Способ управления внепечной обработкой стали на установке доводки плавки в ковше

 

Использование: для управления обработкой стали, преимущественно на установке доводки плавки в ковше. Цель изобретения - гарантированное получение стали с составом, определяемым заданной маркой, требуемым комплексом свойств, а также минимизация затрат на корректировку химического состава стали (повышение или снижение концентраций элементов) на установке доводки плавки в ковше. Указанная цель достигается присадкой на установке доводки плавки в ковше определенных элементов, рассчитываемых с учетом заданной марки стали, массой металла в ковше, степени усвоения каждого присаживаемого элемента и других параметров. 4 з. п. ф-лы, 6 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к способам управления обработкой стали, преимущественно на установке доводки плавки в ковше.

Известен способ пpоизводства стали, включающий, в частности, измерение содержания серы в стали до и после обработки стали в ковше десульфуратором, состоящим из углеродосодержащего соединения щелочных металлов, например натрия, окиси кальция и силикокальция в соотношении (1-5):(3-20):(1-5) в количестве 4-16 кг/т [1] Известен способ внепечной обработки стали, принятый за прототип и включающий задание марки стали по нескольким элементам (i^м) с их верхней (i_max^м) и нижней (i_min^м) границами, измерение содержания серы и углерода до обработки стали в ковше синтетическим шлаком, алюминием и ферросплавами, продувку стали порошкообразными материалами и аргоном, измерение в готовой стали содержания углерода, серы и алюминия [2] Общим недостатком аналога и пpототипа является отсутствие технологических приемов, направленных на гарантированное получение стали заданного состава с минимальными затратами.

Цель изобретения гарантированное получение стали с составом, определяемым заданной маркой, требуемым комплексом свойств, а также минимизация затрат на корректировку химического состава стали (повышение, или снижение концентраций элементов) на установке доводки плавки в ковше (УДПК).

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе управления внепечной обработкой стали, включающем задание марки стали по нескольким элементам (i^м) с верхней (i_max^м) и нижней (i_min^м) границами, задание совокупного параметра (П*), характеризующего свойство стали, например, углеродного эквивалента, измерение содержания элементов в расплаве после проведения усреднительного перемешивания (i_УП^м) в стальковше на УДПК, после завершения внепечной обработки (i_ВО^м) на УДПК и в разливаемой стали (i_р^м), присадку в сталь материалов (L_j) на УДПК для получения стали с содержанием элементов (i^м), в соответствии с заданной маркой и заданным совокупным параметром (П*), дополнительно определяют по результатам проведенных плавок для каждого элемента (i^м) среднее изменение концентрации (i^м) за технологический период "отбор пробы после обработки на УДПК отбор пробы на разливке": i^м= (1) где n количество плавок данной марки.

Определяют среднеквадратичное отклонение (σ*) величин (Δ i^м) относительно средней (i^м). Определяют среднее изменение концентрации элемента (i^м) за период обработки стали на УДПК: i^м= (2) i^м_корр= (3) где j количество материалов, введенных в расплав на УДПК; L_j масса j-того материала; [i^м]_j процентное содержание элемента (i^м) в j-том материале; (i^м)_j среднее усвоение элемента i^м из j-того материала;
G_м масса металла в стальковше.

