УДК 681.51.007.57:669.184

 

КЕРУВАННЯ ПЕРЕРОБКОЮ В КОНВЕРТЕРІ РІДКОЇ СТАЛІ

 

Богушевський В.С., Сергеєва К.О., НТУУ „Київський політехнічний інститут”

 

Наведена модель керування плавкою (розрахунок металевої частини рідкої сталі.

 

 Приведена модель управления плавкой (расчет металлической части шихты, массы извести и продолжительности продувки) при переработке в конвертере жидкой стали.

 

The model of melting operating (calculation of  the metal part of the charge, the mass of lime and the duration of flushing) during processing in the converter of liquid steel is cited.

 

 Вступ.

Киснево-конвертерна ванна як багатозв’язаний об’єкт є трифазна, багатокомпонентна термодинамічна система, в якій на фоні турбулентного переносу проходять взаємозв’язані тепломасообміні, гідродинамічні, хімічні й інші необоротні явища. Відомо багато статичних і динамічних моделей керування конвертерною плавкою [1 – 6]. Ці моделі розраховані на стандартну технологію завантаження металевої частини шихти: твердий брухт – рідкий чавун. Але в процесі виробництва виникають ситуації, при яких випущена з конвертера плавка не відповідає ДСТУ (по хімічному складу металу або його температурі) й повинна бути переробленою. Розливання такої плавки з наступним використанням готового продукту як металевого брухту навряд чи є доцільним. Таку плавку переробляють в конвертері в рідкому стані. На цей час моделі для керування такою переробкою недостатньо опрацьовані.

Наведені в статті дослідження проводились в Національному технічному університеті України «КПІ» по темі «Математичні моделі й алгоритми системи управління кисневим конвертером» державний реєстраційний номер 0110U002880.

 

Постановка задачі

Метою досліджень є створення моделі керування конвертерною плавкою в умовах переробки рідкої сталі на основі теоретичного обґрунтування процесів окиснення домішок металу і аналізів процесів тепловиділення, що проходять при цьому.

 

Методика проведення експериментів

Переробку плавок, що не попали в задані межі по температурі (є „холодними”), проводили передувом повних плавок, а таких, що не попали по сірці – поділенням плавки на дві або більше частин в залежності від вмісту сірки. Передув повних плавок, що не попали в задані межі по температурі, проводили із заливкою чавуна в залежності від масової частки вуглецю в сталі, що переробляється: при масовій частці вуглецю менше за 0,20 % маса чавуна становила 30 тонн, при масовій частці в межах 0,20...0,35 % маса чавуна відповідно становила 20...10 т, при вмісті вуглецю вище за 0,35 % чавун при переробці плавки не вводився.

 

Результати досліджень

Розрахунок металевої частини шихти.

Масова витрата чавуна й брухту для шихтовки плавки до стандартної маси визначається по балансу за силіцієвим тепловим еквівалентом QSiс і QSiч, що обчислюється за формулами:

             QSiс = Siрс + 0,7Cрс + 1,3Pрс + 0,3Mnрс + 1,8Alрс + 1,1Tiрс +  0,6Crрс +

                    + 0,8Vрс + 0,5Nbрс – 0,04ΔTс;                                                     (1)

                        QSiч = Siч + 0,7∙Cч + 1,3Pч + 0,3Mnч – 0,04ΔTч,                       (2)

де 0,7; 1,3; 0,3; 1,8; 1,1; 0,6; 0,8; 0,5; 0,004 ­– умовно-сталі коефіцієнти силіцієвого теплового еквіваленту, які дорівнюють відношенню тепла, що засвоюється ванною від окиснення 1 кг кожного елемента в повернутій сталі, до тепла від окиснення 1 кг силіцію (тут і далі чисельні значення коефіцієнтів наведені для конвертерів садкою 350 тон);

0,004 – умовно-сталий коефіцієнт силіцієвого теплового еквіваленту для нагрівання чавуна або сталі на 100 оС,

        ΔТс, ΔТч – відповідно температура нагріву чавуна й рідкої сталі до заданого кінцевого значення, 0С.  Тут ΔТі визначається за формулою:

                                                    ΔТі = tз – tі,                                                (3)

де tз – задана температура метала після закінчення продувки, оС;

tі  – температура чавуна tч (сталі tс) перед їх заливкою в конвертер, оС.

Розрахунок ведеться в такій послідовності.

Вимірюють масову частку C, Mn, Si, P, Al, Ti, V, Cr, Nb в рідкій сталі. При відсутності результатів хімічного аналізу масову долю елементів визначають, як середнє значення для виплавленої марки сталі.

Температуру сталі вимірюють перед заливкою в конвертер термопарою або обчислюють за формулою

                                             tс = tк – tв,                                               (4)

де tк – температура сталі у ковші після розкиснення й обробки метала аргоном, 0С;

tв – зниження температури внаслідок теплових втрат, 0С, що визначається за формулою

                                            tв = vt . τв,                                                  (5)

Тут τв – тривалість витримки метала в сталерозливальному ковші від останнього виміру температури до заливки в конвертер, хв.; vt – швидкість охолодження сталі у ковші визначається, як функція маси чавуна, 0С/хв.

