КОНТРОЛЬ И УПРАВЛЕНИЕ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНЫМ ПРОЦЕССОМ

При упрощенном методе контроля кислородно-конвертерного процесса промежуточную повалку конвертера производят, когда норма расхода кислорода почти полностью реализована. В это время отбирают пробы металла и шлака и замеряют температуру ванны термопарой погружения (платино-платинородиевой или вольфрамомолибденовой). Экспрессное определение [С] осуществ­ляют с помощью приборов термо-э. д. с. или карбометров. Для пол­ного экспресс-анализа металла широко применяются квантометры и вакуумные квантометры. В случае необходимости плавки додуваются.

Целью всех методов контроля и автоматического управления ходом плавки является получение в конце продувки заданного содержания углерода, фосфора, серы и других примесей, а также оптимальных для стали данной марки температуры, окисленности и основности шлака. При четком контроле хода плавки обеспечиваются, повышение качества стали и увеличение производительно­сти конвертера, так как в этом случае сокращается до минимума время повалок и корректировочных операций (додувок, охлажда­ющих добавок, ожидания результатов анализов).

В связи с отсутствием полной информации о шихтовых мате­риалах и наличием колебаний отдельных технологических пара­метров по ходу плавок (так называемых «помех») автоматическая система управления (АСУ) кислородно-конвертерным процессом используется лишь частично.

В кислородно-конвертерных процессах применяются как стати­ческие, так и динамические системы контроля и автоматизации процесса.

В статических системах используются математические модели, в которых допускается независимость ряда входных параметров от времени, а значения выходных параметров плавки к моменту окон­чания продувки прогнозируются как функции входных без учета ее длительности. Не во всех случаях статические модели достаточ­но обоснованы, так как конечные результаты плавки зависят не только от интегральных и средних значений параметров в начале, по ходу и в конце плавки, но и от интенсивности и времени их из­менения в процессе продувки. Например, на количество окислен­ного углерода наряду с общим расходом кислорода влияет также и интенсивность продувки, от которой зависит коэффициент его использования.

В статических системах применяются аналоговые и цифровые электронно-вычислительные машины (ЭВМ), в которых задается определенная программа (алгоритм), отражающая математичес­кую модель процесса. Для составления последней обычно исполь­зуют данные материального и теплового балансов плавок и реша­ют задачу о необходимых исправлениях по ходу продувки ванны и раскисления (дополнительные добавки, изменения расхода кис­лорода), которые бы обеспечили получение желаемых результатов при заданных начальных условиях. Таким образом, статическая модель процесса практически ничем не отличается от схемы рас­чета шихты и теплового баланса плавки.

В цифровую ЭВМ автоматически или вручную задается инфор­мация о составе чугуна, флюсов, охладителей, стали в конце про­дувки, их температуре, чистоте кислорода, основности конечного шлака, положении фурмы. Машина на основе полученной инфор­мации и алгоритма процесса прогнозирует ход плавки (определя­ет количество чугуна, лома и сыпучих материалов, время их вво­да, расход кислорода на плавку и момент остановки продувки) и дает соответствующие команды.

Достижению высокой эффективности прогнозирования с помо­щью статических систем препятствуют недостаточная точность сведений об исходных параметрах, а также существенные колеба­ния угара железа, потерь металла с выбросами и степени усвое­ния кислорода, зависящие от многих трудно учитываемых физико­-химических факторов. Некоторые сведения, являясь точными, по­ступают в АСУ со значительным опозданием: так, химический состав чугуна часто бывает, известен только к середине продувки. Кроме того, длительность дозирования, взвешивания и транспор­тировки чугуна и лома может превысить продолжительность плав­ки в два раза и более.

