Расчёт материального и теплового балансов кислородно-конвертерной плавки

6. Слив шлака в шлаковый ковш (чашу) ведут через горловину, наклоняя конвертер в противоположную от летки сторону (слив через летку недопустим, так как шлак будет растворять футеровку летки). Слив шлака длится 2–3 мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_{6 Специальная  часть}

1 Автоматизация и контроль конвертерной плавки

1.1 Автоматизация

Самым распространенным способом производства стали в настоящее время является кислородно-конвертерный процесс с верхней продувкой, который заключается в продувке жидкого чугуна кислородом, подводимым к металлу сверху через сопла водоохлаждаемой фурмы. При этом выгорают примеси чугуна углерод, кремний, марганец.

Сера, фосфор, а продукты реакции переходят в шлак или в газовую фазу. При экзотермических окислительных реакциях тепла выделяется больше, чем нужно для нагрева стали до темпер туры (1600-1640°С) нужно для нагрева стали до темпер туры (1600- 1640°С), поэтому в шихту вводят охладители стальной лом или железную руду. Для формирования шлака и обеспечения десульфурации и дефосфорации  применяют известь. 

Конвертерный процесс  протекает очень быстро, что и является его основным преимуществом с точки зрения значительные трудности, управление плавкой. В ходе плавки отсутствует непрерывная информация о составе метала, и поэтому основной трудностью прекращение продувки при заданном содержании углерода.

Скорость выгорания углерода настолько велика, что минимум продувки соответствует переходу к стали  другой марки. Дополнительная трудность заключается в том, что к моменту прекращения продувки температура металла  также должна быть в заданных пределах.

Главная задача управления конвертерной плавкой получение заданного состава стали по углероду, что в основном сводится к времени прекращения продувки. Эта задача сложна, так как информация о содержании углерода в металле отсутствует. 

В кислородном конвертере в процессе контролируется следующие  параметры:

- положение кислородной  фурмы; 

- расходы кислорода  на продувку и охлаждающей воды на фурму;

- давления кислорода на продувку и охлаждающей воды;

-температуры чугуна, стали, конвертерных газов и охлаждающей воды после фурмы;

- составы металла и конвертерных газов.

 Структура управления  процессом плавки является одноуровневой централизованной, т.е. управление объектом автоматизации осуществляется с одного пункта управления. 

 Для управления используются  статические и динамические методы:

Статические методы основаны на использовании начальной  информации о входных параметрах для получения требуемых параметров в конце продувки. 

Динамические методы управления процессом плавки изменяются по ходу и характеризуются двумя стадиями: получение непрерывной информации о ходе процесса для осуществления обратной связи и выработка динамических управляющих воздействий.  

Статические методы с достаточной степенью точности позволяют определить количество шихты, кислорода, необходимого для окисления примесей, охладителей, которые необходимо внести для получения требуемой температуры металла  в конце плавки, и шлакообразующих, для получения в конце операции шлака нужного состава.

При динамических методах управления на основе непрерывно получаемой информации о составе и температуре ванны осуществляется непрерывное регулирование интенсивности подачи кислорода. 

1.2Описание функциональной схемы контроля и регулирования технологических параметров конвертера

Данные о химическом составе и температуре чугуна поступают главный пост управления конвертером. Основной технологической операцией плавки является продувка ванны кислородом. На основании  данных о количестве, составе шихты, температуры жидкого чугуна, заданной марки стали, а также руководствуясь технологическими указаниями, машинист дистрибутора определяет количество кислорода на плавку.

Контроль положения  фурмы

Информация об установке фурмы и глубине ее погружения от двух сельсин - датчиков, установленных  на каретке фурменной машины и на механизме подъема - опускания фурмы поступает на преобразователи сигнала. Положение фурмы отображается на вторичном приборе, установленном на щите управления конвертером.

Контроль и управление расходом кислорода

Измерение расхода кислорода осуществляется при помощи измерительной диафрагмы, станавливаемой на кислородопроводе.

