Способ управления режимом шлакообразования в ванне конвертера и устройство для его осуществления

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 230977 (21) 2526807/22-02 с присоединением заявки йо - 2534279/02 (23) ПриоритетОпубликовано 0710,81. Бюллетень Мо 37 Дата опубликования описания 071081 С 21 С 5/30 Государственный комитет СССР по делам изобретений и откр ыти йКиевский институт автоматики им. ХХЧ съезда НСС.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ ШЛАКООБРАЗОВАНИЯ В ВАННЕ КОНВЕРТЕРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Изобретение относится к областиавтоматизации кислородно-конвертерных процессов.Известен способ управления режимом шлакообразования и устройстводля его реализации, которое регулирует расход кислорода, подачу шлакообразующих Материалов и положениефурмы по статическим расчетам плавки 11 1. Устрэйство не обеспечиваеттребуемой точности,Наиболее близким к данному решению технической задачи является способ и устройство управления режимомшлакообразования в ванне конвертерапо акустической характеристике продувки 2При выполнении способа измеряютполоЖение фурмы относительно уровняспокойной ванны, расход кислорода ишлакообраэующих материалов и используют информацию о положении фурмыотносительно уровня спокойной ванны,расходе кислорода, температурномперепаде охлаждающей воды на фурме.Устройство, осуществляющее такойспособ, содержит регулят:оры расходакислорода, положения фурмы относительно уровня спокойной ранны и ввода шлайообраэующих материалов, соответствующие исполнительные механизмыи датчики, а также интегратор и блокввода начальных условий.Недостатком известного способаи устройства управления режимом шлакообразования является невысокая точность управления из-за малой достоверности получаемой информации опроцессе шлакообразования.Цель изобретения - повышение точности управления.Цель достигается тем, что при выполнении способа управления режимомшлакообразования в ванне конвертерапутем изменения положения фурмыфотносительно уровня спокойной ванны,расхода кислорода и ввода шлакообраэующих материалов с использованиеминформации о положении фурмы относи тельно уровня спокойной ванны, расходе кислорода, температурном перепадеохлаждающей воды на фурме, акустической характеристике продувки измеряютпромежутки времени между резкими изменениями температурного режима врабочем пространстве конвертера, вызванными, например, началом продувкии вводом алакообразующих материалови температурного перепада охлаждаю .щей воды на фурме, сравнивают их сначальным значением промежутка времени и осуществляют управление сиспользованием замеренных динамических характеристик процесса. 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 относительноуровня спокойной ванны и динамической характеристики продувки, выходы которых сочинены 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 иблок разделения, при этом вход блокаизмерения промежутков времени 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 свыходом интегратора и через дифференциатор - с выходом измерителя акустической характеристики продувки, а выходы - с входами регулятора вводашлакообразующих материалов, корректирующего блока и блока разделения, второй вход которого соединен с вы.ходом интегратора, а выход - с входом переключателя режима работы, други входы которого соединены с выходами блока ввода начальных условий и измерителя расхода кислорода, вход блока ввода начальных условий через корректирующий блок соединен с выходом измерителя расхода кислорода, третий вход корректирующегоблока соединен с выходом интегратора,другой выход которого соьинен свходом регулятора ввода шлакообразующих,материалов.или при Ч0,25 Н для третьего периода Кпри -50 д Н 50К+ ЬН при -50) дН илиЬНЗ 50;,Цили Н = К + дН при -100) дН илидн Ъ 1 оо;1 = 0-) 6)0 Н 7четвертого периода для Н = К3 при Ч0,85 Ч, С -) 0,1;Кв при Ч 3 0,85 НС 0,1,35 где Н положение фурмы от-.носительно уровняспокойной ванны, мм,коэффициенты;расход кислорода,нм /мин,функция, определяемая насыпной массойлома, мм,фактическое количество кислорода, израсходованное заопределенное времяпродувки нмрасчетное количествокислорода на павку,определяемое, например, по балансовостатическому уравнению 2, стр.26-293,нм,сигнал об акустичес"кой характеристикепродувки, Ф,индексы йредыдущегои последующего значеМний измеряемого параметра с дискретностью, например, дляусловий ЕМЗ 15 с,ЧК, )К )К Е( Ч) 50 55-1),60 Управление режимом шлакообразования в ванне конвертера осуществляютпо периодам путем изменения положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, расхода кислорода и вводашлакообразующих материалов по формулам:для первого периодан = к 4 ч + г(Ф) + к 2при Ч0,15 Н,10для второго периодаН = К при Ч Ъ 0,15 ЧС, С,ЬН начальное и текущеезначение промежутковвремени между резкимизменением температурного режима в рабочем пространствеконвертера и температурного перепадаохлаждающей воды нафурме, с;масса плавиковогошпата и извести, кг,заданное значение сосодержания углеродав стали, ;управляющее воздействие по положению 5фурмы относительноуровня спокойнойванны, равное Кс (" К ) + К н ) мм р о йИзмерение промежутков временимежду резкими изменениями температурного режима в рабочемпространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме и 25сопоставление их с начальным значением промежуткавремени дает возможность идентифицировать через шлаковоенаслоение на фурме вязкость шлака,определяющую его жидкотекучесть и ки нетику процессов рафинирования ван-.