Способ управления плавкой чугуна в вагранке

(51)5 Г 27 В 1/26 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯпРи Гкнт сссР ИЗОБРЕТ ВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Киевский институт автоматикиим, ХХЧ съезда КПСС(56) Беккер Й и др. Опыт эксплуатациивагранки, оборудованной системамиавтоматического регулирования температуры и производительности: Докладна 40-м международном конгрессе литейщиков в 1973 г. И.: НИИмаш,с. 130-154.(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАВКОЙ ЧУГУНА В ВАГРАНКЕ(57) Изобретение относится к способамуправления плавкой чугуна (Ч) в вагранке (В) с двумя рядами дутьевыхфурм, накопительной емкостью (НЕ)для сливаемого Ч и может быть использовано при производстве расплавов роил,ба спо в ва Лами мкост быт е ра ичес остиот. нос ится вкой чугуна ной двумя р рандуть ю дл ис- плаопительнои е гуна, и може и производст й и металлур и, промышлен оистрой етения - повышение к изации температуры и остава выплавляемого мия кокса Изобретени управления пл ке, оборудова вых фурм, нак сливаемого чу пользовано пр вов в литейно промышленност материалов,Цель изобр чества стабил химического с чугуна, эконов литейной и металлургической отрас)лях промышленности и промышленностистройматериалов. Цель изобретенияповышение качества стабилизации температуры (Т) и химического состававыплавляемого Ч, экономия кокса (К.Новым является способ управления ощим оасходом дутья (ОРД) В в функцональной .зависимости от уровня Ч,в НЕ, благодаря чему обеспечиваетсясогласование работы плавильного иразливочного отделений, Новыми приемами являются также управление долейхолодного дутья, подаваемого черезверхний ряд фурм, и массовой долейК в каждую порцию загружаемой шихтыв зависимости от ОРД, Непрерывноеподдержание заданной Т чугуна осуществляют путем изменения Т нагревадутья. Внедрение заявляемого технического решения должно привести кснижению удельных расходов К и ферсплавов, электроэнергии, снижениюпотерь от брака при разливке,На фиг, 1 приведена схема устройства для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - 4 - зависимости технологических параметров процесса,Устройство содержит последователь но соединенные датчик 1 расхода дутья, первый регулятор 2 и первый исполнительный механизм 3, связанный с регулирующим органом 4 на трубопро воде горячего дутья, подведенного к нижнему ряду 5 продувных фурм вагранки. К второму входу первого регу 1553809лятора 2 подключен выход первогофункционального преобразователя 6,на два входа которого подключены выходы датчика 7 уровня чугуна в на 5копительной емкости 8 и эадатчика 9номинального общего расхода дутья.Первый вход регулятора 10 доли холодного воздуха соединен с выходомдатчика 11 расхода холодного дутья,а его выход через второй исполнительный механизм 12 связан с регулирующим органом 13 на трубопроводе хо, лодного дутья, подведенного к верхнему ряду 14 Фурм, На вход регулятора15 температуры чугуна подсоединенвыход датчика 16 температуры чугуна,а выход каскадно связан с четвертымрегулятором 17, который через третийисполнительный механизм 18 связан срегулирующим органом 19 трубопровода природного газа, подведенногок горелкам топочной камеры рекуператора 20, Второй вход регулятора 10соединен с выходом блока 21 умножения, на два входа которого подключенывыходы датчика 1 общего расхода дутьяи блока 22 динамических преобразований. Первый вход второго функционального преобразователя 23 связан с выходом задатчика 9 номинального общего расхода дутья, второй вход соединен с выходом первого функционального преобразователя 6, а третий вход -с задатчиком 24 номинальной долихолодного дутья. Первый вход третьего Функционального преобразователя25 соединен с выходом первого Функционального преобразователя, на второй и третий вход подключены выходы40задатчиков 9 и 26 номинальных расходов дутья и кокса, а его выход связан с входом автоматического дозатора27 кокса,Устройство может быть реализованона базе стандартной аппаратуры. Дляизмерения объемных расходов общегои холодного дутья можно применитьизмерительный комплект, состоящийиз сужающего устройства и дифманометра ГСП с унифицированным выход 50ным сигналом 0-5 мд, например дифманометра типа "Сапфир", Измерениеуровня чугуна в накопительной емкости можно осуществить с помощьюуровномера типа ЭХОс унифицированным выходным сигналом 0-5 мд, Вычис лительные, преобразующие и регулирующие Функции могут реализовываться с использованием соответствующих алгоритмов регулирующего микропроцессорного контроллера РЕМИКОНТ Р.