Автоматизация конвертерного производства

Новые конвертерные цехи оборудуют автоматизированной сис­темой управления (АСУ), которая должна обеспечить управ­ление как отдельными технологическими процессами и агре­гатами, так и производством цеха в целом. Составной частью такой АСУ является автоматизированная система управления технологическим процессом плавки в кислородном конвертере (АСУ ТП "Плавка"); подобные АСУ ТП созданы во многих ранее построенных цехах.

Основными задачами такой АСУ являются расчет расхода шихтовых материалов и кислорода; выработка, по возможнос­ти, управляющих воздействий для регулирования хода про­дувки и, что особенно важно, точное определение момента окончания продувки при заданном содержании углерода в ме­талле.

Важность последнего объясняется тем, что из-за быстро­течности и краткости продувки нельзя применять обычный для других сталеплавильных процессов метод контроля со­держания углерода, заключающийся в периодическом отборе проб металла и их последующем анализе. Поэтому обычно применяют следующий метод окончания плавки. По количеству израсходованного кислорода, длительности продувки, пока­заниям ЭВМ определяют момент окончания продувки, примерно соответствующий требуемому содержанию углерода. Далее конвертер наклоняют, отбирают пробу металла для экспресс-анализа и измеряют температуру металла термопарой погру­жения. Затем на основании результатов анализа и замера температуры проводят корректировку состава и температуры ванны методами, описанными ранее.

При таком методе работы велики непроизводительные про­стои конвертера, так как длительность корректировочных операций достигает 3-5 мин, увеличиваются теплопотери, снижается стойкость футеровки конвертера.

Существующие АСУ ТП работают в статическом или динамическом режиме управления процессом. В первом случае ЭВМ выполняет расчеты по статической математической моде­ли процесса. Ока построена на использовании только из­вестной до начала плавки информации: в ЭВМ вводят данные о составе и температуре чугуна, составе шлакообразующих материалов, чистоте кислорода, состоянии и температуре футеровки, требуемых составе и температуре стали, основ­ности шлака и др. На основании этих данных по заданной программе ЭВМ рассчитывает параметры плавки, не являющие­ся функцией времени,- расход чугуна и стального лома, расход шлакообразующих и кислорода, программу изменения расхода кислорода и положения фурмы, длительность продув­ки и момент ее окончания. Однако точность выдаваемых ЭВМ рекомендаций невелика, так как в реальных условиях ход продувки отличается от стандартного, заложенного в мате­матическую модель процесса.

При работе в динамическом режиме управления ЭВМ выпол­няет расчеты по динамической модели процесса, которая учитывает как исходные данные, так и получаемую по ходу продувки текущую информацию о параметрах процесса (соста­ве и температуре металла и др.). С учетом этих дополни­тельных данных ЭВМ вырабатывает динамические управляющие воздействия, выполнение которых обеспечивает полную авто­матизацию управления ходом плавки. В этом случае при на­личии надежно работающих при высоких температурах датчи­ков будет обеспечиваться остановка продувки с точным по­лучением заданных содержания углерода в металле и его температуры.

Однако проблема создания надежных датчиков для контро­ля всех необходимых параметров конвертерной плавки пока не решена. Не представляет проблемы контроль при низких температурах множества параметров с помощью серийно вы­пускаемых приборов (контроль массы материалов, давления и расхода воды, кислорода и других газов, расхода сыпучих материалов и др.). В то же время непрерывный контроль па­раметров высокотемпературной конвертерной ванны, и в пер­вую очередь, состава и температуры металла, пока не осво­ен, хотя работы в этом направлении ведутся много лет. Ос­новной трудностью при этом является создание датчиков, способных длительное время работать в условиях разрушающего воздействия высокотемпературных сред - шлаковой и газовой фаз. Поэтому предложено и опробовано много кос­венных методов контроля, например непрерывного определе­ния содержания углерода по количеству и составу отходящих газов, уровню шума в конвертере, интенсивности излучения конвертерных газов, данным о вибрации конвертера и др. Однако все они не вышли пока из стадии промышленной отра­ботки.

