Способ управления конвертерной плавкой

С 21 С 5/30 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ о " ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Центральный ордена ТрудовогоКрасного Знамени научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П.Бардина.(56) 1 Авторское свидетельство СССРФ 33528, кл. С 21 С 5/30, 1972.2. Патент ФРГ Ф 458827,кл. С 21 С 5/30, 1976.(54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ КОНВЕРТЕРНОЙ ПЛАВКОЙ, заключающийся в измерении во времени продувки акустического сигнала, расхода кислорода и химического состава отходящих газов,контроле и управлении положениемфурмы над ванной расплава от начального положения, включая ее снижениедо рабочего положения, в периоднаведения шлака, а также снижениирасхода кислорода от номинальногозначения, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью увеличения выходагодного за счет сокращения выбросови выносов металла, дополнительно, впериод времени, равный 3-107 временипродувки, при нахождении фурмы вначальном положении, равном 23-25приведенным калибрам, определяютмаксимальное значение акустическогосигнала и при достижении акустическйм сигналом 40-507. от максимальногония фурму снижают до рабочего.положения, равного 11-4 приведенным калибрам, а после указанного,снижения фурмы .при повьш 1 ении содержания окиси углерода в отходящих газах до 60-703 снижают расход кислорода на 15-257 от номинального значения, равного 3,0-3,4 м /мин .т, и3по истечении 80-907 времени продувки восстанавливают номинальный расход кислорода, а госле перевода фурмы в рабочее положение управление фурмой осуществляют по величинеи отклонений текущего значения акустического сигнала от граничных значений, равных 30-207 от максимального значения, причем при измерении отклонений им присваивают услрвные значения соответственно при превышении значения 307 и уменьшении значения ниже 207., равные +1 или .-1, а затем определяют долю одинако вых по знаку отклонений 1 по формулег51=А.дОь 5 ю 1 Й)1,гдето ,) - сглаженное предыдущеезначение, полученное отусреднения значений +1или -;1- текущеезначение +1 или -1;0,65- коэффициент сглаживания, и в случае, когда доля одинаковых по знаку отклонений 1 Я находится в интервале 0,98 Ц) ) -0,97, положение фурмы не изменяют, и в. процессе определения доли отклонений 1(с) дополнительно измеряют текущее значение скорости изменения акустического сигнала Ь, в зависимос". ти от полученных значений дА и 1(2) осуществляют корректировку положения фурмы так, что при 1(1 О, 98 и а 1ъ 0,57 фурму поднимают на 807 от Н а при 1, Д 10,57. и том же значении )фурму поднимают на 403 от Н , и в,случае, когдаЯС -О, 97, и ь В 1 т О, 2 Ж,фурму опускают на 507 от 11, а 1126609при ас 0,27 и том же значении 1(7) фурму опускают на 207 от Нф, где 11 р - нижнее рабочее положение фурмы.5 0 51 20 30 35 40 Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к автоматизации конвертерной плавки.Известен способ управления конвер терным процессом, включающий измерение уровня шума у горловины конвертара на определенной частоте, вычисление интеграла уровнч шума и в соответствии с опытом предыдущих плавок и интегралом уровня шума, определение времени и величины присадок, а также дутьевого режима плавки Ц .Однако известный способ не решает проблемы управления ходом шлакообразования, т,к. введение интеграла совместно с опытом предыдущих плавок в расчеты приводит практически к статической системе управления в виду запаздывания динамической информации на постоянную времени интегрирования и преобладанию данных о предыдущих плавках.