SU1562646A1 - Устройство дл управлени плавкой чугуна в вагранке - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к управлению плавкой чугуна (Ч) в вагранке, оборудованной двум  р дами дутьевых фурм, накопительной емкостью (НЕ) дл  сливаемого Ч, и может быть использовано при производстве Ч в литейной и металлургической промышленности. Цель изобретени  - повышение качества стабилизации температуры и химического состава выплавл емого Ч, экономи  кокса (К). В устройство введены датчик уровн  Ч в НЕ и три функциональные преобразовател  (ФП). Первый ФП формирует задание регул тору (Р) расхода гор чего дуть  (Д) в зависимости от уровн  Ч в НЕ. С помощью второго ФП рассчитываетс  необходимое количество К в загружаемой порции шихты, а третий ФП служит дл  формировани  переменного задани  соотношени  расходов холодного и гор чего Д в зависимости от общего расхода Д. В устройстве имеетс  каскадный Р температуры Ч на сливе в НЕ, измен ющий задание Р температуры нагрева Д. При функционировании устройства достигаетс  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.

Description

Изобретение относитс  к управлению плавкой чугуна в вагранке, оборудованной двум  р дами дутьевых форм, накопительной емкостью дл  сливаемого чугуна, и может быть использовано при производстве чугуна в литейной и металлургической промышленности .

Целью изобретени   вл етс  повышение качества стабилизации температуры и химического состава выполав- л емого чугуна, экономи  кокса.

На чертеже показан пример конкретного выполнени  предлагаемого устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные датчик 1 расхода гор чего дуть , первый регул тор 2, первый исполнительный механизм 3, соединенный с регулирующим органом 4 на трубопроводе 5 гор чего дуть , подведенном к нижнему р ду 6 продувочных фурм вагранки. Второй регулирующий контур содержит последевательно соединенные датчик 7 расхода холодного дуть , второй регул тор 8 и второй исполнительный механизм 9, св занный с регулирующим органом 10 на трубопроводе 11 холодного дуть , подведенном к7 верхнему р ду 12 продувочных фурм вагранки.

Третий регулирующий контур содержит последовательно соединенные датчик 13 температуры выпускаемого чугуна, третий регул тор 14, четвертый регул тор 15 и третий испол- 1нительный механизм 16, св занный с регулирующим органом 17 на трубопроводе 18 природного газа, подведенном к горелкам топочной камеры рекуператора 19. На второй вход четвертого регул тора 15 подсоединен выход датчика 20 температуры гор чего ваграночного дуть .

В составе устройства имеетс  датчик 21 уровн  жидкого чугуна в накопительной емкости 22, выход которого соединен с первым входом первого функционального преобразовател  23. Второй вход преобразова7 тел  23 соединен с выходом задат- чика 24 номинального расхода гор чего дуть , а выход подключен на второй вход первого регул тора 2 и первые входы второго 25 и третьего 26 функциональных преобразователей. Вторые входы этих преобразователей соединены с выходом задатчика 24 номинального расхода гор чего дуть . Третий вход функционального преобра- зовател  25 соединен с задатчиком 27 номинального расхода кокса, а его выход св зан с входом автоматического дозатора 28 кокса. Третий вход третьего функционального преобразовател  26 соединен с задатчиком 29 номинального соотношени  расходов холодного и гор чего дуть , а его выход через блок 30 динамических преобразований подсоединен к первому входу блока 31 умножени . Второй вход блока 31 умножени  соединен с выходом датчика 1 расхода гор чего дуть , а его выход подключен к первому входу второго регул тора 8. Устройство содержит также нуль-орган 32, на два входа которого подсоединены выходы датчика 7 расхода дуть  и задатчика 33 минимально допустимого расхода воздуха, а выход соединен с логическим входом второго регул тора 8.

