UA75336C2

UA75336C2 - A method for control of melting process in the electrical furnace

Info

Publication number: UA75336C2
Application number: UA2002021288A
Authority: UA
Inventors: Dmytro Oleksandrov Ponomarenko; Oleksandr Heorhiio Ponomarenko; Serhii Oleksandrovych Khrapko; Ruslan Valeriiovych Syniakov; Andrii Vasyliovyc Starosotskyi; Nina Vasylivna Inozemtseva
Original assignee: Dmytro Oleksandrov Ponomarenko
Priority date: 2001-04-28
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-04-17
Also published as: RU2180923C1

Abstract

The invention relates to the metallurgy and can be used for control of melting process in the electric furnace. Mass and chemical composition of components of metal and slag, being formed, and their temperature which is determined during all the process of melting with periodicity of 5-12 seconds are used as controlled parameters of melting. Mass and chemical composition are determined according to parameters of the system state, and in the calculation of which atoms and electrons are considered as independent units of thermal motion of metal and slag, in the calculation of configuration of part thereof energetic nonequivalence of these units interchange is taken into consideration. The value of working active power, kind, amount and order of introduction of additives in the course of melting are determined permanently by calculation of material and thermal balances during minimization of melting cost. The temperature is determined from the balance of delivered energy and difference ofenthalpies of additives and melting products. The proposed method provides the optimization of process, allowing to increase the accuracy of control exactness and reduce the cost of finished products.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до галузі металургії, зокрема до виплавки стали в електричних дугових печах і може 2 бути використаний для керування процесом плавки в електричній печі.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to steel smelting in electric arc furnaces and can be used to control the melting process in an electric furnace.

Відомий спосіб керування плавкою в дуговій печі на базі математичної моделі, що включає використання інформації про переміщення електродів і температуру стін, яка надходить від спеціальних датчиків, використання математичної моделі в окисний період плавки, у яку закладені рівняння, що зв'язують зневугледювання металу і підвищення температури ванни в період продувки киснем, а також розрахунок 70 температури сталі на базі рівнянь теплового і матеріального балансів, причому, для періоду рафінування складені рівняння, що дозволяють розрахувати кількість присаджуваних феросплавів і необхідну витрату електроенергії в залежності від кількості кисню, витраченого на продувку |ГТецу то хагане, 1988. - 74, Мо11, -There is a known method of controlling melting in an arc furnace based on a mathematical model, which includes the use of information about the movement of electrodes and the temperature of the walls, which comes from special sensors, the use of a mathematical model in the oxidation period of melting, which contains equations that link the decarburization of the metal and the increase the temperature of the bath during the period of oxygen purging, as well as the calculation of 70 steel temperature based on the equations of heat and material balances, moreover, for the refining period, equations have been compiled that allow you to calculate the amount of ferroalloys to be planted and the required electricity consumption depending on the amount of oxygen spent on purging |HTetsu To Hagane, 1988. - 74, Mo11, -

С.2122-2129).P.2122-2129).

Відомий спосіб не забезпечує високої точності керування процесом плавки тому, що контрольованими 72 параметрами є тільки зневуглецювання металу і зміна температури ванни в період продувки киснем, які не враховують хімічний склад металу, шлаку, газу, що приводить до некоректності керування процесом плавки. При цьому дані про зміну температури за витратою кисню є непрямими і залежними тільки від одного параметра, що також знижує точність керування процесом плавки.The known method does not provide high precision control of the melting process because the controlled 72 parameters are only the decarburization of the metal and the change in the temperature of the bath during the oxygen purging period, which do not take into account the chemical composition of the metal, slag, gas, which leads to incorrect control of the melting process. At the same time, the data on temperature change according to oxygen consumption are indirect and dependent on only one parameter, which also reduces the accuracy of controlling the melting process.