Определяют среднеквадратичное отклонение (σ**) величин (Δ' i^м) относительно средней (i^м), затем рассчитывают коэффициент а:
a (4) и, если а ≥ 3, определяют допустимый диапазон (i_min^м'-i_max^м'), заданный (i_p^м*) по концентрациям элементов в разливаемой стали:
i_min^м'=i_min^м+3σ* (5)
i_max^м'=i_max^м-3˙σ** (6) если же а < 3, то:
i_min^м'=i_max^м'=i_max^м-a˙σ^**= i_min^м+a˙σ^* (7)
Для элементов, котоpые не входят в виде аргументов в совокупный параметр (П) и концентрацию которых в стали повышают путем ввода материалов на УДПК, устанавливают в качестве заданного (i_p^м*) нижний предел (i_min^м') допустимого диапазона. Для элементов, концентрацию которых снижают в процессе обработки на УДПК либо для которых оговорен только верхний предел содержания в стали (i_max^м), устанавливают в качестве заданного верхний предел (i_max^м') допустимого диапазона, определяемый как:
i_p^м* i_max^м' i_max^м 3 ˙σ* (8) Для элементов, которые входят в виде аргументов в совокупный параметр (П), в качестве заданных (i_p^м*) устанавливают также значения из допустимого диапазона (i_min^м'-i_max^м'), для которых разность между расчетным () и заданным (П*) значением совокупного параметра минимальна при минимальной себестоимости вводимых материалов L_j и технологического процесса обработки стали на УДПК в целом. Для элементов, концентрацию которых снижают при обработке на УДПК, нижний предел допустимого диапазона (i_min^м') приравнивают минимально возможному значению концентрации, достигаемому для заданной марки стали используемой технологией. Заданные концентрации элементов в стали после завершения внепечной обработки на УДПК (i_ВО^м*) определяют из соотношения:
i i- i^м (9)
Процедуру выбора значений i_p^м* из диапазона (i_min^м'-i_max^м') выполняют в следующей последовательности: формируют исходную матрицу, в которой количество строк соответствует количеству элементов, входящих в виде аргументов в совокупный параметр (П), а количество столбцов два. В левом столбце каждой строки указывается то значение пpедела (i_min^м'или i_max^м') допустимого диапазона, которое соответствует минимальным затратам на изменение концентрации элемента (i^м) в стали, а в правом столбце то значение предела, которое соответствует максимальным затратам. Сверху вниз элементы в матрице располагают в порядке возрастания затрат (3i^м), связанных с изменением концентрации элемента (i^м), определяемых как:
3i^м= (i_max^м i_min^м) ˙ Уi^м k, (10) где Уi^м средние удельные затраты, производимые на УДПК и связанные с изменением содержания элемента (i^м) в разливаемой стали в диапазоне концентраций i_min^м i_max^м';
k коэффициент, обозначающий множитель перед аргументом в формуле расчета совокупного параметра (П). Затем вычисляют значение совокупного параметра () для левого () и правого () столбцов матрицы и проверяют выполнение условий:
П (11) или
П (12) и, если одно из этих условий выполняется, то последовательной заменой значений в левом столбце матрицы на значения правого столбца, начиная с первой строки, и, двигаясь в направлении последней строки, достигают ситуации, при которой на текущем шаге расчетное значение совокупного параметра () удовлетворяет условию:
П^*< (13) или
> (14) а на очередном шаге расчетное значение совокупного параметра изменяет условие на обратное:
> (15) или
<. (16) Тогда для элемента, на котором произошло изменение условия на обратное, используя выражение для расчета совокупного параметра (П), определяют содержание элемен-та (i_p^м*), при котором = П^* и заменяют им значение, указанное в левом столбце матрицы. В результате в левом столбце матрицы будут указаны заданные концентрации элементов (i_p^м*) в разливаемой стали, обеспечивающие гарантию попадания в пределы марочного состава, достижение заданного значения совокупного параметра (П*), минимум затрат на УДПК, связанных с изменением концентраций элементов.

Если же ни одно из условий (11, 12) не выполняется, что свидетельствует о невозможности получения заданного значения совокупного параметра (П*) в диапазоне концентраций i_min^м' i_max ^м', то после расчета совокупного параметра (П) для левого () и правого () столбцов матрицы определяют то значение ( или ), которое наиболее близко к заданному (П*), а соответствующий ему столбец матрицы является заданными концентрациями элементов (i_p^м*) в разливаемой стали.

По получению результатов анализа пробы металла после усреднительного перемешивания (i_УП^м) на УДПК производят корректирующий расчет заданных концентраций элементов в разливаемой стали (i_p^м*) и после завершения внепечной обработки (i_ВО^м*). Предварительно для элементов проверяют выполнение условия:
[i^м_max-(i^м_УП+ i^м+i^м)]≥ 1,5-2,5 σ^* (17) и, если условие не выполняется, а концентрация элемента не может быть снижена при обработке на УДПК, это свидетельствует о вероятности выхода элемента за верхнюю границу содержания в разливаемой стали (i_max^м), то плавку переназначают в другую марку стали, если же условие (17) выполняется, то вновь формируют исходную матрицу. Затем для элементов, концентрацию которых повышают путем ввода материалов при обработке на УДПК и которые входят в качестве аргументов в совокупный параметр (П), осуществляют проверку:
(i^м_УП+ i^м+i^м)>i^мʹ_max (18) и при выполнении этого условия значения левого и правого столбцов матрицы для элемента (i^м) заменяются величиной (i^м_УП+ i^м+i^м), а при невыполнении условия (18) дополнительно проверяют:
(i^м_УП+ i^м+i^м)>i^мʹ_min (19) и, если это условие выполняется, то значение, указанное в левом столбце матрицы, заменяется величиной (i^м_УП+ i^м+i^м), в противном же случае корректировку матрицы для элемента (i^м) не производят. Для элементов, концентрацию которых снижают при обработке на УДПК и которые входят в качестве аргументов в совокупный параметр (П), при выполнении условия (18) соответствующие значения матрицы не изменяются. При невыполнении условия (18), но выполнении условия (19) значение в левом столбце матрицы заменяется величиной (i^м_УП+ i^м+i^м). При невыполнении условия (19) значения в левом и правом столбцах матрицы для элемента (i^м) заменяются величиной (i^м_УП+ i^м+i^м). Затем для элементов, входящих в качестве аргументов в совокупный параметр (П) с использованием скорректированной вышеописанным способом матрицы, вновь определяют заданные концентрации элементов в разливаемой стали (i_р^м*), а по зависимости (9) пересчитывают значения (i_ВО^м*). Для элементов, которые не входят в качестве аргументов в совокупный параметр (П), заданные концентрации (i_р^м* и i_ВО^м*), определенные ранее, не изменяются. Далее производят присадку материалов L_j на УДПК из расчета получения заданной концентрации (i_ВО^м*), перемешивание металла и отбор пробы стали после завершения всех операций.

