SU1553809A1 - Способ управлени плавкой чугуна в вагранке - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способам управлени  плавкой чугуна (Ч) в вагранке (В) с двум  р дами дутьевых фурм, накопительной емкостью (НЕ) дл  сливаемого Ч и может быть использовано при производстве расплавов в литейной, металлургической отрасл х промышленности и промышленности стройматериалов. Цель изобретени  - повышение качества стабилизации температуры (Т) и химического состава выплавл емого Ч, экономи  кокса (К). Новым  вл етс  способ управлени  общим расходом дуть  (ОРД) В в функциональной зависимости от уровн  Ч в НЕ, благодар  чему обеспечиваетс  согласование работы плавильного и разливочного отделений. Новыми приемами  вл ютс  также управление долей холодного дуть , подаваемого через верхний р д фурм, и массовой долей К в каждую порцию загружаемой шихты в зависимости от ОРД. Непрерывное поддержание заданной Т чугуна осуществл ют путем изменени  Т нагрева дуть . Внедрение за вл емого технического решени  должно привести к снижению удельных расходов К и ферросплавов, электроэнергии, снижению потерь от брака при разливке. 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к способам управлени  плавкой чугуна в вагранке , оборудованной двум  р дами дутьевых фурм, накопительной емкостью дл  сливаемого чугуна, и может быть использовано при производстве расплавов в литейной и металлургической промышленности, промышленности стройматериалов .

Цель изобретени  - повышение качества стабилизации температуры и химического состава выплавл емого чугуна, экономи  кокса,

На фиг. 1 приведена схема устройства дл  осуществлени  предлагаемого способа; на фиг. 2 - Ц - зависимости технологических параметров процесса.

Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 расхода дуть , первый регул тор 2 и первый исполнителвный механизм 3, св занный с регулирующим органом 4 на трубопроводе гор чего дуть , подведенного к нижнему р ду 5 продувных фурм вагранки . К второму входу первого регуел ел

со оо о со

л тора 2 подключен выход первого функционального преобразовател  6, на два входа которого подключены выходы датчика 7 уровн  чугуна в накопительной емкости 8 и задатчика 9 номинального общего расхода дуть . Первый вход регул тора 10 доли холодного воздуха соединен с выходом датчика 11 расхода холодного дуть , а его выход через второй исполнительный механизм 12 св зан с регулирующим органом 13 на трубопроводе холодного дуть , подведенного к верхнему р ду И фурм. На вход регул тора 15 температуры чугуна подсоединен выход датчика 16 температуры чугуна, а выход каскадно св зан с четвертым регул тором 17, который через третий исполнительный механизм 18 св зан с регулирующим органом 19 трубопровода природного газа, подведенного к горелкам топочной камеры рекуператора 20. Второй вход регул тора 10 соединен с выходом блока 21 умножени , на два входа которого подключены выходы датчика 1 общего расхода дуть  и блока 22 динамических преобразований . Первый вход второго функционального преобразовател  23 св зан с выходом задатчика 9 номинального общего расхода дуть , второй вход соединен с выходом первого функционально- го преобразовател  6, э третий вход- с задатчиком 2k номинальной доли холодного дуть . Первый вход третьего функционального преобразовател  25 соединен с выходом первого функционального преобразовател , на второй и третий вход подключены выходы Задатчиков 9 и 26 номинальных расходов дуть  и кокса, а его выход св зан с входом автоматического дозатор 27 кокса.

Устройство может быть реализовано на базе стандартной аппаратуры. Дл  измерени  объемных расходов общего и холодного дуть  можно применить измерительный комплект, состо щий из сужающего устройства и дифма- нометра ГСП с унифицированным выходным сигналом 0-5 мА, например дифма- нометра типа Сапфир. Измерение уровн  чугуна в накопительной емкости можно осуществить с помощью уровномера типа ЭХО-5 с унифицированным выходным сигналом 0-5 мА. Вычис- лительные, преобразующие и регули- рующие функции могут реализовыватьс 

5

0

5

0

5

0

5

с использованием соответствующих алгоритмов регулирующего микропроцессорного контроллера РЕМИКОНТ Р-110. В качестве задатчиков 9, 2А и 26 номинальных значений могут быть использованы серийные задатчики РЗД-22. Блок 22 динамических преобразований реализуетс  с помощью алгоблока контроллера с помещенным в нем алгоритмом № 21 (ДИН).

