Устройство для управления плавкой чугуна в вагранке

 

Изобретение относится к управлению плавкой чугуна (Ч) в вагранке, оборудованной двумя рядами дутьевых фурм, накопительной емкостью (НЕ) для сливаемого Ч, и может быть использовано при производстве Ч в литейной и металлургической промышленности. Цель изобретения - повышение качества стабилизации температуры и химического состава выплавляемого Ч, экономия кокса (К). В устройство введены датчик уровня Ч в НЕ и три функциональные преобразователя (ФП). Первый ФП формирует задание регулятору (Р) расхода горячего дутья (Д) в зависимости от уровня Ч в НЕ. С помощью второго ФП рассчитывается необходимое количество К в загружаемой порции шихты, а третий ФП служит для формирования переменного задания соотношения расходов холодного и горячего Д в зависимости от общего расхода Д. В устройстве имеется каскадный Р температуры Ч на сливе в НЕ, изменяющий задание Р температуры нагрева Д. При функционировании устройства достигается согласование работы плавильного и разливочного отделений. Внедрение устройства снижает удельный расход К, ферросплавов, электроэнергии и уменьшает потери с браком при разливке. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (1% (1f) А1 (51)5 F 27 В 1/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯР

ПРИ ГННТ СССР

1 (21) 4436952/23-02 (22) 06.06.88 (46) 07.05.90. Бюл. Ф 17 (71) Киевский институт автоматики им. XXV съезда КПСС (72) В.А.Дикий, А.И.Тышко, В.Н.Иванов, Н.И.Кучмий, М.И.Петровский и И.Я.Семенов (53) 660.189.2 (088.8) (56) Беккер Й. Опыт эксплуатации вагранки, оборудованной системами автоматического регулирования температуры и производительности. 40-й

Международный конгресс литейщиков.

M. НИИмаш, 1975, с. 130-154, рис. б. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПЛАВКОЙ ЧУГУНА В ВАГРАНКЕ (57) Изобретение относится к управлению плавкой чугуна (Ч) в вагранке, оборудованной двумя рядами дутьевых фурм, накопительной емкостью (НЕ) для сливаемого Ч,и может быть исполь-: зовано при производстве Ч в литейной и металлургической промышленности. Цель изобретения — повышение

Изобретение относится к управлению плавкой чугуна в вагранке, оборудованной двумя рядами дутьевых форм, накопительной емкостью для сливаемого чугуна, и может быть использовано при производстве чугуна в литейной и металлургической промышленности.

Целью изобретения является повышение качества стабилизации температуры и химического состава выполавляемого чугуна, зкономия кокса.

2 качества стабилизации температуры и химического состава выплавляемого

Ч, экономия кокса (К). В устройство введены датчик уровня Ч в НЕ и три функциональные преобразователя (ФП).

Первый ФП формирует задание регулятору (Р) расхода горячего дутья (Д) в зависимости от уровня Ч в НЕ. С, помощью второго ФП рассчитывается необходимое количество К в загружае- . мой порции шихты, а третий ФП служит для формирования переменного задания соотношения расходов холодного и горячего Д в зависимости,от общего расхода Д. В устройстве имеется .каскадный Р температуры Ч на сливе в НЕ, изменяющий задание P температуры нагрева Д. При функционировании уст-. ройства достигается согласование работы плавильного и разливочного отделений. Внедрение устройства снижает удельный расход К, ферросплавов, электроэнергии, уменьшает потери с браком при разливке. 1 з.п. ф-лы, 1 ил..

На чертеже показан пример конкретного выполнения предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 расхода горячего дутья, первый регулятор 2, первый .исполнительный механизм 3, соединенный с регулирующим органом 4 на трубопроводе 5 горячего дутья, подведенном к нижнему ряду 6 продувочных фурм вагранки. Второй регулирующий контур содержит последо1562646

45 вательно соединенные датчик 7 рас,хода холодного дутья, второй регуля тор 8 и второй исполнительный механизм 9, связанный с регулирующим органом 10 на трубопроводе 11 холодного дутья, подведенном к верхнему ряду 12 продувочных фурм вагранки.

Третий регулирующий контур содержит последовательно соединенные 10 датчик 13 температуры выпускаемого чугуна, третий регулятор 14, четвертый регулятор 15 и третий испол нительный механизм 16, связанный с регулирующим органом 17 на трубопроводе 18 природного газа, подведенном к горелкам топочной камеры рекуператора 19. На второй вход четвертого регулятора 15 подсоединен выход датчика 20 температуры горячего ваграночного дутья.