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ угравления и регулирования процесса плавки в конвертере с верхним кислородным дутьем, заключающийся в измерении во времени продувки акустического сигнала, расхода кислорода и химического состава отходящих газов, коитроле и управлении положением фурмы над ванной расплава от начального положения, включая ее снижение до рабочего положения, в период наведения шлака, а также снижение расхода кислорода от номинального значения 2 .Известный способ предусматривает расчет и управление положением фурмы и расходом кислорода в зависимости от изменения химического состава и коррекцию расчетов коэффициента распределения кислорода между металлом, шлаком и газовом фазой по шуму конвертера. Однако шум конвертера используется только для коррекции коэффициента распределения кислорода и не используется его информативность о степени вспененности шлака, что снижает эффективность управления.Целью изобретения является увеличение выхода годного за счет снижения количества выносов и выбросов металла. Поставленная цепль достигается тем, что согласно способу управления конвертерной плавкой, заключающемуся в измерении во времейи продувки акустического сигнала, расхода кислорода и химического состава отходящих газов, контроле и управлении положением фурмы над ванной расплава от начального положения, включая ее снижение до рабочего положения, в период наведения шлака, а также снижении расхода кислорода от ндминального значения дополнительно в период)времени, равный 3-107 времени продувки, при нахождении фурмы в начальном положении, равном 23-25 приведенным калибрам, определяют максимальное значение акустического сигнала и при достижении акустическим сигналом 40-507 от максимального значения фурму снижают до рабочего положения Н равного 11-14 приведенным калибрам, а после указанного снижения фурмы при повышении содержания окиси углерода в отходящих газах до 60-703 снижают расход кислорода на 5-257 от номинального значения, равного 3,0-3,4 мэ/мин.т, и по истечении 80-903 времени продувкивосстанавливают номинальный расход кислорода, а после перевода фурмы в рабочее положение управление фурмой осуществляют по величине дтклонений текущего значения акустического сигнала от граничных значений, равных 30-202 от м 1 ксимального значения, причем при измерении откло. нений им присваивают условные значения равные +1 или -1 соответственнопри превышении значения 30% иуменьшении значения ниже 20%, аэатемфопределяют долю одинаковых.по знаку отклонений 1(с) по формуле 5-ЮФ.1.о,),где(,-1 - сглаженное предыдущее значение, полученное от усреднения значений +1 или -1; .1 ОХ ла(1 - текущее значение +1 или0,65 - ко"-(ффициент сглаживанияи в случае, когда доля одинаковыхпо знаку отклонений 1 находитсяв интервале 0,98 1 Дт -0,97 15, положение Фурмы не изменяют,и в процессе определения долиотклонений Ь) дополнительно измеряюттекущее значение скорости измененияакустического сигнала Ь А, в зависимости от полученных значений ЬАиосуществляют корректировкуположения фурмы так,что при 10,98 и А 0,5% фурму поднизаютвв 80% от Н,Р, а при ь Ас 0,5% и том 2зи значении/Я фурму поднимаютма 40%, от Нс, , и в случае,когда ( с -0,97 и А.О 2%, фурмуопускают на 50% от НРР а при Ь А сс 0,2% н том же значениит)Фурму опускают на 20% от Н , где Н -нижнее30рабочее положение фурмы.ТРНа фиг. 1 представлена блок-схемаустройства для реализации способа;на Фиг. 2 - совмещенный графикизменения акустического сигнала,содержания СО в отходящих газахконвертера и управляющих воздействий - положение фурмы и расходакислорода, где А - значение акусти.ческого сигнала; СО - содержание , фокиси углерода в отходящих газахконвертера; 3 . - начальное верхнее8значение расхода кислорода;нижнее значение расхода кислорода;Н- начальное положение фурмы; фН - нижнее рабочее положение Фурмы,Н,1- .