Система управления конверторным процессом

 

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ КОНВЕРТЕРНЫМ ПРОЦЕССОМ, содержащая датчики давления, установленные под подвижной заслонкой кессона и соединенные через блок сравнения и регулятор с приводом заслонки, установленной в газоходе, отличающаяся тем, что, с целью увеличения т роизводительности процесса и надежности работы оборудования за счет предотвращения взрывоопасных ситуаций в газоходе, она дополнительно содержит газоанализаторы на кислород, окись и двуокись углёгрода и воду в отходящих газах, регулятор положения подвижной заслонки кессона, регулятор подачи нейтрального газа в газоход, датчик положения конвертера, исполнительный 1еханизм подачи нейтрального газа в газоход, причем газоанализаторы на кислород, воду, окись и двуокись углерода соединены через регулятор положения подвижной заслонки кессона с приводом заслонки кессона и соединены также СО с регулятором подачи нейтрального газа в газоход, который соединен с датчиком положения конвертера и исполнительным механизмом подачи нейтрального газа в газоход.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ ИЦ% °

РЕСПУБЛИК

Ос9 Н1) <бр С 21 С 5/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К IlATEHTV

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

21) 1865268/22-02

22) 19. 12. 72 (31) 209953 (32) 20.12.71 (33) США (46) 30.06.84. Бюл. Р 24 (72) Курт Баум, Ерг Петер Баум (ФРГ), Жан К.Перс (Великобритания) и Давид

Шредер (США) (71) Пеннсильвания Инжениеринг

Корпорейшн (США) (53) 669. 184.224(088.8) (56) 1. Патент Франции N 1549489, кл. С 21 С 5/40, 1968. (54)(57) СИСТЕИА УПРАВЛЕНИЯ КОНВЕРТЕРНЫИ ПРОЦЕССОМ, содержащая датчики давления, установленные под подвижной заслонкой кессона и соединенные через блок сравнения и регулятор с приводом заслонки, установленной в газоходе, отличающаяся тем, что, с целью увеличения производительности процесса и надежности работы оборудования за счет предотвращения взрывоопасных ситуаций в газоходе, она до-. полнительно содержит газоанализаторы на кислород, окись и двуокись угле-. рода и воду в отходящих газах, регулятор положения подвижной заслонки кессона, регулятор подачи нейтрального rasa в газоход, датчик положения конвертера, исполнительный механизм подачи нейтрального rasa в газоход, причем газоанализаторы на:кислород, воду, окись и двуокись углерода соединены через регулятор положения подвижной заслонки кессона с приводом 9 заслонки кессона и соединены также с регулятором подачи нейтрального газа в газоход, который соединен с датчиком положения конвертера и исполнительным механизмом подачи нейт- Я рального газа в газоход.

1 11О1

Изобретение относится к конвертерному способу выплавки стали путем переплавки чугуна в сталь в конвертерах.

В конвертерных процессах во время дутья выделяются газы, Первичными газами в процессе с нижним дутьем являются окись углерода (СО), двуокись углерода (СО ), водород и пары воды, соотношение между которыми меняется в процессе плавки. В основном эти газы поступают в расположенный над конвертером кессон, Кессон отделен от конвертера зазором и в него попадает воздух, под действием которого происходит сгорание СО и

Н, и продукты сгорания газов пропускаются через газоочистную систему, снабженную воздуходувкой, выходя иэ которой они через дымовые трубы выбрасываются в атмосферу. При сгорании газов происходит испарение железа из ванны в зонах с высокой температурой, и железо сначала окисляется до эакиси, а затем и до окиси железа (Ге О ), которая вместе с продуктами сгорания и излишком воздуха поступает в систему очистки. Для очистки больших количеств образующихся газов и дыма тре30 буется сложная и дорогостоящая систе. ма очистки с мощными воздуходувками с большой производительноетью и давленйем, которая должна обеспечить очистку газон в соответствии с жесткими требованиями на чистоту выбрасы-35 ваемых в атмосферу газов. Процесс выплавки стали с нижним кислородным дутьем отличается от процесса выплавки стали с верхним дутьем меньшим количеством образующихся паров железа и более тонкой дисперсией частиц железа в отходящих газах. Поэтому в этом процессе необходимо испольэовать систему очитски без сгорания выходящих иэ конвертера газов, для того чтобы избежать окисления железа и распыления его частиц в воздухе, что дает известные преимущества, связанные с более высокой агломерацией и более высокими смачивающими свойства-Я1 ми частиц, представляющих собой в основном неокисленное или полуокисленное (Fe, FeO, Fe>Og) . Кроме того, такая система имеет определенные экономические преимущества, так как в ней образуется меньшее объемное количество газа с минимальной концентрацией пыли в отходящих газах, 177 2 что позволяет достаточно экономично удовлетворить существующие требования на чистоту выбрасываемых в атмосферу газов.