Найбільш близьким до винаходу за технічною сутністю і результатом, що досягається, є спосіб керування процесом одержання фосфору в електротермічній печі, відповідно до якого аналіз і дозування компонентів шихти, регулювання електричного режиму плавки шляхом підтримки заданого струму електрода і робочої потужності печі переміщенням електродів і/чи переключенням ступенів напруги пічного трансформатора, визначення змісту оксида фосфору (М) в шлаку, усереднення фактичної активної потужності печі і вмісту оксида фосфору (М) в шлаку за заданий проміжок часу і порівняння отриманих результатів з заданими, а за відхиленням с значення вмісту оксида фосфору (М) в шлаку від заданого значення коректують кількість відновлювача в шлаку, (3 при цьому задане значення струму електрода визначають з урахуванням оптимального змісту оксида фосфору (М) в шлаку і заданій потужності печі, усереднення значень оксида фосфору (М) в шлаку здійснюють з урахуванням запізнювання впливу складу шихти на склад шлаку, контролюють положення електрода в вуглецевій зоні, а кількість відновлювача в шихті коректують по формулі: ее, со октокзтЛоКтАодоб Й) со де: ок - кількість коксу, необхідна для відновлення оксида фосфору (М) в шихті на 10Окг фосфориту, кг; юThe closest to the invention in terms of technical essence and the result that is achieved is the method of controlling the process of obtaining phosphorus in an electrothermal furnace, according to which the analysis and dosing of the components of the charge, regulation of the electrical mode of melting by maintaining the specified current of the electrode and the working power of the furnace by moving the electrodes and/or by switching the voltage stages of the furnace transformer, determining the content of phosphorus oxide (M) in the slag, averaging the actual active power of the furnace and the content of phosphorus oxide (M) in the slag for a given period of time and comparing the obtained results with the given, and according to the deviation c, the value of the content of phosphorus oxide ( M) in the slag from the specified value, the amount of reducing agent in the slag is corrected, (3 at the same time the specified value of the electrode current is determined taking into account the optimal content of phosphorus oxide (M) in the slag and the specified power of the furnace, the averaging of the values of phosphorus oxide (M) in the slag is carried out taking into account delayed effect of the composition of the charge on the composition of the slag, co the position of the electrode in the carbon zone is controlled, and the amount of reducing agent in the charge is adjusted according to the formula: ee, so octokztLoKtAodob J) so where: ok - the amount of coke needed to reduce phosphorus oxide (M) in the charge per 10Okg of phosphorite, kg; yu

Фкз - первісне дозування коксу в шихті на 100кг фосфориту, кг; 3о Док - зміна дозування коксу по відхиленню вмісту оксида фосфору (М) в шлаку від заданого, кг; вFkz - initial dosage of coke in a charge per 100 kg of phosphorite, kg; 3o Dok - change in coke dosage depending on the deviation of the content of phosphorus oxide (M) in the slag from the specified one, kg; in

Додоб " Добова величина зміни дозування коксу за результатами аналізу сировини, кг; (Патент Росії КО Мо2081818, кл. СО1825/00, опубл. 1997.06.201.Addendum "Daily amount of change in coke dosage according to the results of raw material analysis, kg; (Russian Patent KO Mo2081818, class СО1825/00, publ. 1997.06.201.

Ознаки найближчого аналога, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, що заявляється: « дю 1) дозування компонентів шихти та їхнє завантаження в піч; з 2) регулювання теплового й електричного режимів плавки шляхом підтримки робочої потужності печі с переміщенням електродів і/чи переключенням ступіней напруги пічного трансформатора; :з» 3) визначення контрольованих параметрів плавки; 4) вироблення керуючих впливів; 5) одержання заданих температури і хімічного складу продуктів плавки шляхом використання керуючих - 15 впливів.Features of the closest analogue, which coincide with the essential features of the claimed invention: "du 1) dosage of the components of the charge and their loading into the furnace; with 2) regulation of the thermal and electrical modes of melting by maintaining the working capacity of the furnace with the movement of electrodes and/or switching of voltage stages of the furnace transformer; 3) determination of controlled melting parameters; 4) production of controlling influences; 5) obtaining the specified temperature and chemical composition of the melting products by using controls - 15 influences.

Відомий спосіб не забезпечує необхідної точності керування за наступними причинами: 1 1. Плавку згідно з найближчим аналогом ведуть у відповідності до заздалегідь створеного проекту плавки. о Усі коректування процесу плавки здійснюють шляхом усереднення отриманих даних про хімічний аналіз шлаку, фактичні значення Р 2О5 у шлаку, шляхом зміни електричного режиму плавки і витрат фосфориту та (95) 50 відновлювача, наближаючи їхнього значення до заданого в проекті плавки. При цьому неминуче знижуєтьсяThe known method does not provide the necessary control accuracy for the following reasons: 1 1. Melting according to the closest analogue is carried out in accordance with the previously created melting project. o All corrections to the smelting process are carried out by averaging the obtained data on the chemical analysis of the slag, the actual values of P 2O5 in the slag, by changing the electrical mode of the smelting and consumption of phosphorite and (95) 50 reducing agent, bringing their value closer to the value specified in the smelting project. At the same time, it inevitably decreases

Ф точність керування процесом плавки і підвищується ціна готової продукції тому, що будь-які зміни в процесі плавки підвищують вартість готової продукції, а виправлення режиму, що відбуваються надалі, не сприяють зниженню вартості. 2. Обчислений у відомому способі один з основних критеріїв - контрольований параметр - оптимальний вмістФ accuracy of control of the melting process and the price of finished products increases, because any changes in the melting process increase the cost of finished products, and corrections of the regime that occur in the future do not contribute to reducing the cost. 2. One of the main criteria calculated in a known way is the controlled parameter - the optimal content

Р»ОБ у шлаку є величина фіксована для конкретної плавки, тобто, не залежить від фактичних змін, щоR»OB in slag is a value fixed for a specific smelter, that is, it does not depend on actual changes that

ГФ) відбуваються в печі під час плавки; це приводить до зниження точності керування процесом плавки і підвищення 7 вартості готової продукції.HF) occur in the furnace during melting; this leads to a decrease in the accuracy of control of the melting process and an increase in the cost of finished products.