В настоящее время наиболее надежным методом остановки продувки при заданном содержании углерода считают приме­нение в сочетании с ЭВМ измерительной фурмы-зонда, вводи­мой в ванну сверху за 2-3 мин до окончания продувки. Фурма-зонд подобна продувочной фурме, на ее конце крепит­ся сменный измерительный блок, а внутри проложен кабель, соединяющий блок с ЭВМ. В сменном керамическом блоке име­ется термопара для замера температуры металла; снабженная термопарой полость, куда затекает металл и при его зат­вердевании по температуре ликвидус определяют содержание углерода; полость для отбора пробы металла, которую ана­лизируют после вывода зонда из конвертера. В момент пог­ружения зонда в ванну данные о содержании углерода в ме­талле и его температуре поступают в ЭВМ, что позволяет точно рассчитать расход кислорода, необходимого при окис­лении углерода до заданного содержания, обеспечивая оста­новку продувки точно при нужном содержании углерода. При повышенной температуре в конвертер вводят охладители, при дефиците тепла вводят теплоноситель (например, уголь, ферросилиций), что позволяет за оставшиеся 2-3 мин про­дувки получить требуемую перед выпуском температуру металла.

9.2. «Мартеновское производство»

Сущность мартеновского процесса заключается в ведении плавки на поду пламенной отражательной печи, оборудован­ной регенераторами для предварительного подогрева воздуха (иногда и газа). Идея получения литой стали на поду отра­жательной печи высказывалась многими учеными (например, в 1722г. Реомюром), но осуществить это долгое время не удавалось, так как температура факела обычного в то время топлива - генераторного газа - была недостаточной для на­грева металла выше 1500 °С (т.е. недостаточна для получе­ния жидкой стали). В 1856г. братья Сименс предложили ис­пользовать для подогрева воздуха тепло горячих отходящих газов, устанавливая для этого регенераторы. Принцип реге­нерации тепла был использован Пьером Мартеном для плавки стали. Началом существования мартеновского процесса можно считать 8 апреля 1864 г., когда П.Мартен на одном из за­водов Франции выпустил первую плавку.

В мартеновскую печь загружают шихту (чугун, скрап, ме­таллический лом и др.), которая под действием тепла от факела сжигаемого топлива постепенно плавится. После расплавления в ванну вводят различные добавки для полу­чения металла заданного состава и температуры; затем го­товый металл выпускают в ковши и разливают. Благодаря своим качествам и невысокой стоимости мартеновская сталь нашла широкое применение. Уже в начале XX в. в мартеновс­ких печах выплавляли половину общего мирового производст­ва стали.

В России первая мартеновская печь была построена С.И.Мальцевым в 1866-1867 гг. на Ивано-Сергиевском желе­зоделательном заводе (бывш. Калужской губернии) Мальцевского фабрично-заводского округа. В 1870г. первые плавки проведены в печи вместимостью 2,5т, построенной извест­ными металлургами А.А.Износковым и Н.Н.Кузнецовым на Сор­мовском заводе. Эта печь хорошо работала и стала образцом для печей большой вместимости, построенных позже на дру­гих русских заводах. Мартеновский процесс стал основным в отечественной металлургии. Огромную роль сыграли марте­новские печи в суровые годы Великой Отечественной войны. Советским металлургам впервые в мировой практике удалось удвоить садку мартеновских печей без существенной их пе­рестройки (ММК, КМК), удалось наладить производство высо­кокачественной стали (броневой, подшипниковой и т.п.) на действовавших в то время мартеновских печах. В настоящее время наиболее крупные и высокопроизводительные мартеновские печи работают в России и Украине. По мере расширения конвертерного и электросталеплавильного производств масштабы производства мартеновской стали сокращаются.