Спосіб прогнозування вмісту кремнію в чавуні

1. Спосіб прогнозування вмісту кремнію в чавуні, що включає визначення технологічних параметрів доменної плавки, у процесі якої в доменну піч, обладнану засобами вимірювання відстані від те хнологічного нуля до поверхні засипання, порціями через колошник завантажують шихтові матеріали й здійснюють оперативний контроль хімічного складу чавуну з визначенням поточних його значень на випуску продуктів плавки, який відрізняється тим, що після завантаження кожної порції шихтових матеріалів вимірюють відстань від технологічного нуля до поверхні засипання в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі і проміжок часу між завантаженням кожної порції шихтови х матеріалів, визначають швидкості їхнього опускання в осьовій зоні після вивантаження в доменну піч кожної порції шихти, а також середні значення цих швидкостей протягом заданого інтервалу часу, установлюють різницю середніх значень швидкостей опускання шихтових матеріалів в 2 3 0,60-1,20% 82305 установлюють рівною Винахід відноситься до галузі чорної металургії, зокрема, до доменного виробництва, і може бути використаним для управління тепловим станом доменних печей, обладнаних завантажувальними пристроями різного типу й оснащених засобами вимірювання профілю поверхні засипу. Тепловий стан доменної печі визначає головний показник економічності процесу - витрата коксу. Побічно визначає також - продуктивність печі й хімічний склад виплавлюваного чавуну. Тому оцінка зміни теплового стану доменної печі є одним з основних завдань ведення процесу плавки. Основним показником, за допомогою якого оцінюють зміну теплового стану печі, є вміст кремнію в чавуні на випуску з доменної печі. У зв'язку із цим, можливість прогнозування вмісту кремнію в чавуні задовго до його випуску, є важливим етапом до здійснення регулювання теплового стану доменної печі. Відомий спосіб регулювання теплового стану доменної печі [1], який включає прогнозування вмісту кремнію в чавуні за 6 - 8 годин до випуску шляхом вимірювання глибини осьової вирви профілю поверхні шихтови х матеріалів на колошнику, визначення середніх значень величин цієї глибини за кожну годину і їх відхилень від години до години за певний період. Недоліком відомого способу є те, що його застосування можливе тільки на доменних печах, обладнаних конусними завантажувальними пристроями. Для таких печей характерна робота із профілем поверхні засипу, що має після завантаження в піч кожної порції шихтових матеріалів яскраво виражену осьову вирву. У той же час на доменних печах, обладнаних безконусними завантажувальними пристроями, для інтенсифікації осьового потоку газів використовують спеціальні програми завантаження з подачею коксу в осьову зону перерізу колошника печі. При використанні таких програм завантаження утвориться профіль поверхні засипу, що має або горизонтальну форму, або негативну осьову вирву (підвищення). Це не дозволяє встановити взаємозв'язок зміни величини осьової вирви із вмістом кремнію в чавуні. Найбільш близьким за технічною сутністю й досягаємим результатом аналогом технічного рішення, що заявляється, прийнятий за прототип, є відомий спосіб прогнозування вмісту кремнію в чавуні, який включає визначення технологічних параметрів доменної плавки, у процесі якої в доменну піч, обладнану засобами вимірювання відстані від те хнологічного нуля до поверхні засипу, порціями через колошник завантажують шихтові матеріали і здійснюють оперативний 4 ± (0,000135 - 0,000077) %×г . м контроль хімічного складу чавун у з визначенням поточних його значень на випуску продуктів плавки [2]. Спосіб заснований на аналізі теплового й матеріального балансу всієї доменної печі й нижньої її зони з урахуванням зрушення в часі між протіканням реакцій непрямого й прямого відновлення в одному об'ємі шихтови х матеріалів. Балансові рівняння, запропоновані для прогнозування вмісту кремнію в чавуні, включають тільки ті