Спосіб експлуатації дугової печі

Реферат: Винахід стосується способу експлуатації дугової печі (1), за яким ця дугова піч містить ємність (2) для розплавленого матеріалу (3), а також щонайменше один електрод (4), зазначений електрод (4) розташований на несучій консолі (5) і утримується нею, причому в ємність (2) завантажують компонент (С) для утворення спіненого шлаку, щоб утворити на розплавленому матеріалі (3) шар спіненого шлаку (6) з деякою висотою (h). Для удосконалення визначення висоти спіненого шлаку і оптимізації за допомогою неї подачі компонента для утворення спіненого шлаку спосіб включає наступні етапи: a) при експлуатації дугової печі (1) вимірюють частоту (f) або прискорення (а) коливання електрода (4) або несучої консолі (5) та визначають функціональну залежність (h=f(a)) між коливаннями електрода (4) або несучої консолі (5) і висотою (h) шару спіненого шлаку (6); b) на основі отриманих значень вимірювання за допомогою визначеної на етапі а) функціональної залежності (h=f(a)) визначають висоту (h) шару спіненого шлаку (6). Спосіб забезпечує підвищення надійності експлуатації дугової печі. UA 105689 C2 (12) UA 105689 C2 UA 105689 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується способу експлуатації дугової печі, причому ця дугова піч містить ємність для розплавленого матеріалу, а також щонайменше один електрод, цей електрод розташований на несучій консолі і утримується нею, причому в ємність завантажується компонент для утворення спіненого шлаку щоб утворити на розплавленому матеріалі шар спіненого шлаку з деякою висотою. При виробництві сталі в електродуговій печі (ЕДП/EAF) електрична енергія, що передається через струмопровідні несучі консолі і електроди, перетворюється в джоулеве тепло електричних дуг. Кожна дуга горить між електродом і шихтою до повного розплавлення шихти. Вторинні струми, які течуть при цьому у високострумовому ланцюзі, досягають значень до 120 кА. Піч-ківш (трифазного струму) являє собою металургійний агрегат, який застосовується для нагрівання і для обробки рідкої сталі. Таким чином, можуть досягатися бажані температури розливання і хімічні склади. Піч-ківш складається з струмопровідних електродів, що охолоджуються водою несучих консолей електродів, вогнетривкої ємності, що охолоджується водою кришки, забезпеченою різними отворами для електродів і додавання легуючих засобів. Нагрівання рідкої сталі відбувається шляхом перетворення електричної енергії, що подається через струмопровідні несучі консолі і електроди, в тепло. Настройка бажаної електричної потужності відбувається шляхом керування електродами. При цьому довжина дуги змінюється за допомогою позиціонування електродів. Щоб скоротити до мінімуму дію випромінювання дуги на вогнетривку футерівку, піч-ківш експлуатується з короткими дугами, які покриваються тонким шаром шлаку (від 50 до 150 мм). Такого роду способи відомі з рівня техніки. Наприклад, можна послатися на ЕР 0637634 А1. DE 19636279 А1, де розкривається вимірювання періодичних рухів електродів дугової печі. ЕР 1082467 В1, в якому передбачається регулювання шлакоутворювального компонента залежно від струму електрода. Згідно з WO 2009/095396 А1 реєструють коливання електродів в електродуговій печі. Аналогічне рішення розкрите в WO 2011/147869 А1. Виникаючі електромагнітні сили діють з частотою мережі і подвійною частотою мережі на струмопровідні електроди і несучі консолі і викликають вимушені коливання в системі електроднесуча консоль. У спектрі коливань розрізняють високо- і низькочастотні компоненти. Високочастотні коливання близько 50 Гц і 100 Гц зумовлюються зсувом дуги і відповідно силою Лоренца. Низькочастотні коливання від 1 Гц до 10 Гц - являють собою власні коливання системи консольелектрод, які збуджуються механічно (при ударі шихти) або електрично (при зміні довжини дуги). При несприятливій конструкції несучих консолей в цьому частотному діапазоні можуть виникати резонансні