По получению результатов анализа пробы (i_ВО^м) металла после обработки на УДПК по каждому из элементов проверяют выполнение условия:
[i^м_max-(i^м_ВО+i^м)] ≥ 1,5-2,5 σ^* (20) и, если это условие не выполняется, а концентрация элемента не может быть снижена путем продолжения обработки стали на УДПК при наличии запаса времени перед началом разливки, то плавку переназначают в другую марку стали и передают на разливку. Если же условие (20) выполняется, то при наличии запаса времени продолжают обработку на УДПК с целью достижения заданных концентраций (i_ВО^м*) элементов в металле после обработки, а при отсутствии запаса времени для элементов концентрацию которых повышают путем ввода материалов при обработке на УДПК проверяют вероятность выхода за нижнюю границу (i_min^м) содержания в разливаемой стали по условию:
[(i^м_ВО+i^м)-i^м_min] ≥ 1,5-2,5σ^* (21) при выполнении которого плавку подают на разливку, а при невыполнении плавку переназначают в другую марку и передают на разливку.

Перечень элементов (i^м), содержание которых в стали оговаривается ГОСТом или ТУ на выплавляемую марку стали, подразделяется на:
элементы, концентрацию которых в металле повышают путем ввода материалов (ферросплавов, легирующих и других добавок) при обработке на УДПК. К таким элементам относятся: C, Mn, Si, Cr, V, Ti, Al, Nb, реже Ni, Cu, Mo, N, P;
элементы, концентрацию которых в металле снижают на УДПК путем ввода материалов (шлакообразующих и других добавок, газов) либо непосредственно в процессе обработки. К таким элементам, в основном относятся: C, S, H, реже N, P;
элементы, изменением концентраций которых не управляют при обработке на УДПК, либо для которых оговорен только верхний предел содержания в разливаемой стали. К таким элементам можно отнести: S, P, N, H, As, Ni, Cu, Cr.

Существо изобретения заключается в определении заданных концентраций элементов (i^м) в разливаемой стали (i_p^м*) и при ее доводке в ковше на УДПК (i_ВО^м*) при соблюдении следующих условий:
получение концентрации элемента в стали в пределах ГОСТ (ТУ) посредством используемой технологии должно обеспечиваться гарантированно;
концентрации элементов в стали должны удовлетворять критерию оптимальности химического состава, связывающего химический состав с требуемыми служебными свойствами, например, требуемому значению углеродного эквивалента:
C_экв= C + + (22) и т.д. В дальнейшем данные показатели будут обозначаться как совокупный параметр (П), а их заданные значения как (П*);
затраты в стоимостном выражении, связанные с вводом добавок на УДПК и процесса обработки в целом, для получения заданных концентраций (i_ВО^м*) элементов в стали должны быть минимальны.

В соответствии с изобретением способ осуществляется в следующей последовательности действий:
1) задают марку стали, в которой поэлементно указаны нижняя (i_min^м) и (или) верхняя (i_max^м) границы содержания в разливаемом металле;
2) задают значение совокупного параметра (П*), характеризующего определенное свойство стали;
3) определяют по зависимости (1) по массиву проведенных плавок данной марки среднее изменение концентрации (i^м) каждого из элементов (i^м) и ее среднее квадратичное отклонение σ* за счет выдержки стали в ковше после ее обработки на УДПК до разливки;
4) определяют по зависимости (2) по массиву проведенных плавок данной марки среднее изменение концентрации (i^м) каждого из элементов и ее среднеквадратичное отклонение σ** за период обработки стали на УДПК.

Среднее изменение концентраций i^м и i^м определяется протеканием реакций между металлом, футеровкой стальковша и покровным шлаком и для рассматриваемого агрегата УДПК зависит от состава металла (т.е. марки стали), типа футеровки стальковша, вида и количества покровного шлака.

На плавках, на которых отсутствуют добавки L_j вызывающих изменение концентрации какого-нибудь из элементов (i^м), т.е. i_корр^м 0 в формуле (2), среднеквадратичное отклонение σ* (величин Δ i^м от i^м) и σ** (величин Δ' i^м от i^м) не различается. При этом среднее изменение концентрации элемента (i^м) за период: "отбор пробы после усреднительного перемешивания на УДПК отбор пробы на разливке", соответствует сумме (i^м + i^м), а среднеквадратичное отклонение величин (Δ i^м+ Δ' i^м) от средней суммы (i^м + i^м) не отличается от значения σ*.

