Способ управления процессом рафинирования металла в прямоточном сталеплавильном агрегате

 

Изобретение относится к черной металлургии, может быть использовано для автоматизации технологического процесса рафинирования расплавленного металла в прямоточных сталеплавильных агрегатах и позволяет повысить точность достижения заданных величин содержания углерода и температуры металла в конце процесса рафинирования. Способ управления процессом рафинирования металла в прямоточном сталеплавильном агрегате заключается в изменении подачи кислорода и природного газа, количества присадок твердого окислителя, графитосодержащего порошкообразного материала, положения продувочных фурм, определении временной последовательности изменения подачи графитосодержащего порошкообразного материала, положения продувочных фурм, определении временной последовательности изменения подачи графитосодержащего материала и на основании рассогласования прогнозируемой на момент окончания процесса рафинирования температуры металла с ее заданным значением коррекции расхода кислорода, природного газа и положения продувочных фурм. При этом прогнозируемое значение содержания углерода и температуры металла определяют по соответствующим математическим зависимостям. 1 ил.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности автоматизации технологических процессов, а именно к автоматизации технологического процесса рафинирования расплавленного металла в прямоточных сталеплавильных агрегатах.

На чертеже приведена структурная схема системы, реализующей способ.

По трубопроводу 1 через сводовые фурмы 2 в прямоточный сталеплавильный агрегат 3 подается газообразный кислород, расход которого V_ов измеряют с помощью датчика 4. По трубопроводу 5 на горелки подается природный газ, расход которого V_ПГ измеряют при помощи датчиков 6. Присадки твердого окислителя n_p и шлакообразующих вносят в прямоточный сталеплавильный агрегат с помощью завалочной машины 7 отдельными порциями (мульдами). Положение продувочных фурм 2 h_фотносительно границы раздела шлак-металл измеряют датчиками 8 уровня.

Содержание углерода C_N в жидком металле определяют с помощью концентратомера 9. Температура расплавленного металла t_MN измеряется термопарой 10 погружения. При этом следует отметить, что измерения содержания углерода проводятся периодически, измерение же температуры может производиться как непрерывно, так и с помощью термопары разового погружения.

Информация с датчиков поступает в вычислительный блок 11.

Порошкообразный графитосодержащий материал вводится в рабочее пространство агрегата из специального бункера. Количество материала, поданного в агрегат, определяется по изменению веса бункера, измеряемого с помощью тензометрического датчика 12.

В качестве исходной информации сталевару (оператору) задаются величины содержания углерода и температуры жидкого металла в конце периода рафинирования, а также длительность технологического периода.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

На основании текущей информации о величинах управляющих воздействий, переменных процесса и измерений определяются а) величина равновесной концентрации кислорода в металле (FeOp) FeO^P_N=(b₁+b₂t_MN)b₃+ , где b_i - постоянные коэффициенты; б) распределение кислорода в каждой из фаз системы газ V_ов^г - шлак V_ов^шл - металл V_ов^м: _1i= ₁= ₃=; V_ов^м = ₁ V_ов; V_ов^г = ₃ V_ов; V_ов^шл = V_ов - V_ов^м - V_ов^шл в) скорость обезуглероживания (V_с)
V_с= ;
г) поток V_Go^атм кислорода из газовой атмосферы в шлак
V_Go^атм = b₁₅ + b₁₆ V_ов^г + b₁₇ V_c;
д) скорость V_FeO изменения окисленности шлака
V_FeO = b₂₂ [b₂₃ (V_ов^м + V_ов^шл) + b₂₄ V_c + b₂₅ V_Go^атм] f(C_N);
f(C_N)=
е) скорость нагрева металла
V_t = b₃₀ {b₃₁(V_о^м_в + V^шл_ов) + b₃₂V_c+b₃₃V^ат_Go^м+ b₃₄хх(b₃₅+b₃₆FeO_N+b₃₇V_о^г_в)(b₈₃V_ПГ+b₃₉V_c- b₄₀)};
ж) прогнозируемое на шаг h содержание углерода в металле C_N + h
C_N + h = C_N - h V_c;
з) прогнозируемое на шаг h значение tтемпературы жидкого металла
t=t+hV_t+b₄₁n_ок+b₄₂n_ш+b₅₃n,
и) прогнозируемая на шаг h величина окисленности шлака FeO FeO_N+h=FeO_N+hV_FeO+b₄₃n_ок+b₅₄n
В приведенных выше выражениях используются следующие обозначения:
N - текущий дискретный момент времени;
V_CN - скорость обезуглероживания;
FeO_N - расчетное текущее содержание закиси железа в шлаке;
FeO_N^P - расчетная величина равновесной концентрации закиси железа в металле;
V_овN- заданный расход кислорода на продувку;
V_ПГN- заданный расход природного газа;
h_фi - заданное положение продувочных фурм относительно границы раздела шлак-металл (i = 1 - 3);
n_PN- количество твердого окислителя, внесенного к N-ому временному шагу;
n_nN- количество порошкообразного материала, поданного в печь к N-ому временному шагу;
V_овN^M- поток кислорода в металл;
V_овN^Г- поток кислорода в газовую атмосферу прямоточного агрегата;
b_i - коэффициенты, определяемые по стехиометрическим соотношениям.

