устройство для управления выплавкой стали в конвертере

Формула изобретения

Устройство для управления выплавкой стали в конвертере, включающее блок продувки металла кислородом, предназначенный для реализации управляющих воздействий по интенсивности кислородной продувки, положению кислородной фурмы и подаче сыпучих материалов, блок оценки угрозы выбросов, связанные с ним блоки формирования задания по снижению интенсивности кислородной продувки, опусканию кислородной фурмы, присадкам сыпучих материалов порциями, выходы которых связаны с входами блока продувки металла кислородом, отличающееся тем, что введены первый блок запоминания, предназначенный для хранения различных вариантов численных значений задания по снижению интенсивности продувки, опусканию кислородной фурмы и присадкам сыпучих материалов порциями при угрозе выбросов в зависимости от начальных и текущих условий плавки и имеющий четыре выхода, блок датчиков информационно-измерительной системы, предназначенный для регистрации параметров вновь проводимой плавки, первый выход которого соединен с входом блока оценки угрозы выбросов, второй выход связан с входом блока определения времени продувки, выход которого соединен с первым входом блока формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки, предназначенного для оценивания ее начала с точки зрения температурного режима - нормальное, холодное начало, горячее начало и определения номера подкласса режима корректирующего управления по ходу продувки, которому соответствуют корректирующие фрагменты по изменению интенсивности продувки, опусканию фурмы, порционные присадки сыпучих материалов для стабилизации шлакового режима продувки, второй вход которого соединен с третьим выходом блока датчиков информационно-измерительной системы, а выход соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого связан с первым выходом первого блока запоминания, используемого для выдачи сигналов нумерации корректирующих фрагментов, выход первого блока сравнения через первый пороговый элемент связан со вторым входом блока двойного совпадения, первый вход которого соединен с выходом блока оценки угрозы выбросов, выход блока двойного совпадения связан с первым, вторым и третьим ключами, через которые второй, третий и четвертый выходы первого блока запоминания связаны соответственно с входами блоков формирования задания по снижению интенсивности кислородной продувки, опусканию кислородной фурмы и присадкам сыпучих материалов порциями, выходы которых связаны с первыми входами трех сумматоров, вторые входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока формирования базовых управлений, а выходы сумматоров связаны с первым, вторым и третьим входами блока продувки металла кислородом, выходы которого являются выходами устройства, при этом блок формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки включает второй блок запоминания, имеющий пять выходов, второй блок сравнения, первый вход которого связан с выходом блока определения времени продувки, а второй вход соединен с первым выходом второго блока запоминания, выход второго блока сравнения через второй пороговый элемент связан с четвертым ключом, через который третий выход второго блока запоминания соединен с входом первого масштабирующего элемента, блок расчета теплового начала плавки, вход которого соединен с третьим выходом блока датчиков информационно-измерительной системы, а выход с первым входом третьего блока сравнения, со вторым входом которого связан второй выход второго блока запоминания, выход третьего блока сравнения через третий пороговый элемент связан с пятым ключом, через который четвертый выход второго блока запоминания связан со входом второго масштабирующего элемента, пятый выход второго блока запоминания связан с входом третьего масштабирующего элемента, выходы первого, второго и третьего масштабирующих элементов связаны с первым, вторым и третьим входами четвертого сумматора, выход которого является выходом блока формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автоматизации конвертерных процессов, конкретнее к управлению продувкой металла в конвертере, и может быть использовано при нарушении режима шлакообразования и появлении угрозы выбросов металла и шлака.