В качестве задатчиков 9, 24 и 26 номинальных значений могут быть использованы серийные эадатчики РЗД,Блок 22 динамических преобразованийреализуется с помощью алгоблока контроллера с помещенным в нем алгоритмом М 21 (ДИН),Для измерения температуры чугунана желобе вагранки целесообразно применить измерительный комплект пирометра спектрального отношения типаСПЕКТРОПИР, Температура горячегодутья измеряется с помощью комплектасостоящего из термопары ТХД и стандартного преобразователя, например.Ш.В качестве дозатора кокса можетбыть использован автоматический дозатор типа 4310 Д,Зависимость температуры выплавляемого чугуна от расхода ваграночногодутья имеет экстремальный характер,Для отечественных вагранок удельнаяинтенсивность продувки 120-130 м/м 2 чсоответствует абсолютному расходудутья 15,0-17,0 1 ОЗ мз/ч и производительности 16-17 т/ч чугуна. Дляреализации управления в соответствиисо способом целесообразно выбратьноминальное значение интенсивностипродувки, которое находится заведомо на левой восходящей части экстремальной характеристики, Благодаряэтому обеспечивается однозначностьсвязи между управляющим воздействиеми выходным параметром плавки - температурой чугуна. С учетом этого задача управления интенсивностью продувки в зависимости от уровня металлав накопительной емкости может бытьпредставлена следующим соотношением:г =г -кн (1) Численное значение показателя и, существенным образом влияет на. технические и экономические показатели ваграночной плавки и определяется конкретными конструктивными и технологическими характеристиками вагранки, буферным объемом накопительной емкости, Логично плавить чугун с большим расходом дутья при повышении уровня металла в накопительной емкости, Этому условию соответствует значение показателя и1. На основаниимз/с 40 предварительного анализа можно ре"комендовать для практического использования п, = 2 - 25,Из выражения (1) следует, что если при максимальном уровне металла общий расход дутья должен быть равен нулю, то численное значение коэффициента пропорциональности На фиг. 2 приведен график зависимости общего расхода дутья от изменения уровня в накопительной емкости для показателя степени и, = 2,0(пунктирной линией изображена зави" симость для и,= 1). Из граФика на Фиг, 2 видно, что существенное уменьшение интенсивности воздушного дутья происходит при заполнении накопительной емкости на 60 - 704, что должно способствовать экономичной работе вагранки, 25Согласно предлагаемому способу интенсивность ваграночного дутья ставится в плавную нелинейную зави-. симость от степени наполнения чугуном емкости, благодаря этому можно 30 создать условия для рационального расходования кокса в загружаемойшихте,Второй отличительный признак- способ введения коррекции по количеству кокса в каждой загружаемой порции шихты - тесно связан с первым признаком и их совместное воздействие обеспечивает получение положительного эффекта.Основной недостаток управляющего воздействия кокса на температуру чугуна - большое значение времени запаздывания. При использовании новых приемов достигается большая эфФективность этого воздействия.Обычно номинальная производительность вагранки, как правило, превышает среднесменную интенсивность расходования чугуна на разливочном 50 участке. Поэтому при наличии задержек и перерывов в работе этого участка расход ваграночного дутья по мере заполнения накопительной емкости снижается в соответствии с выражением (1), а долю кокса в каждой загружаемой порции шихты целесообразно пос- . .тепенно увеличивать в соответствии с выражением По предварительным данным показатель степени п в выражении (2),равен 2 - 2,5. На Фиг. 3 приведен примерный вид зависимости доли кокса в шихте от общего расхода дутья, согласно которой по мере снижения общего расхода дутья доля кокса возрастает и при заполнении накопительной емкости на 803 превышает первоначальный уровень примерно на 30 Ф, Такая закономерность повышения расхода кокса способствует сохранению теплового сос" тояния плавильной зоны вагранки и повышению ресурса управления температурой чугуна путем изменения температуры нагрева дутья. Гсли окажется, что расход кокса увеличен излишне, то за счет снижения температуры нагрева дутья достигается экономия природного газа .