62646

Устройство может быть реализовано посредством использовани  стандартной аппаратуры серийного изготовлени . Измерение расходов холодного и гор чего дуть  целесообразно осуществл ть с помощью комплекта, состо щего из сужающего устройства и дифманометра ГСП с унифицированным

10 выходным сигналом 0-5 мА, например дифманометра системы САПФИР. Дл  измерени  уровн  чугуна в накопительной емкости можно использовать современный ультразвуковой уров15 немер типа ЭХО-5. Дл  измерени 

температуры чугуна на желобе вагран- ки можно применить измерительный комплект пирометра спектрального отношени  типа СПЕКТРОПИР-10. Темпе2Q ратура гор чего дуть  с помощью комплекта из термопары ТХА и преобразовател  типа Ш-705 с унифицированным выходным сигналом 0-5 мА.

5

0

5

0

5

0

5

I

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. Регул торы 2, 8 и 15 реализованы с помощью алгоблоков контроллера с помещенными в них алгоритмами № 11 или № 12 (РИС илиРИН), обеспечивающих совместно с исполни - тельным механизмом посто нной скорости ПИ-закон регулировани . Регул тор 14, каскадно св занный с регул тором 15, реализован с помощью алгоблока с помещенным в нем алгоритмом № 1 (РАС). Дл  получени  нелинейных зивисимостей может быть использован алгоритм № 40 (КУС) с кусочно-линейным преобразованием. Блок 30 динамических преобразований реализуетс  с помощью алгоблока контроллера с помещенным в нем алгоритмом № 21 (ДИН). Нуль-орган 32 может быть реализован с помощью дискретного регул тора 8. В качестве за- датчиков номинальных значений параметров могут быть использованы серийные задатчики типа РЗД с выходным сигналом 0-5 мА.

Новым в предлагаемом устройстве  вл етс  использование группы элементов - датчика уровн  чугуна в накопительной емкости, задатчика номинального расхода гор чего дуть  и первого функционального преобразовател  дл  автоматического формировани  задани  регул тору расхода гор чего дуть . На выходе первого функционального преобразовател  имею

К,. Н

дуть ,

Пг

(О

- текущий заданный расход м3/с;

-заданный (номинальный) расход гор чего дуть  при минимальном (условно нулевом ) уровне чугуна в накопительной емкости мэ/с;

-коэффициент пропорциональмэ/с

ности, -;

м

Н п

уровень чугуна в накопительной емкости, MJ - показатель степени функци по практическим данным находитс  в диапазоне 1,5-2 Поскольку в составе устройства имеетс  регул тор соотношени  расходов холодного и гор чего дуть , то формирование задани  регул тору расхода гор чего дуть  эквивалентно формированию задани  регул тору общего расхода дуть . Поэтому все приведенные обосновани  по способу управлени  полностью применимы и дл  устройства. Управление интенсивностью продувки осуществл етс  по статическому закону в зависимости от уровн  чугуна в накопительной емкости. При этом уровень может претерпевать значительные изменени , однако, нос щие плавный и монотонный характер. В известном устройстве степень заполнени  копильника регул тор расхода дуть  стремитс  поддерживать на заданном значении, что приводит к большим колебани м расхода дуть  и сильно затрудн ет задачу стабилизации температуры выплавл емого чугуна.

Функционирование новых элементов первой группы обеспечивает достижение нового технического эффекта - плавного изменени  дуть  в зависимости от уровн  чугуна в накопительной емкости, а это создает предпо

26466

сыпки дл  более плавного изменени  количества кокса в шихте и тем са- мым стабилизации температуры выплавл емого чугуна.

С помощью второй группы новых

элементов - второго функционального преобразовател , св занного с первым функциональным преобразователем, за- 10 датчика номинального расхода кокса осуществл етс  расчет необходимого . количества кокса, загружаемого в очередную порцию шихты, в соответствии с выражением

+ K2( , (2) где рк- массова  дол  кокса в загружаемой порции шихты, %; массова  дол  кокса при номинальной производительности вагранки, %; коэффициент пропорционально%

сти Тмз7ср ; 25 - J- а - заданный расход гор чего

дуть  при минимальном уровне чугуна в емкости, м/с;

