Устройство для управления конвертерной плавкой

 

Изобретение относится к управлению плавкой в кислородном конвертере . Цель изобретения - повьшение производительности конвертера за ; счет сокращения количества выбросов. Устройство для управления конвертор:ной плавкой содержит блок 1 измерения разности потенциалов между фурмой 11 и корпусом 12 конвертера, вычислительный блок 3, блок 4 определения начала продувки, регулятор 5, блок 6. определения положения фурмы,-преобразователь 7 угловой скорости вращения привода фурмы в частоту имиульсов исполнительный механизм 8, причем первый вход блока 1 подсоединен к фурме 11, выходы блока 1 и блока 4 подсоединены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока 3, первый выход которого подсоединен к регулятору 5, выход которого подсоединен к исполнительному механизму 8, выход преобразователя .7 подсоединен к входу блока 6, выход которого подсоединен к регулятору 5. Устройство также снабжено коммутатором 2, контактором 9 и источником 10 тока, причем первый выход источника 10 тока подсоединен к корпусу 12 конвертера и первому входу ко№ утавтора 2, второй выход источника 10 тока через контактор 9 подсоединен к фурме 11, а второй и третий выходы блока 3 - соответственно к управляющему входу контактора 9 и управляющему входу коммутатора 2, выход которого подсоединен к второму входу блока 1. Сокращение количества выбросов достигается введением в данное устройство коммутатора, контактора и источника тока, 3 ил. (Л с to ел 00 00 00 00

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А3

09) (11) (5)) 4 С 21 С 5 30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

r10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3901616/22-02 (22) 24.05.85 (46) 23.09.86. Бюл. М 35 (71) Особое проектно-конструкторское бюро Научно-производственного объединения Черметавтоматика (72) Т. С. Намазбаев (53) 669.184.244(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 779397, кл. С 21 С 5/30, 1978.

Авторское свидетельство СССР

В 775140, кл. С 21 C 5/30, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ КОНВЕРТЕРНОЙ ПЛАВКОЙ (57) Изобретение относится к управлению плавкой в кислородном конвертере. Цель изобретения — повьппение производительности конвертера за . счет сокращения количества выбросов.

Устройство для управления конвертор;ной плавкой содержит блок 1 измерения разности потенциалов между фурмой 11 и корпусом 12 конвертера, вычислительный блок 3, блок 4 определения начала продувки, регулятор 5, блок

6 определения положения фурмы,-преобразователь 7 угловой скорости вращения привода фурмы в частоту имиульсов исполнительный механизм 8» причем первый вход блока 1 подсоединен к фурме ll выходы блока 1 и блока 4 подсоединены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока 3, первый выход которого подсоединен к регулятору 5, выход которого подсоединен к исполнительному механизму 8, выход реобразователя 7 подсоединен к входу блока 6, выход которого подсоединен к регулятору 5. Устройство также снабжено коммутатором 2, контактором 9 и источником 10 тока, причем первый

O выход источника 10 тока подсоединен Е к корпусу 12 конвертера и первому входу коммутатора 2, второй выход источника 10 тока через контактор 9 С" подсоединен к фурме ll а второй и третий выходы блока 3 — соответст- Д венно к управляющему входу контактора 9 и управляющему входу коммутатора 2, выход которого подсоединен к второму входу блока l. Сокращение количества выбросов достигается введе- ® нием в данное устройство коммутатора, контактора и источника тока. 3 ил.

t 1258838 2

Изобретение относится к черной, металлургии, а именно, к контролю, к контролю и регулированию процессов кислородно-конвертерной плавки, и может быть использовано для управления плавкой в кислородно-конвертерНоМ производстве.

Целью изобретения является повышение производительности конвертеров в результате сокращения количества

Ъыбросов.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы изменения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера (а), изменения,выходного напряжения источника тока, подключаемого к электродам— фурме и корпусу конвертера при

dU — >О (б) а также изменения положе(1.1. э ния кислородной фурмы на плавке

Ф 321486 (в).