Противоположное по знаку управле. ние реализуется при снижении уровня чугуна в накопительной емкости вследствие превышения интенсивности отбора чугуна для разливки над интенсивностью его поступления иэ вагранки,При этом расход кокса начинают плавно снижать и при опорожнении накопительной емкости на 504 расход кокса возрастает практически к своему номинальному значению.Третий признак способа управления заключается в том, что по мере снижения общего расхода дутья снижается и доля холодного воздуха, подаваемого в верхний ярус фурм. Долю холодного воздуха в общем расходе дутья необходимо изменять в соответствиис выражением На основании предварительного анализа значение показателя степени и находится в пределах 1-2 и для каждого технологического агрегата должно быть уточнено.Сущность введения динамической коррекции соотношения расходов ховодного и горячего дутья заключается в следующем,Вторичное дутье применяется в ваграночном производстве чугуна для по 1553809=аеСОгде Е Е - энергия активизации образованил соответственноСО и СО45К - газовая постоянная;Т - температура газов, К;а - коэфФициент,Из выражения (4) следует, что при любых условиях соотношение СО:Со на границе плавильной зоны опреДеляется только температурой находящихся здесь газов.В связи со снижением интенсивности горения кокса при уменьшении расхода дутья температура в зоне плавления вагранки должна уменьшиться и соответственно этому уменьшается содержание СО в реакционных газах на выщения степени окисления кокса, стабилизации плавильной эоны вагранки и, как следствие, повышения температуры выплавляемого чугуна или эко 5 номии кокса при прежней температуре чугуна, При номинальной производительности целесообразно подавать через верхние фурмы не более 35 - 4 И воздуха от его общего количества. При этих условиях достигается наибольшее использование химической энергии кокса, что сопровождается повышением температуры в зоне плавления. При этом в ваграночных газах наблюдается пониженное содержание окиси углерода,Указанный механизм физико-химических процессов справедлив для сравнительно узкого диапазона производительности вагранкиПри снижении общего расхода дутья механизм физико-химических явлений может совершенно измениться. Как и для других подобных процессов в слое, сниже ние интенсивности воздушного дутья означает прежде всего снижение интенсивности горения кокса. Состав продуктов горения кокса в первоначальный момент практически не изменяется, поскольку он определяется только температурой на границе плавильной и восстановительной зон вагранки. Известно, что независимо от сорта и крупности кокса, расхода и температуры дутья состав газов и температуры их в конце зоны плавления связаны зависимостью уровне верхнего ряда фурм, Поэтомусоотношение между .расходами дутьячерез верхний и нижний ряды фурм такжедолжно уменьшиться. Это особенно справедливо,когда в зону плавления с пониженной температурой через верхние фур.мы поступает холодный воздух, На тепловой и аэродинамический процессытакже благоприятно сказывается увеличение скорости подводимого горячеговоздуха при уменьшении количествадутья в верхний ярус фурм, Следовательно, из приведенного вытекает необходимость изменения доли холодноговоздуха при уменьшении общего егорасхода.Поскольку тепловые процессы в зонеплавления вагранок характеризуютсяопределенной инерционностью, то температура и состав газов также изменяются не мгновенно, а с каким-тозамедлением, характеризуемым постоянной времени Т, Поэтому после изменения общего расхода дутья численноезначение доли холодного дутья необходимо изменить не мгновенно, а по экспоненциальному закону с постояннойвремени Т, которая для ваграноксредней производительности находитсяв диапазоне 50 - 80 с,Последовательность операций дляреализации способа управления устанавливается исходя из выражений(1) - (3):на основании исследований закономерностей плавки на конкретном агрегате устанавливают численные значения коэффициентов К- К , показателей степени п , - п , номинальных значений расхода дутья Р , массовой доли кокса р , и доли холодного дутьяв общем расходе щ , например, припостроении зависимостей на фиг. 2 принято; Р н = 100 Е, р , = 100 Х,в = 40 %, К = 0,01 - ,-, К=0,008,Б БоуК, = О,ООД - .;/сизмеряют уровень чугуна в накопительной емкости;устанавливают общий расход дутья в зависимости от уровня чугуна в соответствии