Дл  измерени  температуры чугуна на желобе вагранки целесообразно применить измерительный комплект пирометра спектрального отношени  типа СПЕКТРОПИР-10. Температура гор чего дуть  измер етс  с помощью комплекта, состо щего из термопары ТХА и стандартного преобразовател , например Ш-705.

В качестве дозатора кокса может быть использован автоматический дозатор типа ЗЮД.

Зависимость температуры выплавл емого чугуна от расхода ваграночного дуть  имеет экстремальный характер. Цп  отечественных вагранок удельна  интенсивность продувки 120-1 30 м3/м2 ч соответствует абсолютному расходу дуть  15,0-17,0-103 м3/ч и производительности 16-17 т/ч чугуна. Дл  реализации управлени  в соответствии со способом целесообразно выбрать номинальное значение интенсивности продувки, которое находитс  заведомо на левой восход щей части экстремальной характеристики. Благодар  этому обеспечиваетс  однозначность св зи между управл ющим воздействием и выходным параметром плавки - температурой чугуна. С учетом этого задача управлени  интенсивностью продувки в зависимости от уровн  металла в накопительной емкости может быть представлена следующим соотношением:

П 1

Fa Q К- у Н

(1)

Численное значение показател  п существенным образом вли ет на технические и экономические показатели ваграночной плавки и определ етс  конкретными конструктивными и технологическими характеристиками вагранки , буферным объемом накопительной емкости. Логично плавить чугун с большим расходом дуть  при повышении уровн  металла в накопительной емкости . Этому условию соответствует значение показател  п , 7 1 . На основании

предварительного анализа можно рекомендовать дли практического использовани  п, - 2,5,

Из выражени  О) следует, что если при максимальном уровне металла общий расход дуть  должен быть равен нулю, то численное значение коэффициента пропорциональности

н F1

мз/с

(Нмв,«)

м

На фиг. 2 приведен график зависимости общего расхода дуть  от изменени  уровн  в накопительной емкости дл  показател  степени п, 2,0 (пунктирной линией изображена зависимость дл  п, 1). графика на фиг. 2 видно, что существенное уменьшение интенсивности воздушного дуть  происходит при заполнении накопительной емкости на 60 - 70%, что должно способствовать экономичной работе вагранки.

Согласно предлагаемому способу интенсивность ваграночного дуть  ставитс  в плавную нелинейную зависимость от степени наполнени  чугуном емкости, благодар  этому можно создать услови  дл  рационального расходовани  кокса в загружаемой шихте.

Второй отличительный признак - способ введени  коррекции по количеству кокса в каждой загружаемой порции шихты - тесно св зан с первым признаком и их совместное воздействие обеспечивает получение положительного эффекта.

Основной недостаток управл ющего воздействи  кокса на температуру чугуна - большое значение времени запаздывани . При использовании новых приемов достигаетс  больша  эффективность этого воздействи .

Обычно номинальна  производительность вагранки, как правило, превышает среднесменную интенсивность расходовани  чугуна на разливочном участке. Поэтому при наличии задержек и перерывов в работе этого участка расход ваграночного дуть  по мере заполнени  накопительной емкости снижаетс  в соответствии с выражением (1), а долю кокса в каждой загружаемой порции шихты целесообразно постепенно увеличивать в соответствии с выражением

Ко

К

F,H- F8.

