способ управления процессом плавки металлизированных окатышей в дуговой печи

Формула изобретения

1. Способ управления процессом плавки металлизованных окатышей в дуговой печи, включающий выбор скорости загрузки металлизованных окатышей в печи в зависимости от электрической мощности, забираемой из сети, и коррекцию скорости загрузки окатышей пропорционально отклонению температуры металла от заданного значения, отличающийся тем, что выбор скорости загрузки металлизованных окатышей в печи производят в зависимости от электрической активной мощности, в после расплавления металлозавалки и достижения условия



где Q количество израсходованной электроэнергии, кВтч;

H_j- изменение энтальпии загруженного в печь j-го материала при его нагреве от исходной температуры до температуры плавления, кВтч;

m_j масса загруженного в печь j-го материала, т,

в процессе непрерывной загрузки и плавления металлизованных окатышей при нестабильном поведении дуг вводят дополнительную коррекцию загрузки металлизованных окатышей, при этом при снижении активной мощности ниже нижнего заданного предела скорость загрузки уменьшают, а при превышении активной мощности выше верхнего заданного предела скорость загрузки увеличивают.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при появлении нестабильного поведения дуг, выраженного соотношением



где _I-- коэффициент несимметрии токов;

_u- коэффициент несимметрии напряжений;

_o- граничное значение,

производят дополнительную коррекцию скорости загрузки металлизованных окатышей, при этом скорость загрузки уменьшают, если выполняется условие

P^A_S < P^L_S ,

где P^A_S - текущая активная мощность на ступени напряжения S, МВт;

P^L_S - нижнее заданное граничное значение для активной мощности на ступени напряжения S, МВт,

или скорость загрузки увеличивают, если выполняется условие

P^A_S > P^H_S,

где P^H_S - верхнее заданное граничное значение активной мощности на ступени напряжения S, МВт.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, а именно к электросталеплавильному производству, и может быть использовано для управления процессом непрерывной загрузки и плавки металлизованных окатышей в дуговых сталеплавильных печах.

Известен способ управления процессом плавки металлизованных окатышей в дуговой печи, по которому в процессе непрерывной загрузки металлизованных окатышей скорость их загрузки регулируют в функции потребляемой электрической мощности.

Однако при таком способе управления, основанном на осуществлении прямой связи между расходом электроэнергии и скоростью загрузки металлизованных окатышей, невозможно точное поддержание заданного температурного режима нагрева металла из-за неучета реальной ситуации в печи (условия теплопередачи в рабочем пространстве, гранулометрического и химического составов металлизованных окатышей, степени металлизации, количества и состава пустой породы), а также невозможно управление температурным режимом металлической ванны при заданном постоянном уровне мощности.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ управления процессом плавки металлизованных окатышей в дуговой печи, по которому в процессе непрерывной загрузки металлизованных окатышей скорость их загрузки регулируют в зависимости от электрической общей мощности, забираемой от сети, и вводят коррекцию скорости загрузки металлизованных окатышей пропорционально отклонению температуры металла от заданного назначения так, что при повышении температуры металла выше заданного значения скорость загрузки увеличивают, в противном случае - уменьшают.

Недостатком указанного способа является то, что, во-первых, выбор скорости загрузки металлизованных окатышей производят в зависимости от общей мощности, в то время как процесс нагрева и расплавления зависит только от активной мощности и не зависит от реактивной мощности, т.е. используя выбор скорости загрузки от общей мощности, нельзя точно управлять процессом плавки, и,во-вторых, не учитывается состояние ванны, зависящее от соотношения скоростей плавления загрузки металлизованных окатышей. Превышение скорости загрузки над скоростью плавления приводит к накоплению окатышей в ванне жидкого металла, а тем самым к оголению дуг, интенсивному воздействию излучения дуг на футеровку стен и свода печи, снижению стойкости футеровки, понижению мощности. Уменьшение скорости загрузки по отношению к скорости плавления металлизованных окатышей приводит к вскипанию ванны, а тем самым к резкому увеличению тока, выбросу металла из печи.