Известен способ управления конвертерной плавкой, включающий измерение во времени продувки положения фурмы относительно уровня расплава, расхода кислорода, массы загустителя и разжижителя шлака и их расчет на всю плавку, измерение виброакустического сигнала звуковой частоты и управление положением фурмы по величине этого сигнала при положении фурмы в рабочем положении, равном 11-14 приведенным калибрам, а также снижении на 15-25% начального программного значения расхода кислорода в зависимости от содержания СО в отходящих газах, причем, с целью увеличения выхода годного за счет снижения потерь металла с выносами и выбросами, дополнительно определяют содержание СО₂ в отходящих газах, измеряют виброакустический сигнал на инфразвуковых частотах с помощью датчика, установленного в водоохлаждаемом тракте фурмы, определяют отношение сигналов инфразвуковых и звуковых частот, изменяют положение фурмы в рабочем положении так, что при 5<A₁/A₂<8 фурму опускают на 25% от Н_фр, при 8<A₁ /A₂<10 фурму опускают на 50% от Н_фр и вводят в конвертер загуститель шлака в количестве 10-15% от расчетного на плавку, при 1<A₁/A₂<2 фурму поднимают на 50% от Н_фр, при 0,5<A₁ /A₂<1 фурму поднимают на 80% от Н_фр и вводят в конвертер разжижитель шлака в количестве 25-30% от расчетного на плавку, а расход кислорода изменяют в зависимости от соотношения содержаний СО и СО₂ в отходящих газах, причем при СО/СО₂>2,5 расход кислорода снижают, а при СО/CO₂<2,5 расход кислорода восстанавливают до начального программного значения, где A₁ - величина виброакустического сигнала на инфразвуковой частоте; А₂ - величина виброакустического сигнала на звуковой частоте; Н _фр - рабочее положение фурмы; СО - содержание окиси углерода в отходящих газах; СО₂ - содержание двуокиси углерода в отходящих газах, при этом в качестве загустителя шлака используют известь, а в качестве разжижителя - плавиковый шпат (а.с. СССР №1276671, М. Кл. 4 С 21 С 5/30, 1986 г.).

Недостатком данного способа является невысокая точность определения необходимых управляющих воздействий (изменение высоты фурмы, расхода кислорода, подачи сыпучих), так как не учитываются возможные значительные колебания начальных условий вновь проводимой плавки, оказывающие существенное влияние на дальнейший ход продувки и зачастую являющиеся первопричиной появления выбросов, а также существенные нелинейности объекта, обуславливающие необходимость раздельной оценки реакций процесса на регулирующие воздействия для различных статических и динамических условий их реализации.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство, реализующее способ выплавки стали в конвертере, включающее блок продувки металла кислородом, блок оценки угрозы выбросов, блок снижения интенсивности кислородной продувки, блок опускания кислородной фурмы и блок присадки сыпучих материалов порциями, при этом при появлении угрозы выбросов интенсивность кислородной продувки снижают на 15-30%, опускают кислородную фурму на 1-1,56 калибров и присаживают сыпучие материалы порциями по 1,35-1,42 кг/т (патент РФ №2124568, М. Кл. С 21 С 5/35, 1997 г.).

Недостаток данного устройства - низкая эффективность управления ходом плавки в момент угрозы выбросов или при их появлении ввиду отсутствия возможности регламентирования режима дутья и присадки сыпучих материалов по периодам плавки в зависимости от начальных условий ее проведения, высокая вероятность неполного устранения причин нарушений шлакового режима и возобновления выбросов по ходу продувки металла в конвертере, в результате чего требуется повышенный расход шихтовых материалов на плавку при невысоком выходе годного металла. Причины появления выбросов в разные периоды плавки могут быть различными, и им должны соответствовать адекватные эффективные предупредительные меры и способы устранения. Одной из причин появления выбросов может быть "холодное начало" плавки, обусловленное заливкой в конвертер физически или химически холодного чугуна. При появлении выбросов по этой причине любые меры устранения, приводящие к дополнительному охлаждению ванны, как, например, отдача сыпучих материалов, являются, по меньшей мере, неэффективными и вызывающими, как правило, последующее возобновление выбросов с новой силой. Жестко регламентированные меры при появлении угрозы выбросов, такие как снижение интенсивности кислородной продувки на 15-30%, опускание кислородной фурмы на 1-1,56 калибров и присадки сыпучих материалов порциями по 1,35-1,42 кг/т для всех возможных ситуаций, не способствуют повышению эффективности борьбы с выбросами для различных условий проведения конвертерной плавки.