(2)

По предварительным данным показа- тель степени п2 в выражении (2).равен 2 - 2,5. На фиг. 3 приведен примерный вид зависимости доли кокса в шихте от общего расхода дуть , coi- ласно которой по мере снижени  общего

расхода дуть  дол  кокса возрастает и при заполнении накопительной емкости на 80% превышает первоначальный уровень примерно на 30 %. Така  закономерность повышени  расхода кокса

способствует сохранению теплового сое- то ни  плавильной зоны вагранки и повышению ресурса управлени  температурой чугуна путем изменени  температуры нагрева дуть . Если окажетс , что расход кокса увеличен излишне , то за счет снижени  температуры нагрева дуть  достигаетс  экономи  природного газа.

Противоположное по знаку управление реализуетс  при снижении уровн  чугуна в накопительной емкости вследствие превышени  интенсивности отбора чугуна дл  разливки над интенсивностью его поступлени  из вагранки .

При этом расход кокса начинают плавно снижать и при опорожнении накопительной емкости на 50% расход кокса возрастает практически к своеМУ номинальному значению.

Третий признак способа управлени  заключаетс  в том, что по мере снижени  общего расхода дуть  снижаетс  и дол  холодного воздуха, подаваемого в верхний  рус фурм. Долю холодного воздуха в общем расходе дуть  необходимо измен ть в соответствии

с выражением

m(C) m0 -KjCF F J (1-е Т ).

(3)

На основании предварительного анализа значение показател  степени п находитс  в пределах 1-2 и дл  каждого технологического агрегата должно быть уточнено.

Сущность введени  динамической коррекции соотношени  расходов холодного и гор чего дуть  заключаетс  в следующем.

Вторичное дутье примен етс  в ваграночном производстве чугуна дл  повышени  степени окислени  кокса, стабилизации плавильной зоны вагранки и, как следствие, повышени  температуры выплавл емого чугуна или экономии кокса при прежней температуре чугуна. При номинальной производительности целесообразно подавать через верхние фурмы не более 35 - (0% воздуха от его общего количества, При этих услови х достигаетс  наибольшее использование химической энергии кокса, что сопровождаетс  повышением температуры в зоне плавлени . При этом в ваграночных газах наблюдаетс  пониженное содержание окиси углерода.

Указанный механизм физико-химических процессов справедлив дл  сравнительно узкого диапазона производительности вагранки. При снижении общего расхода дуть  механизм физико-химических  влений может совершенно изменитьс . Как и дл  других подобных процессов в слое, снижение интенсивности воздушного дуть  означает прежде всего снижение интенсивности горени  кокса. Состав продуктов горени  кокса в первоначальный момент практически не измен етс , поскольку он определ етс  только температурой на границе плавильной и восстановительной зон вагранки . Известно, что независимо от сорта и крупности кокса, расхода и температуры дуть  состав газов и температуры их в конце зоны плавлени  св заны зависимостью

СО

со

а е

Е,-е,

RT

где Е

R

Т а

со,

-энерги  активизации образовани  соответственн СО и СО 4,

-газова  посто нна ;

-температура газов. К;

-коэффициент,

Из выражени  (k) следует, что при любых услови х соотношение СО:СО на границе плавильной зоны определ етс  только температурой наход щихс  здес газов.

В св зи со снижением интенсивности горени  кокса при уменьшении расхода дуть  температура в зоне плавлени  вагранки должна уменьшитьс  и соответственно этому уменьшаетс  содержание СО в реакционных газах на

5

0

5

0

0

5

уровне верхнего р да фурм. Поэтому соотношение между расходами дуть  через верхний и нижний р ды фурм также должно уменьшитьс  .Это особенно справедливо , когда в зону плавлени  с пониженной температурой через верхние фур: мы поступает холодный воздух. На тепловой и аэродинамический процесса также благопри тно сказываетс  увеличение скорости подводимого гор чего воздуха при уменьшении количества дуть  в верхний  рус фурм. Следовательно , из приведенного вытекает необходимость изменени  доли холодного воздуха при уменьшении общего его расхода.