Сигнал поступает на преобразователь датчик дифференциального давления. Результат измерения передается на регистрирующий прибор щита управления конвертером. Управление расходом осуществляется регулятором  расхода кислорода.

Данные для регулирования поступают с датчика дифманометра и с задатчика, при помощи которого устанавливается необходимое значение расхода кислорода. Когда количество продутого кислорода  станет равным заданному, регулятор подает сигнал на  отключение подачи кислорода. На основании величины поступившего сигнала исполнительный механизм воздействует на величину открытия задвижки, установленной на трубопроводе кислорода. 

Контроль давления перед фурмой

Кислород на фурмы поступает по двум ниткам. Для выбора нитки используется ключ управления, установленный на щите управления конвертером. В качестве датчика давления используется измерительный преобразователь избыточного давления, устанавливаемый на стенде датчиков.

 Сигнал от преобразователя поступает на вторичный показывающий и регистрирующий прибор давления, расположенный на щите управления конвертером.

Время продувки

Контроль продувки осуществляется, помимо прочих параметров, по времени продувки. В момент подачи кислорода в конвертер автоматически включается электрический секундомер, который по истечении заданного времени  продувки замыкает контакт, срабатывает  световая и звуковая сигнализация. 

Контроль температуры  чугуна

Контроль температуры чугуна, подаваемого к конвертерам, осуществляется при помощи автоматизированной термопары погружения. При остановке чугуновоза у места  измерения температуры, автоматически  замыкается командный контакт, и логическая схема на на электромагнитных реле обеспечивает последовательность операций по погружению термопары  в ковш, измерению температуры  и подъему термопары из ковша. Данные контроля регистрируются на вторичном  регистрирующем приборе. 

Контроль температуры  стали

Замер температуры стали осуществляется платино и платино-родиевыми термопарами погружения. Сигнал от датчика температуры поступает к преобразователю сигнала, а затем на вторичный прибор щита управления конвертером. 

Контроль состава и  температуры отходящих газов

Информация о составе и  температуре отходящих газов  поступает на щит конвертера на вторичный показывающий и регистрирующий прибор от газоанализаторов и датчика температуры, установленных в тракте газо-очистки.

Контроль температуры  отходящей от фурм воды

Контроль осуществляется замером температуры воды на трубо-проводах  отвода охлаждающей воды от фурм. В качестве датчиков исполь-зуются термометры сопротивления. Сигналы через преобразователи передаются на вторичный регистрирующий прибор, установленный на щите конвертера. В случае повышения температуры выше допусимых пределов загораются лампы  сигнализации на щите управления конвертером.

Контроль расхода  воды на охлаждение фурмы. На трубопроводах воды  устанавливаются измерительные диафрагмы, данные от которых  

передаются на датчики - расходомеры.

 Результаты измерений поступают  на вторичные  регистрирующие  приборы на щите конвертера. 

Управление отключающими  задвижками на кислорода- и водопроводах

Управление осуществляется переключением ручных переключателей, которые через преобразователи  посылают сигналы на рабочие механизмы  отключающих задвижек, которые, в свою очередь, воздействуют на открытие или закрытие задвижек подачи воды, кислорода. 

Аварийные блокировки

Для обеспечения надежной безаварийной работы  агрегата предусматривается  автоматический подъем фурмы с отсечкой кислорода в следующих  случаях: 

• падение давления кислорода;
• падение давления охлаждающей воды;
• нагрев  охлаждающей воды выше допустимого  предела;
• минимальный или максимальный расход охлаждающей  воды;
• минимальный расход воды на газоочистку;
• минимальный расход воды в контурах котла - утилизатора;
• минимальный расход дутья для дожигания оксида углерода в газах.

1.3 Задачи автоматизированной системы  управления и ее структура

Конвертерный процесс производства  стали является очень быстротечным, и человек, каким бы он не был, в силу своих  объективных и субъективных причин не может вести технологический процесс без помощи  КИП и других средств контроля и автоматизации. 