В составе устройства имеется датчик 21 уровня жидкого чугуна в накопительной емкости 22, выход которого соединен с первым входом IIepваго функционального преобразователя 23. Второй вход преобразова-, теля 23 соединен с выходом эадатчика 24 номинального расхода горячего дутья, а выход подключен на второй вход первого регулятора 2 и первые входы второго 25 и третьего 26 функциональных преобразователей.

Вторые входы этих преобразователей соединены с выходом задатчика 24 номинального расхода горячего дутья.

Третий вход функционального преобразователя 25 соединен с задатчиком 27 номинального расхода кокса, а его выход связан с входом автоматического дозатора 28 кокса. Третий вход третьего функционального преобразователя 26 соединен с задатчиком 29 номинального соотношения расходов холодного и горячего дутья, а его выход через блок 30 динамических преобразований подсоединен к первому входу блока 31 умножения.

Второй вход блока 31 умножения соединен с выходом датчика 1 расхода. горячего дутья, а его выход подключен к первому входу второго регулятора 8. Устройство содержит также нуль-орган 32, на два входа которого подсоединены выходы датчика 7 рас55 хода дутья и эадатчика 33 мийимально допустимого расхода воздуха, а выход соединен с логическим входом второго регулятора 8.

Устройство может быть реализовано посредством использования стандартной аппаратуры серийного изготовления. Измерение расходов холодного и горячего дутья целесообразно осуществлять с помощью комплекта, состоящего из сужающего устройства и дифманометра ГСП с унифицированным выходным сигналом 0-5 мА, например дифманометра системы "САПФИР". Для измерения уровня чугуна в накопительной емкости можно использовать совремейный ультразвуковой уровнемер типа ЭХО-5. Для измерения температуры чугуна на желобе вагранки можно применить измерительный комплект пирометра спектрального отношения типа СПЕКТРОПИР-10. Температура горячего дутья с помощью комплекта из термопары ТХА и преобразователя типа Ш-705 с унифицированным выходным сигналом 0-5 мА.!

В качестве дозатора кокса может быть использован автоматический дозатор типа 4310Д-0,2 "Точмаш" с аналого-цифровым преобразователем (АЦП) типа Ф4891/2 на входе.

Вычислительные, преобразующие, регулирующие и логические функции устройства могут быть легко реализованы при использовании соответствующих алгоритмов регулирующего микропроцессорного контролера

РЕМИКОНТ-Р-110. Регуляторы 2, 8 и 15 реализованы с помощью алгоблоков контроллера с помещенными в них алгоритмами У 11 или У 12 (РИС или РИН), обеспечивающих совместно с исполни-..:. тельным механизмом постоянной скорости ПИ-закон регулирования. Регулятор 14, каскадно связанный с регулятором 15, реализован с помощью алгоблока с помещенным в нем алгоритмом M - 1 (РАС). Для получения нелинейных зивисимостей может быть использован алгоритм Р 40 (КУС) с кусочно-линейным преобразованием.

Блок 30 динамических преобразований реализуется с помощью алгоблока контроллера с помещенным в нем алгоритмом N 21 (ДИН). Нуль-орган 32 может быть реализован с помощью дискретного регулятора 8. В качестве задатчиков номинальных значений параметров могут быть использованы серийные задатчики типа РЗД с выходным сигналом 0-5 мА.

5 1

Новым в предлагаемом устройстве является использование группы элементов — датчика уровня чугуна в накопительной емкости, задатчика номинального расхода горячего дутья и первого функционального преобразователя для автоматического формирования задания регулятору расхода горячего дутья. На выходе первого функционального преобразователя имеют

F. = F " - -К, Í, (1)

3 3 где F — текущий заданный расход дутья, м /с;

Zll

F — заданный (номинальный)

3 расход горячего дутья при минимальном (условно нулевом) уровне чугуна в накопительной емкости м з/с;

K< — коэффициент пропорциональм /с ности

И

Ф м 1

Н вЂ” уровень чугуна в накопительной емкости, м; п1 — показатель степени функции по практическим данным находится в диапазоне 1,5-2,5

Поскольку в составе устройства имеется регулятор соотношения расходов холодного и горячего дутья, то формирование задания регулятору расхода горячего дутья эквивалентно формированию задания регулятору общего расхода дутья. Поэтому все приведенные обоснования по способу уйравления полностью применимы и для устройства. Управление интенсивностью продувки осуществляется по статическому закону в зависимости от уровня чугуна в накопительной ,емкости. При этом уровень может претерпевать значительные изменения, однако, носящие плавный и монотонный характер. В известном устройстве степень заполнения копильника регулятор расхода дутья стремится поддерживать на заданном значении, что приводит к большим колебаниям расхода дутья и сильно затрудняет задачу стабилизации температуры выплавляемого чугуна.