Рисунок 6 Двухступенчатая схема статической управляющей системы

Двухступенчатая схема статической управляющей системы (рис. 6), сущность которой заключается в следующем: Вначале по имеющейся предварительной информации и данным о прошед­ших плавках определяют общий расход сыпучих материалов и кислорода и его изменение по ходу предстоящей плавки. В это же время заказывают расчетные массы чугуна и лома на одну пла­вку вперед. Затем на основе уточненной и дополнительной инфор­мации, полученной по ходу текущей плавки, корректируют про­грамму управления технологией следующей плавки.

Таким образом, недостаток статических систем частично устра­няется путем ввода в программу дополнительной информации, по­лученной на основе результатов предыдущих плавок (или промежуточной повалки), и оценки расхождения между прогнозируемы­ми и Фактически достигнутыми на проведенной плавке показате­лями (температура и состав стали).

В связи с недостатками статических систем все большее рас­пространение получают динамические системы автоматизации, в которых входные и выходные параметры рассматриваются во вре­мени (в динамике). В таких системах, основанных на управлении процессом с обратной связью, кроме начальных параметров ис­пользуется непрерывная информация о ходе плавки, т. е. о теку­щих значениях управляемых параметров. Последние получаются с помощью специальных датчиков, надежность работы которых и определяет успешность функцио­нирования системы управления. Динамическая система на основе полученной информации (главным образом о температуре стали и [С]) воздействует на ход процесса (изменяет интенсивность про­дувки, положение фурмы и т. д.), своевременно регулируя темпе­ратуру, скорость окисления примесей и другие параметры и обес­печивая проведение плавки по оптимальному пути.

К числу параметров процесса, особенно важных для контроля, относятся [С], Vс, температура ванны и изменение ее уровня.

Для динамического контроля используют также результаты из­мерения давления газов под «куполом» камина и других физичес­ких параметров (акустические явления, электропроводность, ин­тенсивность излучения факела и др.), зависящих от Vc.

Существенную информацию об уровне ванны и V_C получают при непрерывном контроле температуры воды, охлаждающей фур­му, а также при измерении электропроводности ванны на участ­ке фурма — ванна. В последнем случае четко фиксируется момент приближения уровня ванны к фурме и погружения последней.

На рис. 7 в качестве примера приведена принципи­альная схема комплексной динамической системы АСУ. Технико-экономическая эффективность АСУ в значительной мере определяется надежностью и точностью приборов — датчиков и ЭВМ, их приспособленностью к длитель­ной работе.

Рисунок 7 Структурная схема управления технологическим процессом

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение сказанного можно подвести итоги, сформулировать выводы. Железо и его сплавы являются основой современной технологии и техники. В ряду конструкционных металлов железо стоит на первом месте и не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что цветные металлы, полимерные и керамические материалы находят все большее применение. Железо и его сплавы составляют более 90 % всех металлов, применяемых в современном производстве. Самым важнейшим из сплавов железа является его сплав с углеродом. Углерод придает прочность сплавам железа. Эти сплавы образуют большую группу чугунов и сталей. Сталями называют сплавы железа с углеродом, содержание которого не превышает 2,14 %. Сталь - важнейший конструкционный материал для машиностроения, транспорта и во многих других отраслях народного хозяйства.

Сталеплавильное производство - это получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. Сталеплавильное производство является вторым звеном в общем производственном цикле черной металлургии. В современной металлургии основными способами выплавки стали являются кислородно-конвертерный, мартеновский и электросталеплавильный процессы. Соотношение между этими видами сталеплавильного производства меняется.

Сталеплавильный процесс является окислительным процессом, так как сталь получается в результате окисления и удаления большей части примеси чугуна - углерода, кремния, марганца и фосфора. Отличительной особенностью сталеплавильных процессов является наличие окислительной атмосферы. Окисление примесей чугуна и других шихтовых материалов осуществляется кислородом, содержащимся в газах, оксидах железа и марганца. После окисления примесей, из металлического сплава удаляют растворенный в нем кислород, вводят легирующие элементы и получают сталь заданного химического состава.