9. Керування конвертерним процесом

Сучасний киснево-конвертерний цех оснащений контрольно-вимірювальними прила­дами (КВП), розміщеними на різних виробничих ділянках, локальними системами автома­тизації, обчислювальним комплексом. Керування технологічним процесом припускає ство­рення статичних і динамічних алгоритмів, результати розрахунків по яких можуть бути вико­ристані як у режимі поради оператору, так і для автоматичного керування процесом.

9.1. Контроль процесу

Для шихтових матеріалів конвертерної плавки здійснюються наступні види контро­лю:

- чавун: визначення маси (разом з доменним чи міксерним шлаком, що потрапив у ківш), хімічного складу (вміст Sі, Мn, Р, Sі С), температури;

• металобрухт: маса (за кордоном відомі спроби визначення хімічного складу);

• вапно: маса, епізодичне визначення хімічного складу;

• інші неметалеві шихтові матеріали: те ж саме. Продувка контролюється за наступними параметрами:

• витрати дуття;

• вміст кисню в дутті;

• тиск дуття на підведенні до конвертера;

- положення фурми щодо рівня ванни (контролюється епізодично, відомі спроби без­перервного динамічного контролю);

• тривалість продувки;

• час присадки шихтових матеріалів по тракту сипучих матеріалів. Продукти плавки контролюються за параметрами:

• сталь: вміст у металі С, Мn, Р, S, температура, маса в процесі розливання;

• шлак: основність і вміст оксидів заліза - періодично, іноді на кожній плавці;

• гази, що відходять: вміст СО2, СО, Н2, О2, витрати на димососі.

Існує значна кількість контрольно-вимірювальних приладів для систем газоочистки, охолодження окремих елементів конвертера, механізмів конвертера.

Окремо функціонує комплекс вимірювальних приладів машини безперервного роз­ливання сталі.

В операторській конвертера розміщені КВП технологічних процесів, а також енерге­тичних параметрів систем охолодження елементів конвертера і газоочистки.

На пульті керування оператора розташовані всі задавачі тих параметрів, якими керує оператор: витрати кисню, положення фурми, витрати шихтових, сипучих матеріалів, що подаються по тракту, а також керуючі тумблери повороту конвертера, підведення фурми, відкриття і закриття затворів на тракті сипучих матеріалів та інші.

Конвертерний процес відбувається в агрегаті закритого типу, що ускладнює його кон­троль для оператора, якому необхідно знати в процесі продувки вміст вуглецю, сірки і фос­фору, а також температуру ванни для того, щоб приймати рішення по коригуванню перебі­гу продувки і закінчити її з необхідними результатами. Тому з появою конвертерних проце­сів, спочатку донного повітряного, а потім верхнього і донного кисневого дуття, йшли по­шуки прямих і непрямих методів динамічного контролю перебігу продувки.

Для контролю температури конвертерної ванни були випробувані наступні методи:

• вимірювання температури газів, що відходять, з припущенням, що вона близька до температури ванни;

• вимірювання радіаційним пірометром температури зони вдування інертного газу у ванну через сопло у днищі чи стінці конвертера;

- безперервне вимірювання температури ванни термопарою, захищеною наконечни­ками з високостійких вогнетривів, встановленою в бічній стінці конвертера, та ін.

Перші два, як побічні, давали надто значні відхилення від фактичної температури, щоб ними користуватися, а безперервне вимірювання температур не забезпечувалося стійкістю наконечників.

Останнім часом для вимірювання температури конвертерної ванни використовують во­локонну оптику.

Для контролю швидкості вигоряння вуглецю і з її використанням поточної концентрації вуглецю виконувалися вимірювання:

• складу газів, що відходять;

• радіації факела;

• температури води, що охолоджує нижню частину газоходу (кесон) та інші.

Із цих методів деяке поширення одержав лише перший, який дає змогу досить точно контролювати кількість окисленого вуглецю. Однак неточність визначення вихідного вмісту вуглецю через невідомий його вміст у металобрухті, неконтрольованого окислювання вуг­лецю чавуну при зливанні його в конвертер із-за залишків конвертерного шлаку, що міс­тить оксиди заліза, окалини та іржі на металобрухті, не дозволяють використовувати метод для прогнозування вмісту вуглецю в конвертерній ванні з необхідною точністю.