Наиболее близкой к изобретению является система управления конвертерным процессом, содержащая датчики давления, установленные под подвижной заслонкой кессона и соединенные через блок сравнения и регулятор с приводом заслонки, установленной в гаэоходе $1).

Такая система очистки (беэ сгорания выходящих иэ конвертера газов) позволяет обеспечить безопасное собирание, очистку и последующее использование выходящих из конвертера газов в качестве источника тепловой энергии.

Цель изобретения — увеличение производительности процесса и надежности работы оборудования эа счет предотвращения взрывоопасных ситуаций в гаэоходе.

Указанная цель достигается тем, что система управления конвертерным процессом, содержащая датчики давлеМия, установленные под подвижной заслонкой кессона и соединенные череэ блок сравнения и регулятор с приводом заслонки, установленной в газоходе, дополнительно содержит газоанализаторы на кислород, окись и двуокись углерода и воду в отходящих газах, регулятор положения подвижной заслонки кессона, регулятор подачи нейтрального газа в газоход, датчик положения конвертера, исполнительный механизм подачи нейтрального газа в газоход, причем газоанализаторы на кислород, воду, окись и двуокись углерода соединены через регулятор положения подвижной заслонки кессона с приводом заслонки кессона и соединены также с регулятором подачи нейтрального газа в газоход, который соединен с датчиком положения конвертера и исполнительным механизмом подачи нейтрального газа в газоход.

В изобретении предлагается система для независимого определения различных компонентов газа и продуктов сгорания, таких как водород, пары воды, окись углерода н углекислый гаэ, которые образуются в конвертере с нижним дутьем, в котором используются жидкие углеводороды. Эта система анализа обладает высокой чувст3 11011 вительностью и обеспечивает контроль за процессом в условиях резких изменений его отдельных параметров.

Предлагается мгновенно (меньше, чем за секунду) измерять парциальное давление кислорода и определять стехиометрию горения газовой фазы и использовать эти сигналы для управления процессами сбора и очистки газов °

Изобретение предусматривает сов- 1О местную работу датчика парциальиого давления кислорода и датчика инфракрасного излучения, который измеряет концентрации СО, СО и Н О и имеет быстродействие менее. 5 с. Сигналы от датчика парциального давления кислорода и инфракрасного датчика исполь-. зуются для управления процессом перемещения заслонки кессона и установки

-заданного зазора между заслонкой кес- 2О сона и конвертером.

Предлагаемая система защиты атмосферы от дымовых газов работает при повороте конвертера во время его,заслонки и при выпивании из него вы- 25 плавленной стали, т.е. когда горловина конвертера не находится под основным газосборным кессоном, На фиг.1 представлена схема конвертера с нижним кислородным дутьем вместе с вспомогательными системами для сбора и очистки газа; на фиг.2.— графики зависимости от времени объемов первичных, частично сгоревших отходящих газов и объемов собираемогоЗ5 ,/ .газа, используемого в дальнейшем в качестве источника тепловой энергии.

На фиг. 1, показан конвертер 1 с нижним кислородным дутьем, состоящий из металлической обечайки 2 с внут- 40 ренней огнеупорной футеровкой 3 и верхним выходным отверстием 4. В нижней части обечайки, расположен короб 5 с коллектором 6 для подачи в конвертер газа и порошкообразного . 45 флюса. Газ вместе с флюсом инжектируется под давлением в находящийся в конвертере расплавленный металл с помощью форсунок 7, которые входят s . расположенные в днище конвертера фур. 5О менные отверстия 8. Газ и порошкообразный флюс под действием избыточного давления поднимается вверх, про= ходя через находящуюся в конвертере массу расплавленного металла, в кото-55 ром протекают стехиометрические реакции между находящимися в расплавленном металле элементами и активными

77 4 газами (кислородом) и флюсом. Инертные газы свободно проходят через расплавленный металл и выходят иэ конвертера -. реэ его верхнее выпускное отверстие. Конвертер 1 закреплен в поворотном кольце 9, которое имеет цапфы 10 и 11, установленные в опорах (не показаны). С помощью связанных с приводом цапф конвертер может поворачиваться для удаления иэ него шлака и для выпивки расплавленного металла через сливное отверстие 12.