Все это удлиняет продолжительность плавки, увеличивает расходы электродов и электроэнергии. Таким образом, невозможно достичь устойчивого управления плавкой, осуществляя только коррекцию скорости загрузки окатышей в зависимости от температуры.

Технический результат изобретения устранение указанных недостатков, увеличение стойкости футеровки печи, сокращение продолжительности плавки, снижение расхода электродов и электроэнергии за счет исключения накопления не расплавившихся металлизованных окатышей на поверхности ванны или ее вскипания.

Технический результат достигается тем, что в способе управления процессом плавки металлизованных окатышей в дуговой печи, включающем изменение скорости загрузки металлизованных окатышей в печи в зависимости от электрической мощности, забираемой из сети, и коррекцию скорости загрузки окатышей пропорционально отклонению температуры металла от заданного значения, выбор скорости загрузки металлизованных окатышей в печи производят в зависимости от электрической активной мощности, а после расплавления металлозавалки и достижения условия



где Q- количество израсходованной электроэнергии, кВтч;

H_j изменение энтальпии загруженного в печь j-го материала при его нагреве от исходной температуры до температуры плавления, кВтч/т;

m_j масса загруженного в печь j-го материала, т,

в процессе непрерывной загрузки и плавления металлизованных окатышей при нестабильном поведении дуг вводя дополнительную коррекцию загрузки металлизованных окатышей, при этом при снижении активной мощности ниже нижнего заданного предела скорость загрузки уменьшают, а при превышении активной мощности выше верхнего предела увеличивают. Кроме того, при появлении нестабильного поведения дуг, выраженного соотношением

²_I³_v>_o,

где _I коэффициент несимметрии токов;

_v коэффициент несимметрии напряжений;

_o граничное значение,

производят дополнительную коррекцию скорости загрузки металлизованных окатышей, при этом скорость загрузки уменьшают, если выполняется условие

P^A_S < P^L_S

где P^A_S текущая активная мощность на ступени напряжения s, МВт;

P^L_S нижнее заданное граничное значение активной мощности на ступени напряжения s, МВт;

или скорость загрузки увеличивают, если выполняется условие

P^A_S > P^H_S,

где P^H_S верхнее заданное граничное значение активной мощности на ступени напряжения s, МВт.

Принципиальное отличие предложенного способа от известного, включающего выбор скорости загрузки по общей электрической мощности и коррекцию скорости загрузки по одному параметру температуре ванны, заключается в том, что выбор скорости загрузки осуществляют в зависимости от активной мощности и вводят дополнительную коррекцию, учитывающую состояние ванны по стабильности горения дуг.

На фиг. 1 приведена структурная схема, поясняющая описываемый способ управления; на фиг. 2 4 графики распределения вероятностей значений активной мощности при явлениях накопления и вскипания: сплошной линией для явления накопления нижний предел, пунктирной линией для явления вскипания верхний предел (на фиг. 2 -для 20-й ступени напряжения; на фиг. 3 для 19-й ступени напряжения; на фиг. 4 для 18-й ступени напряжения).

На чертежах по горизонтали отложены значения активной мощности, по вертикали вероятность значений активной мощности при вскипании или накоплении.

Предлагаемый способ управления осуществляют следующим образом.

В межплавочный период сигналы с датчика веса лома 1 и датчика веса вспомогательных материалов 2 поступают в блок управления 3 (управляющая мини

или микроЭВМ), где они запоминаются.

В процессе непрерывной загрузки металлизованных окатышей из бункера 4 по конвейерам 5 и 6 в воронку 7 и их плавления в печи 8 сигналы с датчика потребляемой активной мощности 9 поступают в блок управления 3. В зависимости от величины активной мощности блок управления 3 выбирает скорость загрузки металлизованных окатышей и выдает сигнал в исполнительный механизм системы загрузки 10.