коливання системи електрод несуча консоль, які обумовлюють небезпеку руйнування електродів. Руйнування електродів дуже небажаним чином приводять до підвищення виробничих витрат і тривалих перерв виробництва в сталеплавильному цеху. Амплітуди коливань несучих консолей змінюються під час процесу плавлення. У фазі пропалювання дуга горить на твердій шихті і зумовлює відносно великі амплітуди коливань. У фазі плоского дзеркала ванни шлак починає спінюватися внаслідок наявності рідкого розплаву і вдування шлакоутворювального компонента (частіше за все дрібнозернистого вуглецю). Спінений шлак поліпшує надходження енергії в рідкий сталевий розплав і захищає вогнетривку футерівку і систему водяного охолоджування печі від сильного навантаження випромінюванням дуги. Оскільки при цьому дуга і вістря електрода покриваються спіненим шлаком, амплітуди коливань зменшуються. Чим більша кількість, тобто маса, компонента, що вдувається для утворення спіненого шлаку (вуглецю), тим вища також висота шару спіненого шлаку і ступінь демпфірування коливання несучої консолі електрода і тим нижчі амплітуди коливань. При високому рівні спіненого шлаку електроди можуть переміщуватися далі вгору, дуга при однаковій електричній потужності і меншому амперажі буде довшою. При конструюванні струмопровідних несучих консолей електродів часто не враховуються власні частоти консолей і технологічні фактори, що впливають на власну частоту (варійована довжина і маса електрода). Під час експлуатації печі сили, які діють на систему електрод-несуча консоль з певною частотою можуть призводити до резонансних коливань, які можуть руйнувати графітові електроди. Щоб стабілізувати режим коливань електрода і усунути причину руйнування електрода, важливо завчасно розпізнавати резонансні коливання. При виробництві сталі в електропечі звичайно відкриті дуги покриваються спіненим шлаком. Завдяки цьому досягається оптимальна передача енергії в рідкий розплав і скорочуються до мінімуму сторонні втрати випромінювання дуги. У практичному виробництві спінений шлак виходить шляхом вдування в шлак дрібнозернистого вуглецю. Кількість вуглецю, що 1 UA 105689 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вдувається, може розраховуватися або, відповідно, визначатися обслуговуючим персоналом відповідно до кваліфікації. Надмірна кількість вуглецю може підвищувати вміст вуглецю в розплаві (навуглецьовування розплаву). При недостатній кількості вуглецю дуга все ж покривається невигідним чином тільки частково. Тобто вибір правильної кількості компонента для утворення шлаку іноді проблематичний і при певних обставинах зумовлений людським фактором залежно від кваліфікації обслуговуючого персоналу. Оскільки рідка сталь є системою, здатною до коливань, при експлуатації печі-ковша можуть також виникати небажані критичні коливання ємності печі. При виникненні таких коливань процес обробки повинен уриватися короткочасним вимкненням пічної установки, що, однак, технологічно невигідно. Коливання ємності печі можуть викликатися неправильно настроєним регулюванням електродів або, відповідно, коливаннями несучих консолей. В основу винаходу поставлена задача удосконалити спосіб вказаного роду так, щоб поліпшити можливість визначення висоти спіненого шлаку. Крім того, повинні бути створені передумови для того, щоб оптимізувати подачу компонента для утворення спіненого шлаку, по можливості незалежно від індивідуальної кваліфікації обслуговуючого персоналу, тобто виникаючі коливання повинні скорочуватися до мінімуму, при цьому одночасно не повинна додаватися надмірна кількість шлакоутворювального компонента, щоб запобігти небажаному навуглецьовуванню сталі. Рішення цієї задачі відрізняється тим, що спосіб включає в себе наступні етапи: а) визначення функціональної залежності між коливаннями електрода або несучої консолі при експлуатації дугової печі і висотою спіненого шлаку шляхом вимірювання; b) при експлуатації