статті теплового балансу, які можливо розрахувати, використовуючи безупинно контрольовані параметри. Недоліком відомого способу прогнозування вмісту кремнію в чавуні є те, що він може бути використаний тільки в умовах усталеного процесу при сталості кількості й характеристик шихтових матеріалів, параметрів дуттьового режиму, теплових і фізико-хімічних процесів у печі. Для процесів доменної плавки характерна більша інерційність, при якій процеси увесь час перебувають у перехідних режимах, тому використання відомого способу можливо тільки при усередненні статей приходу й витрати за певний проміжок часу, як правило, що становить кілька діб, причому цей проміжок часу тим більш тривалий, чим більш інерційний процес. Завдання, розв'язуване винаходом, полягає в розробці способу прогнозування вмісту кремнію в чавуні, що дозволяє оперативно виявляти й оцінювати відхилення теплового стану доменної печі від потрібного, і спрямованого на зниження коливань вмісту кремнію в чавуні. Технічний результат, що досягається при використанні винаходу, полягає в підвищенні оперативності прогнозування вмісту кремнію в чавуні в змінних умовах виробництва при виплавці чавун у в доменних печах, обладнаних завантажувальними пристроями будь-якої конструкції, а також можливості оптимізації теплового режиму доменної печі й забезпеченні зменшення витрати коксу на виплавку чавуну. Вирішення поставленого завдання досягається тим, що в способі прогнозування вмісту кремнію в чавуні, що включає визначення технологічних параметрів доменної плавки, у процесі якої в доменну піч, обладнану засобами вимірювання відстані від технологічного нуля до поверхні засипу, порціями через колошник завантажують ши хтові матеріали, і здійснюють оперативний контроль хімічного складу чавуну з визначенням поточних його значень на випуску продуктів плавки, після завантаження кожної порції шихтови х матеріалів вимірюють відстань від технологічного нуля до поверхні засипу в осьовий зоні перерізу колошника доменної печі й проміжок часу між завантаженням кожної порції шихтових матеріалів, визначають швидкості їхнього 5 82305 опускання в осьовій зоні після вивантаження в доменну піч кожної порції шихти, середні значення цих швидкостей протягом заданого тимчасового інтервалу, установлюють різницю середніх значень швидкостей опускання шихтових матеріалів в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі, вимірених на початку й наприкінці заданого тимчасового інтервалу протягом конкретного тимчасового періоду й поточні значення вмісту кремнію в чавуні на випуску продуктів плавки по закінченні заданого тимчасового інтервалу, а прогнозні значення вмісту кремнію в чавуні по закінченні конкретного тимчасового періоду встановлюють ви ходячи із залежності: де [Si]прогн - прогнозне значення вмісту кремнію в чавуні, %; [Si]nom - поточне значення вмісту кремнію в чавуні на випуску, %; å DVц - сума різниць середніх значень швидкостей опускання шихти в осьовій зоні перерізу колошника печі, м/год.; D[Si]Vц - зміна вмісту кремнію в чавуні на %× ч ; одиницю швидкості опускання шихти, м а також тим, що часовий інтервал для визначення різниці швидкостей опускання шихтови х матеріалів в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі, з одночасним визначенням поточних значень вмісту кремнію в чавуні на випуску продуктів плавки, установлюють рівним одній годині, а часовий період, протягом якого визначають різницю середніх значень швидкостей опускання шихтових матеріалів в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі з одночасним визначенням поточних значень вмісту кремнію в чавуні на випуску продуктів плавки, установлюють рівним 3-5 годинам; а також тим, що вимірювання відстані від технологічного нуля до поверхні засипу здійснюють за допомогою радіолокаційного профілеміру; а також тим, що величину зміни вмісту кремнію в чавуні на одиницю швидкості опускання шихти для меж зміни поточного вмісту кремнію в чавуні