Устройство для управления конвертерной плавкой

(594 С 21 С 5 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ укторско о объед о СССР1978,СССР1978,К 9 т н ОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) Авторское свидетельствУ 779397, кл. С 21 С 5/30,Авторское свидетельствоВ 775140, кл. С 21 С 5/30,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОНВЕРТЕРНОЙ ПЛАВКОЙ(57) Изобретение относится к управлению плавкой в кислородном конвертере. Цель изобретения - повьппение производительности конвертера за . счет сокращения количества выбросов. Устройство для управления конвертор.ной плавкой содержит блок 1 измерения разности потенциалов между фурмой 11 и корпусом 12 конвертера, вычислиельный блок 3, блок 4 определения ачала продувки, регулятор 5, блок 6 определения положения фурмы,.преобразователь 7 угловой скорости вращения привода фурмы в частоту имиульсов исполнительныймеханизм 8,причем первый вход блока 1 подсоединен к фурме 11, выходы блока 1 иблока 4 подсоединены соответственнок первому и второму входам вычислительного блока 3, первый выход кото"рого подсоединен к регулятору 5, выход которого подсоединен к исполнительному механизму 8, выход преобразователя 7 подсоединен к входу блока 6, выход которого подсоединен крегулятору 5. Устройство также снабжено коммутатором 2, контактором 9и источником 10 тока, причем первыйвыход источника 1 О тока подсоединенк корпусу 12 конвертера и первомувходу коммутатора 2, второй выходисточника 10 тока через контакторподсоединен к фурме 11, а второйи третий выходы блока 3 - соответственно к управляющему входу контактора 9 и управляющему входу коммутатора 2, выход которого подсоединен квторому входу блока 1. Сокращение количества выбросов достигается введением в данное устройство коммутатораконтактора и источника тока. 3 ил.1 1258838 2Изобретение относится к черной.,металлургии, а именно, к контролю, кконтролю и регулированию процессовкислородно-конвертерной плавки, иможет быть использовано для управления плавкой в кислородно-конвертерном производстве.Целью изобретения является повышение производительности конвертеровв результате сокращения количестваЪыбросов.На. фиг. 1 изображена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - диаграммыизменения разности потенциалов междуфурмой и корпусом конвертера (а), изменения,выходного напряжения источника тока, подключаемого к электродам -фурме и корпусу конвертера прид 13- О (б) а также изменения положе(1.1. Фния кислородной фурмы на плавкеВ 321486 (в).На фиг. 3 - то же при - ( О (б)д 1 Регулятор 5 может быть представлен, например, в виде регулирующегоблока релейного типа, работающего вкомплекте с электрическим исполнительным механизмом постоянной скорости, либо в качестве позиционногорегулятора. В комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости регулятор 5 формирует ПИ-законрегулирования. Исполнительный механизм 8 может быть представлен, например, в виде двигателя. Источник10 тока может быть представлен, например, в виде источника тока с номинальным напряжением 24 В и с номинальным током 36 А. Модуль 13 нормализации предназначен для преобра-зования сигналов постоянного тока всигналы напряжения и для фильтрациисигналов датчиков от помех нормального вида. Аналого-цифровой преобразователь 14 может быть представлен, О например, в ниде модуля аналого-цифрового преобразователя. Бесконтактныемодули 18 и 20 кодового управленияпредназначены для приема и запоминания двоичных сигналов, поступающих ээ из процессора 16, и коммутации,электрических цепей постоянного токауправляемого объекта, в частности,преобразователя код-ток 9, который а также изменения положения кислород ной фурмы на плавке 9 321489 (в).Устройство содержит блок 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, коммутатор 2, вычислительный блок 3, блок 4 определения начала продувки, регулятор 5, блок 6 определения положения фурмы, преобразователь 7 угловой скорости вращения привода фурмы в частоту импульсов, исполнительный механизм 8, контактор 9, источник 10 тока, кислородную фурму 11 и корпус 12 конвертера.