Коррекция скорости загрузки окатышей по температуре металла, получаемой от датчика температуры 11, осуществляется блоком управления 3 путем изменения задания исполнительному механизму системы загрузки 10.

Сигналы с датчика потребляемой активной энергии 12 и с датчика веса металлизованных окатышей 13 поступают в блок управления 3, где рассчитывается соотношение



и сравнивается с предварительно заданным значением, равным 1,2. При выполнении условия



блок управления 3 опрашивает датчики тока 14 и датчики напряжения 15, установленные на каждой фазе, и рассчитывает соотношение

²_I³_v

Это соотношение сравнивается с предварительно заданным значением, равным 1200. При выполнении условия

²_I³_v > 1200

блок управления 3 сравнивает величину активной мощности с предварительно заданными значениями P^L_S и P^H_S. При выполнении условия

P^A_S < P^L_S

блок управления 3 уменьшает скорость загрузки окатышей путем изменения задания исполнительному механизму системы загрузки 10, или, при выполнении условия

P^A_S < P^H_S

увеличивает скорость загрузки окатышей.

Пример 1. После завалки в печь лома весом 60 т вес лома регистрируется датчиком веса 1 и сигнал с датчика 1 поступает в блок управления 3 и там запоминается (изменение энтальпии лома при его нагреве от исходной температуры до температуры плавления берется равной 330 кВтч/т). Зажигают дуги, отдают в печь шлакообразующие материалы (изменение энтальпии извести берется равной 350 кВтч/т, а окисленных окатышей 550 кВтч/т), вес шлакообразующих материалов регистрируется датчиком веса 2 и сигнал с датчика 2 поступает в блок управления 3 и там запоминается.

Непрерывную загрузку металлизованных окатышей (изменение энтальпии металлизованных окатышей берется равной 450 кВтч/т) начинают со скоростью 5 8 кг/минМВт и в течение 10-15 мин доводят ее до скорости 23-33 кг/минМВт, определяемой величиной вводимой активной мощности, после чего начинается непрерывный или дискретный замер температуры. Значение сигнала от датчика температуры 11 передается в блок управления 3, где сравнивается измеренное значение температуры с заданным значением температурного режима металлической ванны.

При несоответствии температурного режима металлической ванны заданному блок управления 3 вводит коррекцию скорости загрузки металлизованных окатышей путем изменения задания исполнительному механизму системы загрузки металлизованных окатышей 10 таким образом, что при превышении температуры металла выше заданного значения скорость загрузки увеличивают, а при снижении температуры металла ниже заданного значения скорость загрузки уменьшают.

В процессе непрерывной загрузки металлизованных окатышей блок управления 3 рассчитывает соотношение



и сравнивает его со значением 1 и 2. При выполнении условия



при нестабильном поведении дуг вводят дополнительную коррекцию загрузки металлизованных окатышей. Для этого блок управления 3 опрашивает с задаваемым периодом опроса датчики тока 14 и датчики напряжения 15 и рассчитывает соотношение

²_I³_v

где



где A_o 100



I_A, I_B, I_C действующие значения токов фаз А, В, С (кА);



где B_o 100 константа, размерность 1/В,



где





где U_A, U_B, U_C напряжение фаз А, В, С, (В).

Вышеприведенное соотношение сравнивается с предварительно заданным значением, равным 1200. При выполнении условия:

²_I³_v > 1200

блок управления 3 сравнивает величину активной мощности с предварительно заданными значениями P^L_S и P^H_S. Пpи выполнении условия

P^A_S и P^L_S

блок управления 3 уменьшает скорость загрузки окатышей V согласно соотношению

v=v_o-v

где V_o скорость загрузки металлизованных окатышей, определяемая активной мощностью и величиной отклонения температуры металла от заданной, кг/минМВт;

v величина коррекции скорости загрузки, зависящая от состояния ванны, кг/минМВт.

