Способ непрерывного контроля параметров конвертерного процесса

 

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к контролю и управлению процессом выплавки стали в кислородных конвертерах. Целью изобретения является повышение точности контроля температуры металла и определение содержания в нем углерода. Согласно способу непрерывного контроля параметров конвертерного процесса, включающему непрерывное измерение состава отходящих конвертерных газов и расхода кислорода дутья, расхода водорода, азота в отходящих конвертерных газах и по измеренным величинам определение расхода водорода, образующегося в результате диссоциации воды в конвертере. По расчитанной величине определяют изменение температуры металла в конвертере путем учета потерь тепла на нагрев, испарение и диссоциацию воды в конвертере, а также расчета коэффициента распределения кислорода дутья между шлаком и металлом и в зависимости от его величины производят корректировку текущего значения температуры металла в конвертере и рассчитывают текущее содержание углерода в металле по приведенным формулам. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (11 4 С 21 С 5/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОТНРытиям пРи плант сссР (21) 4396474/23-02 (22) 24 ° 03.88 (46) 07.12 ° 89. Бюл. И 45 (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И,П.Бардина (72) Ю,А.Романов, Т.С.Намазбаев, В.И.Богомяков, Д.Муканов, Э.И.Гамалей, П,И.Югов, В.И,Максимов, Г.С.Но-.вожипов, Г.А.Гуревич и Б,К,Тусупбеков (53) 536.532 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 - 1191470, кл. С 21 С 5/30, 1984. (54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ КОНВЕРТЕРНОГО ПРОЦЕССА (57) Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к контролю и управлению процессом выплавки стали в кислородных конвертерах, Целью изобретения является повышение точности контроля температуры металла и определения содержания в нем yrИзобретение относится к черной металлургии, а именно к контролю и упо равлению процессом выплавки стали в кислородных конвертерах, и может .быть использовано в конвертерном производстве стали, Целью изобретения является повышение точности контроля температуры металла и определения содержания в нем углерода.

На фиг ° 1 показана блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг, 2 и 3 — диаграммы измеряемых

2 лерода. Согласно способу непрерывного контроля параметров конвертерного процесса, включающему непрерывное измерение состава отходящих конвертер ных газов и расхода кислорода дутья, расхода водорода, азота в отходящих конвертерных газах и по измеренным величинам определение расхода водорода, образующегося в результате диссоциации воды в конвертере, по рассчитанной величине определяют изменение температуры металла в конвертере путем учета потерь тепла на нагрев, испарение и диссоциацию воды в конвертере, а также расчета коэффициента распределения кислорода дутья между шлаком и металлом и в зависимости от его величины производят корректировку текущего значения температуры металла в конвертере и рассчитывают текущее содержание углерода в металле по приведенным формулам. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл. и расчетных параметров конвертерных плавок Ф 310476 и 310459 °

Устройство содержит блок 1 расчета интегрального расхода кислорода

t дутья, расходомер 2 текущего расхода кислорода, блок 3 управления, анализатор 4 состава отходящих конвертерных газов, расходомер 5 отходящих конвертерных газов, блок .6 расчета текущей температуры металла в конвертере, блок 7 расчета скорости обеэуглероживания, блок 8 расчета текущего содержания углерода в металле,рас1527279 ходомер 9, расходомер !О водорода, образующегося .в результате диссоциации воды, блок 11 расчета изменения температуры металла эа счет расхода тепла на нагрев, испарение и диссоциацию воды в конвертере, блок 12 расчета коэффициента распределения кислорода между металлом и шлаком, блок 13 расчета изменения температуры металла за счет расхода тепла на раскисление шлака, блок 14 расчета текущей температуры металла при нормальном и переокисленном состоянии шлака, блок 15 расчета текущей темпе- 15 ратуры металла при достижении предельного значения концентрации углерода, коммутатор 16, первый 17 и второй 18 регистрирующие приборы.