Блок 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера может быть представлен, например, в виде электрической цепи для измерения разности потенциалов, возникающей между фурмой и корпусом конвертера по ходу продувки. Сигнал на выходе электрической цепи между фурмойи корпусом конвертера имеет место только при контакта фурмы со шлакометаллической эмульсией. Коммутатор 2 представляет собой, например, транзисторный ключ, в коллекторную цепь которого подключена обмотка реле,. нормально разомкнутые контакты которого коммутируют электрическую цепь от корпуса конвертера с входом блока 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера при наличии сигнала на 5 О 15 20 25 третьем выходе вычислительного блока 3,Вычислительный блок 3 (фиг. 1) содержит, например модуль 13 нормализации, выход которого соединен черезаналого-цифровой преобразователь 14с первым входом процессора 15, ковторому и третьему входам которогоподсоединены соответственно выходытаймера 16 и модуля 17 ввода инициативных сигналов, первый выход процессора 15 соединен через первыйбесконтактный модуль 18 кодового управления со входом преобразователя19 код-ток, а второй выход процессора 15 соединен со входом второго бес"контактного модуля 20 кодового управления.Блок 4 определения начала продувки может быть представлен, например,в виде реле отсечного клапана кис-лорода дутья, нормально разомкнутыеконтакты которого при замыкании подключают источник опорного напряженияк выходу т.е. появляется сигнал,свидетельствующий о начале процессапродувки в конвертере.13 1258 преобразует электрические кодированные сигналы в электрический непрерывный сигнал постоянного тока,Устройство работает следующим образом. 5С момента начала продувки замыкаются контакты реле отсечного клапана кислорода дутья и на выходе блока 4 определения начала продувки появляется сигнал, соответствующий1", 1 О который через модуль 17 ввода инициативных сигналов поступает в процессор 15, и со второго выхода процессора 15 появляется сигнал, который поступает на вход модуля 20 кодового 15 управления (бесконтактный) и на третьем выходе вычислительного блока 3 появляется сигнал "1, который поступает на управляющий вход коммутатора 2, Коммутатор 2 коммутирует 20 электрическую цепь от корпуса конвертера со входом блока 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, На выходе блока 1 измерения разности потенциалов 25 между фурмой и корпусом конвертера появляется сигнал, пропорциональный разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, который поступает на вход модуля 13 нормализа- ЗО ции, сигнал с выхода которого поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 14. Преобразованный сигнал в двоичной форме с выхода аналогоцифрового преобразователя 14 поступа-З35 ет на вход процессора 15. В случае появления отрицательной разности потенциалов на выходе блока 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера в 40 процессоре 15 осуществляется интегрирование сигнала отрицательной разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, и в момент достижения интегралом отрицательной разности 15 потенциалов величины 0,09-0,014 мВ кмин/т (конкретное значение определяется экспериментально) сигнал с,вы хода процессора 15 поступает иа вход модуля 20 кодового управления (бес контактный) и на втором выходе вычислительного блока 3 появляется аналоговый сигнал, пропорциональный опусканию фурмы на 10-203 (конкретное значение определяется эксперимеитально) относительно программного значения. Сигнал с первого выхода вычислительного блока 3 поступает первый 838 4 вход регулятора 5, на другой вход которого поступает аналоговый сигнал с выхода блока 6 определения положения фурмы, пропорциональный текущему значению положения фурмы над уровнем спокойного металла. Пр выходному сигналу регулятора 5 осуществляется опускание фурмы на 1 Оотносительно программного значения (фиг, 2),По истечении 0,5-0,8 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходе вычислительного блока 3 появляются сигналы, соответствующие "0" и "1" соответст" венно, что приводит к размыканию электрической цепи контактора 9 и коммутации электрической цепи от корпуса конвертера со входом блока 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, выходной сигнал которого через модуль 13 нормализации и аналого-цифрового преобразователя 14 поступает на вход процессора 15, в котором определяется производная отрицательной разности потенциалов между фурмой и корпусом .