на випуску - 0,60 - 1,20% установлюють рівною ± (0,000135% ×ч 0,000077) м . Порівняння із прототипом показує, спосіб, що заявляється, відрізняється тим, що після завантаження кожної порції шихтових матеріалів вимірюють відстань від технологічного нуля до поверхні засипу в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі й проміжок часу між завантаженням кожної порції шихтови х матеріалів, визначають швидкості їхнього опускання в осьовій зоні після вивантаження в доменну піч кожної порції шихти, середні значення цих швидкостей протягом заданого тимчасового інтервалу, установлюють різницю середніх значень швидкостей опускання шихтови х матеріалів в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі, вимірених на початку й 6 наприкінці заданого тимчасового інтервалу протягом конкретного тимчасового періоду й поточні значення вмісту кремнію в чавуні на випуску продуктів плавки по закінченні заданого тимчасового інтервалу, а прогнозні значення вмісту кремнію в чавуні по закінченні конкретного тимчасового періоду встановлюють ви ходячи із залежності: де [S]прогн - прогнозне значення вмісту кремнію в чавуні, %; [Si]nom - поточне значення вмісту кремнію в чавуні на випуску, %; å DVц - сума різниць середніх значень швидкостей опускання шихти в осьовій зоні перерізу колошника печі, м/год.; A[Si] Vц - зміна вмісту кремнію в чавуні на % × год. ; м одиницю швидкості опускання шихти, а також тим, що часовий інтервал для визначення різниці середніх значень швидкостей опускання шихтових матеріалів в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі, з одночасним визначенням поточних значень вмісту кремнію в чавуні на випуску продуктів плавки, установлюють рівним одній годині, а часовий період, протягом якого визначають різницю швидкостей опускання шихтови х матеріалів в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі з одночасним визначенням поточних значень вмісту кремнію в чавуні на випуску продуктів плавки, установлюють рівним 3-5 годинам; а також тим, що вимірювання відстані від те хнологічного нуля до поверхні засипу здійснюють за допомогою радіолокаційного профілеміру; а також тим, що величину зміни вмісту кремнію в чавуні на одиницю швидкості опускання шихти для меж зміни поточного вмісту кремнію в чавуні на випуску - 0,60 - 1,20% установлюють рівною ± (0,000135-0,000077) % × год. . м Таким чином, технічне рішення, що заявляється, відповідає критерію «новизна». Порівняння способу, що заявляється, з іншими технічними рішеннями в даній галузі техніки не дозволило виявити в них ознаки, що відрізняють його від прототипу. Отже, технічне рішення, що заявляється, відповідає критерію «винахідницький рівень». Винахід пояснюється кресленням, де на Фіг.1 графічно представлені профілі поверхні засипу до й після вивантаження порції шихтови х матеріалів, а також проекції променів радіолокаційних вимірників, за допомогою яких вимірюють відстані від технологічного нуля до точок поверхні засипу; на Фіг.2 представлені діаграми зміни швидкостей опускання шихти в осьовій зоні доменної печі (а) і вмісту кремнію в чавуні на випусках доменної печі (б) для одного з досліджуваних тимчасових періодів (на підставі результатів експериментальних і розрахунково-аналітичних досліджень одного з таких періодів роботи 7 82305 доменної печі були встановлені співвідношення параметрів, які заявляються); на Фіг.3 - зміна фактичного вмісту кремнію в чавуні на випуску й прогнозних його значень, визначених за допомогою способу, що заявляється. Спосіб здійснюється таким чином. У процесі доменної плавки в доменну піч порціями через колошник завантажують шихтові матеріали. Для контролю ходу доменної плавки доменна піч обладнана засобами вимірювання параметрів процесу. Як засоби вимірювання відстані від те хнологічного нуля до поверхні засипу ши хтови х матеріалів використовують установлені на куполі печі радіолокаційні вимірники (профілеміри). При вивантаженні шихтови х