Способ установки фурмы для продувки расплава в ковше в положении продувки

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам управления режимом продувки расплавов в ковшах газами, например, азотом либо аргоном. В фурму подают инертный газ с тем же расходом, что и во время продувки. Опускают фурму в расплав с заданной скоростью при одновременной подаче инертного газа. Остановку фурмы в положении продувки на заданной глубине осуществляют на основе анализа динамики изменения зависимости давления от времени. На сглаженной зависимости в темпе с процессом находят точку перегиба, соответствующую моменту касания соплом зеркала расплава. По отношению заданной глубины погружения фурмы в расплав к известной скорости опускания фурмы рассчитывают интервал времени, необходимый для достижения фурмой положения продувки. По истечении этого интервала времени опускание фурмы прекращают. В течение всего периода установки фурмы в состоянии продувки поддерживают номинальное значение расхода газа. Способ позволяет повысить точность установки фурмы в положении продувки независимо от уровня расплава в ковше, длины фурмы и степени заметалливания сопла. 2 ил.

Изобретение относится к металлургическому производству, в частности к способам управления режимом продувки расплавов в ковшах газами, например, азотом либо аргоном.

Известен способ внепечной обработки стали, при котором продувку металла в ковше нейтральным газом в течение 1 - 2 мин ведут при положении сопла фурмы на расстоянии от днища 0,05 - 0,1 высоты H уровня расплава в ковше, затем фурму перемещают вверх, устанавливают ее сопло в металле на расстоянии от поверхности расплава 0,2 - 0,3 H и продувку ведут при этом положении фурмы в течение 1 - 3 мин, после чего фурму перемещают в первоначальное положение и металла продувают в течение 2 - 5 мин [1].

К недостаткам способа относится следующее. К глубине погружения сопла фурмы в расплав H_M предъявляются жесткие требования. В то же время высота зеркала расплава в ковше меняется от плавки к плавке, от ковша к ковшу. Поэтому даже при строго определенных длине фурмы и положении каретки по вертикали глубина погружения сопла в расплав колеблется в широких пределах. Это не позволяет точно установить фурму в положении продувки (на требуемое значение H_M), что снижает эффективность внепечной обработки стали. Кроме того, перед установкой фурмы требуется точно измерить длину фурмы, что усложняет процесс установки.

Поскольку при опускании в расплав конец фурмы, как правило, недоступен для визуального контроля, то даже визуальная оценка фактической глубины погружения фурмы невозможна.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ использования устройства для рафинирования расплавов, при котором предварительно идентифицируют зависимость давления перед фурмой от H_M, подают в фурму инертный газ, измеряют давление газа перед фурмой, устанавливают зависимость давления перед фурмой от H_M с помощью дросселя, с учетом возможного металлостатического напора в ковше, задают постоянное давление инертного газа на выходе стабилизатора, постепенно с заданной скоростью и при одновременной подаче инертного газа опускают фурму в расплав до требуемой H_M, при этом давление перед фурмой и на выходе редукционного клапана постепенно растет в функции H_M, а сам H_M оценивают по величине давления, после опускания фурмы в положении продувки на заданной глубине ее погружения в расплаве величину давления на ее входе запоминают и расход инертного газа увеличивают до номинального [2].

В отличие от традиционного способа установки фурмы по положению каретки при заранее известной длине формы, здесь использован способ установки по величине давления P перед ней. Изменение H_M приводит к изменению давления P. При этом не важно, изменилась ли H_M за счет колебания длины фурмы, либо из-за изменения положения зеркала расплава.

К недостаткам способа относится то, что опускание в расплав более холодной фурмы приводит к быстрому заметалливанию З сопла - намораживанию своеобразной металлической диафрагмы на конце трубы с постепенным по мере продолжения продувки уменьшающимся отверстием. Скорость намораживания от плавки к плавке не постоянна и зависит от температур расплава и фурмы, химсоставов стали и сопла, конструкций сопла и ковша, градиента температуры в расплаве, положение фурмы в ковше, скорости опускания фурмы и т.д. Изменение З может приводить к колебанию давления P перед фурмой от величины, соответствующей H_M (при отсутствии З) до магистрального (при полном заметалливании сопла).