Функционирование новых элементов первой группы обеспечивает достижение нового технического эффекта— плавного изменения дутья в зависимости от уровня чугуна в накопительной емкости, а это создает предпо1

562646 . 6 сылки для более плавного изменения количества кокса в шихте и тем самым стабилизации температуры выплавляемого чугуна.

С помощью второй группы новых элементов — второго функционального преобразователя, связанного с первым функциональным преобразователем, за10 датчика номинального расхода кокса осуществляется расчет необходимого: количества кокса, загружаемого в очередную порцию шихты, в соответствии с выражением

15, (11 )И, где P„— массовая доля кокса в загру" жаемой порции шихты, 7; „ — массовая доля кокса при номи20, нальной производительности вагранки, %;

Kz — коэффициент пропорциональноЕ сти, (м >/с) " . à — заданный расход горячего дутья при минимальном уровне чугуна в емкости, м /с;

Ф 2

F — текущий расход горячего дутья з

1 м /с;

30 n — показатель степени функции, по практическим данным может принимать значения 1,5-2,5.

Благодаря совместному действию первой и второй групп новых элементов

35 массОвая дОля кОкса плавно изменяется в большую или меньшую .сторону при изменении уровня чугуна в накопительной емкости, а следовательно, и изменении суммарного расхода ваграночного

40 дутья. Вследствие этого при монотонном изменении уровня чугуна в плавильную зону вагранки поступает необходимое с точки зрения энергозатрат количество кокса, что способствует

45 стабилизации температуры выплавляеI, мого чугуна. Такой способ управления расходом кокса создает благоприятные условия для подсистемы регулирования температуры чугуна, поскольку при

50 этом практически исключаются случаи исчерпания ресурса управления расходом природного газа. Более эффективное использование энергии кокса при работе устройства приводит к снижению его расходования. При внезапном нарушении монотонности изменения уровня чугуна в накопительной емкости в ппавильную зону может поступить или избыточное, или недоста1562646

ЗО точное количество кокса. В первом случае потери от избытка кокса компенсируются снижением расхода природного газа на нагрев дутья, а во втором случае возможное понижение температуры чугуна компенсируется

sa счет увеличения температуры нагрева дутья.

Третья группа новых элементов, включающая третий функциональный

,преобразователь, связанный с первым

;функциональным преобразователем, блок динамических преобразований, блок умножения и задатчик номинального соотношения расходов холодного и горячего дутья, служит для автоматического изменения соотношения рас —. ходов холодного и горячего дутья в соответствии с выражением 20

2(Я (eC,-К (Р -F ) ) (1 -е ), где Ы вЂ” соотношение расходов холодного и горячего дутья при номинальной производитЕльности вагранки;

K — коэффициент пропорциональ3

1 ности э (мэ/с)Гэ э и — показатель степени функции

3 по практическим данным п = t-2 °

e — основание натуральных логарифмов;

Т вЂ” постоянная времени канала уп- 35

4 равления температурой в зоне плавления изменением суммарного расхода дутья, с, (— текущее время от момента изменения расхода дутья, с. 40

Обычно рекомендуется поддерживать значение М = 0,50-1,0, что соответствует доле холодного воздуха в сум- . марном расходе ш = 0,33-0,5. При указанном соотношении расходов дутья достигается наиболее полное использование химической энергии кокса, что приводит к повышению температуры в зоне плавления и как следствие к повышению температуры чугуна. 50

Указанные явления справедливы для сравнительного узкого диапазона производительности вагранки. При существенном уменьшении суммарного расхода дутья механизм физико-химических явлений в плавильной зоне изменяется.

Всякое сколь-нибудь существенное уменьшение суммарного расхода дутья (на

20-25Х и более) при сохранении неизменным расхода кокса приводит к похолоданию в плавильной зоне вагранки, опусканию уровня холостой калоши. В этих условиях состав реакционных газов на границе плавильной и восстановительной зон смещается в сторону большего количества СО .