ны, что способствует повышению надежности управления, предотвращениювыбросов и качественному удалениюнежелательных примесей из металла. 35Управление режимом шлакообразования в ванне конвертера включаетстатический расчет шлакообразующихматериалов и динамическое регулирование процесса. Статический расчетвключает определение массы шлакообразующих материалов, которые вводят вконвертер порциями, масса и времяподачи которых определяется принятойтехнологией. Например, для условийЕМЗ известь 35-40 вводится на дно 45конвертера, 30 после продувки 15расчетного количества кислородана плавку, 25-ЗЯЪ после продувки 30расчетного количества кислорода,плавиковый шпат после продувки 85 50расчетного количества кислорода (2 .Динамическое регулирование процесса продувки осуществляется следую. щим образом,Момент начала продувки определя- уется опусканием фурмы до рабочейотметки и подачей в конвертер кислорода. Например, для 130-тонногоконвертера Е 13 при интенсивности продувки 400 нм /мин эти величины сответственно равны 3000 мм и 300 нм /минфДля первого периода продувки положение фурмы относительно уровня спокойной ванны поддерживают на значении, определяемом расход кислоро- д да 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 количестве продутого кислорода Ч = 0,159 на следующую плавку устанавливают значение коэффициента К на 50 мм ниже, чем в предыдущей плавке, а при Ч = 0,25 Н на следующую плавку устанавливают значение коэффициента К на 50 мм выше. Значения коэффициента К 4 и функции Г( Ю ) зависят от садки конвертера и конструкции фурменного наконечника Для условий 130-тонного конвертера ЕМЗ и 4-х соплового наконечника с углом рас-. крытия сопел 15 К= 70, 4 мм мин О, 5 нмЕ( Ч ) = 200 мм в случае легковесного лома, Г( Ф ) = 0 при насыпной массе лома в пределах 1,4-1,8 т/м и ( Ф )Э 1( ф ) = -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, измеритель - вторичный прибор типа ПСР) и появление шлакового наслоения на фурме. Если жидкоподвижный шлак не наводится, то переход к второму периоду осуществляется в момент подачи 25 расчетного количества кислорода с одновременной присадкой плавиково. - го шпата. Для условий ЕМЗ К=1100 мм, КА. = 30 с, К = 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 3 3.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 параметрболее чем на 100 мм, то одновременно с .изменением положения фурмы изменяют расход кислорода и вводят добавку извести. Для условий ЕМЗ: К = 50 нм/мин, К = 500 кг; К = 24,2 мм/ К+, =10; К+ = 1,5 мм/с.Переход к четвертому периоду продувки осуществляют в момент подачи 85 расчетного количества кислоро. да, причем при производстве низкоуглеродистого металла (0,1) снижа 870441ют значение положения фурмы во избежание переокисления металла и шлака.Для условий ЕМЗ Кц = 200 м.На чертеже дана принципиальнаясхема устройства управления режимомшлакообразования в ванне конвертера,Устройство содержит регулятор 1расхода кислорода, регулятор 2 положения фурмы относйтельно уровня спокойной ванны, регулятор 3 ввода шлакообразующих материалов, исполнитель- оный механизм 4 расхода кислорода, исполнительный механизм 5 положенияфурмы относительно уровня спокойнойванны," исполнительный механизм бввода шлакцобраэующих материалов,"датчик 7 расхода кислорода, датчик 8положения фурмы относительно уровняспокойной ванны, датчик 9 акустической характеристики продувки, измеритель 10 расхода кислорода; измеритель 11 положения фурмы относительно:20уровня спокойной ванны; измеритель12 акустической характеристики 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 блок21, 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 характеристикипродувки подключены к соответствующим измерителям 10, 11, 12, выходдатчика 13 температурного перепадаохлаждающей воды подключен к блоку16 измерения промежутков времени, 40Исполнительные механизмы 4, 5 и брасхода кислорода, положения фурмыи ввода шлакообраэующих материаловподсоединены к соответствующим регуляторам 1, 2, 3, входы регуляторов 1 и 3 положения фурмы и вводашлакообраэую 4 их материалов соединеныс выходом анализатора 18 уровнясигнала, причем