Газы, жидкие продукты и порошки подаются в коллектор 6 по трубе 13, соеДиненной с полой цапфой 10, к которой подходит подводящая труба 14, Такая конструкция обеспечивает инжекцию газов и порошкообразных флюсов в конвертер, когда он находится в вертикальном положении, а когда конвертер находится в наклонном положении, то в него можно подавать только газы. Над верхним выходным отверстием конвертера расположен колпак 15 с водяным охлаждением. Колпак имеет подвижный кожух 16, который может подниматься и опускаться относительно конвертера, изменяя величину кольцевого зазора между конвертером и колпаком.

Через коллектор 6 в нижнюю часть конвертера инжектируются следующие газы: 0, и Al (аргон), воздух и

СН (для образования газообразных или парообразных углеводородов). Газы подводятся к конвертеру по трубе 14.

Жидкие углеводороды постоянно инжектируются в конвертер вокруг струи кислорода через фурменные отверстия, расположенные в днище конвертера. Углеводороды защищают футеровку днища конвертера от быстрого выхода из строя.

Порошкообразные флюсы подаются в конвертер иэ емкости 17. В действительности подача в конвертер флюсов прбизводится из нескольких емкостей, в которых хранятся различные порошкообразные материалы, такие как негашенная известь, известняк, плавиковый шпат, а также окись железа, десульфуризаторы и другие добавки. Для введения в конвертер определенных количеств этих материалов используются в качестве среды-носителя либо кислород, либо азот. Емкость 17 сообщается с кислородной трубой и снабжена смесителем 18, из которого кислород

110117 7 вместе с диспергированным в нем порошком поступает по трубе 19 в глав-, ную подводящую трубу 14, соединенную с конвертером.

Колпак 15 с водяным охлаждением соединен воздуховодом 20, также имеющим водяное охлаждение, с .сатуратором-диффузором 21, в котором производится охлаждение отходящих газов до температуры насыщения при заданном «О давлении. В сепараторе 22 происходит отделение от газов воды, после чего газы по трубе 23 подаются во второй диффузорный скруббер 24 для окончательной очистки и регулирования рас- 13 хода газов. За скруббером 24 установлен капельный сепаратор 25 со сборни" ком 26, иэ которого вода по трубе вновь подается на вход Н.cатуратop диффуэор 21. Выходящий из сепаратора 20

25 газ попадает в трубу 27, в которой установлена воздуходувка 28, которая нагнетает газ в трубу 29, в верхней части которой установлена горелка 30. 2%

Газы для датчиков 31 (датчик РО ) и 32 (инфракрасный анализатор СО, СО, Н О) можно отбирать либо в колпаке, либо после второго скруббера.

Электрические сигналы от датчика ЗЗ зо давления используются для управления двигателем, регулирующим сечение второго диффузорного скруббера 24.

В начале продувки сечение второго диффузорного скруббера 24 задается с помощью указателя 34. Когда концентрация СО+Н возрастает и имеет место сгорания газа, обусловленное попаданием в газ воздуха черкез зазор между колпаком и конвертером (кожух 16 колпака поднят), датчик

31 РО фиксирует изменение состава газа (возможно его возгорание). При достижении стехиометрической точки сгорания и наличия инертной газовой пробки (определяется датчиком 31) сигнал от .датчика 31 используется для опускания кожуха 16. Кожух 16 продолжает опускаться до тех пор, пока давление под колпаком, измеренное датчиком 33 и определенное по манометру 35, не станет равным предварительно заданному разряжению, которое задается с помощью показывающе го прибора 36; После этого регулирование разряжения в системе сбора и . 55 очистки газа осуществляется путем изменения сечения второго регулирующего скруббера 24.

При выплавке высокоуглеродистых сталей или при поворачивании конвер-. тера, когда концентрация СО+Н резко возрастают, указатель 37 положения конвертера подает сигнал к клапану 38 азота, который автоматически открывается. Под колпак подается азот и концентрации СО+Н снижаются до безопасных.