З. Фіксоване значення запізнювання впливу складу шихти на склад шлаку є грубим наближенням до фактичних значень, що приводить до зниження точності керування процесом плавки і підвищення вартості 60 готової продукції. 4. Дані про хімічний склад реального шлаку по вмісту в ньому Р»Ов5 не можуть бути коректними тому, що на момент відбирання проб шлак гетерогенний, що також приводить до зниження точності процесу керування плавкою і підвищення вартості готової продукції.Q. The fixed value of the delay of the influence of the composition of the charge on the composition of the slag is a rough approximation to the actual values, which leads to a decrease in the accuracy of control of the smelting process and an increase in the cost of 60 finished products. 4. Data on the chemical composition of real slag in terms of its P»Ov5 content cannot be correct because at the time of sampling, the slag is heterogeneous, which also leads to a decrease in the accuracy of the smelting control process and an increase in the cost of finished products.

До основи винаходу поставлено задачу удосконалення способу керування процесом плавки в електричній 65 печі, у якому за рахунок визначених технологічних параметрів і підвищення оперативності вироблення керуючих впливів на виконавчі механізми забезпечується оптимізація процесу, що дозволяє підвищити точність керування і знизити вартість готової продукції.The basis of the invention is the task of improving the method of controlling the melting process in an electric 65 furnace, in which due to the determined technological parameters and increasing the efficiency of the production of control influences on the executive mechanisms, the optimization of the process is ensured, which allows to increase the accuracy of control and reduce the cost of finished products.

Технічний результат досягається тим, що керування процесом плавки в електричній печі, яке передбачає дозування компонентів шихти, їхнє завантаження в піч, регулювання теплового й електричного режимів плавки шляхом підтримки робочої потужності печі переміщенням електродів чи переключенням ступіней напруги пічного трансформатора, визначення контрольованих параметрів плавки, вироблення керуючих впливів, одержання заданої температури і хімічного склада продуктів плавки шляхом використання керуючих впливів, випуск продуктів плавки з печі, за винаходом як вихідні параметри для вироблення керуючих впливів 7/0 Використовують уведення шлакоутворювачів, відновлювачів, енергоносіїв і газів, а як контрольовані параметри використовують масу і хімічний склад компонентів металу і шлаку, що утворюються, і їхню температуру, які визначають у плині всього процесу плавки з періодичністю 5-12 секунд, при цьому масу і хімічний склад визначають по параметрі стану системи, при обчисленні якого незалежними одиницями теплового руху металу і шлаку вважають атоми й електрони і враховують енергетичну нееквівалентність перестановок цих одиниць, при 7/5 розрахунку конфігураційної його частини, а значення активної потужності печі, вид, кількість і порядок уведення присадок, в ході плавки періодично визначають постійно шляхом розрахунку матеріального і теплового балансів при мінімізації вартості плавки, причому додатково контролюють тривалість плавки з урахуванням часу простоїв і/чи витрати газів, а температуру визначають з балансу енергії, що надійшла, і різниці ентальпій присадок і продуктів плавки, причому ентальпію шлаку обчислюють за формулою: непж-ум де: Н - ентальпія шлаку, Дж/моль; ті" енергетичний параметр і-го компонента в шлаку, Дж/моль; сThe technical result is achieved by controlling the melting process in an electric furnace, which involves dosing the components of the charge, loading them into the furnace, adjusting the thermal and electrical modes of melting by maintaining the working power of the furnace by moving the electrodes or switching the voltage levels of the furnace transformer, determining the controlled melting parameters, producing control influences, obtaining the set temperature and chemical composition of melting products by using control influences, release of melting products from the furnace, according to the invention as initial parameters for producing control influences 7/0 Use the introduction of slag formers, reducing agents, energy carriers and gases, and as controlled parameters use mass and the chemical composition of the formed metal and slag components and their temperature, which are determined during the entire melting process with a periodicity of 5-12 seconds, while the mass and chemical composition are determined by the system state parameter, which is calculated as independent units Atoms and electrons are considered to be the sources of thermal motion of metal and slag and take into account the energy non-equivalence of the permutations of these units, in the 7/5 calculation of its configurational part, and the value of the active power of the furnace, the type, amount and order of introduction of additives, during melting, are periodically determined constantly by calculating the material and heat balances while minimizing the cost of smelting, and the duration of smelting is additionally controlled taking into account idle time and/or gas consumption, and the temperature is determined from the balance of the incoming energy and the difference in enthalpies of additives and smelting products, and the enthalpy of slag is calculated according to the formula: um where: H - enthalpy of slag, J/mol; ti" energy parameter of the i-th component in the slag, J/mol; p

