Способ управления кислородной продувкой при выплавке стали в конвертере

Авторы патента:

Вдовин Константин Николаевич (RU)

Куркин Владимир Михайлович (RU)

Дымович Александр Викторович (RU)

Народицкис Александрс (LV)

F27D19/00 - Устройства для управления

C21C5/30 - контроль или регулирование дутья

Владельцы патента RU 2671025:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение "Санкт-Петербургская электротехническая компания" (RU)

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в управлении процессом кислородной продувки при производстве стали в конвертере. В способе используют информацию о расходе кислорода, температуре дымовых газов, содержания СО₂ в дымовых газах и дополнительно контролируют температуру дымовых газов на выходе котла утилизатора, температуру охлаждающей воды на входе и выходе кислородной фурмы, содержание углерода и кремния в чугуне и температуру чугуна, время продувки металла в конвертере с момента подачи кислорода, рассчитывают интегральное значение приращения температуры дымовых газов и дымовых газов на выходе котла утилизатора, интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, а расчет температуры металла конвертера выполняют регрессионным методом по формуле с использованием упомянутых параметров, при этом окончание кислородной продувки производят при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С. Изобретение позволяет повысить точность измерения температуры металла конвертера в ходе кислородной продувки. 2 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области автоматизации конвертерного производства стали и может быть использовано в автоматизированном управлении кислородной продувкой при выплавке стали в конвертере.

Известен способ контроля температуры расплавленного металла в конвертере [1], предусматривающий расчет температуры балансовым методом и использование информации по температуре дымовых газов. Недостатком известного способа является отсутствие достоверной информации о процессе окисления углерода, который существенно и непредсказуемо влияет на образование CO₂, причем поступление информации о химическом составе дымовых газов из-за инертности системы контроля запаздывает.

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) принят способ контроля [2] температуры расплавленного металла в конвертере, предусматривающий расчет температуры металла балансовым методом, подачу кислорода, измерение температуры и состава дымовых газов, предварительный расчет суммарного расхода кислорода на продувку без учета окисления железа и дожигания СО до CO₂, затем во время продувки после вдувания кислорода в количестве, равном предварительно рассчитанному, производят периодически расчет температуры металла с учетом степени дожигания СО до CO₂ после начала спада температуры дымовых газов расчет температуры металла производят с учетом окисления железа.

Недостатком данного способа контроля температуры металла конвертера является то, что расчет температуры металла конвертера ведется не постоянно, а периодически, кроме того, спад температуры дымовых газов (из-за флуктуаций) в конце кислородной продувки может быть неоднократным.

Основной задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности измерения температуры металла конвертера и возможность управления кислородной продувкой при достижении температуры металла конвертера заданного значения при непрерывном контроле, в ходе продувки, температуры металла конвертера.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемого способа контроля температуры металла конвертера, который как и прототип включает контроль расхода кислорода, температуры дымовых газов, содержания CO₂ в дымовых газах.

В отличие от прототипа в предлагаемом способе дополнительно контролируют температуру дымовых газов на выходе котла утилизатора, температуру охлаждающей воды на входе и выходе кислородной фурмы, содержание углерода и кремния в чугуне и температуру чугуна, время от момента подачи кислорода, рассчитывают интегральное значение приращения температуры дымовых газов, интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, расчет температуры металла конвертера выполняют регрессионным методом по формуле: Y=A₀+А₁Х₁+А₂Х₂+А₃Х₃+А₄Х₄+A₅X₅+А₆Х₆+А₇Х₇+А₈Х₈+А₉Х₉, где А₀ - свободный член, А₁, А₂……А₉ - коэффициенты уравнения, Х₁ - содержание углерода в чугуне, %; Х₂ - температура чугуна, градус С; Х₃ - содержание кремния в чугуне, %; Х₄ - интегральное значение расхода кислорода с начала продувки, м³; Х₅ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов, градус С; Х₆ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, градус С; Х₇ - интегральное значение содержания CO₂ в дымовых газах с момента подачи кислорода, %; X₈ - время с момента подачи кислорода, секунд; Х₉ - интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, градус С; анализируют полученную величину, а окончание кислородной продувки производят при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С.