Задачей изобретения является повышение эффективности управления плавкой стали в конвертере при появлении угрозы выбросов, увеличение точности выдаваемых рекомендаций для устранения причин их возникновения и стабилизации процесса, а также расширение функциональных и технических возможностей устройства, обеспечивающих своевременную компенсацию различных возмущений (начальные условия, развитие процесса в разные периоды плавки и т.п.) и направленных на снижение расхода шихтовых материалов и увеличение выхода годного металла.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для управления выплавкой стали в конвертере, включающее блок продувки металла кислородом, предназначенный для реализации управляющих воздействий по интенсивности кислородной продувки, положению кислородной фурмы и подаче сыпучих материалов, блок оценки угрозы выбросов, связанные с ним блоки формирования задания по снижению интенсивности кислородной продувки, опусканию кислородной фурмы, присадкам сыпучих материалов порциями, выходы которых связаны с входами блока продувки металла кислородом, согласно изобретению введены первый блок запоминания, предназначенный для хранения различных вариантов численных значений задания по снижению интенсивности продувки, опусканию кислородной фурмы и присадкам сыпучих материалов порциями при угрозе выбросов в зависимости от начальных и текущих условий плавки и имеющий четыре выхода, блок датчиков информационно-измерительной системы, предназначенный для регистрации параметров вновь проводимой плавки, первый выход которого соединен с входом блока оценки угрозы выбросов, второй выход связан с входом блока определения времени продувки, выход которого соединен с первым входом блока формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки, предназначенного для оценивания ее начала с точки зрения температурного режима (нормальное, холодное начало, горячее начало) и определения номера подкласса режима корректирующего управления по ходу продувки, которому соответствуют корректирующие фрагменты по изменению интенсивности продувки, опусканию фурмы, порционные присадки сыпучих материалов для стабилизации шлакового режима продувки, второй вход которого соединен с третьим выходом блока датчиков информационно-измерительной системы, а выход соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого связан с первым выходом первого блока запоминания, используемого для выдачи сигналов нумерации корректирующих фрагментов, выход первого блока сравнения через первый пороговый элемент связан со вторым входом блока двойного совпадения, первый вход которого соединен с выходом блока оценки угрозы выбросов, выход блока двойного совпадения связан с первым, вторым и третьим ключами, через которые второй, третий и четвертый выходы первого блока запоминания связаны соответственно с входами блоков формирования задания по снижению интенсивности кислородной продувки, опусканию кислородной фурмы и присадкам сыпучих материалов порциями, выходы которых связаны с первыми входами трех сумматоров, вторые входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока формирования базовых управлений, а выходы сумматоров связаны с первым, вторым и третьим входами блока продувки металла кислородом, выходы которого являются выходами устройства, при этом блок формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки включает второй блок запоминания, имеющий пять выходов, второй блок сравнения, первый вход которого связан с выходом блока определения времени продувки, а второй вход соединен с первым выходом второго блока запоминания, выход второго блока сравнения через второй пороговый элемент связан с четвертым ключом, через который третий выход второго блока запоминания соединен с входом первого масштабирующего элемента, блок расчета теплового начала плавки, вход которого соединен с третьим выходом блока датчиков информационно-измерительной системы, а выход с первым входом третьего блока сравнения, со вторым входом которого связан второй выход второго блока запоминания, выход третьего блока сравнения через третий пороговый элемент связан с пятым ключом, через который четвертый выход второго блока запоминания связан с входом второго масштабирующего элемента, пятый выход второго блока запоминания связан с входом третьего масштабирующего элемента, выходы первого, второго и третьего масштабирующих элементов связаны с первым, вторым и третьим входами четвертого сумматора, выход которого является выходом блока формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки.