скорректированные положенияФурмы;- время продувки,Схема(фиг. ) включает в себяпульт 1 управления конвертером, со- эОединенный с блоком 2 измерителяакустического сигнала, газоанализатором 3 содержания СО в отходящихгазах и счетчиком .4 времени продувки, выход которого через задатчик И5 времени соединен:.с регулятором 6расхода кислорода, два входа которго соединены с газоанализатором Э и регулятором 7 положения фурмы,а блок 2 измерителя акустическогосигнала через блок 8 определенияскорости изменения акустическогосигнала Ь А и эадатчик 9 скорости1изменения акустического сигнала,а также через задатчик 10 акустичес"кого сигнала соединен с вычислительным устройством 11, выход которогочерез регулятор 7 положения фурмысоединен с третьим входом регулятора 6 расхода кислорода,Схема работает следующим образом.С началом продувки пупы 1 управления конвертером включает в работублок 2 измерителя акустическогосигнала, газоанализатор 3 и счетчик4 времени продувки. С одного выходаблока 2 измерителя преобразованныйв относительные единицы акустическийсигнал А через задатчик 10 гдеФсигнал А сравнивается с заданнымипараметрами, поступает в вычислительное устройство 11. Одновременно совторого выхода блока 2 измерителяакустический сигнал через блок 8определения скорости измененияакустического сигнала А и эадатчик9, гдеА сравнивается с заданнымикоэффициентами 3 и 3 , поступаетна второй вход вычислительного устройства 11, в котором определяетсякорректирующее положение фурмыИа выдается на регулятор 7 положенияфурмы. Показания газоанализатора Эпоступают в регулятор 6 расхода.кислорода, одновременно со счетчика4 времени продувки через.эадатчик5 времени, который в свою очередьзапускается в работу от тумблераЗажигание " плавки, сигнал поступа-ет на второй вход регулятора 6 расхода кислорода, причем задатчик 5производит отсчет заданных интерваловвремени, начиная с момента "Зажигание плавки, Второй выход задатчика5 соединяется с третьим входом вычислительного устройства 1 для учета .временных интервалов при управленииФурмой. Регулятор 7 положения фурмы .связан с регулятором б расхода кислорода для Фиксирования момента перевода Фурмы в нижнее рабочее положение.В начальный период продувки конвертера происходит Формированиешлака за счет интенсивного окисленияпримесей чугуна, кремния, марганца,углерода и т.,д., однако начало проте 1 126609кания этих реакий иногда задерживается на некоторое время, называемоевременем зажигания плавки, зависящееот вида заваливаемого лома. Для того,чтобы ускорить начало реакций фурму 5держат в начале: плавки в высокомверхнеи положении Н или нокачивают конвертер. Период зажигания плавкиможет колебаться в пределах от нескольких десятков секунд до несколь- Оких минут, что для 350 и 130 т конвертеров составляет соответственнов среднем 3-10% общего времени про,",дувки. В этот период времени продувки шлака в конвертере нет, и регист" 5рируемые акустический сигнал игазовый анализ дают недостовернуюили искаженную, информацию о физическом состоянии шлака и о процессеразвития химических реакций, Поэтому 20анализ состояния конвертернойванны и расчеты управляющих воздейст.вий начинают по истечении времени сВ этот период времени Фиксируютмаксимальное значение акустического 25сигнала Аци последующие показанияпереводят в .относительные единицыпо формулеА1 О 0%,"тех30где А - относительное значениеакустического сигнала,%;А - текущее значение акустического сигнала.