Материал: Автоматизація конвертеру

Автоматизація конвертеру

ВСТУП

автоматизація конвертерний плавка

Конвертер (англ. converter, від лат. converto - змінюю, перетворюю), призначений для одержання сталі з розплавленого чавуну продувкою його киснем.

Киснево-конвертерний процес являє собою один із видів перетворення рідкого чавуну в сталь без витрати палива шляхом продувки чавуну в конвертері технічним, чистим киснем, що подається через фурму.

Корпус і днище футерують (облицьовують) вогнетривкими матеріалами. Кисень подають через спеціальну фурму в горловині конвертера під дуже високим тиском - понад 1 МПа (10 кГс/см²). Струмінь кисню енергійно входить в рідкий метал і моментально вступає в контакт із різними домішками чавуну. За перші 5-10 хвилин окисляються кремній (у чавуні його 0,7-0,9%) і марганець (0,4-2%). У результаті цих реакцій температура металу в конвертері піднімається з 1200-1250 до 1400-1450°С. Після цього відбувається швидке й інтенсивне вигоряння вуглецю.

Кисень продовжують вдувати в конвертер доти, поки зміст вуглецю в чавуні не знизиться до заданої межі. При цьому температура металу досягає вже 1600° С. Реакції, що розвиваються в конвертері, дають стільки тепла, що його вистачає не тільки для нагрівання чавуну, але ще й для того, щоб розплавити залізний лом.

Про хід продувки судять по кольору полум'я й багатьом іншим зовнішнім ознакам. Сталевар (його називають ще оператором) управляє процесом із спеціального пульта.

Для безпечної роботи кисневого конвертера необхідні замір і підтримка наступних технологічних параметрів на заданому значенні:

·        температура води в трубопроводі 20 °С;

·        температура зворотної води в трубопроводі 50-175 °С;

·        витрата води через трубопровід 50 т/год;

·        витрата кисню 0,3 т/год;

·        тиск кисню в трубопроводі 1,4 МПа;

·        тиск води в трубопроводі 1,6 МПа;

·        температура газов перед охлаждением 800-1200°С;

·        температура газов после охлаждения 50-80°С;

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ОБ’ЄКТУ КЕРУВАННЯ

Киснево-конвертерний процес із верхньою продувкою полягає в продувці рідкого чавуну киснем, підведеним до металу зверху через сопла водоохолоджуваної фурми. При цьому вигорають домішки чавуну - вуглець, кремній, марганець, сірка, фосфор і т.д. Кисень подається в конвертер під тиском 1 - 1.5 МПа по водоохолоджуваній фурмі. Вода під тиском 0.6-1 МПа подається в простір між внутрішньою й середньою трубами фурми й віддаляється із простору між зовнішньою й середньою трубою, забезпечуючи охолодження фурми.

Завантаження й заливання. У конвертер завантажують сталевий лом. Потім заливають чавун. При цьому відбувається плавлення лома в конвертері. Маса металошихти повинна забезпечувати масу рідкої сталі не більше 350 тонн. Масу витрати чавуну й металобрухту для плавки визначають по рекомендаціях АСУТП. Масова витрата чавуну й лома повинні забезпечити після закінчення продувки задані значення вмісту вуглецю в металі. При відхиленні цих параметрів від заданих значень, у тому числі при температурі металу більш ніж на 20 град., роблять перешихтовку плавки.

Продувка. Продувку роблять по режимах із частковим або з повним видаленням окису вуглецю. Положення кисневої фурми щодо рівня металу у ванні, при витраті кисню 1100-1300 м³/хв встановлюють виходячи з нормативів, обумовлених вмістом вуглецю у ванні, а також заданою кількістю вуглецю в сталі. Для продувки використовують кисень чистотою не нижче 99.5% з вмістом азоту не більше 0.15%. Тиск кисню в цеховій магістралі перед фурмою повинен бути не менш ніж:

·        2.2 МПа - при витраті кисню 1100 - 1300 м³/хв;

·        2.3 МПа - при витраті кисню 600 - 800 м³/хв.

