устройство определения момента слива металла из конвертера

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОМЕНТА СЛИВА МЕТАЛЛА ИЗ КОНВЕРТЕРА, содержащее блоки расчета содержания углерода и заданного его значения, соединенные через блок сравнения с измерителями содержания углерода и температуры ванны, размещенными в измерительном зонде с приводом, блок заданного значения температуры, блоки расчета управляющих воздействий для получения в момент достижения заданного содержания углерода заданной температуры ванны, выполненные в виде первого и второго функциональных блоков, входы которых соответственно подсоединены к блоку заданного значения содержания углерода и измерителю содержания углерода, а выходы каждого из них - к первому и второму сумматорам, третий и четвертый сумматоры, соединенные с измерителем температуры ванны и блоком заданного значения температуры, отличающееся тем, что, с целью увеличения производительности конвертера, устройство дополнительно содержит зонд с приводом и измерителем температуры шлака, выход которого соединен с блоком выделения максимального сигнала и блоком определения температуры ликвидуса шлака, подсоединенным к входу пятого сумматора, выход которого через третий функциональный блок подсоединен к второму блоку сравнения, второй вход которого через таймер соединен с вторым входом первого блока сравнения, который, кроме того, соединен с приводом второго зонда и первой схемой И, второй вход которого подсоединен к приводу первого зонда, выход которой подсоединен к схемам сброса-записи первого и второго блоков памяти, входы которых подсоединены соответственно к второму и третьему сумматорам, а выходы - к первому и четвертому сумматорам, причем выход первого сумматора подсоединен к входу четвертого сумматора, блок заданного значения содержания углерода подсоединен к третьему блоку сравнения, к которому также подсоединен измеритель содержания углерода, блок заданного значения температуры подсоединен к четвертому блоку сравнения, к которому также подсоединен измеритель температуры ванны, причем выходы второго, третьего и четвертого блоков сравнения подсоединены к второй схеме И, выход блока выделения максимального сигнала подсоединен к второму входу пятого сумматора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к управлению конвертерным процессом, и может быть использовано при управлении сталеплавильными цехами.

Известно устройство прекращения продувки кислородного конвертера, содержащее блоки измерения расхода кислорода, подаваемого через фурму, и интенсивности газовыделения из конвертера, а также блок корректировки количества кислорода на продувку в зависимости от среднего изменения газовыделения из конвертера. Указанное устройство обеспечивает при повалке получение заданного содержания углерода, при этом температура металла может получиться с отклонением от заданных значений. Моментом слива металла является момент достижения содержания углерода и температуры ванны заданных значений после корректировочных операций.

Недостатком устройства является низкая производительность, вызванная затратами времени на корректировочные мероприятия.

Известно устройство прекращения продувки кислородного конвертера на заданном содержании углерода, содержащее блоки контроля содержания углерода и заданного его количества, соединенные с блоком сравнения, выход которого соединен с входом блока продувки, блок контроля спектра излучения пламени, блок наличия характерных спектральных линий, соединенный с блоком заданного количества углерода, вычислительные блоки. Устройство позволяет быстро провести корректировочные операции по получению заданного содержания углерода. Моментом слива металла является момент достижения корректировкой заданных значений содержания углерода и температуры ванны.

Недостатком способа является низкая производительность, вызванная повышенными затратами времени на корректировочные мероприятия по температуре.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является устройство, содержащее блоки расчета содержания углерода и заданного его значения, соединенные через блок сравнения с измерителями содержания углерода и температуры ванны, блок заданного значения температуры, блоки расчета управляющих воздействий для получения в момент достижения заданного содержания углерода заданной температуры ванны.

Недостатком устройства является низкая производительность конвертера, связанная с большими потерями металла в шлаке в виде корольков.

Целью изобретения является повышение производительности конвертера.

Поставленная цель достигается тем, что устройство определения момента слива металла из конвертера, содержащее блоки расчета содержания углерода и заданного содержания его значения, соединенные через блок сравнения с измерителями содержания углерода и температуры ванны, выполненными в виде измерительного зонда, блок заданного значения температуры ванны, блоки расчета управляющих воздействий для получения в момент достижения заданного содержания углерода заданной температуры ванны, выполненные в виде первого и второго функциональных блоков, входы которых соответственно подключены к блоку заданного содержания углерода и измерителю содержания углерода, а выходы - к первому и второму сумматорам, третьего и четвертого сумматоров, соединенных с измерителем температуры ванны и блоком заданного значения температуры, дополнительно содержит зонд с измерителем температуры шлака, выход которого соединен с блоком выделения максимального сигнала и блоком определения температуры ликвидуса шлака, подключенных к входу пятого сумматора, выход которого через третий функциональный блок подключен к второму блоку сравнения, второй вход которого через таймер соединен с вторым выходом первого блока сравнения, который, кроме того, связан с вторым зондом и первой схемой И, второй вход которой подключен к приводу первого зонда, а выход подключен к схемам сброса-записи первого и второго блоков памяти, входы которых подключены соответственно к второму и третьему сумматорам, а выход - к первому и четвертому сумматорам, причем выход первого сумматора подключен к входу четвертого сумматора, блок заданного содержания углерода подключен к третьему блоку сравнения, к которому также подключен измеритель содержания углерода, блок заданного значения температуры подключен к четвертому блоку сравнения, к которому также подключен измеритель температуры ванны, причем выходы второго, третьего и четвертого блоков сравнения подключены к второй схеме И.