Блок l расчета интегрального рас- 20 хода кислорода дутья может быть представлен в виде статической системы управления конвертерной плавкой,Расходомер 2 кислорода дутья может быть представлен в виде сужающего устрой- 25 ства с типовьйи датчиками давления и перепада давления кислорода и его температуры, Блок 3 управления может быть представлен, например, в виде таймера, который вьдает две чередующиеся между собой команды, сдвинутые во времени. Анализатор 4 состава отходящих конвертерных газов может быть представлен, например, в виде серийно изготавливаемого масс-рефлектрона

ФТИАН-3 ° Расходомер 5 отходящих конвертерных газов может быть представлен в виде трубы Вентури с типовыми датчиками давления и перепада отходящих конвертерных газов и их темпера- 40 туры. устройство, реализующее опособ, работает следующим образом.

Перед началом очередной плавки в 45 блоке 1 расчета интегрального расхода кислорода дутья по статическому алгоритму рассчитывается интегральный расход кислорода на плавку, Ло открытию отсечного клапана кислорода по первому сигналу с блока 3 управления происходит задание момента начала продувки, а по второму сигналу запускаются расходомер 2 кислорода дутья, анализатор 4 состава отходящих

55 газов и расходомер 5 отходящих газов °

При поступлении сигналов с выходов

1 блока 1 расчета интегрального расхода кислорода дутья, пропорциональ ных Т „ „, Т, и Oz, а также сигнала, пропорционального Ч (t) с выхода расходомера 2, в блоке 6 расчета прироста температуры металла в конвертере реализуется следующая зависимость;

J v, (с)ас.

ТъаА Тнач

Чо Z о

С первого выхода блока 6 сигнал, пропорциональный приведенной зависимости, поступает на третий вход блоном состоянии шлакометаллической эмульсии, а с второго выхода блока

6 — на вход блока 8 расчета текущего содержания углерода, С момент а начала плавки на первый, второй и третий входы блока 7 расчета скорости обезуглероживания посту. пают сигналы, пропорциональные СО,СО о,r и Ч, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный величине

0,00536 Ч (t) (00(t) + СО (С)1, который поступает на вход блока Я,На второй, третий и четвертый входы бло-ка 8 поступают сигналы с блока 1, пропорциональные С „„ц, С,о и Чо

На выходе блока 8 получается сигнал, пропорциональный

С(С) = С„„ехр — (Ы. + P V (С) ) х

v, который поступает на входы регистрирующего прибора 17 и блока 15 расчета текущей температуры металла при достижении предельного значения концентрации углерода °

Одновременно с начала плавки с первого и второго выходов анализато— ра 4, а также с выхода расходомера

5 сигналы, пропорциональные Н, N о.г и Ч, поступают на первый, второй и третий входы расходомера 9, С первого выхода последнего сигнал,пропорциональный Ч N /100, поступает на второй вход расходомера 10 водорода, с второго выхода расходомера ог

9 сигнал, пропорциональный Ч х Н /100, поступает на третий вход расходомера IO На первый и четвертый входы расходомера 10 с первого и пятого выходов анализатора 4 ка 14 расчета текущей температуры металла при нормальном и переокислен5 1527279 поступают сигналы, пропорциональные

СО, Нг. На выходе расходомера 10 по лучается сигнал, пропорциональный (/С(С) — СмЕт 2

0,234 ° н г 266582) 1 Ч (С)

inn v,, (t) 35

40 а (),C О,r

Нн + ---------- — — V

"2 Hî г + СОО, который поступает на вход блока 11 на выходе которого формируется сигнал,пропорциональный

-(а., е.v"„,(е) а ° e

t и который поступает на второй вход блока 14. Одновременно с начала плавки с первого, третьего, четвертого и пятого выходов анализатора 4 сигналы, пропорциональные СО, 00