д 1.1конвертера в течение 0 4-0,6 миндСУ Ф (конкретное значение определяется экспериментально). Дальнейшее изменение выходных сигналов на выходах вычислительного блока 3 осуществляется в зависимости от значения знака производной При определении производной отрицательной разности потенциалов меж ду фурмой и корпусом конвертера (фиг. 2) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 появляются сигналы,соответствующие "1" и "0", что приво дит к коммутации выхода источника 1 О тока через контактор 9 со вторым электродом - кислородной фурмой и размыканию цепи коммутатора 2, а по первому выходу вычислительного блока3 выходной сигнал остается неизменным, т.е. фурма находится в неиз- . менном положении, которое на 10-203 ниже программного. Через 0,7- 1,1 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выхо." дах вычислительного блока 3 появляются сигналы, соответствующие "0" и "1" соответственно, что приводит к5 12 размыканию электрической цепи выхода источника 10 тока через контактор 9 от второго электрода - кислородной фурмы и замыканию цепи коммутатора 2. По первому выходу вычислительного блока 3 выходной сигнал остается неизменным. В дальнейшем по истечении 0,4-0,6 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительното блока 3 появляются сигналы, соответствующие "1" и "0" соответственно, что приводит к коммутации выхода источника 1 О тока через контактор 9 со вторым электродом - кислородной фурмой и размыканию цепи коммутатора 2. По первому выходу вычислительного блока 3 выходной сигнал остается неизменным.Через 0,3-0,4 мин конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора. 15 на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 появляются сигналы, соответствующие "0" и 1" соответственно, что приводит к раэмыканию электрической цепи выхода источника 10 тока через контактор 9 от второго электрода - кислородной фурмы и замыканию электричек,"кой цепи коммутатора 2. По первому выходу вычислительного блока 3 сигнал остается неизменным. В процессоре 15 осуществляется интегрирование сигнала положительной разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, и в момент достижения интегралом положительной разности потенциалов величины 0,08-0,11 мВ мий/т по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 выходные сигналы остаются беэ изменения , а по первому выходу вычислительного блока 3 появляется сигнал, соответствующий подъему фурмы до прежнего программного значения, который поступает на первый вход регулятора 5, после чего осуществляется подъем фурмы до прежнего программного значения (фиг. 2). При определении производной отрицательной разности потенциалов межоу фурмой и корпусом конвертера д 15д 1 (фиг. 3).по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 появляются сигналы58838 асоответствующие "1" и "0" соответст,венно, что приводит к коммутации вы 30 35 40 45 50 55 1 О 15 20 25 хода источника 10 тока через контактор 9 со вторым электродом - кисло. -родной фурмой и размыканию цепи коммутатора 2, а по первому выходу вычислительного блока 3 выходной сигнал остается неизменным,Через 0,3-0,4 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 появляются сигналы, соответствующие "О" и "1" соответственно, что приводит к размыканию электрической цепи выхода источника 10 тока через контактор 9 от второго электрода - кислородной фурмы и замыканию электрической цепи коммутатора 2. По первому выходу вычислительного блока 3 сигнал остается неизменным. В процессоре 15 осуществляется интегрирование сигнала положительной разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, и в момент достижения интегралом положительной разности потенциалов величины 0,080,11 мВ мин/т на втором и третьемвыходах вычислительного блока 3 выходные сигналы остаются без изменения, а по первому выходу вычислительного блока 3 появляется. сигнал,соответствующий подъему фурмы допрежнего программного значения, который поступает на первый вход регулятора 5, посла чего осуществляется подъем фурмы до прежнего программного значения (фиг, 3),В дальнейшем по ходу плавки анализируются текущие значения выходного сигнала блока 1 измерения разностипотенциалов между фурмой и корпусомконвертера в процессоре 15, При прогнозировании выбросов изменения вы-.ходньп: сигналов вычислительного блока 3 осуществляются по приведенномуалгоритму, Таким образом подавляютсявыбросы и переливы шлакометаллической эмульсии из конвертера.