Использование измерения температуры шлака позволяет найти величину перегрева шлака над его температурой ликвидуса, что дает возможность определить начальную концентрацию корольков всех фракций в шлаке и продолжительность времени осаждения корольков металла из шлака. Это позволяет производить выдержку металла в конвертере перед сливом до момента полного осаждения корольков металла из шлака.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Блок 1 расчета содержания углерода соединен с первым блоком 2 сравнения, к которому также подключен блок 3 заданного содержания углерода. Выход блока 3 подключен к первому функциональному блоку 4. Выход первого блока 2 сравнения подключен к приводу 5 зонда, связанного с измерителями 6 и 7 содержания углерода и температуры ванны. Выход измерителя 6 подключен к второму функциональному блоку 8, который подключен к первому 9 и второму 10 сумматорам, которые также подключены к первому функциональному блоку 4. Выход измерителя 7 соединен с третьим 11 и четвертым 12 сумматорами. Второй выход первого блока 2 сравнения соединен со схемой сброса-запуска таймера 13, первым 5 и вторым приводом 14 зонда и схемой И 15, второй вход которой подключен к приводу первого зонда 5. Второй зонд 14 связан с измерителем 16 температуры шлака. Выходы измерителя 16 подсоединены к блоку 17 выделения максимального сигнала и блоку 18 определения температуры ликвидуса шлака. Выходы блоков 17 и 18 подключены к пятому 19 сумматору, выход которого через третий функциональный блок 20 подключен к второму блоку 21 сравнения. Выходы блоков 3 и измерителя 6 соединены с третьим блоком 22 сравнения. Выход схемы И 15 подключен к схемам сброса-записи блоков 23 и 24 памяти, причем вход первого блока 23 памяти подключен к второму сумматору 10, а выход - к первому сумматору 9, вход второго блока 24 памяти подключен к третьему сумматору 11, а выход - четвертому сумматору 12. Блок 25 заданного значения температуры подключен к третьему 11 и четвертому 12 сумматорам и к четвертому блоку 26 сравнения. Блоки 21, 22 и 26 сравнения подключены к второй схеме И 27, причем вход второго блока 21 сравнения подключен к входу таймера 13.

Блок 1 расчета содержания углерода может быть выполнен в виде устройства (авт. св. N 1097684), блоки 3 и 25 - на базе задатчиков РЗД системы АКЭСР, блоки 2, 22 и 26 сравнения - на базе блоков БКР системы АКЭСР, а функциональные блоки 4, 8 и 20 - на базе механических элементов, встроенных во вторичные приборы. В качестве зонда 5, измерителей 6 и 7 могут быть использованы стандартные устройства, устанавливаемые на конвертерах, в качестве сумматоров 9, 10, 11, 12 и 19 - блоки БВО системы АКЭСР, в качестве таймера 13 - блок БДП системы АКЭСР, в качестве зонда 14 и измерителя 16 - стандартный зонд, устанавливаемый на конвертере, погружаемый в шлак, в качестве схем И 15 и 27 - стандартные блоки вычислительной техники, в качестве блока 17 выделения максимального сигнала - блок БСЛ системы АКЭСР, в качестве блока 18 - последовательно соединенные блоки БКР в режиме дифференцирования и блок БСЛ системы АКЭСР, а в качестве блоков 23 и 24 памяти - блоки БДП системы АКЭСР.

В ходе продувки в кислородном конвертере отходящими газами из зоны взаимодействия в шлак выбрасываются объемы металла различных размеров - корольки. При остановке продувки происходит оседание корольков в шлаке, в результате чего в последнем их содержание со временем уменьшается. Содержание корольков в шлаке во времени после остановки процесса продувки составляет

К = К_о - (1) где К и К_о - соответственно текущее и начальное значение концентрации корольков в шлаке, %;

- скорость оседания корольков, %/мин;

- время, мин.