дугової печі вимірюються моментальні або, відповідно, поточні коливання електрода або несучої консолі, при цьому на основі цих значень вимірювання за допомогою визначеної на етапі а) функціональної залежності визначається висота шару спіненого шлаку. Нарівні із здійснюваним таким чином переважним визначенням висоти спіненого шлаку, переважно, також передбачено, щоб додавання компонента для утворення спіненого шлаку в ємність і/або на розплавлений матеріал здійснювалося таким чином, щоб коливання, що вимірюються, не перевищували заданого максимального значення. Одночасно може передбачатися, щоб додавання компонента для утворення спіненого шлаку в ємність і/або на розплавлений матеріал здійснювалося таким чином, щоб коливання, які вимірюються, не були нижчі заданого мінімального значення. Відповідно цьому здійснюється регулювання або, відповідно, керування оптимальною кількістю шлакоутворювального компонента для спінення шлаку (вуглецю), так що, з одного боку, запобігається дуже мала кількість шлаку, а, з іншого боку, небажане навуглецьовування підлягаючої переробці сталі. Переважно при цьому за основу береться амплітуда коливань (зокрема, прискорення коливань). Крім того, за основу може братися певний частотний діапазон коливання електрода або несучої консолі. Як компонент для утворення спіненого шлаку частіше всього застосовується дрібнозернистий вуглець, який вводиться, зокрема вдувається в ємність. Прискорення коливань електрода або несучої консолі може визначатися за допомогою датчика прискорення, який закріплений на електроді або несучій консолі. Датчик прискорення розташований при цьому в охолодженій водою області несучої консолі, наприклад, в області затискних щік електродів. Вимірювані значення прискорення коливань переважно передаються від датчика прискорення бездротовим шляхом, зокрема по радіо, аналітичному пристрою. Альтернативно можливо також, щоб значення прискорення коливань, що вимірюються, передавалися від оптичного датчика прискорення по світловоду аналітичному пристрою. Звичайно, можлива також класична передача по кабелю. Енергія, необхідна для експлуатації датчика прискорення і/або бездротової передачі даних вимірювання, може забезпечуватися за допомогою елемента, який генерує електричну енергію з енергії коливань електрода або несучої консолі (модуль "збирання" енергії). Для енергопостачання може бути передбачена, звичайно, і будь-яка інша можливість. Так, може бути передбачена батарея або, відповідно, акумулятор. У випадку подачі струму по кабелю можливе і переважне кабельне введення крізь внутрішню область несучої консолі. Таким чином, даний винахід, по-перше, дозволяє визначати прискорення коливань несучої консолі електрода дугової печі шляхом вимірювання. Сюди ж входить вимірювання прискорення коливань з метою розпізнавання резонансних коливань несучої консолі електрода. Нарешті, 2 UA 105689 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 винахід включає в себе вимірювання прискорень коливань і калібрування системи для поліпшеного визначення висоти спіненого шлаку в дуговій печі. Вимірювання коливань несучої консолі надає цінну інформацію про висоту спіненого шлаку у внутрішньому просторі ємності печі. Запропонований винаходом спосіб дозволяє безперервно вимірювати коливання несучої консолі за допомогою одного або декількох датчиків прискорення. Вимірювальний пристрій переважно інсталюється у охолоджуваній водою області несучої консолі електрода поблизу затискача електрода. Виміряні амплітуди прискорення передаються комп'ютеру переважно бездротовим шляхом, за допомогою вбудованого в несучі консолі електрода радіо модулю. Завдяки контролю вимірюваних коливань і, зокрема, амплітуд прискорень коливань, а також частотних спектрів коливань, можуть завчасно розпізнаватися резонансні коливання несучої консолі електрода, які ведуть до руйнування електродів; відповідно можуть вживатися заходи для запобігання руйнуванню