Поэтому с гарантией судить о H_M по величине P можно судить лишь в момент касания сопла зеркала расплава, т.е. пока заметалливания нет. Дальнейшее использование зависимости H_M от P при управлении перемещением фурмы в положение продувки может приводить к низкой точности ее установки. Точность тем ниже, чем больше З в соответствующие моменты времени отличается от З во время экспериментальной оценки зависимости P от H_M. Использование же теоретической зависимости P от H_M при установке фурмы вследствие влияния З приводит к еще большей погрешности, т.к. вообще не учитывает степени заметалливания. Теоретический учет З практически невозможен.

Кроме того, опускание фурмы с низким (1 - 2% от номинального) расходом инертного газа способствует быстрому росту З, так как при этом скорость истечения струи газа из сопла оказывается низкой. Механическое воздействие струи на З мало, и процесс разрушения вновь образующегося намороженного слоя металла протекает малоэффективно.

При прохождении корки шлака фурмой также возможно перекрытие отверстия (или отверстий) сопла твердыми образованиями шлака.

Целью патента является повышение точности установки фурмы для продувки расплава в ковше в положение продувки.

Сущность изобретения заключается в том, что способ установки фурмы для продувки расплава в ковше в положении продувки включает подачу в фурму инертного газа, измерение давления инертного газа перед подачей в фурму, опускание фурмы в расплав с заданной скоростью при одновременной подаче инертного газа, остановку фурмы в положении продувки на заданной глубине ее погружения в расплав на основе анализа характеристики давления инертного газа, дополнительно - подачу в фурму инертного газа с тем же расходом, что и во время продувки, остановку фурмы в положении продувки на основе анализа динамики изменения зависимости давления от времени, получение при этом сглаженной зависимости давления от времени, нахождение в темпе с процессом на сглаженной зависимости точки перегиба, соответствующей моменту касания соплом зеркала расплава, расчет по отношению заданной глубины погружения фурмы в расплав и скорости опускания фурмы, интервала времени, необходимого для достижения фурмой положения продувки, и, по его истечению, остановку фурмы.

Перед погружением фурмы в расплав устанавливается и регистрируется номинальный расход газа. Начиная с момента касания соплом зеркала (поверхности) расплава, металлостатический напор столба расплава будет оказывать дополнительное сопротивление потоку истекающего газа. Давление перед фурмой P растет. Точка перегиба на сглаженной зависимости P от времени t характеризует время касания и величину давления до входа фурмы в расплав.

Точка перегиба в момент касания соплом расплава определить технически сложно, однако ее можно найти ретроспективно. Если сглаженная кривая давления стабильно начала отклоняться в большую сторону относительно давления, имевшего место до опускания фурмы, то это свидетельствует о наличии точки перегиба. Моментом времени ее появления t_п является момент, предшествующий появлению первого отклонения сглаженного давления.

Поскольку скорость опускания фурмы V_o постоянна и заранее известна, то имея заданную глубину погружения ее в расплав H_M, можно найти и отрезок времени Δt, по истечении которого фурма установится в требуемое положение продувки: .

Определив t_п, в оставшееся до опускания фурмы время можно рассчитать и момент времени ее остановки: t_к= t_п+Δt (2) .

Так как отсчет времени погружения фурмы ведется от ее фактического конца, то уровень расплава в ковше, длина фурмы, ее укорочение при эксплуатации на точность установки не влияет.

Способ позволяет осуществлять точную установку фурмы в положении продувки независимо от начальной и текущей степени заметалливания З сопла, что важно при повторном ее использовании. Длина фурмы и ее укорочение в результате эксплуатации также не влияет на точность установки в состоянии продувки.

Опускание фурмы в расплав при номинальном расходе газа (тем же, что и во время продувки) позволяет снизить З как за счет интенсивного разрушения намораживающейся на сопло диафрагмы, так и предотвращения забивания сопла твердыми кусками шлака.

Сглаживание зависимости P от H_M позволяет отфильтровать колебания P, происходящие за счет случайной помехи.

На фиг. 1 приведена временная зависимость давления на входе фурмы при установке ее в положение продувки; на фиг. 2 - пример устройства для реализации способа.