Нг, поступают на первый, второй,тре- 20 тий и четвертьгй входы блока 12 расчета коэффициента распределения кис— лорода между металлом и шлаком, на выходе которого получается сигнал, пропорциональный 25 (0,766 Cn + l,266 (Cnt + n,) на два других входа поступают сигналы с расходомеров 2 и 5 и формируется сигнал на выходе, пропорциональный

+ 1,266 (СОг + Ог) — 0,234 Нг—

26,582 который одновременно поступает на первые входы блоков 13 и 15. На вторые входы блоков 13 и 15 с выхода расходомера 2 кислорода дутья поступает сигнал6 пропорциональный Vp (t). 45

Ог

На выходе блока 13 появляется сигнал, пропорциональный

f(t) j (-0,) Ч, (t)dt;

О, при О 1;

f(t) =

d, при OI) l, 6

Т,.»- Т„„. 1 Ч (t)dt.

А (2 ог

2v ог ьо

На выходе блока 14 формируется сигнал, пропорциональный

t т + — - — - — j V (t)dt т — т

Vо Ог — ог то (SIC (,7)ЧН (4)1 — nfl " dt - () J (r— о

0 )v (t )dt, 2 который поступает на четвертый вход блока 15 и на первый вход коммутатора 16 ° На первом выходе блока 15 появляется сигнал, соответствующий "1", в случае, если выполняется неравенство т ° е, содержание углерода в конвертерной ванне достигло предельного значе— ния,Одновременно в момент достижения предельной концентрации углерода в блоке 15 запоминается достигнутое значение температуры металла С этого момента на втором выходе блока

15 появляется сигнал, пропорциональный

% о

Т + е (1 — 0 ) V ((,)Ж а Ф который поступает на второй вход коммутатора 16 ° Таким образом, при достижении предельного значения концентрации углерода на коммутирующем входе коммутатора появляется сигнал с блока 15 ° В случае, когда концентрация углерода не достигла предельного значения, на коммутирующий вход коммутатора 16 с выхода блока 15 поступает сигнал, соответствующий "0", а на выходе коммутатора 16 появляется сигнал с выхода блока 14, Сигнал с выхода коммутатора 16 регистрируется вторым прибором 18, Контроль выходных параметров конвертерной плавки с помощью предлагаемого способа основан на следующих предпосылках, который поступает на первый вход блока 14, на второй вход блока 14 поступает сигнал с первого выхода блока

1, пропорциональный Т „ „, а на третий вход блока 14 с первого выхода блока поступает сигнал, пропорциональный

Как известно, углерод может окисляться кислородом, содержащимся в окислах железа в шлаке, по реакции (С (+ (FeO) = Fe „+ СО, д(85373 — 83,8 Т, 1527279 ние углерода в металла, o

Экспериментальные исследования показали, что на плавках, на которых зафиксировано интенсивное самораскис- 25 ление шлака, сопровождаемое сильными выбросами и переливами шлакометаллической эмульсии из горловины конвертера, температура металла, рассчитанная по известному способу, вьппе фактической температуры металла на пов алке, Путем обработки экспериментальных данных получено уравнение для расчета расхода тепла Т на самораскисление шлака:

t ат(с) = r(t(J (1-n,) v e(1)д1; 0

О, при Ор 1 г(с)

-0,0113, при 0 > 1, 40

Экспериментальные исследования показали, что при достижении предельного значения концентрации углерода, достигаемого на данном агрегате, дальнейший рост температуры металла прямо пропорционален интегральному значению количества кислорода, накопленного в шлаке, 1

LT = e J (1- о,) ч (с)а, и к где t — момент достижения расчетного предельного значения концентрации углерода в

55 к металле, мин;

4Т вЂ” изменение температуры металла при достижении пре которая идет с поглощением тепла, Поэтому в отдельные периоды продувки, когда происходит процесс интенсивного перехода кислорода из шлака в металл, темп прироста температуры металла в конвертерной ванне заметно снижается и в отдельных случаях температура металла за определенный период остается постоянной и даже па- 10 дает, Момент начала самораскисления шлака фиксируется по величине коэффициента распределения кислорода между металлом и шлаком, при этом, когда

