ОБЗОР СИСТЕМ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА ПЛАВКИ В КИСЛОРОДНОМ КОНВЕРТЕРЕ ПО СОСТАВУ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ

OVERVIEW OF THE REGULATORY SYSTEMS OF THE MELTING PROCESS IN THE OXYGEN CONVERTER ON THE COMPOSITION OF THE EXHAUST GASES

Denis An

student, Department of Automated Control Systems, Magnitogorsk State Technical University named after G. I. Nosov,

Russia, Magnitogorsk

Vladimir Ozmitel

student, Department of Automated Control Systems, Magnitogorsk State Technical University named after G. I. Nosov,

Russia, Magnitogorsk

Albina Bondareva

Senior Lecturer of the Department of Automated Control Systems, Magnitogorsk State Technical University named after G. I. Nosov,

Magnitogorsk, Russian Federation

АННОТАЦИЯ

Для достижения максимальной производительности кислородного конвертера при заданном качестве и для минимизации расхода исходных материалов необходимо как можно эффективнее осуществлять продувку и, что самое главное, вовремя ее прекратить.

При кислородно-конвертерном процессе с верхней продувкой в результате взаимодействия струи кислорода с металлом образуется множество газов, основными из которых являются СО, СО₂. Наличие достоверной и актуальной информации о составе конвертерных газов позволяет оперативно останавливать или форсировать процесс плавки стали.

ABSTRACT

To achieve maximum performance oxygen converter at a given quality and to minimize the consumption of raw materials, it is necessary to purge the converter as efficiently as possible and, most importantly, to stop it in time.

In the oxygen-converter process with top blowing, as a result of the interaction of the oxygen jet with the metal, a lot of gases are formed, the main of which are CO, CO2. The availability of reliable and up-to-date information on the composition of converter gases allows you to quickly stop or speed up the steel melting process.

Ключевые слова: газовый анализ, кислородный конвертер, регулирование, плавка, продувка.

Keywords: gas analysis, oxygen converter, regulation, melting, purging.

Введение

Кислородно-конвертерный цех является основным сталеплавильным подразделением современного металлургического предприятия. Незначительные отклонения от стабильной работы конвертера может привести к нарушению физико-химических свойств выплавляемой стали и несоответствие заявленным требованиям.

Достоверная информация о составе и количестве плавильных газов при автоматизированном управлении конвертерной плавкой имеет большое значение для прогнозирования текущего содержания углерода в металле.

1 Система с использованием электрохимических газоанализаторов

Данная система, применяемая для контроля и управления кислородно-конвертерным процессом в условиях, когда необходимо быстро реагировать на появление кислорода в отходящих газах. Основную проблему во время продувки представляет легкий лом, формирующий слой твердой шихты, плохо заполненной чугуном. В этом случае струя кислорода отражается от твердой шихты, не участвуя в окислении углерода чугуна, а окисляя СО до СО₂. Система, в основе которой лежит электрохимический газоанализатор, позволяет обнаружить момент отражения струи от шихты – резкое снижение концентрации монооксида углерода. К тому же электрохимические газоанализаторы имеют некоторые преимущества, так как они способны (при замене рабочего электрода) анализировать наличие иных газов в составе отходящих газов (ОГ) [1].

Помимо наличия двуокиси углерода особую важность имеет своевременное обнаружение водорода в ОГ, так как его появление свидетельствует о наличии нежелательных процессах внутри кислородного конвертера [2].

Структурная схема системы газоотводящего тракта кислородного конвертера представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Структурная схема газоотводящего тракта кислородного конвертера

Анализ смеси электрохимическим методом происходит после прохождения системы охлаждения и сепарации газа от частиц расплавленного металла и пыли 2-9. После чего поступает на газоанализатор 10. В качестве газоанализатора может быть использован отечественный газоанализатор Анкат-7631М-СО, а для обнаружения и индикации водорода в смеси – СТМ-10 [3]

2 Система с использованием оптико-акустических газоанализаторов

Полосы поглощения в инфракрасной области спектра определяются колебательным и колебательно-вращательным движениями атомов и трупп атомов внутри молекул.

Специфичность спектра поглощения позволяет качественно определять состав газовых смесей, а интенсивность абсорбционного спектра связана с количеством вещества, поглощающего энергию.

Поток излучения, поглощенный анализируемым компонентом, определяется безразмерной величиной, пропорциональной концентрации газа в анализируемой многокомпонентной смеси [4].

Данная система больше ориентирована на анализ содержания СО или СО₂ в смеси, так как данные параметры играют ключевую роль на заключительном этапе плавки.

Одним из ключевых параметров при завершении плавки является концентрация двуокиси углерода в ОГ. По изменению скорости окисления углерода и материальному балансу плавки, рассчитанному по массе загруженного чугуна, лома и легирующих добавок, можно судить о готовности стали к выпуску. Ввиду особенностей химических процессов в расплавленном металле (а именно снижении содержания свободного углерода чугуна) интенсивность поглощения кислорода расплавом снижается, вследствие чего возникает необходимость снижения интенсивности продувки [5, 6].