При ведении технологического процесса плавки необходимо измерят,контролировать и поддерживать на заданном уровне технологические параметры процесса, а также управлять устройствами, при помощи которых выполняются технологические операции.

Основные параметры, контролируемые в процессе конвертерной плавки, приведены  в таблице 19

Таблица19

Параметры	Прибор  для контроля (способ контроля)	Пределы измерения
Положение корпуса конвертера	Сельсин-датчик, сельсин-датчик	------------
Положение кислородной  фурмы	Сельсин-датчик, сельсин-датчик	------------
Продолжительность продувки	Секундомер	------------
Расход  кислорода	Диафрагма и дифманометр	Зависит от емкости конвертера.
Расход  охлажденной воды на фурму	Диафрагма и дифманометр	Тоже
Давление  кислорода	Манометр	1,5 МПа
Давление  охлаждающей воды	>>	1 – 1,2 МПа
Температура охлаждающей воды после фурмы	Термометр сопротивления	0 – 60  0С
Содержание  углерода в металле	Анализ  пробы в экспресс-лаборатории; расчет по балансу углерода	0,05 – 95%
Температура металла	Термопара погружения, термопара  непрерывного замера, пирометр.	До 1800  0С
Анализ  конвертерных газов из вертикального газохода	Автоматические газоанализаторы.	До 79% СО, 15% СО2, 5% О2, 1% Н2
Давление в кессоне	Колокольный дифманометр	+ 30

Заключение

 

В ходе выполнения курсовой работы были рассмотрены и изучены следующие задачи:

1. Произведен расчет материального баланса плавки;
2. Произведен расчет раскисления и легирования;
3. Произведен расчет теплового баланса плавки;
4. Разработана технология выплавки стали марки 20ХГС.
5. Автоматизация и контроль конвертерной плавки.

 

В ходе расчета материального  баланса плавки получили, 96,34кг годной стали. Раскисление стали марки 20 ХГС производим присадками ферромарганца в количестве 1,209 кг и ферросилиция в количестве 2,308 кг. Легирование проводим присадками феррохрома – 1,72 кг.

 

В соответствии приведенного расчета разработана технология для выплавки стали в кислородно-конверторном процессе с использованием скрапа. Эта технология включает в себя: загрузка лома, заливка чугуна, продувка, отбор проб, замер температуры, ожидание анализа, корректировка, выпуск, слив шлака.

 

_{Список  использованных литературы}

 

_{1 Общая металлургия. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Учебник для вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 2000–768 с.}

_{2 Металлургия стали. Кудрин В.А. Учебник для вузов. – 2-е изд., прераб. и доп. – М.: Металлургия, 1989 – 560 с.}

_{3 В. П. Щекотин.  Шихтовые, добавочные  материалы, применяемые  в сталеплавильных  процессах. Огнеупорные  материалы для  футеровки сталеплавильных агрегатов. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 105 с.}

_{4 Ю.Н. Дерин. Материальный и тепловой балансы кислородно-конвертерной плавки с использованием скрапа. Методические рекомендации к выполнению курсовой работы – Новокузнецк: СМИ 1988г.}

_{5  Платонов М.А., Расчет материального и теплового баланса кислородного – конвертерной плавки:  методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Теория и технология производства стали», «Технология выплавки стали в конверторе и разливки» – Юрга: ИПЛ ЮТИ ТПУ, 2011-24с.}

_{6 Тимофеев В.Ю., Коперчук А.В.,Сапрыкин А.А., Требования к оформлению курсовых работ, курсовых проектов, тематических рефератов и отчётов по практике. Методические указания к выполнению курсовых работ, курсовых проектов, тематических рефератов и отчётов по практике для студентов специальности 150101 «Металлургия черных металлов» дневной формы обучения. – Юрга: ИПЛ ЮТИ ТПУ, 2006. – 80с.}