второй вход регулятора 3 соединен с выходами блока 17совпадения и интегратора 14, а выходподключен к блоку 16 измерения,первый вход регулятора 2 положенияфурмы соединен с выходом переключателя 19 режима работы, а второй входсоединен с первым выходом измерителя 1 положения фурмы; второй выход)измерителя 11 подключен к входу блока 16 измерения промежутков времени,соединен также с выходом измерителя10 расхода кислорода, выходы измери-,Отеля 10 соединены с интегратором 14и с корректирующим блоком 21, второйвход которогсподключен к выходублока 17 совпадения, третий входк интегратору 14, а выход подключен д к блоку 15 ввода начальных условий; входы блока 17 совпадения подключены к выходам интегратора 14, блока 16 измерения промежутков времени и дифферейциатора 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 вводитсяследующим образом: 35-40 на дноконвертера, 30 после продувки 15расчетного количества кислорода,25-30 после продувки 30 расчетногоколичества кислорода; плавиковыйшпат вводят после продувки 85 расчетного количества кислорода,Динамическое регулирование процесса продувки с помощью устройстваосуществляют следующим образом.Момент начала продувки определяется опусканием фурмы 23 до рабочейотметки иподачей в конвертер 26кислорода. Например, для 130-тонногоконвертера ЕМЗ при интенсивности продувки 400 нм /мин зти величины соответственно равны 3000 мм и 300 нм /минВ процессе продувки информацияот датчиков расхода кислорода 7 Тна-.пример, диафрагмы) и акустическойхарактеристики продувки 9 (например,микрофон МД) поступает в соответствующие измерители 10 и 12 (например, вторичные приборы серии КТСЛИУС), а информация дт датчика 13температурного перепада охлаждающейводы на фурме (например, дифференциальная термопара) - в блок 16 измерения промежутков времени междурезкими изменениями температурного режима в рабочем пространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме. Датчики7 и 8 в момент начала продувки соответственно через измерители 10 и 11 включают в блоке 16 двигатель, который останавливается при получениисигнала ср резком изменении температурного перепада охлаждающей воды нафурме. При этом электрический преобразователь, связанный с двигателем, фиксирует начальное значение промежутка времени между резким изменением температурного режима в рабочем пространстве конвертера и температурного перепада охлаждающей воды на фурме Ь 7 Н.МВ момент ввода шлакообразующихматериалов в блок 16 от регулятора3 подается сигнал, при этом соответствующий электрический преобразователь фиксирует значение промежуткавремени между резким изменением температурного режима в рабочем пространстве конвертера 26, вызванноговводом шлакообразующих материалов, итемпературного перепада охлаждающейводы на фурме 23. На выходе блока 16формируется сигнал, равный разностисигналов упомянутых электрических 20преобразователей. ПерЕключатель 19режима работы устанавливает четырережима работы в соответствии с четырьмя периодами продувки. Первыйпериод. начинается с момента подачи 25кислорода в конвертер 26. При этоминфомация, пропорциональная величине 1 Ч, поступает от измерителя 10,суммируется с сигналами, пропорциональными величине Г( Ч) из блока 15ввода начальных условий и корректирующим коэффициентом К. Суммарныйсигнал, пропорциональный выражениюГК,( Р + Г( Ц) + К, через переключатель 19 поступает на задатчик1регулятора 2 положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, который устанавливает фурму 23 посредст-вом исполнительного механизма 5 всоответствующее положение. Сигнал,пропорциональный расходу кислорода, 40поступает на интегратор 14. Туда жепоступает сигнал .из блока 15 ввода.начальных условий о расчетном количестве кислорода на плавку. В соответствии с этим сигналом в интеграторе 14 устанавливаются положения, соответствующие величинам 0,15 Ч,0,25 Ч и 0,85 Ч+. При достижении фактическим количеством кислорода значения У = 0,15 Ч от интегратора 14 вМ.блок 17 совпадения поступает сигнало переходе к второму периоду продувки. Одновременно в бЛок 17 поступает сигнал, пропорциональный величине (А - А), от измерителя 12через дифференциатор 20. Настройкадифференциатора 20 позволяет вычислять величину разности (А, - А-)за различные промежутки времени. Дляусловий ЕМЗ промежуток времени уста"новлен 15 с. Из блока 16 в блок 17 Щсовпадения поступает сигнал, пропор"циональный величине (д 2- ЬГ - К.).