Технический результат достигается тем, что введение первого блока запоминания позволяет расширить возможности регламентирования режима дутья и присадки сыпучих материалов при появлении угрозы выбросов и повысить гибкость в принятии решений при назначении корректирующих воздействий, направленных на стабилизацию шлакового режима за счет хранения характерных признаков нарушений шлакового режима и соответствующих им типовых корректирующих воздействий фрагментального вида, используемых для исправления нежелательных ситуаций в его протекании. Введение блока формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки позволяет выявлять характерные отклонения начального периода продувки металла в конвертере, связанные со значительными колебаниями параметров лома и чугуна на плавку с точки зрения ее температурного режима и заметно влияющие на процессы окисления ванны, а также формировать требуемый подкласс режима корректирующего управления как по начальным условиям, так и по ходу продувки металла в конвертере. Введение первого блока сравнения, первого порогового элемента, блока двойного совпадения, первого, второго и третьего ключей позволяет реализовать механизм рационального выбора тех или иных необходимых корректирующих воздействий при появлении той или иной нежелательной ситуации в состоянии шлакового режима конвертерной плавки. Сравнение сформированного подкласса (номера) режима корректирующего управления на вновь проводимой плавке с записанными в первом блоке запоминания и выдаваемыми с его первого выхода сигналами нумерации корректирующих фрагментов позволяет, при их совпадении, идентифицировать конкретное корректирующее воздействие в виде корректирующих фрагментов интенсивности подачи кислорода, положения кислородной фурмы, вида и величин порций сыпучих материалов, выдаваемых со второго, третьего и четвертого выхода первого блока запоминания.

Заявляемая блок-схема устройства для управления выплавкой стали в конвертере, отражающая новую совокупность блоков и новые связи между ними, позволяет расширить его функциональные возможности, повысить гибкость управления при появлении угрозы выбросов и за счет этого повысить эффективность управления плавкой в целом.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого устройства, на фиг.2 - блок-схема блока формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки.

Устройство для управления выплавкой стали в конвертере содержит блок 1 оценки угрозы выбросов, вход которого соединен с первым выходом блока 2 датчиков информационно-измерительной системы, второй выход блока 2 датчиков информационно-измерительной системы соединен с входом блока 3 определения времени продувки, выход которого связан с первым входом блока 4 формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки, второй вход которого соединен с третьим выходом блока 2 датчиков информационно-измерительной системы, первый блок 5 сравнения, первый вход которого связан с выходом блока 4 формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки, а второй вход соединен с первым выходом первого блока 6 запоминания, выход первого блока 5 сравнения через первый пороговый элемент 7 связан со вторым входом блока 8 двойного совпадения, первый вход которого соединен с выходом блока 1 оценки угрозы выбросов, выход блока 8 двойного совпадения связан с первым 9, вторым 10 и третьим 11 ключами, через которые второй, третий и четвертый выходы первого блока 6 запоминания связаны с входами блока 12 формирования задания по снижению интенсивности продувки, блока 13 формирования задания по опусканию фурмы и блока 14 формирования задания по присадкам сыпучих материалов порциями, выходы которых соответственно связаны с первыми входами первого 15, второго 16 и третьего 17 сумматоров, вторые входы которых соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока 18 формирования базовых управлений (см., например, Авдеев В.П., Айзатулов Р.С., Мышляев Л.П. и др. Способы расчета масс материалов конвертерного процесса. - М.: Металлургия, 1994, с.79-80), выходы сумматоров 15, 16 и 17 связаны с первым, вторым и третьим входами блока 19 продувки металла кислородом, выход которого являются выходом всего устройства.