15

20

IV

К2 ,ан

fjР 

0

п„ 5

0

5

0

5

текущий расход гор чего дуть ,

показатель степени функции, по практическим данным может принимать значени  1,5-2,5. Благодар  совместному действию первой и второй групп новых элементов массова  дол  кокса плавно измен етс  в большую или меньшую .сторону при изменении уровн  чугуна в накопительной емкости, а следовательно, и изменении суммарного расхода ваграночного дуть . Вследствие этого при монотон- ном изменении уровн  чугуна в плавильную зону вагранки поступает необходимое с точки зрени  энергозатрат количество кокса, что способствует стабилизации температуры выплавл емого чугуна. Такой способ управлени  расходом кокса создает благопри тные услови  дл  подсистемы регулировани  температуры чугуна, поскольку при этом практически исключаютс  случаи исчерпани  ресурса управлени  расходом природного газа. Более эффективное использование энергии кокса при работе устройства приводит к снижению его расходовани . При внезапном нарушении монотонности изменени  уровн  чугуна- в накопительной емкости в плавильную зону может поступить или избыточное, или недоста,точное количество кокса. В первом случае потери от избытка кокса компенсируютс  снижением расхода природного газа на нагрев дуть , а во втором случае возможное понижение температуры чугуна компенсируетс  за счет увеличени  температуры нагрева дуть .

Треть  группа новых элементов, включающа  третий функциональный преобразователь, св занный с первым Функциональным преобразователем, блок динамических преобразований, блок умножени  и задатчик номиналь- ного соотношени  расходов холодного и гор чего дуть , служит дл  авто- матического изменени  соотношени  расходов холодного и гор чего дуть  в соответствии с выражением

2($ -.- , V1 (1 -е

- (3) где oi0 - соотношение расходов холодного и гор чего дуть  при номинальной производительности вагранки;

К з - коэффициент пропорциональ- 1

ности

(м /с)

п- - показатель степени функции

по практическим данным пэ 1-2;

е - основание натуральных логарифмов; Т - посто нна  времени канала уп-

равлени  температурой в зоне плавлени  изменением суммарного расхода дуть , с, Ј - текущее врем  от момента изменени  расхода дуть , с. Обычно рекомендуетс  поддерживать значение ot 0,50-1,0, что соответствует доле холодного воздуха в суммарном расходе m 0,33-0,5. При указанном соотношении расходов дуть  достигаетс  наиболее полное использование химической энергии кокса, что приводит к повышению температуры в зоне плавлени  и как следствие к повышению температуры чугуна.

Указанные  влени  справедливы дл  сравнительного узкого диапазона производительности вагранки. При существенном уменьшении суммарного расхода дуть  механизм физико-химических  влений в плавильной зоне измен етс . Вс кое сколь-нибудь существенное уменьшение суммарного расхода дуть  (на 20-25% и более) при сохранении неQ 0

5

0

5

0 15 Q

с изменным расхода кокса приводит к похолоданию в плавильной зоне вагранки , опусканию уровн  холостой калоши . В этих услови х состав реакционных газов на границе плавильной и восстановительной зон смещаетс  в сторону большего количества С04.

Поскольку содержание СО в реакционных газах уменьшаетс , то дл  достижени  максимального теплового эффекта соотношение расхода дуть  между верхним и нижним  русом должно уменьшитьс . В св зи с тем, что процессы в зоне плавлени  вагранки характеризуютс  инерционностью, то температура и состав газов также измен ютс  не мгновенно, а с каким-то замедлением , характеризуемым посто нной вре-

мени Т. Коэффициентом (1 - е г) в выражении (3) учитываетс  теплова  инерци  плавильной зоны вагранки. Следовательно , после уменьшени  расхода гор чего дуть  соотношение расходов холодного и гор чего дуть  необходимо уменьшить не мгновенно, а по экспоненциальному закону с посто нной времени Т. По предварительным данным значение Т дл  вагранок средней производительности находитс  в диапазоне 50-80 с.

Следовательно, с помощью третьей группы новых элементов осуществл етс  автоматическое изменение соотношени  расходов холодного и гор чего дуть .

Устройство функционирует следующим образом.