Після закінчення продувки роблять заимір температури й відбір проб металу й шлаків з обов'язковим спуском шлаків. У пробах шлаків визначають вміст Ca, Mg, Si, Al₂O₃, Pb₃, Cr₂O₃,S, Fe. У пробах металу визначають вміст ІЗ, Mn, S, F, Cu, Ni, Cr, N. Температура металу перед випуском плавки повинна бути в наступних межах: 1580 (З - 1600 (З - при розливанні сталі в сляби товщиною 250 мм; 1575 (З - 1595 (З - при розливанні сталі в сляби товщиною 300 мм. Випуск плавки роблять після одержання аналізу металу на вміст C, S, P і перевірки температури заданого значення. Тривалість випуску плавки повинна становити не менш 6 хв.

Повалка. Встановлення заданої концентрації С у сталі досягається за допомогою проміжної плавки. При цьому фурму піднімають, виключають дуття, переводять конвертер у горизонтальне положення, відбирають проби металу й шлаків і заміряють температуру ванни за допомогою термопари занурення.

Додувка. Коли після продувки вміст S й F у сталі, або його температура не відповідають заданим значенням параметрів, роблять додувку. Додувка металу на сірку й фосфор рекомендується здійснювати по наступному режимі:

·        положення фурми вище базового положення на 300-1500 мм;

·        інтенсивність продувки в межах від 1000 до 1300 м³/хв;

·        витрата перевелися з розрахунку від 3 до 5 т. на кожну хвилину додувки;

Додувка металу на температуру роблять по наступному режимі:

·        положення фурми звичайне, або підвищене на 300-1500 мм,

·        тривалість додувки визначають по технологічному розрахунку;

·        при вмісті С у металі рівному не менш 0.085 роблять присадку HРО₂ і термоантрацити з розрахунку 300 кг на одну хвилину додувки.

Випуск. При випуску сталі конвертер нахиляють. Сталь зливають через випускний отвір у сталеррозливний ковш, шлаки - у чашу.

Доведення. Сталь у ковші піддається обробці вакуумом, аргоном, азотом і т.д. Розкислення й легування металу роблять у сталерозливному ковші. Витрату розкислювачів і легуючих добавок визначають із розрахунку одержання середнього вмісту елементів у готовій сталі. Тривалість усього циклу становить 30-45 хв.

Зовнішня обробка металу. Проведення технологічних операцій поза плавильним агрегатом називають вторинною металургією або зовнішньою обробкою. Вся сталь, виплавлена в конвертерному цеху піддається обробці в ковшах. У конвертерному цеху роблять наступні види зовнішньої обробки сталі:

·        обробка аргоном;

·        обробка рідкими синтетичними шлаками;

·        доведення металу по хімічному складі й температурі;

·        мікролегування й рафінування порошкоподібними реагентами;

·        порційне вакуумування з уведенням розкислювачів і легуючих.

Процес продувки металу аргоном характеризується зменшенням вмісту газів у металі, інтенсивним перемішуванням розплаву, поліпшенням умов протікання процесів перекладу в шлаки неметалічних включень, усередненням складу металу, поліпшенням умов для окислювання вуглецю, зниженням температури металу. Для забезпечення максимального контакту твердих реагентів, що вдмухують, з металом виконується продувка металу порошкоподібними матеріалами. Обробка металу вакуумом впливає на протікання тих реакцій і процесів, у яких бере участь газова фаза. Основною метою обробки вакуумом є зниження вмісту газів у сталі. При зовнішній обробці металу контролюють наступні параметри:

·        температуру синтетичних шлаків,

·        масу й склад шихтових матеріалів для синтетичних шлаків,

·        температуру сталі в ковші,

·        об'ємна витрата аргону при продувці,

·        тиск аргону,

·        час продувки,

·        масу коригувальних присадок,

·        масу порошку,

·        об'ємну витрату й тиск кисню.