Сущность предлагаемого способа контроля температуры металла конвертера заключается в том, что, благодаря дополнительному контролю температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, температуры охлаждающей воды на входе и выходе кислородной фурмы, содержания углерода и кремния в чугуне и температуры чугуна, времени от момента подачи кислорода, расчету интегрального значения приращения температуры дымовых газов, интегрального значения приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, интегрального значения приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, расчет температуры металла конвертера выполняют регрессионным методом по формуле: Y=A₀+A₁X₁+А₂Х₂+А₃Х₃+А₄Х₄+А₅Х₅+А₆Х₆+А₇Х₇+А₈Х₈+А₉Х₉, где А₀ - свободный член, А₁, А₂……А₉ - коэффициенты уравнения, X₁ - содержание углерода в чугуне, %; Х₂ - температура чугуна, градус С; Х₃ - содержание кремния в чугуне, %; Х₄ - интегральное значение расхода кислорода с начала продувки, м³; Х₅ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов, градус С; Х₆ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, градус С; Х₇ - интегральное значение содержания CO₂ в дымовых газах с момента подачи кислорода, %; Х₈ - время с момента подачи кислорода, секунд; Х₉ - интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, градус С; окончание кислородной продувки производят при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С достигается повышение точности измерения температуры металла конвертера и возможность управления кислородной продувкой при достижении температуры металла конвертера заданного значения при непрерывном контроле, в ходе продувки, температуры металла конвертера.

Таким образом, перечисленные новые существенные признаки изобретения в совокупности с известными позволяют получить технический результат, заключающийся в более точном и постоянном контроле температуры металла конвертера и управлении временем окончания кислородной продувки, экономии расхода кислорода на продувку, уменьшении угара металла, уменьшении количества передувок.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - представлена принципиальная схема системы для осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 - приведен график сходимости модели; на фиг. 3 - представлен график изменения температуры металла конвертера в реальном времени при кислородной продувке конвертера.

Предлагаемый способ контроля температуры металла конвертера осуществляется с помощью системы, которая включает объект управления (конвертер) 1, выход объекта управления соединен с входом блока ввода и обработки технологической информации 2. Выход блока ввода и обработки технологической информации 2 соединен с входом блока адаптации технологической информации по времени 3. Выход блока адаптации технологической информации по времени 3 соединен с входом блока математического моделирования 4. Выход блока математического моделирования 4 соединен с входом блока монитора оператора 5. Выход блока монитора оператора 5 соединен с входом объекта управления (конвертер) 1. Схема системы "способ контроля температуры металла конвертера" содержит блок нормативно-справочной информации 6, один выход, которого соединен с входом блока математического моделирования 4, другой выход соединен с входом блока ввода и обработки технологической информации 2.

Предлагаемый способ контроля температуры металла конвертера осуществляется следующим образом.

Способ контроля температуры металла конвертера включает контроль расхода кислорода, температуру дымовых газов, содержание CO₂ в дымовых газах, температуру дымовых газов на выходе котла утилизатора, температуру охлаждающей воды на входе и выходе кислородной фурмы, содержание углерода и кремния в чугуне и температуру чугуна, время от момента подачи кислорода, рассчитывают интегральное значение приращения температуры дымовых газов, интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, расчет температуры металла конвертера выполняют регрессионным методом по формуле Y=A₀+А₁Х₁+А₂Х₂+А₃Х₃+А₄Х₄+А₅Х₅+А₆Х₆+А₇Х₇+А₈Х₈+А₉Х₉, где А₀ - свободный член, А₁, А₂……А₉ - коэффициенты уравнения, X₁ - содержание углерода в чугуне, %; Х₂ - температура чугуна, градус С; Х₃ - содержание кремния в чугуне, %; Х₄ - интегральное значение расхода кислорода с начала продувки, м³; Х₅ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов, градус С; Х₆ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, градус С; Х₇ - интегральное значение содержания CO₂ в дымовых газах с момента подачи кислорода, %; Х₈ - время с момента подачи кислорода, секунд; Х₉ - интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, градус С; окончание кислородной продувки производят при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С.

Пример осуществления предлагаемого способа контроля температуры металла конвертера.