с выражением (1);рассчитывают массовую долю кокса в соответствии с выражением (2) и реализуют в очередной загрузкепри каждом изменении общего расхода дутья устанавливают новое значе/Я 3809 1ы (Р)т р + 1 91 ние доли холодного дутья в общем расходе в соответствии с выражением (3);измеряют температуру чугуна на желобе вагранки, сравнивают ее с заданным значением и в случае превышения над заданным уменьшают температуру горячего дутья посредством уменьшения расхода природного газа. в топку рекуператора, а в случае уменьшения по сравнению с заданием . увеличивают расход природного газа,вволю холодного воздуха в полном соответствии с выражением (3) можно установить только с помощью специального автоматического устройства, например блока динамических преобразований. При ручном управлении оператор должен устанавливать требуемое значение доли холодного дутья в зависимости от общего расхода дутья, ориентируясь, например, на табличные или графические материалы. Следовательно, ручное управление сопровождается погрешностями.Устройство работает следующим образом..Допустим, что в результате соблюдения баланса поступления и расходования чугуна в накопительной емкости устанавливается уровень на 20 3 выше минимально возможного. При этом устанавливается общий расходНдутья 97 Ф Р , доля холодного дутья ш = 37 В и массовая доля кокса а1 К104 В рк,. Пусть регулирующий орган 19 на трубопроводе газа находится примерно в среднем положении, а температура чугуна равна заданному значениюЦопустим, что в результате технологических задержек в разливочном участке интенсивность отбора жидкого чугуна .резко уменьшилась. Это приво" дит к возрастанию уровня чугуна в емкости 8 и изменению выходного сигнала первого функционального преобразователя б, пропорционального заданному общему расходу дутья, который поступает на второй вход регулятора 2. В блоке сравнения регулятора 2 происходит сравнение текущего и заданного значений общего расхода дутья, При появлении сигнала рассогласования регулятор 2 Формирует сигнал управления в соответствии с ПИ-законом регулирования и с помощью исполнительного механизма 3 поворачивает в нужном направлении регуОлирующий орган 4 до тех пор, покане сравняются текущий и заданныйобщие расходы дутья,При возрастании уровня чугунасигнал, пропорциональный новому значению общего расхода дутья, поступает на вход Функционального преобразователя 23, на два других входа которого поступают сигналы с выходовзадатчиков 24 и 9. Выходная величинапреобразователя 23, пропорциональная выражению в квадратных скобкахсоотношения (3), поступает на входблока 22 динамических преобразований,в котором преобразуется во временис учетом инерционных свойств зоныплавления вагранки. Цля получениявыходной величины блока 22 в виде,20 соответствующем выражению (3), передаточная Функция блока 22 должнабыть реализована в виде Коэффициент усиления в последнейпередаточной Функции равен 1, поскольку его численное значение моделируется Функциональным преобразова.З 0 телем 23 и равно К = вш - Кйо эк( - Р ),Иэ анализа изложенного следует,что при ручном управлении операторможет вводить только статическую35 коррекцию на изменение доли холодного воздуха в общем расходе,Сигнал, пропорциональный заданному значению доли холодного воздуха, поступает на один из входов бло 40 ка 21 умножения, на второй вход которого поступает сигнал; пропорциональный общему расходу дутья, а выход, Пропорциональный заданномурасходу холодного дутья, поступает5 на один из входов регулятора 10 сПИ-законом регулирования. На другойвход регулятора 10 поступает сигнал, пропорциональный текущему расходу холодного дутья. При наличии сигЯ 1 нала рассогласования регулятор 10чеоез исполнительный механизм 12 поворачивает регулирующий орган 13 иприводит в соответствие текущий расход холодного дутья с заданным.