На плавках, на которых вводят добавки L_j, изменяющие концентрацию элемента, т.е. i_корр^м ≠ 0 в формуле (2), среднеквадратичные отклонения σ** превосходят значения σ* что обусловлено погрешностями, связанными непосредственно с вводом добавок (ошибки измерения массы добавок, массы стали в ковше, содержание элемента [i^м]_j в добавке и т.д.). При этом среднее изменение концентрации элемента за период: "отбор пробы после усреднительного перемешивания на УДПК отбор пробы на разливке", соответствует сумме (i^м + i^м), а среднеквадратичное отклонение величин (Δ i^м + Δ' i^м) от средней суммы (i^м + i^м) не отличается от σ**
Характер распределения величин Δ i^м относительно i^м и величин Δ' i^м относительно i^м для рассматриваемого перечня элементов, в основном, соответствует нормальному либо близок к нему. Определяют допустимый диапазон (i_min^м' i_max^м') заданий (i_p^м*) по концентрациям элементов в разливаемой стали, предварительно проанализировав значение коэффициента а, рассчитанного по формуле (4): если а ≥ 3, то нижний предел (i_min^м') допустимого диапазона рассчитывают по формуле (5), а верхний (i_max^м') по формуле (6).

Для гарантированного (с вероятностью не менее 99,5%) получения концентрации элемента в соответствии с ГОСТом или ТУ, в случае, когда на УДПК i_корр^м 0 достаточно, чтобы выполнялось условие:
i^м_min+3σ^*≅ (i^м_ВО+ i^м)≅ i^м_max-3·σ^* (23) До получения результатов анализа пробы после усреднительного перемешивания на УДПК, не известно, необходима или нет корректировка содержания какого-либо элемента, т.е. будет ли i_корр^м ≠ 0 или i_корр^м 0, а также учитывая, что величина σ** > σ* то для сохранения вероятности выхода элемента за верхнюю границу (i_max^м) содержания в разливаемой стали на 0,25-процентном уровне необходимо σ* в правой части условия (23) заменить на σ**, в результате чего и образуется уравнение (6): если а < 3, т. е. когда i_min^м + 3 σ* > i_max^м 3 σ**, это свидетельствует о том, что концентрация элемента в разливаемой стали в пределах ГОСТа (ТУ) при использовании данной технологии обработки может быть получена с вероятностью менее 99,5% Поэтому чтобы обеспечить максимум вероятности получения концентрации элемента в стали в пределах ГОСТа (ТУ), нижний (i_min^м') и верхний (i_max^м') пределы допустимого диапазона должны быть равны между собой и вычисляться по формуле (7).

Для элементов, концентрацию которых снижают в процессе обработки на УДПК либо для которых оговорена только верхняя граница содержания в стали (i_max^м), определяют верхний предел (i_max^м') допустимого диапазона по зависимости (8).

Для элементов, которые не входят в виде аргументов в формулу расчета совокупного параметра (), в качестве заданных концентраций (i_p^м*) в разливаемой стали устанавливают: элементы, концентрацию которых повышают путем ввода добавок на УДПК, нижний предел (i_min^м') допустимого диапазона, т.е. i_p^м* i_min^м'; элементы, концентрацию которых снижают при обработке на УДПК, либо для которых оговорена только верхняя граница (i_max ^м) содержания в стали верхний предел (i_max^м') допустимого диапазона, т.е. i_p^м*i_max^м'.

Для элементов, которые входят в виде аргументов в формулу расчета совокупного параметра (П), в качестве заданных концентраций (i_p^м*) в разливаемой стали устанавливают такие значения из допустимого диапазона (ⁱ_min^м'- i_max^м'), для которых разность между расчетным (П) и заданным значением (П*) совокупного параметра минимальна при минимальной себестоимости процесса обработки стали на УДПК.

Для элементов, концентpацию которых снижают в процессе обработки на УДПК, нижний предел (i_min^м') допустимого диапазона приравнивают минимально возможному значению концентрации, достигаемому для заданной марки стали используемой технологией.

Определяют заданные концентрации элементов (i_ВО^м*) в стали после завершения внепечной обработки на УДПК по формуле (9).

Процедура выбора значений i_p^м* из допустимого диапазона (i_min^м' i_max^м') для элементов, которые входят в виде аргументов в формулу расчета совокупного параметра (П), состоит в следующем.

Формируют исходную матрицу, в которой:
количество строк соответствует количеству элементов аргументов;
количество столбцов два правый и левый. В левом столбце указывается то значение предела допустимого диапазона (i_min^м' i_max^м'), которое соответствует минимуму затрат на изменение концентрации элемента (для элементов, концентрацию которых повышают i_min^м', для элементов, концентрацию которых снижают i_max^м'). В правом столбце то значение предела, которое соответствует максимуму затрат (для элементов, концентрацию которых повышают i_max^м', для элементов, концентрацию которых снижают i_min^м');
сверху вниз элементы в матрице располагают в порядке возрастания затрат, связанных с изменением концентрации элемента, и рассчитываемых по зависимости (10).