От объекта управления (конвертер) 1 в блок ввода и обработки технологической информации 2 поступает информация о фактических значениях: содержании углерода и кремния в чугуне, температуре чугуна, расходе кислорода, температуре дымовых газов, температуре дымовых газов на выходе котла утилизатора, содержании CO₂ в дымовых газах, времени с момента подачи кислорода, температуре охлаждающей воды на входе и выходе фурмы, также из блока нормативно-справочной информации 6 поступает информация о допустимых значениях содержания углерода и кремния в чугуне, температуре чугуна, расходе кислорода, температуре дымовых газов, температуре дымовых газов на выходе котла утилизатора, содержании CO₂ в дымовых газах, времени с момента подачи кислорода, температуре охлаждающей воды на входе и выходе фурмы, с блока монитора оператора 6 поступает информация о номере плавки и требуемой температуре металла конвертера. Вся поступающая технологическая информация подвергается верификации, систематизируется, формируется таблица для расчета многофакторной математической модели. Таблица для расчета многофакторной математической модели обновляется, с поступлением информации по каждой последующей плавке, в блоке адаптации технологической информации во времени 3. Вся информация, прошедшая верификацию, обработку и адаптацию во времени, поступает в блок математического моделирования 4. В блоке математического моделирования 4 методом регрессионного анализа рассчитывается температура металла конвертера по формуле: Y=A₀+ А₁Х₁+ А₂Х₂+ А₃Х₃+ А₄Х₄+ А₅Х₅+ А₆Х₆+ А₇Х₇+ А₈Х₈+ А₉Х₉, где А₀ - свободный член, А₁, А₂………А₉ - коэффициенты уравнения, X₁ - содержание углерода в чугуне, %; Х₂ - температура чугуна, градус С; Х₃ - содержание кремния в чугуне, %; Х₄ - интегральное значение расхода кислорода с начала продувки, м³; Х₅ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов, градус С; Х₆ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, градус С; Х₇ - интегральное значение содержания CO₂ в дымовых газах с момента подачи кислорода, %; Х₈ - время с момента подачи кислорода, секунд; Х₉ - интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, градус С. Рассчитанное значение температуры металла конвертера с бока математического моделирования 4 передается в блок монитора оператора 5. Блок монитора оператора 5 имеет связь с объектом управления (конвертер) 1. Окончание кислородной продувки производят при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С.

Пример. Схема системы "способ контроля температуры металла конвертера" представлена на фиг. 1.

Технологическая информация процесса производства стали в конвертере для 42-х плавок представлена в таблице 1.

По данным технологической информации процесса производства стали в конвертере для 42-х плавок выполнен регрессионный анализ, результаты которого представлены в таблице 2.

Уравнение связи (математическая модель) имеет вид: Y=1153,28+35,19Х₁+0,019Х₂+158,79Х₃+0,016Х₄+0,0022Х₅+0,00011Х₆-0,0011Х₇-0,21Х₈+0,0069Х₉ (1)

Математическая зависимость (1) адекватна и имеет высокую сходимость, коэффициент множественной корреляции R=0,8, среднее квадратическое отклонение (ошибка модели) равно 14°С. График сходимости модели приведен на фиг. 2.

График изменения температуры металла конвертера для плавки №5194 представлен на фиг. 3.

Где: Х₁, Х₂, Х₃ - содержание углерода в чугуне, %; температура чугуна, °С, содержание кремния в чугуне соответственно, %; Х₄ - интегральное значение расхода кислорода с начала продувки, м³; Х₅ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов, градус С; Х₆ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, градус С; Х₇ - интегральное значение содержания CO₂ в дымовых газах с момента подачи кислорода, %; Х₈ - время с момента подачи кислорода, секунд; Х₉ - интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, градус С.

Таким образом, применение предлагаемого способа контроля температуры металла конвертера позволяет повысить точность контроля и качества управления процессом конвертерной плавки с использованием информации расхода кислорода, температуры дымовых газов, содержания CO₂ в дымовых газах, температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, температуры охлаждающей воды на входе и выходе кислородной фурмы, содержания углерода и кремния в чугуне и температуры чугуна, времени от момента подачи кислорода, расчета интегрального значения приращения температуры дымовых газов, интегрального значения приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, интегрального значения приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы путем непрерывного и точного расчета температуры металла конвертера и окончание кислородной продувки при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С.

Тем самым достигается экономия расхода кислорода на продувку, уменьшение угара металла, а также уменьшение количества передувок.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. RU патент №2037528, МПК: С21С 5/30, опубл. 19.06.1995. Бюл.