На фиг, 3 — то же при — (0 (б)

Регулятор 5 может быть представлен, например, в виде регулирующего блока релейного типа, работающего в комплекте с электрическим исполнительным механизмом постоянной скорости, либо в качестве позиционного регулятора. В комплекте с исполнительным механизмом постоянной скорости регулятор 5 формирует ПИ-закон регулирования. Исполнительный механизм 8 может быть представлен, например, в виде двигателя. Источник

10 тока может быть представлен, например, в виде источника тока с но» минальным напряжением 24 В и с номинальным током 36 А. Модуль 13 нормализации предназначен для преобра- зования сигналов постоянного тока в сигналы напряжения и для фильтрации сигналов датчиков от помех нормального вида. Аналого-цифровой преобразователь 14 может быть представлен, 5О например, в ниде модуля аналого-цифрового преобразователя. Бесконтактные модули 18 и 20 кодового управления предназначены для приема и запоминания двоичных сигналов, поступающих

5S из процессора 16, и коммутации, электрических цепей постоянного тока управляемого объекта, в частности, преобразователя код-ток 19, который а также изменения положения кислород ной фурмы на плавке В 321489 (в).

Устройство содержит блок 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, коммутатор

2, вычислительный блок 3, блок 4 опредвления начала продувки, регулятор

5, блок 6 определения положения фурмы, преобразователь 7 угловой скорости вращения привода фурмы в частоту импульсов, исполнительный механизм

8, контактор 9, источник 10 тока, кислородную фурму ll и корпус 12 конвертера.

Блок 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера может быть представлен, например, в виде электрической цепи для измерения разности потенциалов, возникающей между фурмой и корпусом конвертера по ходу продувки. Сигнал на выходе электрической цепи между фурмой и корпусом конвертера имеет место только при контакта фурмы со шлакометаллической эмульсией.

Коммутатор 2 представляет собой, например, транзисторный ключ, в коллекторную цепь которого подключена обмотка реле,. нормально разомкнутые контакты которого коммутируют электрическую цепь от корпуса конвертера с входом блока 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера при наличии сигнала на

l0

25 третьем выходе вычислительного блока 3.

Вычислительный блок 3 (фиг. 1) содержит, например модуль 13 нормализации, выход которого соединен через аналого-цифровой преобразователь 14 с первым входом процессора 15, ко второму и третьему входам которого подсоединены соответственно выходы таймера 16 и модуля 17 ввода инициативных сигналов, первый выход процессора 15 соединен через первый бесконтактный модуль 18 кодового управления со входом преобразователя

19 код-ток, а второй выход процессора 15 соединен со входом второго бес" контактного модуля 20 кодового управления.

Блок 4 определения начала продувки может быть представлен, например, в виде реле отсечного клапана кис- лорода дутья, нормально разомкнутые контакты которого при замыкании подключают источник опорного напряжения к выходу т.е. появляется сигнал, свидетельствующий о начале процесса продувки в конвертере.

I з 1258 преобразует электрические кодированные сигналы в электрический непрерывный сигнал постоянного тока, Устройство работает следующим образом. 5

С момента начала продувки замыкаются контакты реле отсечного клапана кислорода дутья и на выходе блока 4 определения начала продувки появляется сигнал, соответствующий l", 10 который через модуль 17 ввода инициативных сигналов поступает в процессор 15, и со второго выхода процессора 15 появляется сигнал, который по-. ступает на вход модуля 20 кодового управления (бесконтактный) и на третьем выходе вычислительного блока

3 появляется сигнал "1", который поступает на управляющий вход коммутатора 2, Коммутатор 2 коммутирует 20 электрическую цепь от корпуса конвертера со входом блока 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера. На выходе блока

1 измерения разности потенциалов 2 между фурмой и корпусом конвертера появляется сигнал, пропорциональный разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, который поступает на вход модуля 13 нормализа- ЗО ции, сигнал с выхода которого поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 14. Преобразованный сигнал в двоичной форме с выхода аналогоцифрового преобразователя 14 поступа-З

35 ет на вход процессора 15.

В случае появления отрицательной разности потенциалов на выходе блока

1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера в 40 процессоре 15 осуществляется интегрирование сигнала отрицательной разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, и в момент достижения интегралом отрицательной разности1 потенциалов величины 0,09-0,014 мВ» .)fMHH/т (конкретное значение определяется экспериментально) сигнал с. вы-хода процессора 15 поступает иа вход модуля 20 кодового управления (бес- 50 контактный) и на втором выходе вычислительного блока 3 появляется аналоговый сигнал, пропорциональный опусканию фурмы на 10-20Х (конкретное значение определяется эксперимеиталь- но) относительно программного значения. Сигнал с первого выхода вычислительного блока 3 поступает первый

838 4 вход регулятора 5, на другой вход которого поступает аналоговый сигнал с выхода блока 6 определения положения фурмы, пропорциональный текущему значению положения фурмы над уровнем спокойного металла. По выходному сигналу регулятора 5 осуществляется опускание фурмы на 10-20Х относительно программного значения (фиг, 2).