Вычисляют значение совокупного параметра для левого () и правого () столбцов матрицы.

Проверяют выполнение условий в соответствии с формулами (11) или (12).

Если условие (11) или (12) выполняется, то
значение совокупного параметра на текущем шаге () приравнивается значению
значение предела, указанное в левом столбце первой (верхней) строки матрицы заменяют на значение из правого столбца;
расчет совокупного параметра для левого столбца скорректированной матрицы ();
значение совокупного параметра на очередном шаге () приравнивается значению
сравнение П*c и в соответствии с условиями (13-16);
если из анализа следует, что условия (13 или 14) на текущем шаге на обратное (15 или 16) на очередном шаге не изменилось, то приравнивают значению Затем в следующей строке матрицы значение предела в левом столбце заменяют на значение из правого столбца и вновь производят расчет , которому приравнивают значение совокупного параметра на очередном шаге
если из анализа следует, что при замене в очередной строке матрицы (при переборе строк сверху вниз) значения предела в левом столбце на значение из правого столбца, условие (13, или 14) изменяется на обратное (15 или 16), то по номеру строки матрицы идентифицируют элемент в формуле расчета совокупного параметра (П). Затем для идентифицированного элемента с использованием формулы расчета совокупного параметра и значения П* вычисляют концентрацию, при которой выполняется условие = П^*. Этим результатом расчета изменяют значение предела, указанное в левом столбце матрицы для идентифицированного элемента;
по окончании перечисленных операций в левом столбце матрицы будут указаны заданные концентрации элементов (i_p^м*) в разливаемой стали, обеспечивающие гарантию попадания в пределы марочного состава, достижение заданного значения (П*) совокупного параметра при минимуме затрат на УДПК, связанных с изменениями концентраций элементов в стали.

Если условие (11), или (12) не выполняется, это свидетельствует о невозможности получения заданного значения совокупного параметра (П*) в допустимом диапазоне (i_min^м' i_max^м') концентраций элементов, поэтому идентифицируют тот столбец матрицы (левый или правый) для которого значение совокупного параметра ( или ) наиболее близко к заданному (П*). Этот столбец и содержит заданные концентрации (i_p^м*) элементов в разливаемой стали.

В связи с тем, что первоначальное определение заданных концентраций элементов (i_p^м*) в разливаемой стали и после обработки на УДПК (i_ВО^м*) может быть проведено еще на стадии подготовки к выплавке, то на основе результатов анализа пробы после проведения усреднительного перемешивания на УДПК, должен быть проведен корректирующий расчет для уточнения заданных концентраций. Последовательность корректирующего расчета проводится по следующей схеме.

Предварительно определяют вероятность выхода каждого из элементов за верхнюю границу (i_max^м) в разливаемой стали по условию (17). Если условие не выполняется по какому-либо элементу, а его концентрация не может быть снижена при обработке на УДПК, то эта плавка должна быть переназначена в другую марку стали из-за невозможности гарантированно обеспечить содержание элемента в разливаемой стали в пределах ГОСТа (ТУ).

Величина множителя (1,5-2,5) перед σ* в условии (17), а также (20) и (21) определена из практики с учетом существующих величин допусков по каждому из элементов в меньшую от i_min^м и большую от i_max^м стороны для рассматриваемых марок сталей, а также исходя из максимально достигнутой вероятности получения элемента в разливаемо стали в пределах ГОСТа (ТУ) при использовании данной технологии обработки на УДПК. Конкретные значения множителя выбирают из указанного диапазона в период отладки технологии выплавки и внепечной обработки рассматриваемой марки стали.

При выполнении условия (17) для элементов, которые входят в виде аргументов в формулу расчета совокупного параметра выполняют операции: вновь формируют исходную матрицу; для элементов концентрацию которых можно повышать путем ввода добавок на УДПК, осуществляют проверку по условию (18). Если условие (18) выполняется, то значения левого и правого столбцов матрицы для рассматриваемого элемента необходимо заменить суммой (i^м_УП+ i^м+i^м).

При невыполнении условия (18), дополнительно проверяют условие (19), при выполнении которого значение в левом столбце заменяется суммой (i^м_УП+ i^м+i^м) в противном же случае корректировку матрицы для элемента (i^м) не производят;
для элементов, концентрацию которых в расплаве можно снизить при обработке на УДПК, сначала выполняют проверку по условию (18). Если условие (18) выполняется, то значения в левом и правом столбце матрицы не изменяются. При невыполнении условия (18), проверяют условие (19), и при его выполнении значение в левом столбце матрицы заменяется cуммой (i^м_УП+ i^м+i^м) в противном cлучае этой cуммой заменяютcя значения и в левом и в правом столбцах матрицы.