електрода. З порівняння виміряних амплітуд А прискорення коливань з масою М шлакоутворювального компонента (вуглецю), що вдувається, може бути експериментально визначена функціональна залежність M(t)=f[A(t)]. Оскільки висота h(t) спіненого шлаку знаходиться в кореляції з масою M(t) шлакоутворювального компонента, що додається, то може бути визначена висота h спіненого шлаку як функція вимірюваних амплітуд A(t) прискорень (h(t)=g[A(t)]. Крім того, може бути складена діаграма циклу роботи для додавання маси шлакоутворювального компонента. Потім за допомогою діаграми при практичній експлуатації печі маса вуглецю, що вдувається, регулюється так, щоб забезпечувалася достатня висота спіненого шлаку, щоб в достатньому ступені (максимально) покривати дугу. З іншого боку, може запобігатись додавання дуже великої кількості вуглецю, так що можна уникнути дуже сильного навуглецьовування розплаву. Таким чином, забезпечується можливість автоматизації процесу додавання шлакоутворювального компонента. Він більше не залежить від кваліфікації обслуговуючого персоналу. Прискорення несучих консолей електродів дугової печі вимірюються за допомогою датчика прискорення і передаються за допомогою радіомодуля комп'ютера обслуговуючого персоналу. Таким чином, виникає можливість завчасного розпізнавання резонансних коливань несучої консолі електрода і визначення висоти спіненого шлаку в фазі плоского дзеркала ванни. Переважно, щоб прискорення несучих консолей електродів під час експлуатації печі могли вимірюватися. Це дозволяє здійснювати безперервний контроль процесу і завчасно розпізнавати резонансні коливання, які ведуть до руйнування електрода. Шляхом зіставлення під час вимірювання значення амплітуди A(t) прискорення і візуально визначуваної або вимірюваної висоти h шлаку може бути визначена функціональна залежність h(t)=f[A(t)]. За допомогою цієї функціональної залежності при практичній експлуатації дугової печі по виміряних амплітудах прискорення може визначатися висота спіненого шлаку. З порівняння вимірюваних амплітуд A(t) прискорень з кількістю вуглецю, що вдувається, M(t) може бути визначена діаграма циклу роботи при додаванні вугілля у вигляді M(t)=g[A(t), h(t)]. Після того, як діаграма складена, можливе керування або, відповідно, регулювання додавання вуглецю за допомогою вимірюваних значень прискорення, так щоб можна було значною мірою уникнути відкритих дуг. За допомогою способу, що пропонується, також у випадку печі-ковша може завчасно розпізнаватися критичний стан експлуатації печі. Автономне енергопостачання і бездротова передача даних вимірювання дозволяють здійснювати простий монтаж вимірювального забезпечення в охолоджуваній водою області всередині несучих консолей електродів. На кресленні зображений один з прикладів здійснення винаходу. На фіг. 1 схематично показано дугову піч; на фіг. 2 схематично - зміна маси шлакоутворювального компонента, що додається в дугову піч, як функція амплітуди коливань несучої консолі електрода, і на фіг. 3 схематично - зміна висоти спіненого шлаку в дуговій печі як функція амплітуди коливань несучої консолі електрода. На фіг. 1 зображена дугова піч 1, що включає в себе ємність 2, в якій може розплавлятися матеріал 3. Для цього електрод 4 встановлений на несучій консолі 5. Електрод забезпечується сильним струмом, так що утворюється дуга 9, яка розігріває матеріал. У принципі, дугова піч може являти собою піч змінного струму або піч постійного струму. При додаванні компонента для утворення спіненого шлаку (вуглець С) всередину ємності 2 на поверхні розплавленого матеріалу 3 утворюється спінений шлак, який має висоту h. Висота h 3 UA 105689 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 при цьому повинна вибиратися, з одного боку, так, щоб дуга 9 або, відповідно, кінець електрода 4 був покритий шлаком, з іншого боку, потрібно додавати як можна менше компонента С для утворення спіненого шлаку, тобто вуглецю, щоб уникнути