 

                            0,6,                                 якщо тс < 50 т;

                         – 0,002тс +  0,7,            якщо 50 ≤  тс  < 150;                (6)   

             vt =   –0,001тс +  0,55,            якщо  150 ≤  тс  < 350      

         

                        

Масу рідкої сталі визначають за формулою:

                                       тс = тс.п – тс.р,                                              (7)

де тс.п – середня маса рідкої сталі повної плавки, т;

тс.р – маса розлитої сталі, т.

Середню масу рідкої сталі повної плавки визначають за формулою:

                                    тс.п = 0,9 (тч + тб + тфс),                                 (8)

де тфс – масова витрата феросплавів на повернену плавку, т.

Визначають питому витрату брухту тб.п, кг/т рідкої сталі, для охолодження рідкої сталі в залежності від її теплового потенціалу

тб.п = 125 QSiс ,                                      (9)

де 125 – умовно-сталий коефіцієнт.

Визначають масову витрату брухту для охолодження рідкої сталі тбр, т, в залежності від її витрати

                                            тбр  = тс.р ∙ тб.п.                                          (10)

Визначають масу металевої шихти в завалку для охолодження металу

                                    тч + тбз = тсд – (тср + тбр),                               (11)

де тбз – маса брухту в завалку для охолодження металу, т

тсд – середня маса метало садки, т.

Визначають питому витрату чавуна тч.п, кг/т металевої шихти

                                      тч.п = 80 QSiч – 18,                                      (12)

де 80;  18 – умовно-сталі коефіцієнти.

Визначають масу чавуна в завалку

                                      тч  = тч.п ∙ (тч + тбз).                                     (13)

Визначають загальну масу брухту в металошихті

                                     тб = тбз + тбр.                                               (14)

 

Розрахунок витрати вапна

Визначають питому витрату вапна в залежності від масової частки силіцію в чавуні й сталі.

                                         твч.п = 66,7Siч;                                                 (15)

                                         твс.п = 66,7Siс,                                                 (16)

де 66,7 – умовно-сталий коефіцієнт;

твч.п, твс.п – відповідно питома маса вапна для шлакоутворення в залежності від маси чавуна й сталі, кг/т;

Siч, Siс – відповідно масова частка силіцію в чавуні й повернутій сталі, %.

Визначають загальну масу вапна

                                      тв = твч.п . тч + твс.п . тс.                               (17)

Завантаження шихти проводять в такій послідовності: металобрухт, чавун, рідка сталь. Вапно вводять на початку плавки, якщо його витрата на плавку не перевищує 3 т. У інших випадках відповідно моделі [7].

 Розрахунок тривалості продувки

Тривалість продувки , хв., залежить від маси чавуна й визначається за формулою

 

 

                         0,04тч + 5 ,         якщо     0 ≤  тч  < 50;                                             

           =  0,06тч + 4,         якщо   50 ≤  тч  < 100;

                      0,04тч +  6,         якщо  100 ≤  тч  < 300                          (18)   

                        

 

Висновки.

1. Розрахунок маси брухту при передуві неповних плавок проводять окремо за фізичним і хімічним теплом, що вноситься чавуном, і цими ж складовими, що вносяться рідкою сталлю. 

2. Маса вапна залежить від вмісту силіцію у чавуні й сталі та їх маси. Визначають, як суму витрат вапна по окремим складовим шихти.

3. Основною складовою визначення тривалості продувки є маса рідкого чавуна, що подається в конвертер.

 

 

Література

 

1.            Чернега, Д. Ф. Основи металургійного виробництва металів і сплавів: Підручник /  Д. Ф. Чернега, В. С. Богушевський, Ю. Я. Готвянський та ін.; За ред. Д. Ф. Чернеги, Ю. Я. Готвянського. – К.: Вища школа, 2006. – 503.

2. Бигеев А.М. Металлургия стали. Теория и технология плавки стали. – Челябинск: Металлургия, 1988. – 480 с.

3..Богушевский В.С.  Математическая модель АСУ конвертерной плавкой / В.С.Богушевский, Ю.В.Оробцев, Н.А.Рюмшин, Н.А.Сорокин. – К.: НПК ,,Киевский институт автоматики”, 1996. – 212 с.

4. Бойченко Б.М., Охотський В.Б., Харлашин П.С.: Підручник / Конвертерне виробництво сталі (теорія, технологія, якість сталі, конструкція агрегатів, рециркуляція матеріалів і екологія). – Дніпропетровськ: РВА „Дніпро-ВАЛ”, 2004. – 454 с.

5. Богушевский В.С. . Основы математического описания технологических процессов конвертерного производства стали / В. С. Богушевский, Н.А.Рюмшин, Н.А. Сорокин – К.: НПО „Киевский институт автоматики”, 1992. – 168 с.

6. Богушевський В.С. Модель переноса массы и теплоты в квазиго­мо­генном приближении / В.С. Богушевський, К.О. Сергеєва, С.В. Жук // МАNTRIFLY VI MIEDZYNARODO- WEJ NAUKOWI-PRAKTYCZNEJ KONFERENCJI “NAUKOWA PRZESTRZEC EUROPY-2010”, Przemysl  7 – 12 грудня 2010. – С. 27 – 32.

7. .  Богушевский В. С. Реализация модели управления конвер­тер­ной плавкой в системе принятия решений / В. С. Богушевский, В.Ю. Сухенко, Е.А. Сергеева, С. В. Жук // Автоматика. Автоматизація. Електричні комплекси та системи. – 2010. – № 1 (25). – С. 101 – 105.