Розливання сталі. Розливання сталі починають по команді майстра або старшого розливальника. Наповнивши проміжний ковш сталлю на висоту від 250 до 300 мм від бортової частини ковша, роблять плавне відкриття стопорів на 1/3-1/4 перетини струменя металу й починають заповнювати металом кристалізатор. Допускається почергове заповнення кристалізаторів. Потім по пуску МНЛЗ включають подачу води й повітря в систему вторинного охолодження.

Заповнивши кристалізатори на висоту від 100 до 150 мм від верхнього краю плит кристалізатора, стопора проміжного ковша відкривають на максимально можливу подачу металу. Потім у кристалізатор засинають шлакоутворюючу суміш. Час наповнення кристалізатора повинне бути 70-90 із для перетину 259х1500 мм; 80-100 із для перетину 250х1850 мм й 100-120 із для перетину 300х1550-1850 мм. Кристалізатор вважають наповненим, якщо рівень металу перебуває на відстані 60±10 мм від верхнього зрізу мідних плит кристалізатора. Для забезпечення нормального розливання необхідно стабільна підтримка металу на вищевказаному рівні. При наповненні металом кристалізатора до заданого рівня по команді старшого розливальника включають привід витягування сляба. Одночасно з пуском машини включають механізм хитання кристалізатора. Регламентований розгін МНЛЗ роблять в автоматичному режимі. Швидкість розливання, рівну 0.6 м/хв для вуглецевою сталі й 0.7 м/хв для низьколегованого металу, підтримують до першого виміру температури в проміжному ковші. Завмер температури роблять у середній частині проміжного ковша. Залежно від температури металу в проміжному ковші й вмісту S й F у розливає металле, що, установлюється робоча швидкість розливання: для вуглецевою сталі 0.6-0.8 м/хв, для низьколегованої сталі 0.7-0.9 м/хв. Зміна робочої швидкості в процесі розливання повинне бути не більше двох разів за плавку. Частота хитань кристалізатора залежно від швидкості розливання виробляється в автоматичному режимі.

Температуру металу в проміжному ковші заміряють термопарою занурення в процесі розливання двічі. Перший вимір роблять після виливки 30-35 т. металу, другий - у середині плавки.

Для захисту металу в кристалізаторі застосовують шлакоутворюючу суміш. Для визначення хімічного складу сталі під час розливання відбирають проби металу з-під сталерозливного ковша. Проби металу відбирають сталевою ложкою при скороченні щільного струменя. З ложки метал безперервним рівним струменем заливають у сталеві пробники. Пробу витягають із пробники після потемніння її головної частини, прохолоджують і маркірують номером плавки, порядковим номером проби. Після маркування контролер ОТК відправляє пробу в експрес-лабораторію конвертерного цеху.

Після виходу запалу з останньої пари роликів горизонтальної ділянки виробляється її відділення. запал, що відокремився, піднімається нагору, де вона перебуває до наступного циклу розливання. У процесі розливання на ділянці газового різання сляб розріжуть на мірні довжини згідно замовлення. Остаточну порізку роблять у транспортно-оздоблювальному відділенні.

2. ДОСЛІДЖЕННЯ ОБ’ЕКТА УПРАВЛІННЯ ЯК ОБ’ЕКТА АВТОМАТИЗАЦІЇ

Основними контрольованими параметрами в ході конвертерної плавки є: концентрація вуглецю у ванні; температура чавуну в чугуновозному ковші; сталі в конвертері, футеровки сталерозливного ковша. У ході технологічного процесу відбувається:

·        контроль поточного значення витрати кисню в межах 0-1600 нм³/хв у робочому режимі, і 0-400 нм³/хв при сушінні конвертера після перефутеровки;

·        контроль сумарної витрати кисню на плавку;

·        контроль тиску кисню на вході в цех і перед фурмою;

·        сигналізація, заборона й аварійне припинення продувки плавки при відхиленні тиску кисню від заданих параметрів;

·        організація переходу на малу або велику витрату кисню з використанням ключа-бірки, установленого на щиті КІПтА що має два фіксованих положення “1600”-велика витрата й “400”-мала витрата;

·        організація двох режимів керування подачею кисню:

·        автоматичний режим, при якому подача кисню на фурму відбувається автоматично по досягненню фурмою горловини конвертера;

·        дистанційний режим, при якому подача кисню на фурму здійснюється за допомогою ключа керування відсічним клапаном, установленим на пульті керування конвертером що має два положення 'ВІДКРИТО' й 'ЗАКРИТО'.