Хі; - мольна частка і-го компонента у фазі. Го)Hee; - mole fraction of the ith component in the phase. Go)

Винахід заснований на тому, що перед початком кожної поточної плавки формують її проект на підставі статистичної обробки масиву плавок, а також фізико-хімічних закономірностей процесу плавки в електричній печі. Проект плавки являє собою технологічне завдання на плавку і містить у собі часові графіки роботи усіх виконавчих механізмів: подачу шлакоутворюючих, витрата газів, енергоносіїв з обліком металлошихти, що о завантажується в піч. соThe invention is based on the fact that before the start of each current melting, its project is formed on the basis of statistical processing of the array of melts, as well as physico-chemical regularities of the melting process in an electric furnace. The smelting project is a technological task for smelting and contains time schedules for the operation of all executive mechanisms: supply of slag-forming agents, consumption of gases, energy carriers, taking into account the metal charge that is loaded into the furnace. co

З початком плавки включають систему автоматичного керування, яка з інтервалом 5-12 секунд виробляє керуючі впливи на виконавчі механізми на підставі інформації, яка постійно надходить, про значення мас і і. видів матеріалів, що фактично уводяться в електричну піч, а також даних про електричний режим плавки. юWith the start of melting, an automatic control system is included, which, with an interval of 5-12 seconds, produces control effects on the executive mechanisms on the basis of information that is constantly received, about the values of masses and and. types of materials that are actually introduced into the electric furnace, as well as data on the electric mode of melting. yu

Вироблення керуючих впливів на виконавчі механізми частіше, ніж через кожні 5 секунд проводити недоцільно, тому що зміни, що відбуваються в системі метал - шлак - газ у цей період менше помилок існуючих в методів аналізу.It is impractical to carry out controlling influences on the executive mechanisms more often than every 5 seconds, because the changes occurring in the metal - slag - gas system during this period are less than the errors existing in the analysis methods.

Збільшення інтервалу більш 12 секунд, особливо при реалізації способу в сучасних надпотужних електродугових печах, пов'язано зі зниженням точності прогнозів, що приводить до зниження точності керування /«Ф процесом плавки в електричній печі.An increase in the interval of more than 12 seconds, especially when implementing the method in modern high-power electric arc furnaces, is associated with a decrease in the accuracy of forecasts, which leads to a decrease in the accuracy of control of the melting process in an electric furnace.

Необхідність коректування керуючих впливів на виконавчі механізми в плині всього процесу плавки не) с викликана відхиленнями, що відбуваються в реальному процесі, від заданого проекту. з» При виробленні керуючих впливів на виконавчі механізми враховують матеріальний і тепловий баланси, проводять термодинамічний розрахунок поточного складу системи метал - шлак - газ, і їхньої температури, що протягом усієї плавки використовують як контрольовані параметри. У результаті проводять пошук оптимальних значень керуючих впливів з коректуванням проекту на всю частину плавки, що залишилася, при цьому як вихідні і параметри для вироблення керуючих впливів використовують дані про введення шлакосутворювачів, с відновлювачів, енергоносіїв і газів. о Модель плавки в електричній печі має вид диференціального рівняння: се 70 х- хі 42) . де: х-(х4,..., Хл) - вектор станів об'єкта; и-(ц4,..., Чл) - вектор керувань (впливів); 5 Ї - час; п - число параметрів, що визначають стан системи. (Ф) Поточний стан системи визначали двома параметрами: керуючими впливами (и) і самочинним прагненнямThe need to adjust the control influences on the executive mechanisms in the course of the entire melting process is not caused by deviations occurring in the real process from the given project. z» When producing control influences on executive mechanisms, material and heat balances are taken into account, thermodynamic calculation of the current composition of the metal - slag - gas system and their temperature, which are used as controlled parameters during the entire smelting process, are carried out. As a result, the search for optimal values of the controlling influences is carried out with the adjustment of the project for the entire remaining part of the smelter, while data on the introduction of slag formers, reducing agents, energy carriers and gases are used as the starting and parameters for the development of the controlling influences. o The model of melting in an electric furnace has the form of a differential equation: se 70 х- хи 42). where: x-(x4,..., Xl) is a vector of object states; i-(c4,..., Chl) - vector of controls (influences); 5 Y - time; n is the number of parameters determining the state of the system. (F) The current state of the system was determined by two parameters: controlling influences (s) and self-directed aspiration