Величины К_о и являются функциями перегрева шлака над линией ликвидуса. Увеличение степени перегрева шлака, с одной стороны, способствует формированию шлакометаллической эмульсии на заключительных стадиях продувки, повышая тем самым концентрацию корольков всех фракций в шлаке. С другой стороны, оно ускоряет и процесс создания корольков, что увеличивает . С достаточной для практически точностью совокупное уравнение может быть представлено в виде

К = ₁+₂t-(₃+₄t), (2) где ,₂,₃ и ₄ - коэффициенты, соответственно равные 9%, 0,137%/град, 0,9%/мин, 0,0234%/град мин;

t - величина перегрева шлака по отношению к температуре ликвидуса, К.

Таким образом, из выражения (2) полное время оседания корольков металла _ж , мин, может быть найдено в виде

_*= (3)

Если время выдержки металла в конвертере меньше времени полного оседания корольков, то часть металла теряется с шлаком.

В процессе продувки определяют содержание углерода по следующей формуле:

С= ₅C₁+₆C₂, (4) где С - содержание углерода в ванне жидкого металла, %;

С₁ и С₂ - содержание углерода, определяемое по материальному балансу и соответственно по скорости обезуглеро- живания, %;

₅ и ₆ - степень учета содержания углерода, определяемого соответственно по материальному балансу и скорости обезугле- роживания.

Здесь

C₁= -v_cd (5) где С_л и С_ч - содержание углерода соответственно в ломе и чугуне, %;

G_л, G_ч, G_р и G_и - масса на плавку соответственно лома, чугуна, руды и известняка, т;

а₁ - коэффициент, характеризующий содержание двуокиси углерода в известняке и степень разложения последнего, %;

а₂ - коэффициент, характеризующий степень усвоения руды и содержание в ней кислорода;

а₃ - коэффициент, характеризующий среднюю скорость угара компонентов садки, т/мин;

V_с - скорость обезуглероживания металла, %/мин.

Содержание углерода, определяемое по скорости обезуглероживания:

C₂ = (6) где ₁ и ₂ - коэффициенты.

Температуру ванны определяют по формуле

t= ₃+(₄p + ₅t_ф+ ₆v)d+ ₇t_к (7) где t - температура ванны, ^оС;

Р - давление газов под куполом камина, Па;

t_ф - температура факела на срезе горловина-кессон, ^оС;

V - интенсивность подачи кислорода, при нормальных условиях, м³/мин;

t_k - температурный перепад воды, охлаждающей кессон, ^оС;

₃-₇ - коэффициенты.

По достижении значения содержания углерода, превышающего заданное значение на 0,3% , производят измерение содержания углерода и температуры ванны при помощи зонда. Затем определяют объем кислорода, который необходимо подать в ванну для достижения заданного значения содержания углерода

V_gi = f(c_*)-f(c_з) - 0,5 V_g(i-1), (8) где f(c_x) и (c_з) - функции при соответствующих аргументах, равные

f(c)=

(9) где с_x и с_з - содержание углерода в металле соответственно в момент измерения при помощи зонда и заданное, %;

V_g(i-1) - погрешность в определении объема кислорода при нормальных условиях на предыдущей плавке, м³;

G_c - садка конвертера, т, и температуру металла после продувки этого объема кислорода:

t_i = t_ж + 0,0005 V_giC_r - 0,5 t_(i-1), (10) где t_ж - температура металла в момент ее измерения при помощи зонда, ^оС;

t_(i-1) - погрешность в определении конечной температуры на предыдущей плавке, ^оС.

При необходимости охлаждения плавки производят расчет охлаждающих материалов

G_иi= - + 0,81 - 0,5G_u(i-1) (11)

H_i= - 0,066 G_иi, (12) где G_иi - корректирующая масса известняка на охлаждение плавки, т;

t_з - заданная температура металла, ^оС;

G_и(i-1) - погрешность определения корректирующей массы известняка на охлаждение предыдущей плавки, т;

Н_i - изменение расстояния от торца фурмы до уровня спокойного металла при окончании продувки, эквивалентное по охлаждающему воздействию корректирующей добавки известняка, м.

Устройство работает следующим образом.