матеріалів або з обертового лотка безконусного завантажувального пристрою, або з конусного завантажувального пристрою на колошнику доменної печі утвориться поверхня засипу. Профіль поверхні засипу шихтових матеріалів визначають на підставі результатів вимірювання відстані від технологічного нуля до цієї поверхні за допомогою встановлених на куполі печі радіолокаційних вимірників. Рівні точок поверхні засипу визначаються координатами перетинання променів вимірників з поверхнею засипу ши хти. Після вивантаження кожної порції шихтови х матеріалів у доменну піч, визначають швидкості їхнього опускання в осьовій зоні перерізу колошника. Тобто, визначають відстань, що проходить точка профілю поверхні засипу за час між суміжними вивантаженнями порцій шихтових матеріалів у доменну піч. Визначають середні значення швидкостей опускання шихтови х матеріалів протягом заданого тимчасового інтервалу, а потім установлюють різницю середніх швидкостей опускання шихтових матеріалів в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі, вимірених на початку й наприкінці заданого тимчасового інтервалу протягом конкретного тимчасового періоду. По закінченні останньої години визначення різниці (відхилень) середніх значень швидкостей опускання шихти (AVц ) у процесі оперативного контролю хімічного складу чавуну з визначенням поточних його значень на випуску продуктів плавки, визначають поточне значення вмісту кремнію в чавуні ([Si]nom ) на випуску з доменної печі. При цьому, прогнозне значення вмісту кремнію в чавуні, визначають виходячи з виразу: де [Si]прогн - прогнозне значення вмісту кремнію в чавуні, %; [Si]nom - поточна величина вмісту кремнію в чавуні на випуску, %; å DVц - сума відхилень величин середніх значень швидкостей опускання шихти в осьовій зоні перерізу колошника печі від години до години за інтервал часу 3-5 годин, м/год., обумовлена з виразу: å DVц = DVц 1 + DVц 2 + ... + DVц 5 , м / год. 8 A[Si] Vц - зміна вмісту кремнію в чавуні на одиницю швидкості опускання шихти. Виходячи з технологічних міркувань, пов'язаних з тим, що цикл завантаження шихтових матеріалів на печах із БЗП здійснюється за період часу не перевищуючи однієї години (як правило, становить 35-45 хвилин), часовий інтервал для визначення різниці середніх значень швидкостей опускання шихтових матеріалів в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі, з одночасним визначенням поточних значень вмісту кремнію в чавуні на випуску продуктів плавки, установлюють рівним одній годині. При цьому часовий період, протягом якого визначають різницю середніх значень швидкостей опускання шихтових матеріалів в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі з одночасним визначенням поточних значень вмісту кремнію в чавуні на випуску продуктів плавки, установлюють рівним 35 годинам. Таким чином, з урахуванням зазначених положень, визначають середні значення швидкостей опускання шихтових матеріалів за годинний інтервал часу. Потім установлюють різницю середніх значень швидкостей опускання шихтови х матеріалів в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі (відхилення середніх значень швидкостей, AVц ), вимірених на початку й наприкінці заданого тимчасового інтервалу протягом конкретного тимчасового періоду, тобто від години до години за період 3-5 годин, виходячи з виразів: де Vц n…Vц n .5 - середні величини швидкості опускання шихти в осьовій зоні печі за часовий інтервал - за п'ять наступних годин поточного часу, м/год., AVц 1...AVц 5 - відхилення середніх величин швидкостей опускання шихти в осьовій зоні печі за інтервал першої й останньої години - за період 3-5 годин, м/ч. Аналіз результатів розрахунково-аналітичних досліджень, підтверджених експериментальною перевіркою, показав, що з урахуванням інерційності технологічного процесу, прогнозне значення вмісту кремнію в чавуні, встановлене відповідно до способу, який заявляється, відповідає фактичному значенню, що буде отримане