Ге системи до стану рівноваги (х), а їхню кінетичну траєкторію одержували прямим чисельним інтегруванням рівняння (3). во Поточні значення мас і хімічного складу компонентів системи метал - шлак - газ по винаходу рахували з розрахунку параметра, що визначає термодинамічний стан системи з обліком фактичних даних, що надходять у блок керування про компоненти шихти, що вводяться в піч, електричному режимі і відхиленнях від заданого проекту плавки. Таким параметром є конфігураційна ентропія - імовірнісна функція, зв'язана з тепловими характеристиками системи, зміна яких у свою чергу відображає всі зміни параметрів, що виникають в ході в5 плавки, тобто параметр, що враховує всі зміни, що виникають у матеріальному об'єкті в результаті впливів, направлених на об'єкт за допомогою матеріальних засобів. Параметр має властивості адитивності і може приймати екстремальні значення у стані рівноваги системи. Якщо представити систему метал - шлак - газ у стані рівноваги, як с-С(Т,Р,ті,то,...тк) (4) де: С - вільна енергія Гіббса, ту,то,...тк - маси хімічних елементів, що утворять систему (обчислюють по подаваних вихідних матеріалах і енергоносіях), 70 Т - температура (обчислюють з енергетичного балансу),Ge of the system to the state of equilibrium (x), and their kinetic trajectory was obtained by direct numerical integration of equation (3). The current values of the mass and chemical composition of the components of the metal - slag - gas system according to the invention were calculated from the calculation of the parameter that determines the thermodynamic state of the system, taking into account the actual data received by the control unit about the components of the charge introduced into the furnace, the electrical mode and deviations from of a given melting project. Such a parameter is the configurational entropy - a probabilistic function related to the thermal characteristics of the system, the change of which, in turn, reflects all changes in parameters that occur during melting, i.e., a parameter that takes into account all changes that occur in a material object in as a result of influences directed at the object with the help of material means. The parameter has the properties of additivity and can take extreme values in the equilibrium state of the system. If we represent the system metal - slag - gas in a state of equilibrium, as c-C(T,P,ti,to,...tk) (4) where: C - Gibbs free energy, tu,to,...tk - masses of chemical elements that will form the system (calculated from the supplied raw materials and energy carriers), 70 T - temperature (calculated from the energy balance),

Р - загальний тиск у системі (для дугової сталеплавильної печі, кисневого конвертера і печі - ковша,P - total pressure in the system (for arc steel melting furnace, oxygen converter and ladle furnace,

РАЛО1КПа). і виходячи з того, що після розплавлювання шихти система розпадеться на три фази: метал, шлак і газ, у яких маса кожного компонента ю, існує в кожній фазі: тіструнтіуєтіх (5 де: тр ті), туу - маса і-го компонента в металі, шлаку і газі відповідно.RALO1KPa). and based on the fact that after melting the charge, the system will disintegrate into three phases: metal, slag and gas, in which the mass of each component is yu, exists in each phase: tisruntiyuetih (5 where: tr ti), tuu - the mass of the i-th component in metal, slag and gas, respectively.

Визначення хімічного складу в кожній фазі зводиться до знаходження значень цих мас. 2 З огляду на те, що вільна енергія системи є сумою вільних енергій фаз: б-бметиОшляОгаз (6) де: ОСмет; Ощл; Огаз - енергія Гіббса металу, шлаку і газу, відповідно, с 25 Смет-Смет(Т,Р.тиртргр.- тк (7) оDetermination of the chemical composition in each phase is reduced to finding the values of these masses. 2 Given that the free energy of the system is the sum of the free energies of the phases: b-bmetyOshlyaOgaz (6) where: OSmet; Oschl; Ogas - the Gibbs energy of metal, slag and gas, respectively, with 25 Smet-Smet (T,R.tirtrgr.- tk (7) o

Сщлебщшл(Т,Р,тиртрг. трі (8)Sschlebschshl (T, R, tirtrg. tri (8)

СгазУОгаз(Т,Р.тиртіг. тр (8) і записавши 2К умов рівноваги в інтенсивних змінних: ісе) 30SgazUOgaz (T,R.tirtig. tr (8) and writing 2K equilibrium conditions in intensive variables: ise) 30

ШИ (зе) вртвутіу 09) (зе) де: щі щір щі - хімічний потенціал і-го компонента, відповідно в металі, шлаку і газі, ю одержуємо систему ЗК рівнянь, що дозволяють обчислити всі ЗК невідомих маси, визначивши, таким чином, 35 маси продуктів плавки, що утворилися, і їхній хімічний склад. в.SHY (ze) vrtvutiu 09) (ze) where: shchi shchir shchi - the chemical potential of the i-th component, respectively, in metal, slag and gas, we obtain a system of ZK equations that allow you to calculate all ZK of unknown masses, thus determining 35 mass of melting products formed and their chemical composition. in.