По истечении 0,5-0,8 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходе вычислительного блока 3 появляются сигналы, соответствующие "0" и "1" соответст-венно, что приводит к размыканию электрической цепи контактора 9 и коммутации электрической цепи от корпуса конвертера со входом блока l измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, выходной сигнал которого через модуль 13 нормализации и аналого-цифрового преобразователя 14 поступает на вход процессора 15, в котором определяется производная отрицательной разности потенциалов между фурмой и корпусом

dU конвертера в течение 0 4-0,6 мин дt

У» (конкретное значение определяется экспериментально). Дальнейшее изменение выходных сигналов на выходах вычислительного блока 3 осуществляется в зависимости от значения знака

dU производной о Ь

При определении производной отрицательной разности потенциалов меж ду фурмой и корпусом конвертера (фиг. 2) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 появляются сигналы, соответствующие "1" и "0", что приво. дит к коммутации выхода- источника

10 тока через контактор 9 со вторым электродом — кислородной фурмой и размыканию цепи коммутатора 2, а по первому выходу вычислительного блока 3 выходной сигнал остается неизменным, т.е. фурма находится в неиз- . менном положении, которое на 10-20Х ниже программного. Через 0,7- l 1 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выхо." дах вычислительного блока 3 появляют ся сигналы, соответствующие "0" и

"1" соответственно, что приводит к

S 12 размыканию электрической цепи выхода источника 10 тока через контактор 9 от второго электрода — кислородной фурмы и замыканию цепи коммутатора 2. По первому выходу вычислительного блока 3 выходной сигнал остается неизменным. В дальнейшем по истечении 0,4-0,6 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительното блока 3 появляются сигналы, соответствующие "1" и "0" соответственно, что приводит к коммутации выхода источника 10 тока через контактор 9 со вторым электродом — кислородной фурмой и размыканию цепи коммутатора 2. По первому выходу вычислительного блока 3 выходной сигнал остается неизменным.

Через 0,3-0,4 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора. 15 на втором и третьем выходах. вычислительного блока 3 появляются сигналы, соответствующие "0" и "1" соответственно, что приводит к размыканию электрической цепи выхода источника

10 тока через контактор 9 от второго электрода — кислородной фурмы и замыканию электричек= кой цепи коммутатора 2. По первому выходу вычислительного блока 3 сигнал остается неизменным. В процессоре 15 осуществляется интегрирование сигнала положительной разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, и в момент достижения интегралом положительной разности потенциалов величины 0,08-0,11 мВ мий/т по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 выходные сигналы остаются беэ изменения, а по первому выходу вычислительного блока 3 появляется сигнал, соответствующий подъему фурмы до прежнего программного значения, который поступает на первый вход регулятора 5, после чего Осуществляется подъем фурмы до прежнего программного значения (фиг. 2).

При определении производной отрицательной разности потенциалов межпу фурмой и корпусом конвертера dU

Д1 (фиг. 3).по сигналу от процессора 15 на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 появляются сигналы

58838 а соответствующие "1" и "0" соответст,венно, что приводит к коммутации вы30

45

55

25 хода источника 10 тока через контактор 9 со вторым электродом — кислородной фурмой и размыканию цепи коммутатора 2, а по первому выходу вычислительного блока 3 выходной сигнал остается неизменным.

Через 0,3-0,4 мин (конкретное значение определяется экспериментально) по сигналу от процессора 15 на втОрОм и третьем выходах вычислительного блока 3 появляются сигналы, соответствующие 0" и "1п соответственно, что приводит к размыканию электрической цепи выхода источника

10 тока через контактор 9 от второго электрода — кислородной фурмы и замыканию электрической цепи коммутатора

2. По первому выходу вычислительного блока 3 сигнал остается неизменным.

В процессоре 15 осуществляется интегрирование сигнала положительной разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера, и в момент достижения интегралом положительной разности потенциалов величины 0,080,11 мВ мин/т на втором и третьем выходах вычислительного блока 3 выходные сигналы остаются без изменения, а по первому выходу вычислительного блока 3 появляется сигнал, соответствующий подъему фурмы до прежнего программного значения, который поступает на первый вход регулятора 5, посла чего осуществляется подъем фурмы до прежнего программного значения (фиг. 3).