через 3-5 годин від моменту визначення його поточних значень. Величина зміни вмісту кремнію в чавуні на одиницю швидкості опускання шихти (A[Si]Vц ) для меж зміни поточного вмісту кремнію в чавуні на випуску - 0,60 - 1,20%, установлена рівною ± % × год. . м (0,000135-0,000077) , визначена експериментальним шляхом. Для цього протягом тривалого періоду роботи доменної печі реєструвалися зміни вмісту кремнію в чавуні на випуску й швидкостей опускання шихти в осьовій зоні печі на рівні колошника. Значення величини зміни вмісту кремнію в чавуні на одиницю швидкості опускання шихти (A[Si] Vц ) і власне межі 9 82305 зміни поточного вмісту кремнію в чавуні на випуску за границями зазначених діапазонів їхньої зміни, як показали результати досліджень, знижують точність прогнозу. Аналіз даних експериментальних досліджень, виконаних протягом кожної доби показав, що найбільш значимі зміни вмісту кремнію в чавуні від випуску до випуску супроводжуються змінами середньогодинної швидкості опускання шихти в осьовій зоні печі. При цьому для постійних параметрів режимів дуття й завантаження зміні (збільшенню або зменшенню) вмісту кремнію передує зміна (зменшення або збільшення) швидкості опускання шихти на рівні колошника в осьовій зоні печі. Для визначення тимчасового періоду в зміні вмісту кремнію й швидкостей опускання шихти на колошнику виконано аналіз зміни цих параметрів протягом тривалого періоду роботи печі. Аналіз показав, що зміні вмісту кремнію на випусках відповідає зміна швидкості опускання шихти в осьовій зоні печі за часовий період, що становить 3-5 годин (у середньому 4 години). З урахуванням цього для оцінки адекватності встановленої тенденції на Фіг.2 нанесені тренди вимірюваних величин, побудовані на основі значень параметрів швидкості й вмісті кремнію за періоди, що складають, у середньому, 4 години. На підставі вищесказаного, була виведена залежність для визначення прогнозних значень вмісту кремнію в чавуні. Приклад конкретної реалізації. Спосіб було випробувано в один з періодів роботи доменної печі №9 ВАТ « Міттал Стіл Кривий Ріг» (ВАТ «МСКР»). Результати досліджень, виконаних у цей період, підтверджують технічну здійснюваність способу прогнозування вмісту кремнію в чавуні, що заявляється. При відпрацьовуванні умов реалізації способу, що заявляється, взаємозв'язок зміни вмісту кремнію й швидкості опускання шихти в осьовій зоні печі встановлена на підставі прогнозу вмісту кремнію по зміні швидкості опускання за 4 години до випуску. При цьому була визначена послідовність операцій, що становить сутність способу, що заявляється. Ця послідовність включала вимірювання і визначення конкретних технологічних параметрів доменної плавки, у процесі якої в доменну піч, обладнану засобами вимірювання відстані від технологічного нуля до поверхні засипу, порціями через колошник завантажували шихтові матеріали. При цьому здійснювали оперативний контроль хімічного складу чавун у, зокрема, вміст кремнію з визначенням поточних його значень на випуску продуктів плавки. Після завантаження кожної порції шихтових матеріалів за допомогою радіолокаційного профілеміру вимірювали відстань від технологічного нуля до поверхні засипу в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі й проміжок часу між завантаженням кожної порції шихтових матеріалів. На підставі результатів змін визначали швидкості опускання шихтови х матеріалів в осьовій зоні після вивантаження в доменну піч кожної порції шихти. 