Допустим, в результате соблюдени  баланса потреблени  и поступлени  чугуна в накопительной емкости устанавливаетс  уровень, близкий к минимальному . На задатчиках 24, 27, 29 установлены номинальные значени  параметров . При этом автоматически устанавливаютс  расход гор чего воздуха , близкий к номинальному, расход холодного воздуха в соответствии с заданным соотношением расходов, близким к Ы0 , а массова  дол  кокса близкой к /3|{0. Допустим, что регулирующий орган 17 на трубопроводе 18 природного газа находитс  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 повышатьс . Это приводит к увеличению сигнала на выходе датчика 21 уровн  в соответствии с выражением ( на выходе преобразовател  23. Выходной сигнал преобразовател  23 поступет на второй вход регул тора 2. Возникает сигнал рассогласовани , и регул тор 2 с помощью исполнительного механизма 3 перемещает регулирующий орган 4 до исчезновени  сигнала рассогласовани . Это приводит к снижению расхода гор чего дуть , в результате чего в блоке сравнени  регул тора 8 возникает сигнал рассогласовани . Регул тор 8 с помощью исполнительного механизма 9 поворачивает регулирующий орган 10 и уменьшает расход холодного дуть  в соответствии с заданным соотношением . Заданное соотношение расходов формируетс  с помощью функциональног преобразовател  26 и блока 30 динамических преобразований. На выходе преобразовател  26 формируетс  сигнал , пропорциональный выражению в квадратных скобках соотношени  (3). Этот сигнал поступает на вход бло-. ка 30 динамических преобразований, на выходе которого формируетс  сигнал уже с учетом инерционных свойст зоны плавлени  вагранки. Дл  получени  выходного сигнала блока 30 в виде, соответствующем выражению (3), передаточна  функци  блока 30 должна быть реализована в виде 1

°УР) т-р + г

Коэффициент усилени  этой передаточной функции равен 1, поскольку его численное значение моделируетс  преобразователем 26.

Сигнал, пропорциональный заданному соотношению расходов, поступает н один из входов блока 31 умножени , на второй вход которого поступает сигнал, пропорциональный текущему расходу гор чего дуть , а его выходной сигнал, пропорциональный заданному расходу холодного воздуха, постпает на второй вход регул тора 8 соотношени .

Перед каждой очередной загрузкой устройство формирует новое значение- массовой доли кокса в соответствии с выражением (2). Выходна  величина

) а

10

15

20

56264610

преобразовател  (23) поступает так- . же на один из входов третьего преоб-. разовател  26, выходной сигнал которого пропорционален заданному значению массовой доли кокса.

Выходной сигнал на внешних клеммах РЕМИКОНТа имеет физическую природу напр жени  посто нного тока: 0-10 В. Этот сигнал поступает на входной АЦП дозатора 28, где он пре7 образуетс  в двоично-дес тичный код и вводитс  в схему управлени  дозатора.

Поскольку по мере возрастани  уровн  чугуна в накопительной емкости 22 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 в емкости 22 может существенно повыситьс , что приводит к снижению сум- 25 мирного расхода дуть  до 20-25% от номинального значени , повышению расхода кокса на 40-50% и снижению соотношени  расходов холодного и гор чего воздуха до 0,2-0,25.

При снижении расхода холодного дуть  ниже значени , при котором возможно забивание фурм, и задаваемого с помощью задатчика 33, на выходе нуль-органа 32 по вл етс  дискретный сигнал. Этим сигналом регул тор 8 переводитс  в дистанционный режим управлени  (ДИСТ), что приводит к остановке исполнительного механизма 9.

Если в процессе управлени  температура выплавл емого чугуна станет ниже заданного значени , выходной сигнал регул тора 14 увеличиваетс  и поступает в виде задани  на вход регул тора 15 температуры гор чего дуть . Регул тор 15 с помощью исполнительного механизма 16 увеличивает степень открыти  регулирующего органа М на трубопроводе природного газа, в результате чего температура дуть  повышаетс . Повышение температуры

30

35

40

45

50

дуть  происходит до тех пор, пока температура чугуна не достигнет заданного значени  (с учетом зоны нечувствительности регул тора 14).