В дальнейшем по ходу плавки анализируются текущие значения выходного сигнала блока 1 измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера в процессоре 15, При прогнозировании выбросов изменения вы-. ходньп: сигналов вычислительного блока 3 осуществляются по приведенному алгоритму. Таким образом подавляются выбросы и переливы шлакометаллической эмульсии из конвертера.

Управление конвертерной плавкой с помощью устройства основано иа следующих теоретических предпосылках.

Шлаки сталеплавильных процессов

СОСТОЯТ ИЭ ИОНОВ ПОЛОЖИТВЛЬНО И ОТ рицательно заряженных частиц.

При продувке металла в конвертере при наведенном шлаке фурма погружена в шлакометаллическую эмульсию. В этом

2О(л) = 0(ие т) + 2е

15

7 1258 случае кислород, поступающий из фурмы, способствует образовании большого количества ионов кислорода О в шлаке.

В связи с тем, что энергия связи иона кислорода с металлом велика, определенное количество ионов 0 переходит в металл по реакции

Переход анионов кислорода в металл сопровождается одновременным переходом катионов железа в металл:

2+ 2—

Fe + 0 = Fe + С (шл) (Urn) (нет) (нет) При этом двойной электрический слой и связанный с ним скачок потенциала на границе раздела металл-шлак 2п не исчезает, так как тенденции к пе 2- 2+ ремещению в металл у ионов О и Fe различны и определяются их энергиями связи с фазами. Если это стремление 2- 1+ больше у иона О, чем у Зэ, то обра- 25 зуется двойной электрический слой с отрицательным зарядом на металле и положительным в шлаке. Отрицательный заряд металла тормозит переход

2- 2+

0 и облегчает переход Fe 30

В случае большей тенденции к переходу в металл ионов Fe полярность

2+ в двойном электрическом слое обратная (в металле положительный заряд, а шлаке — отрицательный);, 35

На основании изложенного следует

9 что при продувке металла в конвертере при нормальном ее ходе шлак должен иметь положительный заряд,.а металл .отрицательный, Однако при бурном 4О вспенивании шлакометаллической эмульсии возможны случаи, когда металл имеет положительный заряд, а шлак— отрицательный (ситуация, когда шлак переокислен), В последнем случае на участке измерительной цепи фурма — корпус конвертера появляется отрицательная разность потенциалов относительно корпуса конвертера, изменение которой характеризуЕт процесс шлакообразования, а именно степень переокисленности шлака. Через промежуток времени(6095-0,7 мин) после достижения значением интервала отрицательной разности потенциалов некоторого критического значения возникают выбросы металла и шлака из конвертера. При

838 8 значениях интеграла отрицательной разности потенциалов меньше критического опасность возникновения выбросов отсутствует. Определение критического значения интеграла отрицательной разности потенциалов осуществляют на 20-25 плавках путем сопоставления его величины с визуальными наблюдениями за наличием выбросов, Интегрирование отрицательной разности потенциалов позволяет оценить величину переокисленности шлака, которая в период активного обезуглероживания расплава приводит к возникновению выбросов.

Выбросы можно исключить путем опускайия фурмы или присадок извести.

Однако опускание фурмы в момент, когда выбросы уже начались, не дает мгновенного эффекта. По этой причине фурму необходимо опускать с некоторым опережением момента начала выбросов, Момент опускания фурмы должен совпадать с моментом достижения интегралом отрицательной разности потенциалов критического значения, которая для большегрузных конвертеров составляет 0,09-0914 мВ мин/т, Проведенны)ми на большегрузных конвертерах исследованиями установлено, что опускание фурмы в момент достижения величиной интеграла отрицательной разности потенциалов критического значения (момент В, на фиг. 2) менее 207 от программного значения не исключает возникновения выбросов, так как наблюдаемое при этом перераспределение кислорода дутья между шлаком и металлом недостаточно для снижения переокисленности шпака. Опускание же фурмы на величину более 207 от программного значения, приводит к резкоI му <сворачиванию, шлака, в результате чего наблюдаются выносы из конвертера, заметалливание фурмы, а также ее прогар.

На основании экспериментальных исследований установлено, что эффективное подавление выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии из горловины конвертера можно осуществить путем кратковременных подключений к электродам — изолированной кислородной фурме"и корпусу конвертера источника тока положительной полярности относительно корпуса конвертера в сочетании с опусканием

58838 10 ванной кислородной фурме и корпусу конвертера источник тока положитель5

20

25 лом и шлаком.