Указанная процедура расчета многократно повторяется до момента совпадения прогнозируемой величины содержания углерода C_{N +} с заданной на конец периода рафинирования величиной содержания углерода в металле C_k. На этот момент времени из прогнозируемой величины температуры металла t ₊ вычитается заданное на конец процесса рафинирования значение температуры металла t_M и определяют их разность t_M.

При t_M > 0, по соотношению n_ок = b₄₄ + b₄₅ t определяют количество твердого окислителя, которое необходимо ввести в прямоточный сталеплавильный агрегат. Момент внесения присадки окислителя определяется по необходимому запасу текущего значения температуры над температурой ликвидуса: t_злл = t_MN + b₄₇ C_N + b₄₈;
При t_M < 0 последовательность поиска управляющих воздействий сводится к следующей процедуре. Определяется количество графитосодержащего материала, приводящего к устранению неравенства t_M< 0. При этом общий вес внесенного порошка не должен превышать заранее заданной величины. Вслед за этим определяется момент подачи природного газа _ПГ на газовые горелки
_ПГ = b₄₉ + b₅₀ t_M
При этом расход природного газа устанавливается на максимально допустимом уровне.

Если включение природного газа на всем интервале управления не приводит к устранению неравенства t_M < 0, то затем отыскивается время подъема ( _ф ) сначала одной фурмы _ф1 = b₅₁+ b₅₂t_M и если это не приводит к желаемому результату, то определяется время подъема второй фурмы _ф2= b₅₁ + b₅₂ t_M.

Указанный алгоритм реализуется в устройстве 11.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА В ПРЯМОТОЧНОМ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОМ АГРЕГАТЕ, включающий измерение расходов газообразного кислорода и природного газа, содержание углерода в жидком металле и положения продувочных фурм, определение до конца процесса рафинирования временной последовательности изменения подачи кислорода, природного газа, количества присадок твердого окислителя и положения продувочных фурм на основании рассогласования прогнозируемой на момент окончания процесса рафинирования температуры металла с ее заданным значением, который определяют по совпадению прогнозируемой величины содержания углерода в жидком металле с заданным значением, и изменение подачи кислорода и природного газа, количества присадок твердого окислителя и положения продувочных фурм, отличающийся тем, что, с целью повышения точности одновременного достижения заданных значений содержания углерода и температуры металла, в конце процесса рафинирования при содержании углерода в металле в пределах от 0,3 до 2%, дополнительно измеряют количество графитосодержащего материала, вводимого в рабочее пространство сталеплавильного агрегата, корректируют в зависимости от его значения прогнозируемые значения величин температуры металла и содержания в нем углерода и в зависимости от рассогласования между прогнозируемой величиной температуры металла и ее заданным значением изменяют количество графитосодержащего материала, вводимое в рабочее пространство сталеплавильного агрегата.

РИСУНКИ

Рисунок 1