Обратные процессы протекают после длительного перерыва, когда вновь начинаетс  интенсивный отбор чугуна на разливку. Однако при этом изменекие режима ваграночной плавки происходит не резко, а постепенно по ме ре снижени  уровн  чугуна в емкости 22, уммарный расход гор чего и холодног дуть  плавно возрастает, а массова  . дол  кокса в рабочей колоше плавно уменьшаетс . Поэтому при достижении суммарным расходом дуть  значени , близкого к номинальному, в плавильную зону вагранки поступает необходимое количество кокса.

Таким образом,при функционировани устройства обеспечиваетс  чаще всего режим монотонного снижени  производительности вагранки или, наоборот, режим монотонного возрастани  производительности . Как частный случай возможен стационарный режим с посто нной производительностью вагранки, когда интенсивность отбора чугуна дл  разливки соответствует скорости поступлени  чугуна в накопительную емкость. Все эти режимы благопри тствуют стабилизации тепловых и физико-химических процессов, протекающих в вагранке, что в конечном итоге должно привести к стабилизации температуры и химического состава выплавл емого.чугуна, экономии кокса , снижению угла ферросплавов. Кроме того, стабилизаци  температуры сливаемого чугуна должна привести к экономии энергозатрат в накопительной емкости за счет отсутстви  случаев необходимости дополнительного подогрева чугуна.

Claims (2)

1. Устройство дл  управлени  плавкой чугуна в вагранке, преимущественно с нижним р дом фурм дл  Подачи гор чего дуть , вторым верхним р дом фурм дл  подачи холодного дуть , накопительной емкостью дл  сливаемого чугуна, например индукционным миксером, содержащее последовательно соединенные датчик расхода гор чего дуть , первый регул тор и первый исполнительный механизм, соединенный с регулирующим органом на трубопроводе гор чего дуть , последовательно соединенные датчик расхода холодного дуть , второй регул - Гор и второй исполнительный механизм соединенный с регулирующим органом на трубопроводе холодного дуть , последовательно соединенные датчик

0

5

0

температуры выпускаемого чугуна, третий регул тор, четвертый регул тор и третий исполнительный механизм, соединенный с регулирующим органом на трубопроводе природного газа дл  нагрева дуть  в рекуператоре, датчик температуры гор чего дуть , подключенный ко второму входу четвертого регул тора, автоматический дозатор кокса, отличающеес  тем, что,с целью повышени  качества стабилизации температуры и химического состава выплавл емого чугуна,экономии кокса, устройство снабжено датчиком уропн  чугуна в накопительной емкости, трем  функциональными преобразова- гел ми, блоками умножени  и динамических преобразований, задатчиками номинальных значений расхода гор чего дуть , кокса и соотношени  расходов холодного и гор чего дуть , причем выход датчика уровн  чугуна соединен с первым входом первого функциональ- 5 ного преобразовател , второй вход которого соединен с задатчиком номинального расхода гор чего дуть , а выход соединен со вторым входом первого регул тора и с первыми входами второго и третьего функциональных преобразователей, вторые входы которых соединены с выходам задатчи- ка номинального расхода гор чего дуть , на третий вход второго функционального преобразовател  подсоединен выход задатчика номинального расхода кокса, а его выход соединен со входом автоматического дозатора кокса, третий вход третьего преобразовател  соединен с.эадатчиком номинального соотношени  расходов холодного и гор чего дуть , а его выход через блок динамических преобразований подсоединен к первому входу блока умножени , второй вход которого соединен с выходом датчика расхода гор чего дуть , а выход подсоединен ко второму входу второго регул тора.

2. Устройство по п. 1, о т л и- 0 чающеес  тем, что, с целью предотвращени  забивани  продувочных фурм верхнего  руса, устройство содержит нуль-орган, два входа которого соединены с выходом датчика рас- 5 хода холодного дуть  и задатчиком

минимально допустимого расхода д уть , а выход соединен с логическим входом второго регул тора.

0

5

0

5