Или при выполнении условия:

P^A_S > P^H_S

блок управления 3 увеличивает скорость загрузки окатышей согласно соотношению

v = v_o+v

Скорректированное значение скорости загрузки блок управления 3 передает в виде сигнала исполнительному механизму системы загрузки 10. Величина обще коррекции по температуре и состоянию ванны в целях обеспечения стабильности управления загрузкой окатышей не превышала 300 кг/мин или 5 кг/минМВт. Длительность коррекции по состоянию ванны составляет 2 3 мин. Блок управления начинает оценивать состояние ванны только по истечении 3 мин после осуществления последней коррекции.

Методика определения верхней (при вкипании ванны) и нижней (при накоплении нерасплавившихся металлизованных окатышей на поверхности ванны) пределов активной мощности. В процессе непрерывной загрузки металлизованных окатышей регистрируют уровень активной мощности (с помощью ЭВМ) и одновременно визуально контролируют вскипания ванны или накопления окатышей на поверхности ванны. По полученным данным строят вероятностные характеристики распределения активной мощности для явлений накопления и вскипания. В качестве верхнего предела активной мощности принимается наиболее вероятное значение активной мощности в вероятностной характеристике распределения активной мощности для явления вскипания ванны, а в качестве нижнего предела активной мощности принимается наиболее вероятное значение активной мощности в вероятностной характеристике распределения активной мощности для явления накопления нерасплавившихся металлизованных окатышей на поверхности ванны.

Пример 2. В условиях электросталеплавильного цеха на 150-тонных электродуговых печах с мощностью трансформаторов 90 МВА выплавлялась сталь с использованием в шихте металлизованных окатышей. Расплавление металлизованных окатышей велось на 18 20 ступенях напряжения при 621 723 В.

Из фиг. 2 4 видно, что для 18-й ступени напряжения верхний предел активной мощности P^H₁₈=60,5 МBт нижний предел P^L₁₈=57,5 МBт для 19-й P^H₁₉=61 МBт P^L₁₉=58 МBт для 20-й P^H₂₀=62,5 МBт, P^H₂₀=59 МBт.

Использование предлагаемого способа управления процессом плавки металлизованных окатышей в дуговой печи обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

более точное управление процессом плавки за счет выбора зависимости скорости загрузки металлизованных окатышей от активной мощности вместо общей мощности;

исключение накопления нерасплавившихся металлизованных окатышей на поверхности ванны, а тем самым устранение оголения дуг, интенсивного воздействия излучения дуг на футеровку стен и свода печи, за счет чего увеличивается стойкость футеровки, повышается активная мощность, увеличивается производительность печи, сокращается продолжительность плавки;

устранение вскипания ванны, приводящее к резкому увеличению тока, выбросу металла из печи, а тем самым позволяет сократить продолжительность плавки;

дополнительная коррекция по состоянию горения дуг, повышая стабильность управления загрузкой металлизованных окатышей, позволяет полностью автоматизировать управление процессом плавки металлизованных окатышей;

использование металлизованных окатышей с более широким разбросом параметров по степени металлизованных окатышей с более широким разбросом параметров по степени металлизации и содержанию углерода, а тем самым позволяет увеличить диапазон применяемого сырья по химическому составу;

снижение расходов электродов, огнеупоров, электроэнергии, снижение себестоимости стали.

Испытания на 21 опытной плавке показали, что удельный расход электроэнергии на тонну металлозавалки составляет в среднем 623 кВтч/т при среднеквадратичном отклонении 19 кВтч/т, а длительность плавки под током составляет 108 мин при среднеквадратичном отклонении 5 мин. На 558 промышленных плавках эти же показатели составили соответственно 627 кВтч/т при 33 кВтч/т и 110 мин при 10 мин. Меньшее среднеквадратичное отклонение расхода электроэнергии и длительности плавки на опытных в сравнении с промышленными плавками характеризует лучшую воспроизводимость плавок, а тем самым большую точность управления процессом плавки.