·        контроль поточного значення витрати води на охолодження фурми;

·        контроль тиску води;

·        контроль температури води;

·        сигналізація й видача блокувальних сигналів у схему керування електроприводами фурм при відхиленні витрати води від заданих значень;

·        контроль положення кисневої фурми;

·        контроль тривалості продувки й тривалості зливу сталі;

·        автоматичний контроль складу газів, що відходять;

·        контроль поточного значення витрати кисню;

·        контроль температури чавуну;

·        контроль температури газів, що відходять.

Автоматизація киснево-конвертерного процесу полягає в автоматичному контролі та регулюванні наступними основними параметрами: температура охолоджуючої води на виході з кисневої фурми та газовідводу, контроль поточного значення тиску кисню. Процес охолодження кисневої фурми повинен здійснюватись з мінімальними затримками для запобігання її від псування. Зменшення тиску та витрати води сигналізує про погіршення охолодження і небезпеку прогару фурми. Підвищення температури охолоджуючої води на виході кисневої фурми (при постійному тиску і витраті води) свідчить о перегріві фурми, який трапився внаслідок прогару фурми і втрати охолоджуючої води.

Збурюючими впливами являються температура охолоджуючої води на вході в фурму, та на охолодження димових газів.

Основними вихідними параметрами є температура охолоджуючої води на виході кисневої фурми, температура газовідводу та температура рідкого металлу.

Вхідними параметрами є витрата охолоджуючої води кисневої фурми та газовідводу, а також тиск кисню.

Кисневий конвертер, що розглядається в якості об’єкта регулювання, уявляє собою динамічну систему з декількома взаємозв’язаними вхідними і вихідними величинами. Однак виражена направленість ділянок регулювання по основним каналам регулюючих впливів, таким як витрата охолоджуючої води кисневої фурми - температура охолоджуючої води на виході кисневої фурми, витрата охолоджуючої води газовідводу - температура газовідводу, тиск кисню - температура рідкого металу, дозволяє здійснювати стабілізацію регулюючих величин за допомогою незалежних систем, зв’язаних лише через об’єкт регулювання. При цьому регулюючий вплив тієї чи іншої ділянки (суцільні лінії на рис. 2.1) слугує основним засобом стабілізації його величини, що регулюється, а інші впливи (пунктирні лінії) є до цієї ділянки внутрішніми або зовнішніми збуреннями.

Рис. 2.1. Схема взаємодії між вхідними і вихідними величинами

Gв1 - витрата охолоджуючої води кисневої фурми;         Тф - температура охолоджуючої води на виході кисневої фурми;в1 - витрата охолоджуючої води газовідводу;                                           Тг - температура газовідводу;к - тиск кисню;

Тм - температура рідкого металу;

Тв1 - температура охолоджуючої води на вході кисневої фурми;     

Тв2 - температура охолоджуючої води на вході газовідводу;

3. НЕОБХІДНІ ІНФОРМАЦІЙНІ І УПРАВЛЯЮЧІ ФУНКЦІЇ, ВИМОГИ ДО РОБОТИ ВИБРАНИХ КАНАЛІВ

.1 Вимірювальні канали

Витрата води через трубопровід - 50 т/год;

кисню -0,3 т/год;

Тиск  кисню в трубопроводі - 1,4 МПа;

тиск води в трубопроводі 1,6 МПа;

Температури температура води в трубопроводі - 20 °С;

температура зворотної води в трубопроводі - 70-175 °С;

температура газів перед охолодженням 800-1200°С;