Управление конвертерной плавкойс помощью устройства основано иаследующих теоретических предпосылках. Шлаки сталеплавильных процессов состоят иэ ионов положительно и отрицательно эаряжвниых частиц. При продувке металла в конвертере при наведвниом шлаке фурма погружена20,) = Оиет)+ 2 е О 45 7 1258 случае кислород, поступающий из фурмы, способствует образовании большого количества ионов кислорода О 2. в шлаке.В связи с тем, что энергия связи иона кислорода с металлом велика, определенное количество ионов 0 переходит в металл по реакции Переход анионов кислорода в металл сопровождается одновременным переходом катионов железа в металл: 2 Ре + 0 = Ре + С (шл) (шл) мет) мет) При этом двойной электрическийслой и связанный с ним скачок потенциала на границе раздела металл-шлак 2 пне исчезает, так как тенденции к пе 2- 2+ремещению в металл у ионов 0 и Реразличны и определяются их энергиямисвязи с фазами. Если это стремленией+больше у иона 0 , чем у З. , то образуется двойной электрический слойс отрицательным зарядом на металлеи положительным в шлаке, Отрицательный заряд металла тормозит переход2- 2+0 и облегчает переход Ре 30В случае большей тенденции к переходу в металл ионов Ре полярность2+в двойном электрическом слое обратная (в металле положительный заряд,а шлаке - отрицательный);,35На основании изложенного следует,что при продувке металла в конвертере при нормальном ее ходе шлак должениметь положительный заряд, а металл.отрицательный, Однако при бурном 4 бвспенивании шлакометаллической эмульсии возможны случаи, когда металлимеет положительный заряд, а шлак -отрицательный (ситуация, когда шлакпереокислен),В последнем случае на участкеизмерительной цепи фурма - корпусконвертера появляется отрицательнаяразность потенциалов относительнокорпуса конвертера, изменение которой характеризуЕт процесс шпакообразования, а именно степень переокисленности шлака. Через промежуток времени(60,5-0,7 мин) после достижениязначением интервала отрицательнойразности потенциалов некоторого критического значения возникают выбросыметалла и шлака из конвертера. При 838 8значениях интеграла отрицательной разности потенциалов меньше критического опасность возникновения выбросов отсутствует. Определение критического значения интеграла отрицательной разности потенциалов осуществляют на 20-25 плавках путем сопоставления его величины с визуальными наблюдениями за наличием выбросов, Интегрирование отрицательной разности потенциалов позволяет оценить величину переокисленности шлака, которая впериод активного обезуглероживания расплава приводит к возникновению выбросов. Выбросы можно исключить путем опускайия фурмы или присадок извести, Однако опускание фурмы в момент, когда выбросы уже начались, не дает мгновенного эффекта. По этой причине фурму необходимо опускать с некоторым опережением момента начала выбросов, Момент опускания фурмы должен совпадать с моментом достижения интегралом отрицательной разности потенциалов критического значения, которая для большегрузных конвертеров составляет 0,09-0,14 мВ мин/т, Проведенны)ми на большегрузных конвертерах исследованиями установлено, что опускание фурмы в момент достижения величиной интеграла отрицательной разности потенциалов критического значения (момент В, на фиг, 2) менее 207 от программного значения не исключает возникновения выбросов, так как наблюдаемое при этом перераспределение кислорода дутья между шлаком и металлом недостаточно для снижения переокисленности шпака, Опускание же фурмы на величину более 207 от программного значения, приводит к резкоIму сворачиванию шлака, в результате чего наблюдаются выносы из конвертера, заметалливание фурмы, а также ее прогар. На основании экспериментальных исследований установлено, что эффективное подавление выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии из горловины конвертера можно осуществить путем кратковременных подключений к электродам - изолированной кислородной фурме"и корпусу конвертера источника тока положительной полярности относительно корпуса конвертера в сочетании с опусканием58838 10 ванной кислородной фурме и корпусу конвертера источник тока положитель. 51015 20 25 лом и шлаком. ЗО 35 400,6 мини при -0 повторно подклюф 1 Счают к электродам источник тока в течение 0,7-1,1 мин, затем через 0,4- 0,6 мин повторно подключают к.электро дам источник тока в течение 0,3 - .0,4 мин, С момента времени С измеряют значение интеграла положительной разности потенциалов и .в момент времени Н, соответствующий достижению интегралом величины 0;08"- 0,11 мВ мии/т,фурму вновь поднимают до программного значения.