При статистичному обчислюванні ентропії за формулою Больцмана у якості незалежних одиниць теплового руху металу і шлаку відповідно до винаходу приймали атоми й електрони елементів системи метал - шлак - газ.In the statistical calculation of entropy according to the Boltzmann formula, the atoms and electrons of the elements of the metal - slag - gas system were taken as independent units of thermal motion of metal and slag according to the invention.

Експериментально встановлено, що теплоємність пропорційна числу атомів і "теплових" електронів, що утворять « фазу. 40 Конфігураційну складову ентропії і-со компонента у фазі обчислювали за формулою: З х, (11) ;» 8 - вп іIt was experimentally established that the heat capacity is proportional to the number of atoms and "thermal" electrons that form the "phase". 40 The configurational entropy component of the i-so component in the phase was calculated according to the formula: Z x, (11) ;" 8 - vp i

Ек. 1 х;ехр- їх ! КТ 45 -І | Що що де: 5, - конфігураційна ентропія і-го компонента у фазі, Дж/моль; о Хі; - мольна частка і-го компонента у фазі; с К - кількість компонентів у фазі; ви енергія перестановки атомів у та І, Дж/моль, що обчислюється по формулі: (95) (2)Ec. 1 x;ehr- them! KT 45 -I | What what where: 5, - configurational entropy of the ith component in the phase, J/mol; about Hee; - mole fraction of the ith component in the phase; c K - the number of components in the phase; you are the energy of permutation of atoms in and I, J/mol, which is calculated by the formula: (95) (2)

Ф ви- КиF you- Ky

Мі і І де: ур х|- енергетичні параметри елементів | тау, відповідно, у фазі, Дж/моль.Mi and I where: ur x|- energy parameters of elements | tau, respectively, in the phase, J/mol.

При цьому встановлено, що облік енергетичної нееквівалентності перестановок при обчисленні іФ) термодинамічної ймовірності, що входить у формулу обчислення ентропії, підвищує точність розрахунку ко рівноважного складу конденсованих фаз (металу і шлаку), що приводить до підвищення точності керування процесом в електричній печі. во Температуру визначали з балансу енергії, що надійшла, і різниці ентальпій вихідних матеріалів і продуктів плавки з урахуванням впливу складу фаз на теплові ефекти по формулі: 13) - х- (At the same time, it was established that accounting for the energy non-equivalence of permutations when calculating the thermodynamic probability (iF), which is included in the entropy calculation formula, increases the accuracy of the calculation of the equilibrium composition of the condensed phases (metal and slag), which leads to an increase in the accuracy of process control in the electric furnace. The temperature was determined from the balance of the incoming energy and the difference in enthalpies of the starting materials and melting products, taking into account the influence of the composition of the phases on the thermal effects according to the formula: 13) - х- (

Н-Пх Ух б5 й де: Н - ентальпія шлаку, Дж/моль;N-Px Uh b5 and where: N - enthalpy of slag, J/mol;

у енергетичний параметр і-го компонента в шлаку, Дж/моль; х;- мольна частка і-го компонента у фазі.in the energy parameter of the ith component in the slag, J/mol; x; - mole fraction of the ith component in the phase.

Прийнятий у пропонованому винаході розрахунок температури дозволяє підвищити точність керування процесом плавки в електричній печі.The temperature calculation adopted in the proposed invention makes it possible to increase the accuracy of controlling the melting process in an electric furnace.

Кінетичні константи визначали таким чином. При введенні в електричну піч на кожному і-му часовому інтервалі (д7) (у пропонованому способі інтервал складає 5-12 секунд), фіксованої кількості енергоносіїв, газів, окислювачів відбувається плавлення металу і шлакоутворюючих. При цьому утвориться певна кількість шлаку масою датуул, і газу масою атгаз відповідні поточному середньому складу металу.Kinetic constants were determined as follows. When a fixed amount of energy carriers, gases, oxidizing agents are introduced into the electric furnace at every i-th time interval (d7) (in the proposed method, the interval is 5-12 seconds), metal and slag-forming substances are melted. At the same time, a certain amount of slag with a mass of datuul and gas with a mass of atgas corresponding to the current average composition of the metal will be formed.