Б В каждую очередную загрузку изменяется доля кокса в соответствиис выражением (2), Выходная величинапреобразователя 6 поступает на входгде РнР мз/сностим ф третьего функционального преобразователя 25, на два других входа поступают сигналы с задатчиков 9 и 26 номинальных расходов дутья и кокса. На выходе преобразователя 25 формируется сигнал, пропорциональный заданной массовой доле кокса в очередной завалке, который поступает в качестве задания на вход автоматического дозатора 27 кокса. Поскольку по мере возрастания уровня чугуна интенсивность продувки вагранки плавно снижается, то при монотонном возраста 15 нии уровня в зону плавления вагранки поступает количество кокса, необходимое для компенсации энергетических затрат. При длительной задержке в расходовании чугуна уровень чугуна в емкости может существенно повы:,шаться. Это сопровождается значительным (до 20 - 25 3 от минимального значения) снижением общего расхода дутья, повышением расхода кокса на 40 - 50 Ф и сникением доли холодно го дутья до 15 - 20 Ъ. Если в процессе управления температура жидкого чугуна становится нине заданного значения, то это приводит к увеличению аналогового сигнала на выходе регулятора 15, который поступает на вход регулятора 7 температуры горячего дутья. Регулятор 17 с помощью исполнительного механизма 18 увеличи- вает степень открытия регулирующего органа 19 на трубопроводе природного газа, вызывая увеличение температуры дутья, которое происходит до тех пор, пока температура чугуна не сравняется с заданным значением (с учетом зоны нечувствительности регу 40 лятора 15) .Если после длительной задержки вновь начинается интенсивный отбор чугуна для разливки, то изменение плавильного режима вагранки происходит не резко, а постепенно по мере снижения уровня чугуна в емкости 8. Общий расход дутья постепенно возрастает, а расход кокса в рабочуюколошу уменьшается. Поэтому при дос 50тижении общим расходом дутья значений, близких к номинальному, вплавильную зону вагранки вновь поступает необходимое (или незначительноотличающееся) значение массовой доликокса.Таким образом, при реализацииспособа управления достигается или стационарный режим вагранки, прикотором интенсивность отбора металла для разливки соответствует скорости поступления чугуна в накопительную емкость, или режим монотонного снижения производительности вагранки, или, наоборот, режим монотонного возрастания производительности.Такие режимы благоприятствуют стабилизации тепловых и химических процессов, протекающих в вагранке, чтов итоге приводит к стабилизации температуры и химического состава выплавляемого чугуна, экономии кокса,Кроме того, стабилизация температуры чугуна должна привести к экономииэнергозатрат в накопительной емкости(отсутствие необходимости дополнительного подогрева чугуна). Формула изобретения Способ управления плавкой чугуна в вагранке, преимущественно оборудованной нижним рядом фурм для подачи горячего дутья, верхним рядом фурм для подачи холодного дутья, накопительной емкостью для сливаемого чугуна, например индукционным миксером, основанный на поддержании соответствия между интенсивностью отбора чугуна из емкости и производительностью вагранки путем изменения общего расхода дутья в зависимости от количества чугуна в емкости, включающий регулирование температуры чугуна посредством изменения температуры горячего дутья и изменения расхода кокса, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества стабилизации температуры и химического состава выплавляемого чугуна, экономии кокса, дополнительно измеряют уровень жидкого чугуна в накопительной емкости и заданный общий расход дутья устанавливают в соответствии с выра- жением заданный общий (суммарный)расход дутья, мз/с;заданный общий расход дутьяпри минимальном уровне чугуна в емкости, мз/с;коэффициент пропорциональН - текущий относительно минимального значения уровень .чугуна в емкости, м;п - показатель степени функции,5 массовую долю кокса р в каждой загружаемой порции шихты устанавливают в соответствии с выражениемн о(3: /Зк, + К (Г - Р)гдев, - массовая доля кокса при номинальной производительности вагранки Ф;К- коэффициент пропорциональфости,и- показатель степени функции,при этом долю т(С) холодного дутья в общем расходе дут ья уста навливаютв соответствии с выражениемлщЫ) =в-К (Г-Г)(1- е ), Хо 3где щ - доля холодного дутья в общемоирасходе дутья, равном Р, %;К - коэффициент пропорциональносзФти, р-;п- показатель степени функции;Т - постоянная времени каналауправления температурой взоне плавления изменением,общего расхода дутья, с;- текущее время от момента изменения общего расхода дутья, с,1553809 Составитель А.Абросимоведактор А,Огар Техред Л, Сердюкова Коррек Обручар 10 Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ СС Ж, Раушская наб., д. 4/5 изводственно-издательский комбинат Патент", г род, ул, Гагарина,10 Заказ 449ВНИИПИ Госуд Тираж венного комитет 113035, Москва,ЯЩ Ру- .г Оп%ДФк Кд