Поскольку тепловые процессы в зоне плавлени  вагранок характеризуютс  определенной инерционностью, то температура и состав газов также измен ютс  не мгновенно, а с каким-то замедлением, характеризуемым посто нной времени Т. Поэтому после изменени  общего расхода дуть  численное значение доли холодного дуть  необходимо изменить не мгновенно, а по экспоненциальному закону с посто нной времени Т, котора  дл  вагранок средней производительности находитс  в диапазоне 50 - 80 с.

Последовательность операций дл  реализации способа управлени  устанавливаетс  исход  из выражений (1) - (3):

на основании исследований закономерностей плавки на конкретном агрегате устанавливают численные значени  коэффициентов К1 - Ка, показателей степени п1 - п, номинальных значений расхода дуть  F массовой доли кокса /} ko и доли холодного дуть  в общем расходе т0, например, при построении зависимостей на фиг, 2 - k прин то. F 100 %, /IK, 100 %,

m

40 %, К1 0,01 , К, 0,008 р,

0

5

%

Къ 0,004 2-,;

/с

измер ют уровень чугуна в накопительной емкости;

устанавливают общий расход дуть  в зависимости от уровн  чугуна в соответствии с выражением (1);

рассчитывают массовую долю кокса в соответствии с выражением (2) и реализуют в очередной загрузке;

при каждом изменении общего расхода дуть  устанавливают новое значе9

ние доли холодного дуть  в общем расходе в соответствии с выражением (3);

измер ют температуру чугуна на желобе вагранки, сравнивают ее с заданным значением и в случае превышени  над заданным уменьшают температуру гор чего дуть  посредством уменьшени  расхода природного газа, в топку рекуператора, а в случае уменьшени  по сравнению с заданием увеличивают расход природного газа.

Долю холодного воздуха в полном соответствии с выражением (3) можно установить только с помощью специального автоматического устройства, например блока динамических преобразований . При ручном управлении оператор должен устанавливать требуемое значение доли холодного дуть  в зависимости от общего расхода дуть , ориентиру сь, например, на таб- личные или графические материалы. Следовательно, ручное управление сопровождаетс  погрешност ми.

Устройство работает следующим образом .

Допустим, что в результате соблюдени  баланса поступлени  и расходовани  чугуна в накопительной емкости устанавливаетс  уровень на 20 % выше минимально возможного. При этом устанавливаетс  общий расход дуть  97 % дол  холодного дуть  m 37 % и массова  дол  кокса j3K 104 % /JKO „ Пусть регулирующий орган 19 на трубопроводе газа находитс  примерно в среднем положении, а температура чугуна равна заданному значению . Допустим, что в результате технологических зацержек в разливочном участке интенсивность отбора жидкого адугуна резко уменьшилась. Это приводит к возрастанию уровн  чугуна в ««кости 8 и изменению выходного сиг- мала первого функционального преобра- аовател  б, пропорционального заданному общему расходу дуть , который поступает на второй вход регул тора 2. В блоке сравнени  регул тора 2 происходит сравнение текущего и заданного значений общего расхо - да дуть . При по влении сигнала рассогласовани  регул тор 2 формирует сигнал управлени  в соответствии с ПИ-законом регулировани  и с помощью исполнительного механизма 3 поворачивает в нужном направлении регу53809 ,о

лиоующий орган ,до тех пор, пока не сравн ютс  текущий и заданный общие расходы дуть .

При возрастании уровн  чугуна сигнал, пропорциональный новому значению общего расхода дуть , поступает на вход функционального преобразовател  23, на два других входа котоJQ рого поступают сигналы с выходов задатчиков 2k и 9. Выходна  величина преобразовател  23, пропорциональна  выражению в квадратных скобках соотношени  (3), поступает на вход

15 блока 22 динамических преобразований, в котором преобразуетс  во времени с учетом инерционных свойств зоны плавлени  вагранки. Дл  получени  выходной величины блока 22 в виде,

20 соответствующем выражению (3) , передаточна  функци  блока 22 должна быть реализована в виде

25

VP)

Коэффициент усилени  в последней передаточной функции равен 1, поскольку его численное значение моделируетс  функциональным преобразова- гелем 23 и равно m-K1

Л

( Fg).