В последующее время продувки35. происходит образование начальногошлака и его вспенивания, этот процесс характеризуется снижением пока"заний акустического сигнала, а такженеобходимостью перевода фурмы иэначального положения Н в нижнеерабочее положение Н , котороепроизводится пе истечении заданногопромежутка времени, равного 5-30%времени продувки, что составляетдля 350 и 30 т конвертеров соответ 45ственно 3 и 5 мин. Однако переводфурмы в нижнее рабочее положениепо времени не всегда обеспечиваетнормальный ход шлакообраэования,поэтому момент времени ь следует,определять по показаниям акустического сигнала.Для определения показаний акустического сигнала, при которых необходимо переводить фурму в рабочееположение, проведены исследования,результаты которых представленыв табл. 1. Из результатов в табл. 1 следует, что опускать фурму иэ верхнего на" чального положения Н в нижнее рабочее Ннеобходимо при величине А = 40-50%, так как значительная задержка фурмы при А =20-307. приводит к повышению содержания в шлаке и его переокислению и выбросам. В случае раннего перевода фурмы при А =60-70% сравнительно низкое содержание РеО и МпО в шлаке приводит к сворачиванию шлака и выносам металла, Эти данные подтверждаются визуальными наблюдениями при проведении опытных плавок.лОпределениевременипо показаниям акустического сигнала является недостаточным условием стабильного хода шлакообразования в течение всего времени продувки. В период интенсивного обезуглероживания металла могут возникать сильные выбросы из-эа интенсивного газовыделения СО, В этот период продувки необходимо снижать расход кислорода,лпричем время сниженияобычно задается постоянным числом, для 350 и 130 т конверторов оно равно соответственно 6 и 9 мин. Однако этот момент времени играет значительную роль в процессе шлакообразования, поэтому его надо определять в зависимости от состояния конвертерной ваАны. Процессшлакообраэования протекает наиболее стабильно когда расход кислорода снижают с Я до ЯВ н по истечении 1,75-2,0 интервала времени, равного времени от начала продувки до момента перевода фурмы в нижнее рабочее положение Н и одновременного повышения содержания СО в отходящих газах до 60-70%.Данные опытных плавок, подтверждающие укаэанные пределы, приведены в табл. 2 По истечении 80-90% времени продувки 8 , для 350 и 130 т конвертеров соответственно равно 14 и 20 мин, восстанавляют значение расхода Ц для предотвращения переЬМокисления конечного шлака при низком содержании углерода в ванне.Во время продувки металла в конвертере возможны нарушения стабильности шлакообразования, которые могут быть связаны как с физико- химическими, так и с кинетическими особенностями протекания процесса,1126609 качеством лома, шлакообразующих материалов и т,д, В этих случаях необходимо управлять шлаковым режимом путем изменения положения фурмы расходом кислорода или присадками шлакообразующих материалов, Эффек" тивным средством управления шлаковым режимом является управление , положением фурмы по изменению акустического сигнала А . Установлена эона показаний, равная 30-20% выход за пределы которой означает соответственно "свертывание" и предвыбросное состояние шлака. Управление положением фурмы, в этом случае, осуществляют следующим образом см. фиг. 1) . Выход сигнала за верхнюю или нижнюю границы диапазона сопровождается присвоением ему специальной переменной1 ), которая принимает значения равные соответственно +1 и -1. При,нахождении сигнала в допустимом диапазоне 1(:)=О. Для осуществления управления необхо. - димо Оценить устойчивость выхода сигнала за ту или иную границы диапазона, это осуществляется путем анализа количества и последовательности одинаковых отклонений сигнала Для этого вычисляют доли одинаковых по знакуотклонений, следующих не- обязательно друг за другом, но преобладающих над остальными. Расчет осуществляется по формуле экспонен-. циального сглаживателя .