надмірного навуглецьовування матеріалу 3. При цьому вуглець вдувається під спінений шлак за допомогою одного або декількох інжекторів. Для досягнення цього в несучу консоль 5 вбудований датчик 7 прискорення, який виконаний, щоб вимірювати прискорення (а) коливань несучої консолі 5. Вимірювані датчиком 7 значення бездротовим шляхом по радіозв'язку передаються аналітичному пристрою 8, який включає в себе приймач або, відповідно, антену 10 для радіосигналу датчика 7. В аналітичному пристрої 8 визначається амплітуда А прискорення (а) коливань і береться за основу для подальшого аналізу або, відповідно, розрахунку. Відповідно цьому переважним чином прискорення несучої консолі (можуть бути також передбачені декілька консолей, обладнаних декількома електродами) в місці затиску електрода 4 може вимірюватися і бездротовим шляхом передаватися комп'ютеру користувача. Залежне від вимірювання часу прискорення здійснюється за допомогою датчика 7 прискорення. Датчик інсталюється в охолоджуваній водою області несучої консолі електрода поблизу затискача електрода для вимірювання прискорень в трьох просторових напрямках (х, у, z). Датчик забезпечується енергією за допомогою внутрішньої батареї або, відповідно, акумулятора. Датчик може також забезпечуватися модулем збирання енергії, так що необхідний електричний струм може виходити з самого коливання. Альтернативно можливе також застосування оптичного датчика прискорення і світловода, по якому значення прискорення, що вимірюються, можуть передаватися оптичним шляхом. Для визначення функціональної залежності між вимірюваною амплітудою прискорень і висотою спіненого шлаку в ємності надходять таким чином. Залежні від часу амплітуди А(t) прискорень реєструються з високою частотою зчитування від 100 Гц до 1 кГц. Сигнал вимірювання за допомогою вбудованого в несучій консолі електрода радіомодуля передається аналітичному пристрою (ПК), де здійснюються аналіз даних вимірювання та ідентифікація резонансних коливань. Одночасно з прискореннями як інший технологічний параметр вимірюється маса М або, відповідно, масовий потік dM/dt вуглецю, що вдувається, і визначається візуально або вимірюється висота h(t) спіненого шлаку. При цьому висота h спіненого шлаку може представлятися як функція амплітуд А прискорень у вигляді графіка h(t)=g[A(t)]. Крім того, звідси може бути визначена діаграма циклу роботи при додаванні M(t)=f[A(t), h(t)] маси вуглецю, що додається. Тоді в практичному виробництві графік циклу служить для оптимізації і автоматизації інжекції дрібнозернистого вугілля, так що дуга залишається повністю покритою спіненим шлаком. Пояснений спосіб дій або, відповідно, вказана залежність проілюстрована на фіг. 2 і фіг. 3. На фіг. 2 зображена залежність між масою М компонента С, що завантажується в дугову піч для утворення спіненого шлаку, і вимірюваною амплітудою А прискорення (а) коливань. На фіг. 3 відповідно фіг. 2 відображена висота h спіненого шлаку в ємності 2 залежно від вимірюваної амплітуди прискорення коливань. Після визначення функціональної залежності h=f(A) між амплітудами прискорення коливань електрода 4 або, відповідно, несучої консолі 5 при експлуатації дугової печі 1, і висотою h спіненого шлаку 6 шляхом вказаного вимірювання, отже, можна експлуатувати дугову піч 1 так, щоб амплітуди прискорення коливань електрода 4 або, відповідно, несучої консолі 5 вимірювалися датчиком прискорення, і на основі цих значень вимірювань за допомогою певної функціональної залежності h=f(а) визначалася висота h спіненого шлаку 6. Виходячи з цього, в свою чергу, додавання компонента С для утворення спіненого шлаку може здійснюватися так, щоб вимірювані коливання не перевищували задане максимальне значення; одночасно відбувається керування або, відповідно, регулювання додавання компонента С для утворення спіненого шлаку таким чином, щоб вимірювані коливання не були нижчі заданого мінімального значення. Тим самим вся система