2. RU патент №2037529, МПК: С21С 5/30 5/30, опубл. 19.06.1995. - прототип.

Способ управления кислородной продувкой при выплавке стали в конвертере, включающий контроль расхода кислорода, температуры дымовых газов, содержания СО₂ в дымовых газах и сравнение заданного и расчетного значений температуры металла в конвертере, отличающийся тем, что дополнительно контролируют температуру дымовых газов на выходе котла утилизатора, температуру охлаждающей воды на входе и выходе кислородной фурмы, содержание углерода и кремния в чугуне и температуру чугуна, время продувки металла в конвертере с момента подачи кислорода, рассчитывают интегральное значение приращения температуры дымовых газов, интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, выполняют расчет температуры металла конвертера регрессионным методом по формуле

Y=1153,282+35,19051X₁+0,019327Х₂+158,7865Х₃+0,016343Х₄+0,002247Х₅+0,000109Х₆- 0,00113Х₇-0,21435Х₈+0,006947Х₉, где

1153,282 - свободный член,

35,19051, 0,019327, 158,7865, 0,016343, 0,002247, 0,000109, -0,00113, _,-0,21435, 0,006947 - коэффициенты уравнения,

X₁ - содержание углерода в чугуне, %;

Х₂ - температура чугуна, °С;

Х₃ - содержание кремния в чугуне, %;

Х₄ - интегральное значение расхода кислорода с начала продувки, м³;

Х₅ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов, ⁰С;

Х₆ - интегральное значение приращения температуры дымовых газов на выходе котла утилизатора, °С;

Х₇ - интегральное значение содержания СО₂ в дымовых газах с момента подачи кислорода, %;

X₈ - время продувки металла в конвертере с момента подачи кислорода, секунд;

Х₉ - интегральное значение приращения температуры охлаждающей воды кислородной фурмы, °С;

при этом окончание кислородной продувки устанавливают при отклонении заданного значения температуры металла от расчетного значения не более ±14°С.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при металлургической обработке металла в ковше вакуумного плавильного агрегата. С помощью по меньшей мере одного датчика корпусного шума, опосредствованно или непосредственно акустически связанного с ковшом, в котором помещается стальной расплав, принимают создаваемые в ковше акустические сигналы и используют в устройстве управления и аналитической обработки, имеющем реализованный в нем алгоритм для определения высоты или толщины и/или дифференциального отношения к времени высоты или, соответственно, толщины вспененного шлака, находящегося в ковше над ванной стального расплава.

Установка для распределения вещества посредством пневматической транспортировки, содержащая устройство для сброса давления в находящемся под давлением резервуаре, в котором хранится это вещество // 2612893

Изобретение относится к установке для распределения зернистого или порошкообразного материала посредством пневматической транспортировки. Установка содержит по меньшей мере один раздаточный бункер для промежуточного хранения зернистого или порошкообразного материала и устройство для сброса давления в раздаточном бункере.

Способ регулирования длины электрической дуги в электродуговой печи, устройство для осуществления способа, а также электродуговая печь с таким устройством // 2605739

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для регулирования длины электрической дуги в электродуговой печи. В способе измеряют колебания в стенке металлоприемника печи, посредством которых определяют высоту (Hrel) шлака расплава, причем при отклонениях определенного фактического значения высоты (Hrel) шлака от заданного значения (S) выдают сигналы управления и/или регулирования, посредством которых настраивают длину электрической дуги по меньшей мере одного электрода посредством регулирования импеданса по меньшей мере одного электрода.

Металлургическая установка // 2598419

Изобретение относится к снабжению металлургической установки (1) электрической энергией. Технический результат - повышение надежности.

Способ и система управления шихтовым материалом и отслеживания шихтового материала, транспортируемого конвейером непрерывной подачи металлургической печи, в частности электропечи для производства стали // 2583553

Изобретение относится к области подачи шихты к металлургическим печам. Технический результат - повышение точности отслеживания порций шихты.

Контролирующее устройство задвижки замка, механизма замены литниковой трубы или тому подобного на металлургическом сосуде // 2580581

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано в конструкциях устройств для контроля параметров процесса литья. С целью гарантии безаварийного функционирования входящей в устройство электронной системы (4) она размещена в модуле (3), который может быть прикреплен к металлургическому сосуду, задвижке его замка, его запорному устройству или механизму замены литниковой трубки.

Дуговая печь для электроплавки стали // 2567426

Изобретение относится к электрометаллургии стали с подачей металлизованных окатышей через полые электроды в зону электрических дуг и на поверхность менисков при контакте электрических дуг с жидким металлом под шлаком.