Поскольку содержание СО в реакционных газах уменьшается, то для достижения максимального теплового эффекта соотношение расхода дутья между верхним и нижним ярусом должно уменьшиться. В связи с тем, что процессы в зоне плавления вагранки характеризуются инерционностью, то температура и состав газов также изменяются не мгновенно, а с каким-то замедлением, характеризуемым постоянной времени Т. Коэффициентом (1 — е ) в выражении (3) учитывается тепловая инерция плавильной зоны вагранки. Следовательно, после уменьшения расхода горячего дутья соотношение расходов холодного и горячего дутья необходимо уменьшить не мгновенно, а по экспоненциальному закойу с постоянной времени Т. По предварительным данным значение Т для вагранок средней производительности находится в диапазоне 50-80 с.

Следовательно, с помощью третьей группы новых элементов осуществляется автоматическое изменение соотношения расходов холодного и горячего дутья. .Устройство функционирует следующим образом.

Допустим, в результате соблюдения баланса потребления и поступления чугуна в накопительной емкости устанавливается уровень, близкий к минимальному. На задатчиках 24, 27, 29 установлены номинальные значения параметров. При этом автоматически устанавливаются расход горячего воздуха, близкий к номинальному, расход холодного воздуха в соответствии с заданным соотношением расходов, близким к Мо, а массовая доля кокса близкой к ((. Допустим, что регулирующий орган 17 на трубопроводе 18 природного газа находится примерно в среднем положении, а температура чугуна равна заданному значению..

Сделаем теперь допущение, что в результате технических задержек в разливочном участке интенсивность отбора жидкого чугуна резко уменьшилась.

В результате этого уровень чугуна в накопительной емкости 22 начинает повышаться. Это приводит к увеличению сигнала на выходе датчика 21

5 уровня в соответствии с выражением (1) на выходе преобразователя 23. Выходной сигнал преобразователя 23 поступа-. ет на второй вход регулятора 2. Воз- 10 никает сигнал рассогласования, и регулятор 2 с помощью исполнительного механизма 3 перемещает регулирующий орган 4 до исчезновения сигнала рассогласования. Это приводит к 15 снижению расхода горячего дутья, в результате чего в блоке сравнения регулятора 8 возникает сигнал рассогласования. Регулятор 8 с помощью исполнительного механизма 9 повора- 20 чивает регулирующий орган 10 и уменьшает расход холодного дутья в соответствии с заданным соотношением. Заданное соотношение расходов формируется с помощью функционального 25 преобразователя.26 и блока 30 динамических преобразований. На выходе преобразователя 26 формируется сигнал, пропорциональный выражению в квадратных скобках соотношения (3). 30

Этот сигнал поступает на вход бло-. ка 30 динамических преобразований, на выходе которого формируется сигнал уже с :учетом инерционных свойств зоны плавления вагранки. Для получения выходного сигнала блока 30 в виде, соответствующем выражению (3), передаточная функция блока 30 должна быть реализована в виде

1 са (p) = — -- —— 40

Т-р+ 1

Коэффициент усиления этой передаточной функции равен 1, поскольку

его численное значение моделируется преобразователем 26.

Сигнал, пропорциональный заданному соотношению расходов, поступает на один из входов блока 31 умножения, на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный текущему расходу горячего дутья, а его выходной сигнал, лропорциональный заданному расходу холодного воздуха, поступает на второй вход регулятора 8 соотношения.

Перед каждой очередной загрузкой устройство формирует новое значениемассовой доли кокса в соответствии с выражением (2). Выходная величина

1562646 преобразователя (23) поступает также на один иэ входов третьего преоб разователя 26, выходной сигнал которого пропорционален заданному значению массовой доли кокса.

Выходной сигнал на внешних клеммах РЕИИКОНТа имеет физическую природу напряжения постоянного тока:

0-10 В. Этот сигнал поступает на входной АЦП дозатора 28, где он пре-. образуется в двоично-десятичный код и вводится в схему управления дозатора.

Поскольку по мере возрастания уровня чугуна в накопительной емкости 22 интенсивносуь продувки вагранки плавно снижается, то при монотонном возрастании уровня в зону плавления вагранки поступает количество кокса, необходимое для компенсации энергетических затрат. При длительной за-. держке в расходовании чугуна уровень в емкости 22 может существенно повыситься,что приводит к снижению суммарного расхода дутья до 20-25 от номинального значения, повышению расхода кокса на 40-50Х и снижению соотношения расходов холодного и горячего воздуха до 0,2-0,25.

При снижении расхода холодного дутья ниже значения, при котором возможно забивание фурм, и задаваемого с помощью задатчика 33, на выходе нуль-органа 32 появляется дискретный сигнал. Этим сигналом регулятор 8 переводится в дистанционный режим управления (ДИСТ), что приводит к остановке исполнительного механизма 9.