10 Потім визначали середні значення цих швидкостей протягом заданого тимчасового інтервалу, прийнятого за технологічними умовами здійснення доменного процесу й спрощення реалізації способу, рівного одній годині. Після цього, за результатами вимірів швидкостей опускання шихтови х матеріалів в осьовій зоні перерізу колошника доменної печі на початку й наприкінці заданого тимчасового інтервалу, рівного одній годині, протягом конкретного тимчасового періоду, прийнятого рівним чотирьом годинам, установлювали різницю середніх значень цих швидкостей і, одночасно, по закінченню заданого тимчасового інтервалу, рівного одній годині, визначали поточні значення вмісту кремнію в чавуні на випуску продуктів плавки. Результати цих технологічних операцій склали базу для визначення прогнозних значень вмісту кремнію в чавуні. Причому, прогноз визначав вміст кремнію в чавуні по закінченні зазначеного конкретного тимчасового періоду, рівного чотирьом годинам і встановлювався, виходячи із залежності: де [Si]прогн - прогнозне значення вмісту кремнію в чавуні, %; [Si]nom - поточне значення вмісту кремнію в чавуні на випуску, %; å DVц - сума різниць середніх значень швидкостей опускання шихти в осьовій зоні перерізу колошника печі, м/год.; D[Si]Vц - зміна вмісту кремнію в чавуні на %× ч . одиницю швидкості опускання шихти, м З використанням способу, що заявляється, для досліджуваних періодів роботи печі встановлено, що величина зміни вмісту кремнію в чавуні на одиницю швидкості опускання шихти % × год. м становить ± (0,000135-0,000077 ) для меж зміни поточного вмісту кремнію в чавуні на випуску - 0,60 - 1,20%. Як ми вже відзначали, величини зміни вмісту кремнію в чавуні на одиницю швидкості опускання шихти (A[Si]Vц ) також, як і межі зміни поточного вмісту кремнію в чавуні на випуску, за границями зазначеного діапазону їхньої зміни знижують точність прогнозу вмісту кремнію в чавуні. Заявлений діапазон вмісту кремнію на випуску обраний виходячи з реальних значень зміни кремнію. Наприклад, у період роботи ДП-9 ВАТ «МСКР» 15.10.06р. з 23.00 до 3.00 години сума різниць середніх значень швидкостей опускання шихти в DV осьовій зоні перерізу колошника ( å ц склала 0,01м/хв. Під час випуск у о 3.00 поточне значення вмісту кремнію в чавуні склало 0,84%. Відповідно до залежності, що заявляється, прогнозне значення вмісту кремнію через 3-5 годин, тобто в 6.00 - 8.00 складе 0,772%. У цей же час фактичне обмірюване значення вмісту кремнію в чавуні становило 0,78%. Відхилення прогнозного, 11 82305 визначеного за допомогою способу, що заявляється, від фактичного значення вмісту кремнію в чавуні склало -1,031%. Аналогічним чином були визначені значення прогнозного вмісту кремнію в чавуні протягом періоду, що відповідає часу відпрацьовування умов реалізації технічного рішення, що заявляється. Окремі результати цих досліджень, що пояснюють сутність способу, що заявляється, наведені в таблиці. Таким чином, аналіз результатів випробування технічного рішення, що заявляється, в один з періодів роботи доменної печі № 9 ВАТ «МСКР» , з одного боку, підтвердив те хнічну здійснюваність способу прогнозування, вмісту кремнію в чавуні, що заявляється а, з іншого боку, показав, що його використання дозволяє здійснювати оперативний прогноз вмісту кремнію в чавуні. Підвищення оперативності прогнозування вмісту кремнію в чавуні в умовах виробництва, що змінюються, при виплавці чавун у в доменних печах, обладнаних засипними апаратами будь-якої конструкції забезпечує зниження витрати коксу на виплавку чавун у. Крім того, використання способу, що заявляється, дає можливість оперативно давати оцінку теплового стану доменної печі. Це створює передумови для оптимізації теплового резерву доменної печі за вмістом кремнію в чавуні з можливістю наступного управління цим процесом, що також сприяє зменшенню витрати коксу, а, отже, вирішується поставлене завдання й досягається передбачуваний технічний результат. Джерела інформації, прийняті до уваги при складанні заявки: 1. Освоение в промышленных условия х модернизированного образца радиоизотопного профилемера и отработка приемов контроля и регулирования технологического состояния плавки с его использованием. НИР/Институт черной металлургии НАН Украины: ГР UA01014026P, Киев: УкрИНТЭИ, 1992 2. Гиммельфарб А.А., Ефименко Г.Г. Автоматическое управление доменным процессом. - М.: Металлургия, 1969. С.146 - 149. – прототип 12 13 82305 14