Отримана маса газу дтгаз віддаляється в атмосферу, а маса шлаку, що утворилася, ат ул, змішується з основною масою шлаку, при цьому частина шлаку масою дт/. визначали по формулі: дту-тщшлкк (1) де дт/у - маса частини шлаку, кг; тул - маса всього шлаку, кг;The obtained mass of gas dtgas is removed into the atmosphere, and the mass of slag formed, at ul, is mixed with the main mass of slag, while part of the slag is mass dt/. determined by the formula: dtu-tshshlkkk (1) where dt/u - mass of part of the slag, kg; tul - mass of all slag, kg;

Ку - статистично обумовлений, кінетичний коефіцієнт; і надавали рівноваги з металом, у результаті чого одержували метал, шлак і газ з відмінними від первісних масами і хімічними складами, після чого шлак змішували з основною масою шлаку, а газ видаляли в атмосферу.Ku - statistically determined, kinetic coefficient; and provided equilibrium with the metal, as a result of which metal, slag and gas with different masses and chemical compositions were obtained, after which the slag was mixed with the main mass of slag, and the gas was removed to the atmosphere.

Отримані таким чином дані про маси і хімічні склади металу, шлаку і газу і їхньої температури надходили в блок керування як поточні значення на момент закінчення і-го циклу ітерацій.The data obtained in this way about the masses and chemical compositions of metal, slag and gas and their temperature were sent to the control unit as current values at the end of the i-th cycle of iterations.

На підставі отриманих даних про матеріальний і тепловий баланси при мінімізації вартості плавки блок керування постійно виробляє оптимізованні керуючі впливи на виконавчі механізми - значення робочої потужності, вид, кількість і порядок уведення присадок в ході плавки, при цьому постійно здійснюють контроль сч тривалості плавки з урахуванням часу простоїв і/чи несанкціонованої зміни маси присадок і/чи газів, дані про які також безупинно надходять у блок керування. (8)On the basis of the obtained data on the material and heat balances while minimizing the cost of melting, the control unit constantly produces optimized control effects on the executive mechanisms - the value of the working power, the type, amount and order of introduction of additives during melting, while constantly monitoring the duration of melting, taking into account time downtimes and/or unauthorized changes in the mass of additives and/or gases, data about which are also continuously received in the control unit. (8)

Таким чином, у результаті знайдених технологічних прийомів забезпечується оперативність контролю за параметрами плавки, уточнені термодинамічний і кінетичний розрахунки, а також визначення температури з урахуванням впливу складу фаз на теплові ефекти привели до підвищення точності керування процесом плавки со зо В електричній печі за рахунок оптимізації вироблення керуючих впливів на виконавчі механізми.Thus, as a result of the technological methods found, operational control over melting parameters is ensured, thermodynamic and kinetic calculations are refined, as well as temperature determination taking into account the influence of phase composition on thermal effects, led to an increase in the accuracy of controlling the process of melting copper in an electric furnace due to the optimization of the production of control effects on executive mechanisms.

Приклад. Виплавку залізовуглецевого напівпродукту з наступним хімічним складом на випуску С 0,06-0,0495, ФОExample. Smelting of an iron-carbon semi-product with the following chemical composition at the output С 0.06-0.0495, FD

З не більш 0,03595, Р не більш 0,01595, О не більш 0,3095, Мі не більш 0,3095, Си 0,3095 і температурі 16302С, со проводили в 120 тонній дуговій сталеплавильній печі 75 МВА.With not more than 0.03595, P not more than 0.01595, O not more than 0.3095, Mi not more than 0.3095, Si 0.3095 and a temperature of 16302C, so was carried out in a 120-ton arc steel melting furnace of 75 MVA.

Попередньо були визначені задані контрольовані параметри плавки: маси, хімічний склад металу і шлаку і о їхня температура. ї-Pre-determined controllable melting parameters were determined: mass, chemical composition of metal and slag, and their temperature. uh-

Для реалізації способу з визначеними контрольованими параметрами був вироблений проект плавкі - керуючі впливи в якості яких використовували: - уведення шлакоутворюючих матеріалів - вапна (Сас - 94965, 5іО» - 195, МдО - 195), вапняку (Сас - 53,60, зіО» - 195, МдаО - 3,695), « - уведення відновлювачів - коксу (С - 85905, З - 1,690), шщ с - подачу газів - природного (СН, - 9996); кисню (О»5 - 9996); - уведення енергоносіїв - електроенергії (потужність). ;» На 5 секунді в піч завантажили кошик металобрухту вагою 43500кг: 33300Окг брухту габаритного (С - 0,35965,To implement the method with defined controlled parameters, a smelting project was developed - controlling influences were used as: - introduction of slag-forming materials - lime (Сас - 94965, 5иО» - 195, MdО - 195), limestone (Сас - 53.60, зиО» - 195, MdaO - 3,695), « - introduction of reducing agents - coke (С - 85905, Z - 1,690), shsh s - supply of gases - natural (СН, - 9996); oxygen (O»5 - 9996); - introduction of energy carriers - electricity (power). ;" In 5 seconds, a basket of scrap metal weighing 43,500 kg was loaded into the furnace: 33,300 Okg of dimensional scrap (C - 0.35965,