Кроме того, клапан 38 переключается по сигналам от датчиков 31 и 32 в том случае, когда состав газов станет близким к опасному (возможен взрыв) из-эа присутствия в нем кислорода и больших количеств СО+Н, повышающих теплотворную способность газа. Дым, образующийся в результате испарения железа при поворотах конвертера или при его загрузке и выгрузке, собирается в основном колпаке 15 и вспомогательном колпаке 39, который соединен трубой 40 через заслонку 41 с трубой 23, ведущей к второму скрубберу 24. При наклоне конвертера по сигналу от указателя 37 положения заслонка 41 открывается, а заслонка первого сатуратора-диффузора 21 закрывается до минимального уровня, определяемого положением конечных выключателей. Дым из дополнительного колпака очищается в скруббере 24 и частично в сатураторе-диффузоре 21, проходя через них с помощью воздуходувки 28.

На фиг.2 показаны две зависимости объемов первичных и частично сгоревших отходящих газов и отбираемого из системы rasa от времени цикла плавки, одна из которых относится к предлагаемому процессу, а другая— к известным процессам плавки с кислородным дутьем.

Диаграмма известного процесса (конвертер с верхним кислородным дутьем) показана на диаг. 2А. Этот про- цесс начинается с подачи в конвертер атмосферного воздуха (перед дутьем).

Этот воздух используется для горения

8 начале процесса продувки и образует инертную пробку, время существования которой зависит от объема поступившего в систему воздуха. Для безопасности и лучшей работы контрольноизмерительных приборов колпак в такой системе закрывается с некоторым запаздыванием, что связано с работой обычного анализатора кислорода, определяющего фактическое содержание кис11011 лорода в газе. Когда концентрация кислорода достигнет безопасного уровня, кожух колпака вручную опускается (область 42) и выходящие газы (кривая 43) будут состоять в основном из СО с небольшими количествами азота и углекислого газа. Собирание газа начинается в тот момент (точка 44), когда его теплотворная способность достигнет заданной величины. Сбор га- 10 зов происходит в процессе продувки до тех пор, пока концентрация СО в газе не достигнет минимального допустимого (с точки зрения теплотворной способности газа) уровня (точка 45). 15

Через некоторое время колпак поднима" ется (область 46) и начинается полное сгорание газа до тех пор, пока в нем вообще не останется окиси углерода. Одновременно в системе образует- 2{} ся инертная газовая пробка (перед подсосом в систему воздуха, область

47, после окончания границы раздела продувки 48. Длительное время образования инертной пробки в начале и в конце. цикла приводит к уменьшению продолжительности времени отбора из системы газа (область 49) по сравнению с циклом, осуществляемым в предлагаемой установке. 30 Преимущества предлагаемой системы четко проявляются при рассмотрении .диаграммы, показанной на диаг.. 2Б.

Использование датчика 31 парциально.го давления кислорода (фиг.1) позволяет очень точно определить стехиометрическую точку сгорания и быстро обнаружить отсутствие в газе кислорода, т.е. ойределить момент образования инертной газовой пробки. Высокая

77, 8 надежность этого датчика делает воз можной работу системы очистки газа до начала продувки (граница раздела

50) с небольшим количеством воздуха (область 51). Этот воздух использует- ся для сгорания газа и образования инертной газовой пробки (область 52), причем продолжительность существования в системе газовой пробки и ее объем существенно снижаются за счет применения упомянутых датчиков, обладающих высокой чувствительностью. В этом варианте также появляется возможность автоматически управлять перемещением кожуха колпака (область

53), что является одной из важных положительных особенностей. Образую- щийся газ состоит в основном из СО и

Н с небольшими количествами Н20, С02 и N2 (кривая 54). Безопасный отбор газа начинается с того момента (точка 55), когда его теплотворная способность достигнет заданного уровня. Сбор газа продолжается во время продувки и прекращается в тот момент, когда его теплотворная способность достигнет минимально допустимой величины (точка 56). Применение высокочувствительного инфракрасного анали« затора вместе с высокочувствительным датчиком парциального давления кислорода позволяет фиксировать эти моменты с высокой точностью. После прекращения отбора газа по сигналу от датчика 31 (фиг.1) колпак открывается (область 57) и в системе образуется инертная газовая пробка (область 58), а затем после окончания продувки (граница раздела 59) в систему вновь подается воздух (область .60).

1101177

1101177

Составитель А.Абросимов

Редактор М.Петрова Техред А. Бабинец Корректор И.Эрдейи

Ф

Заказ 4602/45 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раудская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4