-го порядка. Результатом расчета является положительное или отрицательное число, достаточно близкое к единице, численное значение которого задается в виде постоянного коэффициента, подбираемого опытным путем. Если сглаженное значениеД)1 то фурми поднимают на 40% от Н 11 а еслиЕ 11;)с, то фурму опускают на 20% от Н , где 11 и 1 - заданные коэффициенты. Для 350 т конверторов при коэффициенте сглаживания0,65 1, =0,98 и=-11,97. Однако при регулировании режима шлакообраэования по акустическому сигналу, необходимо учитывать скорость изме кения этого сигнала ДА , так как накопление окислов железа в шлаке . происходит неравномерно, а в эависи" мости от конкретных условий продувки, что приводит к различной степенивсневивания шлака и, как следствие к различной скорости выхода акустического сигнала эа пределы задаеио 1 8го диапазона. С учетом скоростй изменения акустического сигнала Ь Ауправление положением фурмы осуществляют следующим образом; если1 л5 Х 1 с 1 1 11 И Д 51, тО фУРМУ ПОДНИМают на 80% от Н а при 1(11 с 1ийс 31 фурму ойускают на 50% от Н о,где 81 =0,5% и о =0,2% - заданные111 о Узначения скоростей А . Отсутствие1 О в размерности д А 1/с, объясняетсятем, что при управлении вычислитеЛьное устройство опрашивает датчикис определенным временным шагом, который выбирается в зависимости от 1 возможностей регулятора и технических требований к регулятору. РазницаВ ЗНаЧЕНИяХ Ос И 3 ОбЪяСНяЕтСя тЕМ1 9что в период предвыбросного состояния шлака снижается чувствительность 2 О акустического сигнала в виду того,что шлак занимает весь свободныйобъем конвертера.лВ момент времени с А вышел эа. верхнео границу 30%, что соответству.11 11.25 ет свертыванию шлака и присвоению .сигналу значения 1. Как только1(.) 11 проверяют значение ЬА, еслил 1.оно больше 31, фурму поднимают на80% от Н . В момент времени ьЮситуация аналогична моменту временил 1но Ь А с 3 поэтому фурму поднимают на 40% от Н . В моменты врер лмени сб и с акустический сигналвышел за нижнюю границу 20%1 чтосоответствует предвыбросному состоя.нию шлака и присвоецюо ему значения,равного. -1, Когда 1(",) будет меньше, проверяют значение Ь Аесли оно больше 3, фурму опускают 40на 50% от Н 1 Р, а если д А с о тоэ 1фурму Опускают на 20% От НФР Применяя большее число разбиеййй поскоростиА , можно получить болеединамичное управление процессомшлакообразования, но это определяется технологическими требованиями итехническими возможностями регулятора.лВ момент времени 1, что соответ.ствует 80-90% времени продувки, рас- О .ход кислорода восстанавливают довысокого начального значения Йдтак как в этот период продувкиуглерод практически весь выгорает,н кислород идет на окисление железа,а увеличение расхода кислорода приводит к более полному использованиюего на окисление углерода и меньшемуПереокислеиию конечного шлака. Скор9 11266ректированные по Йкустическому сигналу значения положений Фурмы Нр 1определялись по результатам опытныхплавок, визуальных наблюдений заходом процесса шлакообразования, Бналичия выбросов и выносов металлав различные неркоды времени продувки,активных экспериме:;тон и сраннениярасчетных значений с действиями опытных огераторон-дистрибутора и конеч пными результатами плавки,П р и и е р. На 350 т конвертерах проведено 48 опытных плавокдвумя сериями по 24 плавки сталимарки Зсп. На всех опытных плавкахпроизводили измерения процентногосодержания СО в отходящих газах, расхода кислорода до 200 м/мин, акустического сигнала до 20 мВ, положенияфурмы относительно уровня металла до0,5 м. Средняя продолжительность времени продувки на опытных плавкахсоставила 16 мин, Начальный расходкислорода устанавливали 1200 м /мин,а начальное положение фурмы и нижнеерабочее устнавливается соответственно З,О н 1,0 М. Значение коэффициентов следующие: Ы, =0,65, , =0,98,=-0,97, 31 =0,5 ,=0,2%.