Однак метод контролю складу газів, що відходять, дає можливість стежити за швидкі­стю вигоряння вуглецю (рис. 2.29) і, тим самим, за перерозподілом кисню між окислюван­ням домішок і шлаком. Це дозволяє оператору шляхом зміни інтенсивності продувки і по­ложення фурми забезпечувати нормальний перебіг процесу без викидів спіненої шлакоме-талевої емульсії і виносів металу.

Побічні методи динамічного контролю вмісту сірки і фосфору в металі невідомі.

Широкого поширення набули методи контролю ступеня спінення шлакометалевої емуль­сії по вимірюванню шуму продувки на високій частоті 400-1200 Гц, а також вібрації конвер­тера і фурми. На початку продувки шлак неспінений і рівень шуму високий (1) (рис. 2.30). Потім, у міру збільшення швидкості вигоряння вуглецю, в тому числі у шлакометалевій емуль­сії, і спінення шлаку, його рівень піднімається до сопел фурми і затоплює їх. Це викликає зменшення інтенсивності шуму N (2) на високій частоті, що створюють, в основному, кис­неві струмені. У подальшому, якщо шлак перестає пінитись і згортається, шум на високій частоті знову посилюється (3), що дозволяє вжити заходів по нормалізації процесу шлако­утворення і рівень шуму падає (4).

Метод акустичного контролю одержав широке поширення в конвертерних цехах євро­пейських країн і деяких цехах США і Японії, однак він не вирішує головних задач контролю конвертерного процесу: складу і температури ванни.

Відомі випадки широких випробувань і тривалого використання методу безперервного контролю положення фурми щодо конвертерної ванни, основаного на випромінюванні ра­діохвиль, прийомі сигналу, що відбивається від ванни, і визначенні різниці у часі з перера­хуванням на відстань ванни від випромінювача і, відповідно, фурми.

Найбільш вдало питання епізодичного контролю вмісту вуглецю в конвертерній ванні і її температури вирішує використання допоміжної водоохолоджуючої фурми (зонда) з дат­чиком одноразового використання, що при зануренні у ванну вимірює її температуру і тем­пературу ліквідує затвердіваючої проби металу з перерахуванням останньої на вміст вугле­цю. Датчик автоматично замінюється, що дозволяє здійснити необхідну кількість вимірів. Цей метод одержав повсюдне поширення завдяки високій надійності і точності виміру. По суті, це головний метод динамічного контролю конвертерного процесу протягом останніх десятиліть.

Для вимірювання активності кисню у сталі використовуються датчики зі стабілізовано­го двоокису цирконію, які вводяться у ванну після закінчення чи в процесі продувки за допомогою допоміжної фурми (зонда).

Зондова установка також застосовується для визначення рівня спіненої шлакометале-вої емульсії, забезпечуючи прямий кількісний вимір на відміну від акустичного методу, що дозволяє вчасно вживати заходів по запобіганню викидів чи згортання шлаку. Також зондо­ва установка дозволяє відбирати пробу металу в будь-який момент продувки з наступним визначенням у ній вмісту марганцю і фосфору.

Використання зондової установки припускає вибір представницької точки в конвер­терній ванні для введення в неї датчика. Склад і температура металу в цій точці повинні відповідати середнім у конвертерній ванні. Існують різні підходи до проведення заміру: зупинка продувки і витримування протягом 1/2 хв. для одержання представницького за­міру і заміру без зупинки продувки з попереднім емпіричним визначенням представни­цької точки.

Звичайно зонд вводиться перший раз за 2-3 хв. до кінця продувки з датчиком, який забезпечує добір проби, вимірювання температури і визначення вмісту вуглецю, а друге вимірювання проводиться відразу після закінчення продувки з датчиком для вимірювання температури, вмісту вуглецю й окисленості металу.