Блок 4 формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки включает второй блок 20 запоминания, имеющий пять выходов, второй блок 21 сравнения, предназначенный для сравнения сигнала начала отдельных периодов продувки, подаваемых на его второй вход с первого выхода второго блока 20 запоминания с сигналом текущего времени продувки, подаваемым на его первый вход с выхода блока 3 определения времени продувки, выход второго блока 21 сравнения через второй пороговый элемент 22 связан с четвертям ключом 23, через который третий выход второго блока 20 запоминания связан с входом первого масштабирующего элемента 24, блок 25 расчета теплового начала плавки (см., например, Туркенич Д.И. Управление плавкой стали в конвертере. - М.: Металлургия, 1971, с.79-84), предназначенный для расчета признака ожидаемой температуры ванны начального периода продувки (низкая, нормальная, высокая), своим входом связанный с третьим выходом блока 2 датчиков информационно-измерительной системы, а выходом с первым входом третьего блока 25 сравнения, предназначенного для сравнения признака ожидаемой температуры ванны начального периода продувки с базовыми признаками начала плавки по температурному режиму, подаваемому со второго выхода второго блока 20 запоминания на второй вход третьего блока 26 сравнения, выход третьего блока 26 сравнения через третий пороговый элемент 27 связан с пятым ключом 28, через который четвертый выход второго блока 20 запоминания связан с входом второго масштабирующего элемента 29, пятый выход второго блока 20 запоминания связан с входом третьего масштабирующего элемента 30, выходы масштабирующих элементов 24, 29 и 30 связаны с первым, вторым и третьим входами четвертого сумматора 31, выход которого является выходом блока 4 формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки.

До момента включения устройства в работу информация по режимам корректирующего управления систематизирована для различных вариантов исходного состояния конвертерной плавки и различных периодов продувки металла в конвертере. Формируется обучающая последовательность, которая задана исходным состоянием, наборами корректирующих фрагментов программных траекторий управлений по изменяющимся исходным условиям и условиям продувки металла в конвертере. Отклонения хода продувки от нормального для вновь проводимой плавки оцениваются блоком 1 оценки угрозы выбросов на основе информации блока 2 информационно-измерительной системы по изменению, например, косвенных параметров, таких как интенсивность газообразования СО и CO₂, вибрация корпуса конвертера, интенсивность шумообразования и т.д. В случае появления угрозы выбросов для вновь проводимой плавки осуществляется необходимая корректировка траекторий изменения управляющих воздействий на продувке в виде добавления некоторой, изменяемой во времени поправки (корректирующего фрагмента траектории). В качестве управляющих воздействий рассматриваются конкретные значения интенсивности подачи кислорода (интенсивности дутья), положения кислородной фурмы, вида и веса порции сыпучих материалов на продувке металла в конвертере.

Устройство работает следующим образом. Для вновь проводимой плавки блок 2 информационно-измерительной системы подготавливает данные об исходных параметрах плавки на начало продувки и по ходу продувки металла в конвертере формирует информацию о текущих параметрах, косвенно характеризующих процесс обезуглероживания металла и процесс шлакообразования. В блоке 3 определения времени продувки фиксируется текущее время продувки. В блоке 4 формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки формируется некоторый признак развития ситуации на вновь проводимой плавке, которому, при появлении угрозы выбросов, соответствует подкласс (номер) режима корректирующего управления, значение которого подается на первый вход первого блока 5 сравнения, в котором осуществляется сравнение его с сигналом нумерации корректирующих фрагментов, записанным в первом блоке 1 запоминания и подаваемым с его первого выхода на второй вход первого блока 5 сравнения. При их совпадении срабатывает первый пороговый элемент 7, с выхода которого подается сигнал на второй вход блока 8 двойного совпадения, и при условии возникновения угрозы выбросов, т.е. при появлении сигнала с выхода блока 1 оценки угрозы выбросов на первом входе блока 8 двойного совпадения, сигнал с его выхода подается на первый 9, второй 10 и третий 11 ключи, через которые сигнал рекомендуемого снижения интенсивности кислородной продувки со второго выхода первого блока 1 запоминания, опускания кислородной фурмы с третьего выхода первого блока 1 запоминания и порционные присадки сыпучих материалов с четвертого выхода первого блока 1 запоминания подаются соответственно на входы блока 12 формирования задания по снижению интенсивности кислородной продувки, блока 13 формирования задания по опусканию кислородной фурмы и блока 14 формирования задания по присадкам сыпучих материалов порциями. Выходы блока 12 формирования задания по снижению интенсивности кислородной продувки, блока 13 формирования задания по опусканию кислородной фурмы и блока 14 формирования задания по присадкам сыпучих материалов порциями связаны с первыми входами первого 15, второго 16 и третьего 17 сумматоров, вторые входы которых соединены с первым, вторым и третьим выходами блока 18 формирования базовых управлений, через которые выдаются управляющие воздействия по интенсивности кислородной продувки, положению кислородной фурмы и подаче сыпучих материалов для нормального протекания процесса, тем самым с выходов первого 15, второго 16 и третьего 17 сумматоров осуществляется выдача результирующих (базовых и корректирующих) значений интенсивности кислородной продувки, положения кислородной фурмы и подачи сыпучих материалов для реализации их блоком 19 продувки металла кислородом и управления выплавкой стали в конвертере в целом.