Используя описанную выше процедуру выбора значений i_р^м* из допустимого диапазона (i_min^м' i_max^м'), но уже для скорректированной матрицы, вновь определяют заданные концентрации элементов (i_р^м*) в разливаемой стали.

По зависимости (9) пересчитывают заданные концентрации элементов в стали (i_ВО^м*) после завершения обработки на УДПК.

При выполнении условия (17) для элементов, которые не входят в виде аргументов в совокупный параметр (П), заданные концентрации (i_p^м* и i_ВО^м*), которые определили на предварительной стадии, не изменяют.

После проведения такого корректирующего расчета производят обработку стали на УДПК с присадкой материалов L_j из расчета получения заданной концентрации i_ВО^м*, окончательное перемешивание расплава и отбор пробы для анализа после завершения всех операций на УДПК.

После получения результатов анализа пробы (i_ВО^м*) металла выполняют ряд заключительных операций по следующей схеме:
Аналогично предыдущему случаю определяют вероятность выхода за верхнюю границу (i_max^м) по условию (20), в котором отсутствует величина i^м, по сравнению с условием (17).

Если условие не выполняется, а концентрация элемента не может быть снижена путем продолжения обработки на УДПК при наличии запаса времени до начала разливки, то эта плавка должна быть переназначена в другую марку стали из-за невозможности гарантированно обеспечить содержание элемента в разливаемой стали в пределах ГОСТа (ТУ).

При выполнении условия (20) и при наличии необходимого запаса времени до начала разливки на УДПК продолжают обработку стали с целью достижения заданных концентраций (i_ВО^м*).

При выполнении условия (20), но отсутствии запаса времени, для элементов, концентрацию которых повышают путем ввода материалов при обработке на УДПК, дополнительно проверяют по условию (21) вероятность выхода за нижнюю границу (i_min^м) содержания элемента в разливаемой стали; при выполнении условия (21) плавку подают на разливку; при невыполнении условия (21) плавка должна быть переназначена в другую марку, после чего ее подают на разливку.

Ниже приведен пример реализации предлагаемого способа управления применительно к внепечной обработке стали марки 10ХСНД в условиях ККЦ МК "Азовсталь".

В табл.1 приведены, исходные данные в соответствии с обозначениями, принятыми в описании. Значения i^м, i^м, σ* σ** получены на основе обработки массива из 80 плавок стали 10ХСНД. Величины i^м и i^м рассчитывались в соответствии с формулами (1) и (2).

В последнем столбце табл.1 указаны множители, используемые в формулах (17), (20) и (21) для проверки вероятности выхода за нижнюю (i_min^м), или верхнюю (i_max^м) границу содержания элемента по ГОСТу. Численное значение множителей определено из опыта работы.

В табл. 2 приведены значения коэффициента а, рассчитанного по формуле (4), а также нижний (i_min^м') и верхний (i_max^м') пределы допустимого диапазона, рассчитанные по формулам (5) и (6) для элементов С, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, а также по формуле (7) для Al и по формуле (8) для S, P. Для Ni, Cu, Al, концентрацию которых можно повысить при обработке на УДПК, заданными концентрациями (i_p^м*) в разливаемой стали будут значения (подчеркнуто), указанные в столбце (i_min^м') табл.2. Для Р, у которого ГОСТом оговорена только верхняя граница (i_max^м) содержания, заданным значением будет (i_max^м') из табл.2. Для остальных элементов заданные значения (i_p^м*) должны быть выбраны из допустимых диапазонов (i_min^м' i_max^м'), причем для S, входящей в формулу для расчета совокупного параметра и которая может быть удалена при обработке на УДПК, в качестве нижнего предела (i_min^м') допустимого диапазона принято значение в 0,015% которое гарантированно может быть достигнуто при проведении десульфурирующей обработки (продувка SiСa) стали 10ХСНД на УДПК.

В табл. 3 показано формирование исходной матрицы, посредством которой осуществляют выбор (i_p^м*) из допустимого диапазона (i_min^м' i_max^м'). В левом столбце исходной матрицы указаны значения предела допустимого диапазона, требующие минимума затрат на изменение концентрации, а в правом максимума. Сверху вниз строки в матрице располагают по увеличению затрат, рассчитываемых по формуле (10). В нижней строке матрицы указаны расчетные значения совокупного параметра () для левого () и правого () столбцов. В табл. 3 также приведена окончательная структура матрицы после осуществления операций перебора при П* 0,32, П* 0,35 и П* 0,36. При этом в левых столбцах матриц указаны заданные значения (i_р^м*) концентраций элементов, выбранные из допустимых диапазонов.