В процессе продувки конвертера производится расчет содержания углерода в ванне конвертера по формулам (5), (6) в блоке 1 расчета содержания углерода. Выходной сигнал, пропорциональный содержанию углерода, поступает в блок 2 сравнения, в который одновременно поступает напряжение, пропорциональное заданному содержанию углерода в металле, из блока 3. По достижении значения содержания углерода, превышающего заданное на 0,3%, поступает сигнал с блока 2 сравнения на срабатывание привода 5 зонда. Зонд опускается в конвертер и производит измерение содержания углерода в металле и его температуру, значения которых фиксируются соответственно в измерителях 6 и 7. Напряжение, пропорциональное заданному значению содержания углерода поступает из блока 3 в первый функциональный блок 4, выходной сигнал которого пропорционален величине f(с_з) по формуле (9). Напряжение, пропорциональное измеренному зондом содержанию углерода в ванне, поступает с измерителя 6 на второй функциональный блок 8, выходное напряжение которого пропорционально величине f(с_x). На выходе сумматора 9 формируется напряжение, пропорциональное V_gi по формуле 8. Причем напряжение, пропорциональное величине V_g(i-1), поступает с блока 23 памяти. Напряжение, пропорциональное заданному значению температуры, поступает в третий сумматор 11, в который одновременно поступает напряжение, пропорциональное значению температуры с измерите- ля 7. С выхода сумматора 11 снимается напряжение, пропорциональное величине - , причем коэффициент - _ устанавливается как масштабный коэффициент сумматора. Напряжение, пропорциональное заданному значению температуры ванн, поступает в четвертый сумматор 12, в который одновременно поступает напряжение, пропорциональное значению температуры с измерителя 7. Туда же поступает напряжение, пропорциональное величине V_gi с первого сумматора 9. Выходное напряжение четвертого сумматора 12 пропорционально значению G_иi по выражению (11), причем напряжение, пропорциональное величине C_ти(i-1) поступает с второго блока 24 памяти. По окончании продувки с второго входа первого блока 2 сравнения поступает сигнал на привод зонда 5 на измерение содержания углерода и температуры ванны. Напряжение, пропорциональное значению содержания углерода в ванне конвертера, поступает во второй функциональный блок 8 и далее во второй сумматор 10. Туда же одновременно поступает выходное напряжение первого функционального блока 4. Таким образом, выходное напряжение сумматора 10 будет пропорциональным величине V_g. В момент окончания измерения зондом 5 сигнал на подъем зонда поступает на первую схему И 15, на которую ранее поступает сигнал с блока 2 сравнения о равенстве расчетного содержания углерода заданному. Схема И срабатывает и значение V_g записывается в первый блок 23 памяти. Аналогично по каналу третий сумматор 11, второй блок 24 памяти записывается значение G_и. Сигнал с блока 2 сравнения о равенстве расчетного содержания углерода заданному поступает также на запуск таймера 13 и на привод второго зонда 14, производящего измерение температуры шлака измерителем 16. Измеритель 16 передает в блок 17 сигнал, пропорциональный температуре шлака. В блоке 17 выделяется максимальный сигнал. Сигнал измерителя 16 также передается в блок 18 определения температуры ликвидуса шлака. В блоке 18 производится последовательное дифференцирование сигнала падения температуры и определение минимального значения сигнала. Выходные напряжения с измерителей 17 и 18 поступают в пятый сумматор 19, выходное напряжение которого, пропорциональное величине t, поступает в третий функциональный блок 20. Выходное напряжение функционального блока 20, пропорциональное величине _*, поступает во второй блок 21 сравнения. При равенстве напряжений с выхода таймера 13 и функционального блока 20 на выходе блока 21 сравнения устанавливается "единичный" сигнал. Аналогично на выходе третьего блока 22 сравнения устанавливается "единичный" сигнал при выполнении условия С С₃, а на выходе блока 26 срав- нения при выполнения условия t t₃. Вторая схема И 27 срабатывает, подавая сигнал к приводу конвертера на слив металла. В случае необходимости предварительно выполняются рекомендации сумматоров 9 и 12 на выполнение корректирующих операций.

П р и м е р. В 130-тонном конвертере необходимо выплавить металл для производства стали марки 35 ГС с содержанием углерода на повалке 0,28%, температурой 1570^оС. Определяем содержание углерода, при котором необходимо произвести измерение параметров ванны 0,28+0,3=0,58%. Контролируют содержание углерода по формулам (4-6) и по достижении значения, равного 0,58%, производят измерение параметров ванны: С=0,60%, t=1590^оС. Определяем объем кислорода, который необходимо подать в ванну, для достижения заданного количества углерода по формулам (7) и (8). V_gi= (3,4 + 16 0,60) 130-(3, 4 + 16x x0,28) 130-0,5 20 = 796 м³ при нормальных условиях. V_g(i-1) = 20 м³ при нормальных условиях. Производим расчет охлаждающих материалов G_uк= - + 0,81 - 0,5G_ик(i-1)= 4,81т,(G_ик(i-1)=2т). Производим реализацию управляющих воздействий. По окончании процесса измеряют содержание углерода и температуру ванны: соответственно 0,26% и 1575^оС, температуру шлака 1570^оС и температуру ликвидуса шлака 1550^оС. Определяем время выдержки металла по формуле (3): = = 8,6 мин. По истечении 8,6 мин производят слив металла из конвертера.

Испытания макета устройства на Мариупольском комбинате "Азовсталь" показало, что использование предлагаемого устройства позволяет повысить производительность конвертера на 0,3%, соответственно уменьшив расход металлошихты на 1 т стали за счет повышения выхода годного.