Задачи управления кислородно-конверторным производством

Технологический процесс выплавки стали в кислородном конвертере как объект автоматизации

Если проанализировать конвертерный процесс как объект автоматического управления, то можно выделить следующие управляемые величины, возмущающие и управляющие воздействия:

1) Основные выходные управляемые величины - концентрация углерода, фосфора и серы в металле в процессе и в конце продувки; температура металла в процессе и в конце продувки; масса металла в процессе и в конце продувки.

2) Дополнительные выходные величины - окисленность металла в конце продувки; масса шлака; состав шлака; количество конвертерных газов; температура конвертерных газов; состав конвертерных газов.

3) Контролируемые возмущающие воздействия - содержание в чугуне кремния, марганца, серы и фосфора; изменение температуры чугуна; интервал времени между плавками; содержание кислорода в дутье.

4) Неконтролируемые возмущающие воздействия - содержание углерода в чугуне; состав сыпучих материалов; состав, размеры и температура лома; масса и состав попадающего в конвертер шлака.

5) Управляющие воздействия - масса чугуна, лома, руды и извести; время ввода в конвертер сыпучих материалов; расход кислорода; расстояние между кислородной фурмой и уровнем спокойной ванны; продолжительность продувки.

Управляющие величины призваны обеспечивать реализацию целей управления. Первые два управляющих воздействия (масса чугуна и лома) относятся к разовым (статическим), которые по ходу плавки изменить невозможно. Почти все остальные воздействия - динамические.

Таким образом, автоматическое управление процессом должно включать следующие функции:

1) автоматический расчет исходной шихтовки на основе знаний состава сырья и заданной марки стали;

2) автоматический расчет требующегося на плавку количества кислорода, регулирование интенсивности его подачи и общего введенного количества;

3) автоматический расчет ввода требующихся количеств лома, руды и шлакообразующих по ходу процесса;

4) автоматический контроль температуры и состава металла и определение момента окончания плавки

Полная автоматизация управления конвертерным процессом может быть достигнута лишь при создании системы автоматики с использованием ЭВМ и при наличии датчиков всей исходной и текущей информации, в том числе и о параметрах ванны во время плавки.

Сталеплавильные кислородные конвертеры являются высокопроизводительными агрегатами, все технологические процессы, в которых протекают с большими скоростями. Эти черты накладывают высокие требования на функционирование системы автоматического контроля и управления.

Главной задачей конвертерного процесса является окисление углерода чугуна. Скорость окисления углерода можно разбить на три периода плавки. Первый период, охватывающий 20-30% времени продувки, характеризуется пониженной скоростью обезуглероживания. В течение этого периода в основном завершается окисление кремния и марганца, происходит частичное окисление железа и образование шлака. Во втором периоде (60 - 70 % времени продувки) средняя скорость окисления углерода в 2-3 раза превышает начальную. При этом практически весь кислород дутья расходуется на окисление углерода, а также происходит окисление углерода оксидами железа, накопившимися в шлаке. В третьем периоде продувки скорость окисления углерода начинает резко падать.

Главная задача управления конвертерной плавкой - получение заданного состава стали по углероду, что в основном сводится к определению времени прекращения продувки. Эта задача весьма сложна, если учесть, что обычно нет прямой информации о содержании углерода в ванне по ходу продувки, а скорость выгорания углерода настолько велика, что одна минута продувки соответствует переходу к стали другой марки. Управление усложняется и тем, что скорость выгорания углерода существенно меняется по ходу продувки.

Другая задача управления заключается в получении к моменту достижения заданного содержания углерода нужной температуры стали. Обеспечивается это правильным расчетом количества охладителей и частично за счет присадок руды, лома и известняка по ходу продувки, а также в результате изменения высоты расположения кислородных фурм.

Требуемая степень дефосфорации и десульфурации обеспечивается путем получения шлака нужной основности и в нужном количестве.