Блок 4 формирования признака плавки по исходному состоянию и периодам продувки работает следующим образом. Второй блок 20 запоминания, имеющий пять выходов, выдает со своего первого выхода временной сигнал начала отдельных периодов продувки, который подается на второй вход второго блока 21 сравнения и сравнивается в нем с сигналом текущего времени продувки, подаваемым с выхода блока 3 определения времени продувки на первый вход второго блока 21 сравнения. В случае их совпадения сигнал с выхода второго блока 21 сравнения, через второй пороговый элемент 22, подается на второй ключ 23, через который третий выход второго блока 20 запоминания подается на вход первого масштабирующего элемента 24, тем самым при достижении текущим временем продувки некоторого значения, соответствующего началу определенного периода продувки, на вход первого масштабирующего элемента 24 подается номер этого периода продувки. На вход блока 25 расчета теплового начала плавки подается информация с третьего выхода блока 2 датчиков информационно-измерительной системы, включающая в себя данные о массах лома и чугуна на вновь проводимую плавку, значениях их температуры, содержания в них отдельных элементов и т.д. С использованием блока 25 расчета теплового начала плавки формируется признак ожидаемой температуры ванны начального периода продувки (низкая, нормальная, высокая). С выхода блока 25 расчета теплового начала плавки признак ожидаемой температуры начала плавки подается на первый вход третьего блока 26 сравнения и сравнивается в нем с базовыми сигналами признаков, подаваемыми на второй вход третьего блока 26 сравнения со второго выхода второго блока 20 запоминания. В случае их совпадения сигнал с выхода третьего блока 26 сравнения через третий пороговый элемент 27 подается на третий ключ 28, через который четвертый выход второго блока 20 запоминания подается на вход второго масштабирующего элемента 29, тем самым при совпадении этих признаков на вход второго масштабирующего элемента 29 подается номер ситуации по тепловому началу плавки. С пятого выхода блока 20 запоминания на вход третьего масштабирующего элемента 30 подается число, используемое как свободный член в выражении для определения подкласса (номера) режима корректирующего управления. Линейная комбинация значений сигналов, выдаваемых с выходов масштабирующих элементов 24, 29 и 30 и подаваемых на вход четвертого сумматора 31, позволяет получить на его выходе номер подкласса режима корректирующего управления, предназначенного для использования его при выборе соответствующих корректирующих фрагментов по снижению интенсивности кислородной продувки, опусканию кислородной фурмы и присадки сыпучих материалов порциями.

Предлагаемое устройство с блок-схемой, отражающей новую совокупность блоков и новые связи между ними, обеспечивает при возникновении угрозы выбросов изменение во времени интенсивности кислородного дутья, положения кислородной фурмы, присадки сыпучих материалов порциями, соответствующее исходному состоянию конвертерной плавки, а также развитию ситуации на продувке, при этом повышается гибкость управления при появлении угрозы выбросов и за счет этого увеличивается эффективность управления плавкой в целом.

Заявляемое устройство промышленно применимо в металлургии, в частности, для управления выплавкой стали в конвертере.