Оценить усваиваемость кислорода и общий баланс плавки помогает системы газового анализа, основой которых являются оптико-акустические газоанализаторы. Система контроля обезуглероживания с оптико-акустическим газоанализатором представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Система контроля обезуглероживания

После котла-утилизатора 1 охлажденный газ поступает в систему анализа на датчик газоанализатора 4. Расход дыма при этом контролируется датчиком 6, сигнал с которого поступает на вторичный прибор 10. На основе показаний двух приборов система рассчитывает скорость обезуглероживания, а также баланс системы по углероду. На основе показаний данной системы можно осуществлять ориентировочное прогнозирование содержания углерода в стали в пределах 0,05-0,30% рекомендуется в системе осуществлять по скорости выгорания углерода в конечный период [7, 8]

3 Совокупное использование различных газоанализаторов

В качестве решения проблемы и регулирования, и предотвращения аварийных ситуаций применяют совокупное использование оптико-акустических газоанализаторов и электрохимических.

Структурная схема данного вида систем представлена на рисунке 3.

Рисунок 3. Система контроля с совместным применением различных типов газоанализаторов

Данная система нацелена на оценку скорости обезуглероживания и параллельно с этим идущий мониторинг наличия подсоса воздуха или утечек охлаждающей жидкости. Таким образом, данная система может не только прогнозировать поведение процесса плавки на завершающем этапе, но и предотвращает аварийные ситуации, связанные с накоплением водорода в кессоне над горловиной конвертера.

Основной недостаток данной системы – большая стоимость обслуживания и усложненная структура, требующая большого количества каналов передачи информации и ресурсов на обслуживание и поверку измерительных приборов [9].

Список литературы:

1. Основы металлургического производства: учебник / В.А. Бигеев, К.Н. Вдовин, В.М. Колокольцев, В.М. Салганик. – Санкт-Петербург: Лань, 2017. – 616с.: ил., табл. – ISBN 978-5-8114-2486-3. – Текст: электронный // Электронно-библиотечная система «Лань»: [сайт]. – URL: https://e/lanbook.com/book/90165 (дата обращения 12.05.2021). – Режим доступа: для авториз. пользователей.
2. Парсункин, Б.Н. Локальные стабилизирующие контуры автоматического управления в АСУ ТП промышленного производства: монография / Б.Н. Парсункин, С.М. Андреев, О.С. Логунова, Т.У. Ахметов; Магнитогорский гос. технический ун-т им. Г.И. Носова. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та, 2012. – 406 с. – ISBN 978-5-4253-0418-0. – Текст: непосредственный.
3. Парсункин, Б.Н. Автоматизация технологических процессов и производств. Производство стали в мартеновских и двухванных агрегатах и кислородных конвертерах: учебное пособие / Б.Н Парсункин, Т.Г. Сухоносова, А.Р. Бондарева; Магнитогорский гос. технический ун-т им. Г.И. Носова. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та, 2012. – 264 с. – ISBN 978-5-9967-0790-4. – Текст: непосредственный.
4. Сажин, С. Г. Приборы контроля состава и качества технологических сред : учебное пособие / С. Г. Сажин. — Санкт-Петербург : Лань, 2021. — 432 с. — ISBN 978-5-8114-1237-2. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/168453 (дата обращения: 12.05.2021). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
5. Шатохин, К. С. Основы теории автоматического управления промышленными печами : учебник / К. С. Шатохин. — Москва : МИСИС, 2020. — 216 с. — ISBN 978-5-907226-95-1. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/156020 (дата обращения: 12.05.2021). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
6. Мухина, Е. Ю. Системы управления технологическими процессами и информационные технологии : учебное пособие / Е. Ю. Мухина, А. Р. Бондарева ; МГТУ. - Магнитогорск : МГТУ, 2014. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). - Загл. с титул. экрана. - URL: https://magtu.informsystema.ru/uploader/fileUpload?name=1156.pdf&show=dcatalogues/1/1121183/1156.pdf&view=true (дата обращения: 12.05.2021). - Макрообъект. - Текст : электронный. - Сведения доступны также на CD-ROM
7. Коминов, С. В. Метрология: Технические измерения и приборы : учебное пособие / С. В. Коминов. — Москва : МИСИС, 2009. — 113 с. — ISBN 878-5-87623-242-7. — Текст : электронный // Лань : электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/116809 (дата обращения: 12.05.2021). — Режим доступа: для авториз. пользователей.
8. Современные системы автоматизации и управления : учебное пособие / С. М. Андреев, Е. С. Рябчикова, Е. Ю. Мухина, Т. Г. Сухоносова ; МГТУ. - Магнитогорск : МГТУ, 2015. - 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). - Загл. с титул. экрана. - URL: https://magtu.informsystema.ru/uploader/fileUpload?name=71.pdf&show=dcatalogues/1/1123963/71.pdf&view=true (дата обращения: 12.05.2021). - Макрообъект. - Текст : электронный. - Сведения доступны также на CD-ROM
9. Мухина, Е. Ю. Проектирование автоматизированных систем / Е.Ю. Мухина.; Магнитогорский гос. технический ун-т им Г.И.Носова. -Магнитогорск : Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та, 2015. – 221с. – Текст: непосредственный.