов газа и продуктов сгорания, таких как водород, пары воды, окись углерода н углекислый гаэ, которые образуются в конвертере с нижним дутьем, в котором используются жидкие углеводороды. Эта система анализа обладает высокой чувст311011вительностью и обеспечивает контрольза процессом в условиях резких изменений его отдельных параметров,Предлагается мгновенно (меньше, чемза секунду) измерять парциальное давление кислорода и определять стехиометрию горения газовой фазы и использовать эти сигналы для управленияпроцессами сбора и очистки газовИзобретение. предусматривает сов Оместную работу датчика парциальиогодавления кислорода и датчика инфракрасного излучения, который измеряетконцентрации СО, СО и НО и имеетбыстродействие менее 5 с. Сигналы от 15датчика парциального давления кислорода и инфракрасного датчика исполь-.зуются для управления процессом перемещения заслонки кессона и установкизаданного зазора между заслонкой кес" 2 Осона и конвертером.Предлагаемая система защиты атмосферы от дымовых газов работает приповороте конвертера во время его,заслонки и при выпивании из него выплавленной стали, т.е. когда горловина конвертера не находится под основным газосборным кессоном,На фиг.1 представлена схема конвертера с нижним кислородным дутьем вместе с вспомогательными системами для сбора и очистки газа; на фиг.2. - графики зависимости от времени объемов первичных, частично сгоревших отходящих газов и объемов собираемого 35,/ газа, используемого в дальнейшем в качестве источника тепловой энергии.На фиг.1. показан конвертер 1 с нижним кислородным дутьем, состоящий из металлической обечайки 2 с внут ренней огнеупорной футеровкой 3 и верхним выходным отверстием 4. В нижней части обечайки, расположен короб 5 с коллектором 6 для подачи в конвертер газа и порошкообразного флюса. Газ вместе с флюсом инжектируется под давлением в находящийся в конвертере расплавленный металл с помощью форсунок 7, которые входят в . расположенные в днище конвертера фур. 50 менные отверстия 8. Газ и порошкообразный флюс под действием избыточного давления поднимается вверх, проходя через находящуюся в конвертере массу расплавленного металла, в котором протекают стехиометрические реакции между находящимися в расплавленном металле элементами и активными 77 4газами (кислородом) и флюсом. Инертные газы свободно проходят через рас плавленный металл и выходят иэ конвертера реэ его верхнее выпускное отверстие. Конвертер 1 закреплен в поворотном кольце 9, которое имеет цапфы 1 О и 11, установленные в опорах (не показаны). С помощью связанных с приводом цапф конвертер может поворачиваться для удаления иэ него шлака и для выпивки расплавленного металла через сливное отверстие 12.Газы, жидкие продукты и порошки подаются в коллектор 6 по трубе 13, соеДиненной с полой цапфой 10, к которой подходит подводящая труба 14, Такая конструкция обеспечивает инжекцию газов и порошкообразных флюсов в конвертер, когда он находится в вертикальном положении, а когда конвертер находится в наклонном положении, то в него можно подавать только газы, Над верхним выходным отверстием конвертера расположен колпак 15 с водяным охлаждением, Колпак имеет подвижный кожух 16, который может подниматься и опускаться относительно конвертера, изменяя величину коль цевого зазора между конвертером и колпаком.Через коллектор 6 в нижнюю часть конвертера инжектируются следующие газы: О, КАг (аргон), воздух и СН (для образования газообразных или парообразных углеводородов). Газы подводятся к конвертеру по трубе 14. Жидкие углеводороды постоянно инжектируются в конвертер вокруг струи кислорода через фурменные отверстия, расположенные в днище конвертера. Углеводороды защищают футеровку днища конвертера от быстрого выхода изстроя.1Порошкообразные флюсы подаются в конвертер иэ емкости 17. В действительности подача в конвертер флюсов прбизводится из нескольких емкостей, в которых хранятся различные порошкообразные материалы, такие какнегашенная известь, известняк, плавиковый шпат, а также окись железа, десульфуризаторы и другие добавки. Для введения в конвертер определенных количеств этих материалов используются в качестве среды-носителя либо кислород, либо азот. Емкость 17 сообщается с кислородной трубой и снабжена смесителем 18, из которого кислородвместе с диспергированным в нем порошком поступает по трубе 19 в глав-, ную подводящую трубу 14, соединеннуюс конвертером.Колпак 15 с водяным охлаждением 5 соединен воздуховодом 20, также имеющим водяное охлаждение, с,сатуратором-диффузором 21, в котором проиэво" дится охлаждение отходящих газов до температуры насыщения при заданном О давлении, В сепараторе 22 происходит отделение от газов воды, после чего газы по трубе 23 подаются во второй диффузорный скруббер 24 для окончательной очистки и регулирования рас хода газов, За скруббером 24 установлен капельный сепаратор 25 со сборни" ком 26, из которого вода по трубе вновь подается на вход Ю.саФуратор диффуэор 21. Выходящий из сепаратора Ю 25 газ попадает в трубу 27, в которой установлена воздуходувка 28, которая нагнетает газ в трубу 29, в верхней части которой установлена го. релка 30. 25Газы для датчиков 31 (датчик РО) и 32 (инфракрасный анализатор СО, СО, НО) можно отбирать либо в колпаке, либо после второго скруббера. Электрические сигналы от датчика ЗЗ зо давления используются для управлениядвигателем, регулирующим сечение второго диффузорного скруббера 24,В начале продувки сечение второго диффузорного скруббера 24 задается с помощью указателя 34. Когда концентрация СО+В возрастает и имеет место сгорания газа, обусловленное попаданием в газ воздуха че 1 ез зазор между колпаком и конвертером (кожух 16 колпака поднят), датчик 31 РО фиксирует изменение состава газа (возможно его возгорание). При достижении стехиометрической точки сгорания и наличия инертной газовой пробки (определяется датчиком 31) сигнал от .