О

0 1, весь вдуваемый кислород полностью реагирует с углеродом, при < 1 часть вдуваемого кислорода пого лощается шлаком, а при Op > 1 происходят переход и расходование накопленного в шлаке кислорода на окиследельного значения концентрации углерода в металле, Г, Текущая температура металла при достижении предельного значения концентрации углерода определяется по зависимости

Т"(С) = Т + (l-O (v (С)аС., а

Предельное значение концентрации углерода 0,03Х, коэффициент е

0,0456, В табл. 1 и 2 приведены числовые значения расчетных и измеряемых параметров конвертерных плавок Ф 310476 и У 310459 ° Плавка N 310476 проведена без выбросов и переливов шлакометаллической-эмульсии, К концу продувки расчетные значения концентрации углерода s металле составляют 0,035Х, температура металла 1632,6 Г, а расчетное значение температуры металла, полученное известным способом,составляет 1606,6 С, Фактическая температура металла и содержание углерода, измеренное на повалке, составляет соответственно 1630 Г и 0,035Х °

Таким образом, отклонение фактической температуры металла от расчетной по предлагаемому способу составляет

2,6 0, а по известному 23,4 С, На плавке Ф 310459 наблюдались выбросы и переливы шлакометаллнческой эмульсии из горловины конвертера, Отклонение на этой плавке фактической температуры, измеренной на повалке,от расчетной составляет по предлагаемоо му способу 2,9 С, а по известному

26,3 С. Среднеквадратичная погрешность контроля температуры металла на 98 контрольных плавках по.предлагаемому способу 9,16, С, а по известному 14,7 С.

Технико-экономическая эффективность способа состоит в том, что эа счет более высокой точности контроля температуры металла и содержания углерода в конвертере снижается количество плавок с послепродувочными коррекциями, что приводит к снижению средней длительности плавки и экономии огнеупорного кирпича на футеровКу

Формчла изобретения

1, Способ непрерывного контроля параметров конвертерного процесса, 10 а,Ь,с — эмпирические коэффициенты, определяемые при помощи многофакторного регрессионного анализа и определения текущей температуры металла в конвертере

1 отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля температуры металла и определения содержания в нем углерода, дополнительно определяют коэффициент распределения кислорода дутья между шлаком и металлом и в зависимости от его величи1527279

10 ны производят корректировку текущего значения температуры металла в конвертере и рассчитывают текущее содержание углерода в металле, 2, Способ по п,1, о т л и ч а ю— шийся тем, что текущие значения температуры металла и содержания в нем углерода определяют по следующим формулам:

hT(t) Н10 где v (t)

К н, Т()н,ц

t — ст(с)„„— т(с) ((1-о ) v, (с)ас

Т Тъм ТМ ° (V (с)а ог о при /C(t) — Смет /

? + е (1 — С ) Чо (t)dt

Оа Ф ÐH /С(т ) — С ссе,/) K

С(1)Снач ехР (ь + P V (t ) ? (t ) t

Срач - Сса4 (Ч (1)ЙС ю где Т(1),С(1) 0

1 текущие расчетные значения температуры металла и содержания 40 углерода в конвертеро

С ует ной ванне, Г,7; начальная и заданная температура металла, r,3 45 — интегральный (суммар- T. ный) и текущий расход

3 кислорода дутья, нм з/ °

- момент начала и текущее время продувки, мин; v,(t) текущий расход водорода в конвертерном газе, нм /мин;

Э

55 а,Ь,с d,е о при 0 — 1;

npH np o 11

Т„„, Т,4 Ч... Ч,,() Ч„" (С.) r(t) =

О, а, включающий непрерывное измерение состава отходящих конвертерных газов и расхода кислорода дутья, расхода водорода, азота в отходящих конвертерных газах, определение по измеренным величинам расхода водорода, образующегося в результате диссоциации воды в конвертере, определение по рассчитанной величине изменения температуры металла в конвертере путем учета потерь тепла и нагрев, испарение и диссоциацию воды в конвертере по зависимости