При выполнении соотношейий Ч0,15 Ч(А- А. (О и (аС - ьГ - К )0блок 17 совпадения срабатывает и че- у раз Аюк 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 К. Если указанные соотношения не выполняются, то при достижении . фактическим количеством кислорода значения У = 0,25 УЧ от интегратора 14 на блок 22 разделения поступает сигнал о перехаде к второму периоду продувки, а также одновременно от блока 17 совнадения 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 осуществляется переключение делителей напряжения, В случае одновременного. появления сигнала Ч = 0,15 Ч 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 У0,25 Ч и отсутствии сигнала от блока 17 совпадения выходной сигнал от корректирующего блока 21 увеличивается на эту же величину. При выполнении соотношения Ч = 0,25 Ч)(" срабатывает контакт в интеграторе 14 и производится перевод устройства для работы в третьем периоде продувки. При этом сигнал, пропорциональный величине К 9(А - Ко) поступает от измерителя 12 на анализатор 18 уровня си 1"-.нала. Туда же одновременно поступает сигнал от блока 16, пропорциональный величине К (ЬСН- ДГ). Упомянутые сигналы суммируются, после чего производится анализ величины ЬН. При выполнении соотношения -50 (д Н50 положение фурмы относительно уровня спокойной ванны не меняется, т.е.остается тем же, что и во врейя перида продувки. Если -50 д Н или ЬН Ъ 50, положение фурмы изменяется на величину ЬН Если -100 ЬН илидН 3100, то одновременно с поступлением,сигнала на переключатель 19 режима работы об 1 изменении положения фурмы на величину Ь Н подаются сигналы на регуляторы 1 и 3 расхода кислорода и ввода шлакообразующих материалов Об изменении заданий соответственно на величину Кб и К 7. Переход к четвертому периоду производится при выполнении равенства Ч = 0,85 Ч, При этом в интеграторе 14 срабатыва-. ет контакт, падающий сигнал на переключатель 19 режима работы через блок 15 ввода начальных условий. В блоке 15 ввода начальных условий, 870441производится анализ заданного значения содержания углерода в стали.Если С 0,1, то фурма устанавливается в положение, равное величине К, При производотве низкоуглеродистого ,металла (С0,1%) снижают значение положения фурмы во избежание пере- окисления металла и шлака. В этом случае фурма устанавливается в положение, равное величине (К - К 8).В этом случае соответствейно 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 иэ металла.Формула изобретения1. Способ управления режимом шлакообраэования в ванне конвертера путем изменения положения фурмы относительно уровня спокойной ванны, расхода кислорода и ввода шлакообраэующих материалов с использованием информации о положении фурмы относительно уровня спокойной ванны, расходе кислорода, температурном перепаде охлаждающей воды на фурме, акустической характеристике продувки, о т л и ч а ю щ и й с я 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 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 соединены с входами соответствующих измерителей, а также дАтчик температурного перепада охлаждающей 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 первымЭ входом одноименного регулятора,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности управления, в него дополнительно введеныблок измерения промежутков времени,блок совпадения, анализатор уровнясигнала; переключатель режима работыдифференциатор, корректирующий блоки блок разделения, при этом вход блока измерения промежутков времени соединен с выходами датчика температурного перепада охлаждающей воды нафурме, измерителя положения фурмыотносительно уровня спокойной ванны,измерителя расхода кислорода и регулятора ввода шлакообразующих мате 15 риалов, а выход - с входами блокасовпадения и анализатора уровнясигнала, второй вход которого соединен с выходом измерителя акустической характеристики, продувки, а вы 2 О ход - с входами регуляторов расходакислорода и ввода шлакообразующихматериалов и через переключательрежима работы - с входом регулятораположения фурмы относительно уровня спокбйной 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 входкоторого соединен с выходом интегратора, а выход - с входом переключателя режима работы, другие входы коЗ 5 торого соединены с выходами блокаввода начальных условий и измерителярасхода кислорода, вход блока ввОданачальных условий через корректирующий блок соединен с выходом измери 4 О теля расхода кислорода, третий входкорректирующего блока соединен с выходом интегратора, другой выход которого соединен с входом регулятораввода шлакообразующих материалов.45 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Эдановский В.В., Туркенич Д.И.Воэможность управления конверторнойплавкой по уровню шума. "Сталь",о 1977, Р 1, с, 22-24 (прототип способа).2, Колобанов А.В.; Лысак С.,Ю.,Воробьев Н.А. Система автоматизацииконверторного производства стали.Сб. "Комплексная автоматизация сталеплавильного производства", Киев,"Техника", 1973, с. 2 б(прототипустройства).3. Сорокин Н.А. и др. Температурное поле футеровки конвертера. Сб.Щ "Комплексная автоматизация сталеплавильного производства". Киев, "Техника", 1973, с. 8-10,Тираж 62 арственного эобретений и Ж, Раушс Подписикомитета СССРоткрытийая наб., д. 4/5