Из анализа изложенного следует, что при ручном управлении оператор может вводить только статическую коррекцию на изменение доли холодного воздуха в общем расходе.

Сигнал, пропорциональный заданному значению доли холодного воздуха , поступает на один из входов бло- ка 21 умножени , на второй вход которого поступает сигнал; пропорциональный общему расходу дуть , а выход , пропорциональный заданному расходу холодного дуть , поступает на один из входов регул тора 10 с ПИ-законом регулировани . На другой

вход регул тора 10 поступает CHI- нал, пропорциональный текущему расходу холодного дуть . При наличии сиг-

нала рассогласовани  регул тор 10 через исполнительный механизм 12 поворачивает регулирующий орган 13 и приводит в соответствие текущий расход холодного дуть  с заданным.

В каждую очередную загрузку измен етс  дол  кокса в соответствии с выражением (2). Выходна  величина преобразовател  6 поступает на вход

третьего функционального преобразовател  25, на два других входа поступают сигналы с задатчиков 9 и 26 номинальных расходов дуть  и кокса. На выходе преобразовател  25 формируетс сигнал, пропорциональный заданной массовой доле кокса в очередной завалке , который поступает в качестве задани  на вход автоматического дозатора 27 кокса. Поскольку по мере возрастани  уровн  чугуна интенсивность продувки вагранки плавно снижаетс , то при монотонном возрастании уровн  в зону плавлени  вагранки поступает количество кокса, необходимое дл  компенсации энергетических затрат. При длительной задержке в расходовании чугуна уровень чугуна в емкости может существенно повышатьс . Это сопровождаетс  значительным (до 20 - 25 % от минимального значени ) снижением общего расхода дуть , повышением расхода кокса на 0 - 50 % и снижением доли холодного дуть  до 15 - 20 %. Если в процессе управлени  температура жидкого чугуна становитс  ниже заданного значени , то это приводит к увеличению аналогового сигнала на выходе регул тора 15, который поступает на вход регул тора 17 температуры гор чего дуть . Регул тор 17 с помощью исполнительного механизма 18 увеличивает степень открыти  регулирующего органа 19 на трубопроводе природного газа, вызыва  увеличение температуры дуть , которое происходит до тех пор, пока температура чугуна не сравн етс  с заданным значением (с учетом зоны нечувствительности регул тора 15).

Если после длительной задержки вновь начинаетс  интенсивный отбор чугуна дл  разливки, то изменение плавильного режима вагранки происходит не резко, а постепенно по мере снижени  уровн  чугуна в емкости 8. Общий расход дуть  постепенно возрастает , а расход кокса в рабочую колошу уменьшаетс . Поэтому при достижении общим расходом дуть  значений , близких к номинальному, в плавильную зону вагранки вновь поступает необходимое (или незначительно отличающеес ) значение массовой доли кокса.

Таким образом, при реализации способа управлени  достигаетс  или

5

0

стационарный режим вагранки, при котором интенсивность отбора металла дл  разливки соответствует скорости поступлени  чугуна в накопительную емкость, или режим монотонного снижени  производительности вагранки , или, наоборот, режим монотонного возрастани  производительности. Такие режимы благопри тствуют стабилизации тепловых и химических процессов , протекающих в вагранке, что в итоге приводит к стабилизации температуры и химического состава выплавл емого чугуна, экономии кокса. Кроме того, стабилизаци  температуры чугуна должна привести к экономии энергозатрат в накопительной емкости (отсутствие необходимости дополнительного подогрева чугуна).