15 к г -(1+c СпЧ„(О1 а е с о расход водорода,образующийся в результате 20 диссоциации воды в кон-, вертере, нм /мин;

Э величина потери тепо ла, Г; ко эффици ен т р ас и ределения кислорода между шлаком и металлом; предельное значение концентрации углерода в конвертерной ванне, достигаемое на данном агрегате; расчетное значение температуры металла в момент достижения предельного значения концентрации углероо да, С; скорость окисления углерода в конвертерной ванне; эмпирические коэффициенты, определяемые экспериментальным путем.

1527279

Плавка HI 3)0476

Т росч 560 С

I >

QV> * 14016 нн Ч 7891 нм

It 5 ое

Т ноч и

Т мач

l03l С

1560 С

Vo (С) dt °

+o нм

Время продувки, нин

Че ° кг/мин

eie " " dt, (С (t))Ä, >> у е>» т

>м» >

I 037>037

105>) ° 574

1082, 993

I 1 04 393 !

129,509

l15I,I23

i)75 635

1 198,26

1219,015

1243>)51

1267,170

1286,468

1308 723

1332,685

1353,023

1376,714 !

400,474

1422,567 !

442 ° 658

1466,599

2490,741

l5ll>304

1534,888

1556 29) 0,7

)550

12,5

13,0

l3,5

14,0

14,5 !

5,0

15,5

16,0

l6,5

17,0

l7>5

IS,0

18 5

202,0

719,0 !

182,0

1840,0

2491 >О

3142,0

3700i0

4348,0

4991,О

5546,0

6)89,0

6835,0

7385>0

1561 146

1564,708

1567,889 !

572,432

1575,126

1579,363

158 1,520

1585,924

1590,!57

1593,994

1604,026

16!8,048

1632,594

1 630

О, 035

0,5

I 0

1,5

2 0

2,5

3,0

3,5

4>0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

l0,O

10 5

II,0 !

1,5

12,0

f6l>0

760>0

1414,0 !

986,0

2658,0

3235,0

3892,0

4541,0

5092,0

5737,0

6378,0

6925,0

7561 >0

8197,0

8737,0

9367,0

10000 0

10633,0

11)78>0

11818,0

12460,0

23006,0

13632,0

142230,0

3>0 0,448

97,0 0 419

4 11>0 0,585

4!5,0 0,681

490,0 0,688

490,0 0,694

491,0 0,728

541,0 0,782

514>0 0,826

512 0 0,82)

367>О 0>594

572,0 0,843

520,0 0,779

565,0 0,862

527,0 0,828

546,0 0,823

569,0 0,835

543,0 0,77!

56I>0 0,827

539 0 0,806

578>О 0>838

574>0 0,840

553>0 О>844

439,0 0,8)6

Скачиваиие

19,0 0,266

575>О О>948

692,0 0,872

577,0 0>805

566>0 0>726

5)4,0 О>729

446>0 О>711

3ll,0 0,578

208>О 0,488

291,0 0 638

324,0 0,523

59 0 0,331

45,0 О>300

0,039

О,) 10

l,375

1,564

1,811

l>975

2,259

4,129

4,)70

4,378

4,553

5,900

7,648

7,691

7, 734

0,82)

7,952

9>750

10>228

10,443

10,532

10,576

10,619 !

),786

Аосфористого

0,262

О,ЗОЭ

О 350

0>393

2,236

2,537

4>269

4>ЗЯ!

4,360

4,661

4,697

4,748

4,801

2 >400

2,386

2 ° 327

2,268

2,178

2,128

2,058

1,080

1,907

l S34

I 781

l,700

1,625

I 545

1,469

° 1,291

1, 310

1,232

1>)52

I 075

0,993

0,9!!