Способ получения многослойных слитков // 2567408

Изобретение относится к электрометаллургии, в частности к способам получения многослойных стальных слитков импульсно-электрошлаковым переплавом. Осуществляют импульсно-электрошлаковый переплав с изменением частоты импульсов комбинированного расходуемого электрода, выполненного с участками, имеющими различный химический состав в зависимости от требуемого химического состава стали на заданном участке слитка, при этом импульсно-электрошлаковую выплавку нижнего и верхнего слоев слитка осуществляют с модуляцией теплового потока шлаковой и металлической ванн, направленного из шлаковой ванны через фронт кристаллизации в тело слитка, с периодом времени, равным постоянной времени теплового процесса шлаковой ванны, и скважностью, равной двум, при этом осуществляют выплавку среднего слоя слитка на частоте резонансных колебаний поверхности жидкой металлической ванны.

Пирометаллургическая установка, снабженная загрузочным элементом // 2566111

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для пирометаллургических установок. Загрузочная область установки закрыта сверху и с боковых сторон колпаком с верхними вытяжными отверстиями, через которые скапливающиеся в колпаке отходящие газы и пыль вытягиваются, шахта для помещения и предварительного нагрева металлического лома имеет в направлении загрузочной области верхний затворный элемент, который выполнен с возможностью открываться для подачи металлического лома в шахту и после закрываться, причем к верхним вытяжным отверстиям колпака подсоединена вытяжная система, выполненная с возможностью управления ее активированием, которое координируют с открытием и закрытием верхнего затворного элемента и/или состоянием загрузки шахты.

Способ управления температурой печи для печи с непосредственным подогревом и устройство управления // 2557113

Изобретение относится к металлургии. Технический результат - повышение точности поддержания температуры в печи.

Способ управления процессом продувки конвертерной плавки с использованием информации отходящих газов // 2652663

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в технологическом процессе производства стали в конвертере. На конечном этапе продувки, когда количество вдуваемого кислорода становится более 85% расчетного значения, количество удаленного углерода из металла конвертера становится более 85% всего удаляемого углерода, а содержание СО в отходящих газах равно или меньше содержания CO2, расчет содержания углерода в стали выполняется ежесекундно по математической зависимости ССТ2=0,063244165+0,00001273Х1+0,0000159Х2-0,000769477Х3, где Х1 - содержание CO2 в отходящих газах, Х2 - содержание СО в отходящих газах, Х3 - время с момента, когда содержание СО≤CO2 до окончания продувки, при этом продувку прекращают при отклонении фактического содержания углерода в стали конвертера от заданного значения содержания углерода менее 0,005%.

Управление конвертерным процессом посредством сигналов отходящего газа // 2539501

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу динамического управления в конвертере процессом продувки при производстве стали, включающему анализ отходящего газа с помощью модели процесса со статическим обсчетом процесса и с помощью независимой от этой модели процесса подмодели с динамическим наблюдением за процессом на основании анализа отходящего газа конвертера.

Устройство для контроля и измерения характеристик процесса шлакообразования в конвертере // 2538445

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для оперативного контроля состояния конвертерного процесса. Технический результат - повышение качества контроля.

Способ выплавки стали в кислородном конвертере // 2493262

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу выплавки стали с низким содержанием фосфора в конвертере. Способ включает загрузку в конвертер чугуна и скрапа, продувку расплава кислородом, подаваемым на зеркало ванны расплава с помощью кислородного копья в соответствии со схемой продувки, и подачу извести.

Устройство для измерения уровня шлакометаллической эмульсии в кислородном конвертере // 2458152

Изобретение относится к измерительной технике. .

Способ регулирования выпуска окиси углерода в металлургическом процессе плавления // 2454465

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству высококачественных сталей. .

Способ контроля состояния фурмы при продувке расплава в ковше // 2299914

Изобретение относится к черной металлургии и предназначено для контроля состояния продувочной фурмы при обработке стали в ковше азотом или аргоном. .

Устройство для управления выплавкой стали в конвертере // 2282666

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

Устройство автоматического управления конвертерной плавкой // 2281337

Изобретение относится к области металлургии. .

Устройство формирования управлений конвертерного процесса // 2252263

Изобретение относится к автоматизации металлургических процессов. .