ЗО

0,6 мини при — > 0 повторно подклюdt чают к электродам источник тока в течение 0,7-1,1 мин. затем через 0,40,6 мин повторно подключают к электро дам источник тока в течение 0,3"- .

0,4 мин, С момента времени С измеряют значение интеграла положительной разности потенциалов и .в момент времени Н, соответствующий достижению интегралом величины 0;08"0,11 мВ мии/т, фурму вновь поднимают до программного значения.

Если при измерении производной отрицательной разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертере

9 12 фурмы на 207 относительно программного значения.

Действительно, подключение внешнего источника тока тормозит переход

2ионов 0 и облегчает переход ионов

2+

Fe в металл, т.е. происходит уменьшение поступления кислорода из шлака в металл и скорость обезуглероживания снижается, что приводит к уменьшению газовыделения и дальнейшее бурное вспенивание шлакометаллической эмульсии прекращается.

На основании проведенных экспериментальных исследований разработан алгоритм кратковременных подключений к электродам - изолированной кислород ной фурме и корпусу конвертера источника тока положительной полярности относительно корпуса конвертера в сочетании с опусканием фурмы на 20Хотносительно программного значения.

В момент достижения интегралом отрицательной разности потенциалов критического значения (момент В на фиг. 2} прекращают интегрирование регистрируемого сигнала, опускают фурму на 10-20Х относительно программного значения и подключают к элект-. родам — изолированной кислородной фурме и корпусу конвертера источник тока положительной полярности относительно корпуса конвертера в течение 0,5-0,8 мин, С момента времени С осуществляют измерение производной отрицательной разности потенциалов между фурмой. и корпусом конвертера в течение 0,4с момента времени С вЂ” с 0 (фиг. 3)

dU

dt то в момент времени d повторно ., подключаю к электродам — изолироной полярности относительно корпуса конвертера в течение 0,3-0,4 мин, затем измеряют значение интеграла положительной разности потенциалов и в момент достижения интегралом величины 0,08-0,11 мВ.мин/т фурму вновь поднимают до программного зйачения.

При проведении эспериментальных исследований на 24Х от общего количества опытных плавок подавление выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии осуществлялось по схеме, изображенной на фиг. 2. На остальных опытных плавках поДавление выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии осуществлялось по схеме, приведенной на фиг. 3.

Устройство позволяет эффективно подавлять возникновение выбросов и переливов шлакометаллической эмульсии из конвертера, что особенно важно для условий конвертерного передела фосфористого чугуна, когда плавка проводится под максимально вспенен.ным шлаком, способствующим более полному завершению реакций между металТехническая эффективность от использования устройства состоит в том, что оно позволяет повысить производительность конвертеров в результате сокращения количества выбросов. формула изобретения

Устройство для управления конвертерной плавкой, содержащее блок измерения разности потенциалов, между фурмой и корпусом конвертера, вычислительный блок, блок определения начала продувки, регулятор, блок определения положения фурмы, преобразователь угловой скорости вращения привода фурмы в частоту импульсов, исполнительный механизм, причем первый вход блока измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера подсоединен к фурме, выходы блока измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера и блока определения начала продувки подсоединены соответственно к первому и второму входам вычислительного блока, первый выход которого подсоединен к первому входу регулятора, выход которого подсоединен к исполнительному механизму, выход преобразоI2

1258838

1

1 i I I

<+a

1 !

ffp

I

t, Pfllhr

Составитель Г. Демин

Редактор Н. Егорова Техред М.Ходанич Корректор Л. Пилипенко

Заказ 5086/25

Тираж. 552 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам. изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 вателя угловой скорости вращения привода фурмы в частоту импульсов подсоединен к входу блока определения положения фурми, выход которого подсо" единен к второму входу регулятора,. 5 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения производительности конвертера за счет сокращения количества выбросов, оно снабжено коммутатором, контактором и источником то- !О ка, причем первый выход источника тоI ка подсоединен к корпусу конвертера и к первому входу коммутатора, второй выход источника тока через контактор подсоединен к фурме, а второй и третий выходы вычислительного. блока подсоединены соответственно к управляющему входу контактора и управляющему входу коммутатора, а выход последнего подсоединен к второму входу блока измерения разности потенциалов между фурмой и корпусом конвертера.