В первой серии плавок в интервале30от 50 с до 1,б мин3-10% временипродувки) максимальное значениеакустического сигнала составилоА =20 мВ и последующие показанияпвцхперенодили в процентные единицы поФормулев 2) А = А/20 мВ 100 . При вели-З 5чине А =50% 10 мВ), что соответствовало 2;4 мин 15% времени продувки),фурму опускали с 3,0 до 1,О м, Расход кислорода снижали с 1200 до1000 мв/мин по истечении 4,2 мин(1,75 2,4 мин)и содержании в отходящих газах СО = 60% и восстанавливалирасход кислорода до 1200 м/минна 12,8 мин 1807 времени продувки).Во второй серии плавок н интервале от 50 с до 1,6 мин (3-107 временипродувки)максимальное значение акустического сигнала составило Авввхв18 мВ и последующие показания переводили по формуле 1,2) А А/18 мВх 50х 1003. При достижении А =40%7,2 мВ),что соответствовало 4,8 мин временипродувки, фурму опускали с 3,0 до1,0 м. Расход кислорода снижали с1200 до 1000 м/мин по истечении 559,6 мин 2,0 4,8 мин)и содержанииа отходящих газах СО=73 и восстанавливали расход кислорода до 09. 10 в1200 м/мин на 14,5 мин 907 временипродувки),Поскольку на любой опытной плавкеиз каждой серии возможны случаи"свертывания" и выбросов шлака,поэтому достаточно рассмотреть управление фурмой по фонограмме однойплавки, приведенной на фиг, 1,В момент с 1 =6,0 мин акустическийсигнал А вышел за верхнюю границудиапазона 307 и с этого момента ввычислительное устройство через 1с поступает сигналхД) =1, среднеезначение которого7) достигается0,98 на 5-й секунде при 1-1)=01,см, табл, 3).Одновременно с расчетом 1) оценивается скорость вА , которая равна0,8%, так как 1 Я 0,98 и 5 А0,5%,то хурму поднимают на 0,8 м, т.е.Н =1,8 м. При А307 положение фурмывосстанавливают до Н =1,0 м. В момент времени 5 =8,5 мин состояниешлака аналогично моменту 1 ,нопри 1.6)0,98 скорость акустическогосигнала Ь А с 0,5%, поэтому фурмуподнимают на 0,4 м, т.е. Н, =1,4 м.При Л 1 с 30% фурму переводят в рабочееположение Н =1,0 м.лВ момент времени 6 =1 О минакустический сигнал вышел за нижнююграницу диапазона 207 и с этогомомента времени в вычислительноеустройство через 1 с поступает сигналт.") =-1, среднее значение которого( -0,97 и 4 А 1 Ъ 0,2%, то фурму опускают на 0,5 м, т.е. Н = 0,5 м,При А207 фурму переводят в рабочееположение, Н =1,0 м. В момент времени с =12 мйй состояние шлака акаллогично моменту ь 6, но при 1 с(-0,97 скорость акустического сигнала А с 0,2%, поэтому фурму опуска-ют на 0,.2 м, т.е. Нвч= 0,8 м.С момента времениакустическийсигнал находится в заданном диапазоне 30-207, поэтому фурма находитсяв положении Н=10 м до концаЧпродувки,На опытных плавках наблюдаетсястабильный процесс шлакообразования,"свертывания" шлака и сильных выбросов, приводящих к остановке продувкидля скачинания шлака, не было, что12 Ожидаемый экономический эффектсоставляет 53034,7 руб/год.Таблица 1 МпО Р О СаО М 80 Ре РеО о 9 ю, В 3,8 20 4,1 20 30 2,5 3,6 30 27,4 7,5 2,4 42,3 2,9 20,3 16,5 1,5 5900 60 20,6 7,2 2,4 46,2 1,9 1,47,8 2,2 6100 60 2,1 27,6 7,1 2,1 43,8 1,6 10,8 8,6 1,6 5900 27,7 7,8 . 2,3 40,.2 2,3 11,0 8,9 1,5 6000 2,4 70 28,9 7,3 1,4 46,0 1,7 11,7 8,9 1,7 5800 2,3 70 22,0 6,8 2,3 46,1 1,9 1,0 9,9 2, 6000 3,2 2,8 25,4 7,2 ,8 43,0 2,0 10,9 10,9 2,3 5950 26,1 6,9 2,1 41,6 2,1 11,2 9,1 1,9 6100 3,9 50 3,0 50 22,6 7,4 .2,0 45,1 1,8 1,3 8,6 1,7 6000 Средние значения 26,6 8 1 2,5 42,7 2,4 14,4 12,2 1,7 5950 24,0 7;1 2,2 26,1 7,3 2,0 Т а б л и ц а 2 Плавка Показатели 5 6 7 10 С 0,7 60 0 65 0, мин ф, мий 6,0 Ход шлакообразования Выб 5 7 р 60 6,0 7,5,0 Вы ВыбрНорм. Норм.нос. Норм.Вы" носв орректор Н,Король дпвсиое та С аб.ф д.4/5 Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Филиал Э 0 акая 8642/20ВИИИПИпо де113035 Тир осударс ам изоб Москве, 539еииого коми теиий и отк