Формула

зобретени 

Способ управлени  плавкой чугуна в вагранке, преимущественно оборудованной нижним р дом фурм дл  подачи гор чего дуть , верхним р дом фурм дл  подачи холодного дуть , накопительной емкостью дл  сливаемого чугу- на, например индукционным миксером, основанный на поддержании соответстви  между интенсивностью отбора чугуна из емкости и производительностью вагранки путем изменени  общего расхода дуть  в зависимости от количества чугуна в емкости, включающий регулирование температуры чугуна посредством изменени  температуры гор чего дуть  и изменени  расхода кокса, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества стабилизации температуры и химического состава выплавл емого чугуна, экономии кокса, дополнительно измер ют уровень жидкого чугуна в накопительной емкости и заданный общий расход дуть  устанавливают в соответствии с выражением

50

F F - К - } Э 1

Н

где

Ч

г;

Р„ - заданный общий (суммарный) расход дуть , м3/с; заданный общий расход дуть  при минимальном уровне чугуна в емкости, м3/с;

К - коэффициент пропорциональМ3/С

ности, ----„-;

,31553809,4

Н - текущий относительно мини- в общем расходе дуть  устанавливают

мального значени  уровень чугуна в емкости, м;

в соответствии с выражением

п

- показатель степени функции, m(f) m0-K-(F -F9)n (I - е т ),

Г

массовую долю кокса /зк в каждой загружаемой порции шихты устанавливают в соответствии с выражением

0

Ко

к7 (FO Ч Г3

Fe)n

Рк« массова  дол  кокса при номинальной производительности вагранки, %;

К, - коэффициент пропорциональ- 5

НОСТИ ТмЗ/сГ ; n/j - показатель степени функции,

при этом долю т(С) холодного дуть 

в соответствии с выражением

9)

Г

где т0 - дол  холодного дуть  в общем расходе дуть , равном F-, %; «3 - коэффициент пропорциональноеТИ

п - показатель степени функции;

Т - посто нна  времени канала управлени  температурой в зоне плавлени  изменением , общего расхода дуть , с; - текущее врем  от момента изменени  общего расхода дуть , с.

Фиг.1

а

И 60 20 О т% фиг.2

29

.3

/

/

го

Фиг.Ь

Б0 -fj- mi.

т,%

3D

Ю

60 З- -т-/.

F3

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ управления плавкой чугуна

   25 в вагранке, преимущественно оборудованной нижним рядом фурм для подачи горячего дутья, верхним рядом фурм для подачи холодного дутья, накопительной емкостью для сливаемого чугу

   30 на, например индукционным миксером, основанный на поддержании соответствия между интенсивностью отбора чугуна из емкости и производительностью вагранки путем изменения общего рас хода дутья в зависимости от количест ва чугуна в емкости, включающий ре гулирование температуры чугуна пос редством изменения температуры горячего дутья и изменения расхода кокса, 40 отличающийся тем, что, с целью повышения качества стабилизации температуры и химического состава выплавляемого чугуна, экономии кокса, дополнительно измеряют уро45 вень жидкого чугуна в накопительной емкости и заданный общий расход дутья устанавливают в соответствии с выра жением

   М К I

   F= - К₁- Н , н

   - заданный общий (суммарный) расход дутья, м³/с;

   - заданный общий расход дутья при минимальном уровне чугуна в емкости, м³/с;

   - коэффициент пропорциональ м³/с ности,

   Η - текущий относительно минимального значения уровень чугуна в емкости, м;

   п₁ - показатель степени функции,, массовую долю кокса /з_к в каждой загружаемой порции шихты устанавливают в соответствии с выражением где массовая доля кокса при номинальной производительности вагранки,

   К_г - коэффициент пропорциональ- 15 % ности, т-хт-уй— ;

   ’ (м³/с) ’ n - показатель степени функции, при этом долит(С) холодного дутья 20 в общем расходе дутья устанавливают в соответствии с выражением /П

   С m(f) = [m₀-K₃(F*-F_?)⁵] (1 - е ^т где т„ - доля холодного дутья в общем

   V U расходе дутья, равном F^,

   К₃ - коэффициент пропорциональнос% ^ти’ 7Д³/сУ^пЗ* п_? - показатель степени функции;

   Т - постоянная времени канала управления температурой в зоне плавления изменением , общего расхода дутья, с;

   ί - текущее время от момента изменения общего расхода дутья, с.

   Фиг. 1