В табл.4 сведены результаты из табл.2 (по Р, Cu, Ni, Al) и табл.3 (по С, Mn, Si, S, Cr), а также результаты расчетов по формуле (9). Указаны также результаты анализа (i_УП^м) пробы после проведения усреднительного перемешивания на УДПК, а также величина отношения: [i^м_мах- (i^м_УП+ i^м+i^м)]σ^*, сравнение которого с величиной множителя (указанного в последнем столбце табл.1) показывает, что дальнейшая обработка металла на УДПК должна производиться в соответствии с заданной маркой стали 10ХСНД.

По результатам анализа пробы после усреднительного перемешивания должна быть скорректирована исходная матрица, необходимая для выбора (i_p^м*) из допустимых диапазонов (i_min^м i_min^м'). В табл.5 приведена исходная скорректированная матрица, данные которой были получены с использованием условий (18) и (19), а также представлена окончательная структура скорректированной матрицы соответственно при П* 0,32, П* 0,35 и П* 0,36.

В табл. 6 сведены результаты из табл.5 (по C, Mn, Si, S, Cr) и табл. 4 (по Р, Ni, Cu, Al). Из табл.6 следует, что при указанном анализе i_УП^м(из табл.4) с учетом величины i^м (из табл.1) при П* 0,32 требуется корректировка только по Al на 0,01% при П* 0,35 требуется корректировка по Mn на 0,01% по Al на 0,01% при П* 0,36 требуется корректировка по Mn на 0,07% по Al на 0,01%
В табл.6 также указаны результаты анализа пробы (i_ВО^м) после завершения обработки стали на УДПК. Проверка выполнения условий (20) и (21) показывает, что концентрации элементов в разливаемой стали будут находиться в пределах ГОСТ гарантированно, поэтому рассматриваемая плавка направляется на разливку в соответствии с заданной маркой.

Формула изобретения

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКОЙ СТАЛИ НА УСТАНОВКЕ ДОВОДКИ ПЛАВКИ В КОВШЕ (УДПК), включающий задание марки стали по нескольким элементам i^м с верхней i^м_max и нижней i^м_min границами, задание совокупного параметра П^* , характеризующего свойство стали, измерение содержания элементов в расплаве после проведения усреднительного перемешивания i^м_уп в стальковше УДПК, после завершения внепечной обработки i^v_во на УДПК и в разливаемой стали i^v_р, присадку в сталь материалов L_j на УДПК для получения стали с содержанием элементов i^м в соответствии с заданной маркой и заданным совокупным параметром П^*, отличающийся тем, что дополнительно определяют по результатам проведенных плавок для каждого элемента i^м среднее изменение концентрации за технологический период: отбор пробы после обработки на УДПК - отбор пробы на разливке по математическому выражению

где n - количество плавок данной марки стали, определяют среднеквадратичное отклонение σ^* величин относительно средней определяют среднее изменение концентрации элемента за период обработки стали на УДПК по математическому выражению


где j - количество материалов, введенных в расплав на УДПК;
L_j - масса j-того материала;
[i^v]_j - процентное содержание элемента i^м в j-том материала;
- среднее усвоение элемента i^м из j-го материала;
G_м - масса металла в стальковше;
и среднеквадратичное отклонение σ^** величин относительно средней затем рассчитывают коэффициент (a) по математическому выражению

и, если a≥3, определяют допустимый диапазон i^мʹ_min÷i^мʹ_max заданий по концентрациям элементов в разливаемой стали по следующим математическим выражениям:
i^vʹ_min=i^м_min+3σ^*, (5)
i^мʹ_max=i^м_max-3σ^**, (6)
если же a<3, то определяют величину i^мʹ_min по следующему математическому выражению:

далее для элементов, которые не входят в виде аргументов в совокупный параметр П и концентрацию которых в стали повышают путем ввода материалов на УДПК, устанавливают в качестве заданного нижний предел i^vʹ_min допустимого диапазона, а для элементов, концентрацию которых снижают в процессе обработки на УДПК, либо для которых оговорена только верхняя граница содержания в стали i^м_max, устанавливают в качестве заданного верхний предел i^мʹ_max допустимого диапазона, определяемый по следующему математическому выражению:

затем для элементов, которые входят в виде аргументов в совокупный параметр П, в качестве заданных устанавливают такие значения из допустимого диапазона i^vʹ_min÷i^мʹ_max, для которых разность между расчетным и заданным П^* значением совокупного параметра минимальная при минимальной себестоимости вводимых материалов L_j и технологического процесса обработки стали на УДПК в целом, при этом для элементов, концентрацию которых снижают при обработке на УДПК, нижний предел i^мʹ_min допустимости диапазона приравнивают минимально возможному значению концентрации, достигаемому для заданной марки стали используемой технологией, а заданные концентрации элементов в стали после завершения внепечной обработки на УДПК определяют по следующему математическому выражению:

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выбор заданных значений из допустимого диапазона i^vʹ_min÷i^мʹ_max выполняют в следующей последовательности: предварительно формируют матрицу, в которой количество строк соответствует количеству элементов, входящих в виде аргументов в совокупный параметр П, а количество столбцов - два, причем в левом столбце каждой строки указывается то значение предела i^мʹ_min или i^мʹ_max допустимого диапазона, которое соответствует минимальным затратам на изменение концентрации элемента i^м в стали, а в правом столбце - то значение предела, которое соответствует максимальным затратам, а сверху вниз элементы в матрице располагают в порядке возрастания затрат 3i^м, связанных с изменением концентрации элемента i^м по следующему математическому выражению:

где средние удельные затраты, производимые на УДПК и связанные с изменением содержания элемента i^м в разливаемой стали в пределах допустимого диапазона i^мʹ_min÷i^мʹ_max;
K - коэффициент, обозначающий множитель перед элементом i^м в формуле расчета совокупного параметра П;
затем вычисляют значение совокупного параметра для левого и правого столбцов матрицы и проверяют выполнение условий

или

и, если одно из этих условий выполняется, то последовательной заменой значений в левом столбце матрицы на значения правого столбца, начиная с правой строки, и двигаясь в направлении последней строки, достигают ситуации, при которой на текущем шаге расчетное значение совокупного параметра удовлетворяет условию

или

а на очередном шаге расчетное значение совокупного параметра изменяет условие на обратное

или

тогда для элемента, на котором произошло изменение условия на обратное, используя выражение для расчета совокупного параметра П, отределяют содержание элемента при котором и заменяют им значение, указанное в левом столбце матрицы, в результате чего в левом столбце будут указаны заданные концентрации элементов в разливаемой стали, если же ни одно из условий (11,12) не выполняется, что свидетельствует о невозможности достижения заданного значения П^* совокупного параметра в диапазоне концентраций i^мʹ_min÷i^мʹ_max, то после расчета совокупного параметра для левого и правого столбцов матрицы в качестве заданного определяют тот из них, для которого расчетное значение совокупного параметра наиболее близко к заданному П^*.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что по получению результатов анализа пробы металла i^м_уп после усреднительного перемешивания на УДПК производят корректирующий расчет заданных концентраций элементов а разливаемой стали и после завершения внепечной обработки на УДПК при этом предварительно проверяют выполнение условия по каждому элементу i^м

и, если это условие не выполняется, а концентрация элемента не может быть снижена при обработке на УДПК, то вероятен выход элемента i^м за верхнюю границу i^м_max содержания в разливаемой стали и плавку переназначают в другую марку стали, если же условие выполняется, то вновь формируют исходную матрицу, затем для элементов, концентрацию которых повышают при обработке на УДПК и которые входят в виде аргументов в совокупный параметр П, осуществляют проверку

и при выполнении этого условия значения левого и правого столбцов матрицы для элемента i^м заменяются величиной а при невыполнении условия (18) дополнительно проверяют выполнение условия

и, если это условие выполняется, то значение, указанное в левом столбце матрицы, заменяется величиной в противном же случае корректировку матрицы для элемента i^м не производят, а для элементов, концентрацию которых снижают при обработке на УДПК и которые входят в виде аргументов в совокупный параметр П, осуществляют обратные действия: при выполнении условия (18) корректировку матрицы по элементу i^м не производят, при невыполнении условия (18), но выполнении условия (19) значение в левом столбце матрицы заменяется величиной при невыполнении условия (19) значения в левом и правом столбцах матрицы для элемента i^м заменяются величиной затем для элементов, входящих в виде аргументов в совокупный параметр П, с использованием скорректированной матрицы вновь определяют заданные концентрации в разливаемой стали, а по зависимости (9) пересчитывают значения а для остальных элементов, которые не входят в виде аргументов в совокупный параметр П, заданные концентрации определенные ранее, не изменяются, далее производят присадку материалов L_j на УДПК из расчета получения в стали заданной концентрации перемешивание металла и отбор пробы стали после завершения всех операций.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что по получению результатов анализа пробы i^v_во после обработки на УДПК по каждому из элементов i^м проверяется выполнение условия

и, если это условие не выполняется , а концентрация элемента не может быть снижена путем продолжения обработки стали на УДПК при наличии запаса времени перед началом разливки, то плавку переназначают в другую марку стали и передают на разливку, если же условие (20) выполняется, то при наличии запаса времени продолжают обработку на УДПК с целью достижения заданных концентраций элементов в стали, а при отсутствии запаса времени для элементов, концентрацию которых в металле повышают при обработке на УДПК, дополнительно проверяют вероятность выхода за нижнюю границу i^v_min содержания в разливаемой стали по условию

при выполнении которого плавку подают на разливку, а при невыполнении плавку переназначают в другую марку и передают на разливку.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве параметра П, характеризующего свойство стали, используют углеродный эквивалент, который рассчитывают по следующему математическому выражению:

где [C], [Mn], [Nb], [Ti], [V] -концентрация углерода, марганца, ниобия, титана, ванадия в разливаемой стали, %.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4