датчика 31 используется для опускания кожуха 16. Кожух 16 продолжает опускаться до тех пор, пока давление под колпаком, измеренное датчиком 33 и определенное по 50 манометру 35, не станет равным предварительно заданному разряжению, которое задается с помощью показывающе го прибора 36; После этого регулиро" ванне разряжения в системе сбора и . 55 очистки газа осуществляется путем изменения сечения второго регулирующего скруббера 24. При выплавке высокоуглеродистых сталей или при поворачивании конвертера, когда концентрация СО+Н резко возрастают, указатель 37 положения конвертера подает сигнал к клапану 38 азота, который автоматически открывается. Под колпак подается азот и концентрации СО+Н снижаются до безопасных.Кроме того, клапан 38 переключается по сигналам от датчиков 31 и 32 в том случае, когда состав газов станет близким к опасному (возможен взрыв) из-эа присутствия в нем кислорода и больших количеств СО+Н, повышающих теплотворную способность газа. Дым, образующийся в результате испарения железа при поворотах конвертера или при его загрузке и выгрузке, собира" ется в основном колпаке 15 и вспомогательном колпаке 39, который соединен трубой 40 через заслонку 41 с трубой 23, ведущей к второму скрубберу 24. При наклоне конвертера по сигналу от указателя 37 положения заслонка 41 открывается, а заслонка первого сатуратора-диффузора 21 закрывается до минимального уровня, определяемого положением конечных выключателей. Дым из дополнительного колпака очищается в скруббере 24 и частично в сатураторе-диффузоре 21, проходя через них с помощью воздуходувки 28.На фиг.2 показаны две зависимости объемов первичных и частично сгоревших отходящих газов и отбираемого из системы газа от времени цикла плавки, одна из которых относится к предлагаемому процессу, а другая - к известным процессам плавки с кислородным дутьем.Диаграмма известного процесса (конвертер с верхним кислородным дутьем) показана на диаг. 2 А. Этот про цесс начинается с подачи в конвертер атмосферного воздуха (перед дутьем). Этот воздух используется для горения в начале процесса продувки и образует инертную пробку, время существования которой зависит от объема поступившего в систему воздуха. Для безопасности и лучшей работы контрольноизмерительных приборов колпак в такой системе закрывается с некоторым запаздыванием, что связано с работой обычного анализатора кислорода, определяющего фактическое содержание кис11011лорода в газе. Когда концентрация кислорода достигнет безопасного уровня, кожух колпака вручную опускается (область 42) и выходящие газы (кривая 43) будут состоять в основном из СО с небольшими количествами азота и углекислого газа. Собирание газа начинается в тот момент (точка 44), когда его теплотворная способность достигнет заданной величины. Сбор га зов происходит в процессе продувки до тех пор, пока концентрация СО в газе не достигнет минимального допустимого (с точки зрения теплотворной способности газа) уровня (точка 45). 15 Через некоторое время колпак поднима" ется (область 46) и начинается полное сгорание газа до тех пор, пока в нем вообще не останется окиси углерода. Одновременно в системе образует ся инертная газовая пробка (перед подсосом в систему воздуха, область 47, после окончания границы раздела продувки 48. Длительное время образо. вания инертной пробки в начале и в 25 конце. цикла приводит к уменьшению продолжительности времени отбора из системы газа (область 49) по сравне" нию с циклом, осуществляемым в предлагаемой установке. 30Преимущества предлагаемой системы четко проявляются при рассмотрении диаграммы, показанной на диаг 2 Б.Использование датчика 31 парциально.- го давления кислорода (фиг.1) позволяет очень точно определить стехиометрическую точку сгорания и быстро обнаружить отсутствие в газе кислорода, т.е. ойределить момент образования инертной газовой пробки Высокая 77, 8надежность этого датчика делает возможной работу системы очистки газадо начала продувки (граница раздела50) с небольшим количеством воздуха(область 51). Этот воздух использует-ся для сгорания газа и образованияинертной газовой пробки (область 52),причем продолжительность существова"ния в системе газовой пробки и ееобъем существенно снижаются за счетприменения упомянутых датчиков, обладающих высокой чувствительностью. Вэтом варианте также появляется возможность автоматически управлять перемещением кожуха колпака (область53), что является одной из важных положительных особенностей. Образую-щийся газ состоит в основном из СО иН с небольшимн количествами НъО,СО 2 и Й 2 (кривая 54). Безопасный отбор газа начинается с того момента(точка 55), когда его теплотворнаяспособность достигнет заданного уровня. Сбор газа продолжается во времяпродувки и прекращается в тот момент,когда его теплотворная способностьдостигнет минимально допустимой величины (точка 56). Применение высокочувствительного инфракрасного анализатора вместе с высокочувствительнымдатчиком парциального давления кислорода позволяет фиксировать эти моменты с высокой точностью. После прекращения отбора газа по сигналу отдатчика 31 (фиг.1) колпак открывается(область 57) и в системе образуетсяинертная газовая пробка (область 58),а затем после окончания продувки(граница раздела 59) в систему вновьподается воздух (область .60).11101177 И.Эрдейи 602(45 Тираж 540 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Рауюская наб., д.4/5 ащаю аФФФ ею шак Филиал ППП "Па нт", г.ужгород, ул.Проектная,Составитель А.Абросимоведактор М,Петрова Техред А. Бабинец Корр