0,832

О>761 шлака

0>677

О>595

0,496

О>4!4

0,333

0>260

0>196

О>15!

О>,122

О,ОВО

0 035

0,035

0,035

>а J t (r)„„0, 7Z (С), - 0,04Х

Таблица!

152727 I

Плавка !а

T „»» 1024 C

Т „ 1525 С

>ма

СС7 „o 0,7Х (rj мат - 0 ° 043

2.Ч, 13987 нн Ч 6139 ни

rt 1

Оф

1 чс ° кг/мин.1 »4 Y (I,) С 1 м» °

С ч,, (t)m, йн С), Х

Время продЧвки> ннн

0,7

1530

Скачиваи ристого алака

l3,0

13 5

l4,О

14,5 !

5,0

l5,5

l6 0

16,5

l7iO

17,5

18,0

692

ll93

1731

2397

3073 .Э747

4326 .

5001

5673

6247

13,0

501>О

655,0

724,0

696,0

589,0

540,0

551,0

254,0

ll6,0

92,0

О,О52

0,092

0,137

0,233

1,938

2,54Я

2,676

4,268

4,3ОВ

4,344

4,387

0,74В

0>677

0,583

0,480

0>380

0,296

0,219

О,!40

О, 104

0,071

0,058

1528,n77

1534,489

I 539, 189

1548,735

1556,250

1565,000

1574,205

1580,629

1589,935

1599,203

1607, IОВ

1610

0,04

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3 5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7 0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

IOiO

10,5

11,0

l1>5

l2>0 !

2,5

147

629

1933

2217

2873

3437

4561

5213

5771

6414

9406

10032

10638

11104

11759 !

23ВЯ

12886

13379

14211

l9 5

79,0

118,0

256 ° 0

728,0

621,0

404,0

41В,О

832>0

717,0

920,0

884,0

716>O

702,0

662,0

667,0

682,0

616,0

72Я,О

875,0

818,0

690,0

697>О

615,0

10nin

0,379

0,402

0,460

0,466

0,906

0,820

0,585

0,557

1,123

1,011

0,905

1, 137

1,109

0 834

0,86!

О,856

0,845

0,892

О,Я43

1,024

1,040

1>122

0,875

1,165

0,454 ие фосфо

0,240

0>876

1,015

0,877

0,847

0,767

0,766

О,834

0,495

0,406

0,371

310459 т асч 1525

Т,„» 1610 С

О>052

0,156

0,623

0,825

2,489

2,756

3,958

4, 115

4, 164

4,401

6,180

6,737

6,779

65827

6,873

6,966

8,530

IО>285

ln>330

10>627

1п>724 !

0,766

I О, 814 !

1>997

12,376

2,797

2,786

2,769

2,733

2,629

2,540

2,482

2,422

2,304

2,201

2,070

l,943

1,841

1,741

1,646

I 551

1,454

1,366

l,262

I, l 37

l,020

0,921

0,822

О,734

0,719

Таблица2

T(t) > С T " > С

1029,266

1046,599

1069,32I

1093,104

I 1 0 I 7 I 4

I I 25 l 79

)144,380

1164,5>II

l 169,441

1192,848 !

226,594

1234,288

1254,822

1292,838

1316,668

1340 452

1355,746

1376,637

1398,506

1396,086

141 9 > 900 !

443,17В

1479,356

1478,425

1525,727

1527279 ,Физ.1

Рр r(t), c ce(e)), /

2,Ч

2,0

Ор

E Ч К В 10 Q И 16 юв га

Фиг.7

1527275

2, 0,Ч

Ю tl 1 6 f8 Z0

Составитель А,Абросимов

Техред М.Дидык Корректор В.Кабаций

Редактор 0 ° 10рковецкая

Заказ 7483/35 Тираж 530 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета ло изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101