Если при измерении производной отрицательной разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера 40 45 50 55 9 12 фурмы на 207 относительно программного значения.Действительно, подключение внешнего источника тока тормозит переход2 ионов 0 и облегчает переход ионовгРе в металл, т.е, происходит уменьшение поступления кислорода из шлака в металл и скорость обезуглероживания снижается, что приводит к уменьшению газовыделения и дальнейшее бурное вспенивание шлакометаллической эмульсии прекращается.На основании проведенных экспериментальных исследований разработан алгоритм кратковременных подключений к электродам - изолированной кислород ной фурме и корпусу конвертера источника тока положительной полярности относительно корпуса конвертера в сочетании с опусканием фурмы на 207. относительно программного значения.В момент достижения интегралом отрицательной разности потенциалов критического значения (момент В на фиг. 2) прекращают интегрирование регистрируемого сигнала, опускают фурму на 10-207. относительно программного значения и подключают к элект-. родам - изолированной кислородной фурме и корпусу конвертера источник тока положительной полярности относительно корпуса конвертера в течение 0,5-0,8 мин,С момента времени С осуществляют измерение производной отрицательной разности потенциалов между фурмой. и корпусом конвертера в течение 0,4 с момента времени С - с О (фиг. 3)дуд 1 то в момент времени Й повторно .,подключают к электродам - изолироной полярности относительно корпуса конвертера в течение 0,3-0,4 мин, затем измеряют значение интеграла положительной разности потенциалов и в момент достижения интегралом величины 0,08-0,11 мВ мин/т фурму вновь поднимают до программного зйачения.При проведении эспериментальных исследований на 242 от общего количества опытных плавок подавление выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии осуществлялось по схеме, изображенной на фиг. 2. На остальных опытных плавках поДавление выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии осуществлялось по схеме,приведенной на фиг, 3,Устройство позволяет эффективно подавлять возникновение выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии из конвертера, что особенно важно для условий конвертерного передела фосфористого чугуна, когда плавка проводится под максимально вспенен.ным шлаком, способствующим более полному завершению реакций между металТехническая эффективность от использования устройства состоит в том, что оно позволяет повысить производительность конвертеров в результатесокращения количества выбросов. формула изобретения Устройство для управления конвертерной плавкой, содержащее блок измерения разности потенциалов, между фурмой и корпусом конвертера, вычислительный блок, блок определения начала продувки, регулятор, блок определения положения фурмы, преобразователь угловой скорости вращения привода фурмы в частоту импульсов, исполнительный механизм, причем первый вход блока измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера подсоединен к фурме, выходы блока измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера и блока определения начала продувки подсоединены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока, первый выход которого подсоединен к первому входу регулятора, выход которого подсоединен к исполнительному механизму, выход преобразоКоррект Пили Редактор Н. Егоро аж. 552 Подпис сударстъенного комитеталам.изобретений и открыти ва, Ж, Раушская наб но де. 113035, Мос одствен а ическ ятие вателя угловой скорости вращения привода фурмы в частоту импульсов подсоединен к входу блока определения положения фурми, выход которого подсо"единен к второму входу регулятора,. 5о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повьппения производительностиконвертера за счет сокращения количества выбросов, оно снабжено коммутатором, контактором и источником то- Ока, причем первый выход источника то ка подсоединен к корпусу конвертераи к первому входу коммутатора, второйвыход источника тока через контакторподсоединен к фурме, а второй и третий выходы вычислительного блока подсоединены соответственно к управляющему входу контактора и управляющемувходу коммутатора, а выход последнегоподсоединен к второму входу блокаизмерения разности потенциалов междуфурмой и корпусом конвертера,ужгород, ул, Проектная, 4