Одной из вспомогательных задач управления можно назвать обеспечение безопасных условий продувки ванны кислородом. Это решается автоматическим прекращением продувки и извлечением фурмы из конвертера при отклонении некоторых параметров от допустимого значения.

В современных крупных конвертерах, как правило, применяется система удаления конвертерных газов без дожигания СО. При этом очищенные газы с содержанием большого количества СО могут использоваться как топливо. Наличие газоотводящего тракта, заполненного СО, обуславливает дополнительные требования к управлению, связанные с необходимостью обеспечения безопасной работы газоотводящего тракта, и в первую очередь к правильному управлению давлением в тракте.

Общей задачей управления конвертерной плавкой может быть достижение экстремума некоторого критерия оптимальности. В качестве такого критерия могут быть выбраны различные технические или технико-экономические показатели и их комбинации. Например, максимальная производительность или максимальный выход жидкой стали (отношение массы полученной стали к сумме масс чугуна и лома), максимальная стойкость футеровки. В общем случае критерием оптимальности наиболее целесообразно считать максимальную экономичность процесса, но более точный выбор критерия оптимальности может быть произведен только в условиях конкретного конвертерного цеха. При управлении по любому критерию оптимальности, безусловно, сохраняется основное требование - получение стали заданного качества, т.е. с определенным содержанием углерода, определенной температуры и с содержанием вредных примесей, не превышающим допустимых значений.

Внедрение развитой системы автоматизированного управления конвертерным процессом дает следующие технико-экономические выгоды:

¨ снижение удельных расходов кислорода и других материалов;

¨ увеличение выхода жидкого металла вследствие сокращения угара железа в шлак из-за регулирования положения кислородной фурмы и увеличения скорости продувки;

¨ снижение числа плавок, не попавших в анализ;

¨ получение плавок заданной массы;

¨ увеличение производительности из-за сокращения простоев конвертера для взятия проб металла на анализ.

В целом в АСУ ТП конвертерного производства входят следующие локальные системы регулирования:

1) Система взвешивания и дозирования сыпучих материалов. Ее главная задача - получение к моменту достижения заданного содержания углерода необходимой по условиям разливки температуры стали;

2) Система регулирования расхода кислорода. Является наиболее важной системой. Главное требование к ней - обеспечение точности поддержания заданного расхода кислорода, и поэтому желательно применение приборов повышенной точности для измерения расхода с коррекцией по температуре и давлению кислорода.

3) Система регулирования положения фурмы. При подъеме фурмы происходит падение скорости обезуглероживания из-за уменьшения кинетической энергии струи и ее проникновения в ванну. Изменением положения фурмы может влиять также на содержание окислов железа в шлаке в широких диапазонах при высоких концентрациях углерода в металле, что обеспечивает быстрое растворение извести в шлаке и раннюю дефосфорацию.

4) Система регулирования давления в кессоне, поддерживающая слегка избыточное давление в кессоне над конвертером. Предотвращает просачивание в дымоотводящий тракт воздуха, а также выбивания в окружающую атмосферу конвертерных газов, содержащих токсичный СО.

5) Система автоматического аварийного прекращения продувки и извлечения фурмы из конвертера при падении давления кислорода, падении давления или расхода охлаждающей фурмы воды ниже допустимых значений, а также при увеличении температуры воды на сливе выше определенного уровня. Изменение указанных параметров охлаждающей воды характеризует качество охлаждения фурмы. Уменьшение давления и расхода воды сигнализирует об ухудшении охлаждения и опасности прогара фурмы. Повышение температуры воды на сливе свидетельствует о перегреве фурмы, наступившем в результате прогара и потери части охлаждающей воды. В этом случае фурма извлекается для предотвращения попадания воды в жидкий металл или шлак. Кроме того, продувка прекращается, и фурма извлекается при аварийных ситуациях в некоторых других устройствах конвертера (газоочистка, охладитель конвертерных газов (котел-утилизатор)).

6) Система автоматического контроля и регулирования положения конвертера.

Дата добавления: 2015-03-29