На фиг. 1 обозначено: 1 - контролируемый сигнал давления; 2 - сглаженная временная зависимость давления; 3 - теоретическая кривая изменения давления; А(t_п; P_п) - точка перегиба; Б(t_к; P_к) - точка на теоретической кривой давления, соответствующая достижению фурмой положения продувки; C(t_к; P_кф) - точка на сглаженной зависимости давления, соответствующая тому же моменту времени.

На фиг. 2 обозначено: 1 - стабилизатор расхода инертного газа; 2 - датчик давления; 3 - регистратор давления; 4, 10 и 17 - пороговые элементы; 5 и 18 - триггеры; 6 - ключ; 7 - сглаживатель; 8 и 15 - элементы сравнения; 9 - коммутатор; 11 - генератор тактовых импульсов; 12 - элемент И; 13 - блок памяти; 14 - счетчик импульсов; 16 - усилитель; 19 - датчик положения; 20 - фурма; 21 - ковш с расплавом; H_M - глубина погружения фурмы в расплав.

Вход стабилизатора 1 соединен с подачей инертного газа. Стабилизатор 1 через датчик 2 соединен газопроводом с фурмой 20.

Датчик давления 2 через регистратор давления 3, ключ 6, сглаживатель 7, элемент сравнения 8 соединен с коммутатором 9. Одновременно выход регистратора 3 через пороговый элемент 4, элемент И 12 и триггер 5 подключен к управляющему входу ключа 6. Второй вход элемента И соединен с датчиком положения 19. Выход сглаживателя 7 через блок памяти 13 подсоединен ко второму входу элемента сравнения 8. Положительный выход коммутатора 9 через пороговый элемент 10, генератор тактовых импульсов 11, счетчик импульсов 14, элемент сравнения 15, пороговый элемент 17, триггер 18 соединен с выходом устройства. Отрицательный выход коммутатора 9 подключен к управляющему входу сброса счетчика импульсов 14. Второй вход элемента сравнения 15 соединен с выходом усилителя 16. Два входа усилителя 16 предусматривают подачу на них сигналов о H_M и V.

В качестве технической базы устройства используются, например, следующие элементы. Регистратор давления 3 - самопишущий прибор типа МСТ-712; пороговые элементы (компараторы) 4 и 10 - на микросхеме К554СА3; пороговый элемент 17 - на микросхеме К561ИП2; триггеры 5, 18 - универсальные j-k триггеры на микросхеме К155ТВ1; ключ 6 - на микросхеме 543КН3; сглаживатель 7 - фильтр на базе пассивных RC-цепей потенциального типа; элемент сравнения 8 - на микросхеме К544УД1; элемент сравнения 15 - сумматор-вычитатель на микросхеме К155ИМ7; коммутатор 9 - на микросхеме КР590КН6; генератор тактовых импульсов 11 - на микросхеме К155АГ1; элемент И 12 - на микросхеме К155ЛИ1; блок памяти 13 - на микросхеме КР1100СК2; счетчик импульсов 14 - на микросхеме К155ИЕ2; усилитель 16 - цифровой перемножитель на микросхеме К555ИП9; датчик положения 19 - на базе концевого выключателя серии КУ.

С помощью данного устройства способ реализуется следующим образом.

Перед продувкой фурму 20 поднимают над ковшом с расплавом 21 (фиг. 2). Нейтральный газ с номинальным расходом подают на фурму 20 через стабилизатор 1 и датчик давления 2. Давление перед фурмой снимают с помощью датчика 2 и фиксируют регистратором 3. Сигнал давления подают в пороговый элемент 4 и на ключ 6. Как только давление газа превысит пороговое значение P_ДОП1, на выходе порогового элемента появляется сигнал, который на один вход элемента И 12.

После стабилизации давления на входе фурмы P, начинают опускать ее в ковш с расплавом. До касания соплом зеркала металла срабатывает датчик положения 19, закрепленный на направляющих колонны механизма опускания фурмы. Сигнал с него подают на вход элемента И 12. Элемент И формирует сигнал "1" на выходе, свидетельствующий о достижении давления P установившегося значения. Сигнал с выхода элемента И подают на триггер 5, который переворачивается и сигналом с выхода открывает ключ 6. С этого момента сигнал давления через ключ 6 подают в сглаживатель 7, в котором он освобождается от случайной помехи. Сглаженный сигнал давления P = P_П подают в элемент сравнения 8 и в блок памяти 13. В блоке памяти величину P_П запоминают вплоть до завершения цикла работы устройства. Сигнал P_П с блока памяти подают на второй вход элемента сравнения 8.