печі підтримується в некритичному стані відносно навантаження від коливань і теплового випромінювання, але одночасно також запобігається небажане навуглецьовування сталі внаслідок додавання дуже великої кількості вуглецю. Список посилальних позначень: 1 - дугова піч/піч-ківш трифазного струму, 2 - ємність, 3 - розплавлений матеріал, 4 - електрод, 4 UA 105689 C2 5 10 5 - несуча консоль, 6 - спінений шлак, 7 - датчик прискорення, 8 - аналітичний пристрій, 9 - дуга, 10 - приймач/антена. С - компонент для утворення спіненого шлаку, h - висота (m) спіненого шлаку над ванною металу, 2 а - прискорення коливань (м/с ), 2 А - амплітуда прискорення коливань (м/с ), М - маса компонента, що додається, для утворення спіненого шлаку (кг). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Спосіб експлуатації дугової печі (1), за яким ця дугова піч містить ємність (2) для розплавленого матеріалу (3), а також щонайменше один електрод (4), зазначений електрод (4) розташований на несучій консолі (5) і утримується нею, причому в ємність (2) завантажують компонент (С) для утворення спіненого шлаку, щоб утворити на розплавленому матеріалі (3) шар спіненого шлаку (6) з деякою висотою (h), при цьому спосіб включає наступні етапи: a) при експлуатації дугової печі (1) вимірюють частоту (f) або прискорення (а) коливання електрода (4) або несучої консолі (5) та визначають функціональну залежність (h=f(a)) між коливаннями електрода (4) або несучої консолі (5) і висотою (h) шару спіненого шлаку (6); b) на основі отриманих значень вимірювання за допомогою визначеної на етапі а) функціональної залежності (h=f(a)) визначають висоту (h) шару спіненого шлаку (6). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що додавання компонента (С) для утворення спіненого шлаку в ємність (2) і/або на розплавлений матеріал (3) здійснюють таким чином, щоб вимірювані коливання не перевищували заданого максимального значення. 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що додавання компонента (С) для утворення спіненого шлаку в ємність (2) і/або на розплавлений матеріал (3) здійснюють таким чином, щоб вимірювані коливання не були нижчі заданого мінімального значення. 4. Спосіб за будь-яким з пп. 1-3, який відрізняється тим, що в функціональній залежності як показник висоти (h) шару спіненого шлаку за основу береться амплітуда (А) прискорення (а) коливань. 5. Спосіб за будь-яким з пп. 1-4, який відрізняється тим, що в функціональній залежності як показник висоти (h) шару спіненого шлаку за основу береться певний частотний діапазон коливання електрода (4) або несучої консолі (5). 6. Спосіб за будь-яким з пп. 1-5, який відрізняється тим, що як компонент (С) для утворення спіненого шлаку використовують дрібнозернистий вуглець, який вводять, зокрема вдувають в ємність (2). 7. Спосіб за будь-яким з пп. 1-6, який відрізняється тим, що прискорення (а) коливань електрода (4) або несучої консолі (5) визначають за допомогою датчика (7) прискорення, який закріплений в електроді (4) або в несучій консолі (5). 8. Спосіб за п. 7, який відрізняється тим, що датчик (7) прискорення розташований в охолоджуваній водою області несучої консолі (5). 9. Спосіб за п. 7 або 8, який відрізняється тим, що вимірювані значення прискорення (а) коливань переважно передають від датчика (7) прискорення бездротовим шляхом, зокрема по радіо, до аналітичного пристрою (8). 10. Спосіб за п. 7 або 8, який відрізняється тим, що вимірювані значення прискорення (а) коливань переважно передають по світловоду від оптичного датчика прискорення до аналітичного пристрою (8). 11. Спосіб за будь-яким з пп. 7-10, який відрізняється тим, що енергію, необхідну для експлуатації датчика (7) прискорення і/або бездротової передачі даних вимірювання, одержують за допомогою елемента, який генерує електричну енергію з енергії коливань електрода (4) або несучої консолі (5). 5 UA 105689 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6