Если в процессе управления температура выплавляемого чугуна станет ниже заданного значения, выходной сигнал регулятора 14 увеличивается и поступает в виде задания на вход регу.лятора 15 температуры горячего дутья.

Регулятор 15 с помощью исполнительного механизма 16 увеличивает степень открытия регулирующего органа 17 на трубопроводе природного газа, в результате чего температура дутья повышается.. Повышение температуры дутья происходит до тех пор, пока температура чугуна не достигнет заданного значения (с учетом зоны нечувствительности регулятора 14).

Обратные процессы протекают после длительного перерыва, когда вновь начинается интенсивный отбор чугуна на разливку. Однако при этом изме2646 12

50;ч а ю щ е е с я тем, что, с целью предотвращения забивания продувочных

11 156 некие режима ваграночной планки происходит не резко, а постепенно по мере снижения уровня чугуна в емкости 22.

Суммарный расход горячего и холодного дутья плавно возрастает, а массовая . доля кокса в рабочей колоше плавно уменьшается. Поэтому при достижении суммарным расходом дутья значения, близкого к номинальному, в плавильную зону вагранки поступает необходимое количество кокса.

Таким образом,при функционировании устройства обеспечивается чаще всего режим монотонного снижения производительности вагранки или, наоборот, режим монотонного возрастания производительности. Как частный случай возможен стационарный режим с постоянной производительностью вагранки, когда интенсивность отбора чугуна для разливки соответствует скорости поступления чугуна в накопительную емкость. Все эти режимы благоприятствуют стабилизации тепловых и физико-химических процессов, протекающих в вагранке, что в конечном итоге должно привести к стабилизации температуры и химического состава выплавляемого чугуна, экономии кокса, снижению угла ферросплавов.

Кроме того,. стабилизация температуры сливаемого чугуна должна привести к экономии энергозатрат в накопительной емкости эа счет отсутствия случаев необходимости дополнительного подогрева чугуна.

Формула изобретения

1. Устройство для управления плавкой чугуна в вагранке, преимущественно с нижним рядом фурм для подачи горячего дутья, вторым верхним рядом фурм для подачи холодного дутья, накопительной емкостью для сливаемого чугуна, например индукционным миксером, содержащее последовательно соединенные датчик расхода горячего дутья, первый регулятор и первый исполнительный механизм, соединенный с регулирующим органом на трубопроводе горячего дутья, последовательно соединенные датчик расхода холодного дутья, второй регулятор и второй исполнительный механизм, соединенный с регулирующим органом на трубопроводе холодного дутья, Последовательно соединенные датчик

l0

ЗО

45 температуры выпускаемого чугуна, третий регулятор, четвертый регулятор и третий исполнительный механизм, соединенный с регулирующим органом на трубопроводе природного газа для нагрева дутья в рекуператоре, датчик температуры горячего дутья, подключенный ко второму входу четвертого регулятора, автоматический дозатор кокса, о т л и ч а ю Щ е е с я тем,что,с целью повышения качества стабилизации температуры и химического состава выплавляемого чугуна, экономии кокса, устройство снабжено датчиком уровня чугуна в накопительной емкости, тремя функциональными преобразователями, блоками умножения и динамических преобразований, задатчиками номинальных значений расхода горячего дутья, кокса и соотношения расходов холодного и горячего дутья, причем вы-. ход датчика уровня чугуна соединен с первым входом первого функционального преобразователя, второй вход которого соединен с задатчиком номинального расхода горячего дутья, а выход соединен со вторым входом первого регулятора и с первыми. sxoдами второго и третьего функциональных преобразователей, вторые входы которых соединены с выходам задатчика номинального расхода горячего дутья, на третий вход второго функционального преобразователя подсоединен выход задатчика номинального расхода кокса, а его выход соединен со входом автоматического дозатора кокса, третий вход третьего преобразователя соединен с.задатчиком номинального соотношения расходов холодного и горячего дутья, а его выход через блок динамических преобразований подсоединен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с вы1 ходом датчика расхода горячего дутья, а выход подсоединен ко второму вхоцу второго регулятора.

2. Устройство по и. 1, о т л ифурм верхнего яруса, устройство содержит нуль-орган, два входа которого соединены с выходом датчика расхода холодного дутья и задатчиком минимально допустимого расхода дутья, а выход соединен с логическим входом второго регулятора.

1562646

Составитель А.Абросимов

Техред N.Äèäûê Корректор Н. Ревская

Редактор И.Горная

Заказ 1052 Тираж 513 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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