Формируемую на выходе блока 8 разность ΔP(t) = P(t) - P_П подают на коммутатор 9. Если ΔP(t) > 0, то ее подают в пороговый элемент 10. Он служит для дополнительного демпфирования помехи. При превышении уровня P_ДОП2 на выходе порогового элемента формируют сигнал, которым запускают генератор тактовых импульсов 11. Импульсы считают счетчиком импульсов 15. Счет числа импульсов прекращают, осуществляя сброс счетчика 5 в начальное положение, если на отрицательном выходе коммутатора 9 появляется сигнал, который подают на вход сброса счетчика. Это произойдет, если ΔP(t) сменит знак, т.е. станет меньше нуля. Последнее свидетельствует о падении P(t) и отсутствии точки перегиба A (фиг. 1).

Подсчитываемое число импульсов N_C от счетчика 14 непрерывно подают на элемент сравнения 15. На второй вход элемента сравнения 15 подают Δt, который определяют в блоке 16 по формуле (1) и масштабируют - переводят в число N_З, соответствующее определенному количеству импульсов и блока 11.

Небаланас (разность) ΔN = N_З - N_С подают на пороговый элемент 17. При ΔN = 0 на выходе элемента 17 формируют сигнал, переворачивающий триггер 18 в рабочее состояние. Сигнал с выхода триггера 18 подают на привод двигателя опускания фурмы для ее остановки. Равенство нулю небаланса ΔN означает истечение интервала времени Δt , а значит достижения времени t_K, определяемого по формуле (2).

После окончания цикла продувки устройство автоматически приводят в исходное состояние.

Пороговое значение давления P_ДОП1 устанавливают заранее из соотношения P_ДОП1 ≈ 0,8 P_ПСР, где P_ПСР - среднестатистическое давление в точке перегиба A(t_п; P_п) (фиг. 1) по множеству продувок.

Пороговое значение давления P_ДОП2 устанавливают заранее по выражению P_ДОП2 ≈ (0,03 - 0,05) P_ПСР.

Меньшее значение коэффициента соответствует H_M ≅ 2 м, а большие - H_M ≥ 3 м.

Способ может быть реализован в ручном, автоматизированном и автоматическом режимах.

Пример. В Акционерном обществе "Кузнецкий металлургический комбинат" на двух установках продувки стали азотом (УПСА) в 100-тонных ковшах электросталеплавильного цеха N 2 используется автоматизированная система управления и контроля на базе промышленного контроллера. Она позволяет реализовать способ установки фурмы для продувки расплава в ковше в положении продувки в автоматическом режиме. При этом на контроллере реализуются функции блоков 4 - 18. P_П = (0,8 - 1,3) DaH/см²; P_ПСР = 1,05 DaH/см²; P_ДОП1 = 0,85 DaH/см²; P_ДОП2 = 0,04 DaH/см².

Способ позволяет повысить точность установки фурмы для продувки расплава в ковше в положении продувки независимо от начальной и текущей степени заметалливания сопла, уровня расплава в ковше и длины фурмы (в том числе из-за укорочения в результате эксплуатации). Это дает возможность реализовать оптимальный режим продувки металла в ковше и тем самым повысить эффективность процесса обработки.

Формула изобретения

Способ установки фурмы для продувки расплава в ковше в положении продувки, включающий подачу в фурму инертного газа, измерение давления инертного газа перед подачей в фурму, опускание фурмы в расплав с заданной скоростью при одновременной подаче инертного газа, остановку фурмы в положении продувки на заданной глубине ее погружения в расплав на основе анализа характеристики давления инертного газа, отличающийся тем, что подачу в фурму инертного газа осуществляют с тем же расходом, что и во время продувки, а остановку фурмы в положении продувки осуществляют на основе анализа динамики изменения зависимости давления от времени, на сглаженной зависимости в темпе с процессом находят точку перегиба, соответствующую моменту касания соплом зеркала расплава, рассчитывают по отношению заданной глубины погружения фурмы интервал времени, необходимый для достижения фурмой положения продувки, и по его истечении останавливают фурму.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2