Мп - 0,595, 5і- 0,2195, Р - 005095, 5 - 0,07590), 830Окг сталевої стружки (С - 0,895, Мп - 0,595, Бі - 0,2195, Р - 09,05096, 5 - 0,15096), 1900кг окалини (БеО - 10090) і 800 коксу (С - 8596). На 300 секунді включили подачу газів -І - кисню 0,бмЗ/сек. і природного з витратою 0,Зм3/сек. (паливно-кисневі пальники). На 330 секунді включили трансформатор на ступіні напруги потужністю 44МВт. Після чого включили подачу газу - кисню з інтенсивністю п О,бм3/ і " "і З і " " і «бм7/сек. (маніпулятор "палмур") і 0,б6бм 7/сек. (маніпулятор "фукс"). На 750 секунді плавки почали вводити (95) шлакоутворюючі - вапно з інтенсивністю О,5кг/сек, вапняк з інтенсивністю 0,55кг/сек, і відновлювачі - кокс - с 50 О,Б5кг/сек.Mp - 0.595, 5i - 0.2195, R - 005095, 5 - 0.07590), 830Okg of steel shavings (C - 0.895, Mp - 0.595, Bi - 0.2195, R - 09.05096, 5 - 0.15096 ), 1900 kg of slag (BeO - 10090) and 800 kg of coke (С - 8596). At 300 seconds, the supply of gases - AND - oxygen 0.bmZ/sec was turned on. and natural with a consumption of 0.3 cubic meters/sec. (fuel-oxygen burners). At 330 seconds, a 44 MW transformer was switched on. After that, the supply of oxygen gas was turned on with an intensity of n O,bm3/ and " "and Z and " " and "bm7/sec. (palmur manipulator) and 0.b6bm 7/sec. ("fuks" manipulator). At 750 seconds, the smelter began to introduce (95) slag-forming agents - lime with an intensity of O.5kg/sec, limestone with an intensity of 0.55kg/sec, and reducing agents - coke - with 50 O.B5kg/sec.

Протягом усього періоду процесу плавки з періодичністю 5-12 секунд визначали масу, хімічний склад металу, 4) шлаку, газу і їхню температуру. Масу і хімічний склад металу і шлаку визначали відповідно до пропонованого обчислення ентропії. Температуру металу, шлаку і газу визначали з балансу енергії, що надійшла, і різниці ентальпій матеріалів, що надійшли, і продуктів плавки. Контролювали тривалість плавки з урахуванням часу простоїв. Активну потужність печі, вид, кількість і порядок уведення присадок по ходу плавки визначали постійно шляхом розрахунку матеріального і теплового балансів при мінімізації вартості плавки для одержання о заданого хімічного складу і температури залізовуглецевого розплаву на випуску. іме) Визначення всіх контрольованих параметрів проводили протягом усього процесу плавки з інтервалом 5-12сек. Корегування керуючих впливів на виконавчі механізми здійснювалися з таким же часовим інтервалом, 60 причому корегування проводили стосовно проекту плавки, виробленому в попередньому інтервалі.During the entire period of the melting process, the mass, chemical composition of metal, 4) slag, gas and their temperature were determined at intervals of 5-12 seconds. The mass and chemical composition of metal and slag were determined according to the proposed entropy calculation. The temperature of the metal, slag and gas was determined from the balance of the incoming energy and the difference in the enthalpies of the incoming materials and the melting products. The duration of melting was controlled, taking into account downtime. The active power of the furnace, the type, amount and order of introduction of additives during melting were determined constantly by calculating the material and heat balances while minimizing the cost of melting to obtain the given chemical composition and temperature of the iron-carbon melt at the outlet. име) Determination of all controlled parameters was carried out during the entire melting process with an interval of 5-12 seconds. Adjustments of control influences on executive mechanisms were carried out at the same time interval, 60 and adjustments were made in relation to the smelting project produced in the previous interval.

У таблиці 1 показано три часових моменти плавки: початок, його середина і закінчення. У зв'язку з тим, що проект плавки попереднього тимчасового інтервалу є величиною гіпотетичної, з даних приведених у таблиці контрольованим параметром була обрана вартість плавки.Table 1 shows three time points of melting: the beginning, its middle, and the end. Due to the fact that the smelting project of the previous time interval is a hypothetical value, the cost of smelting was selected as the controlled parameter from the data given in the table.

Дані про фактичний хід процесу приведені в таблиці 1 пункти 2-5. 65 Як видно з табл.1., при визначенні маси, хімічного складу металу і шлаку і їхньої температури на 5, 7 і 12 секунді плавки дані про фактичні контрольовані параметри практично не змінилися тому, що ніякого впливу на хід технологічного процесу зроблено не було.Data on the actual course of the process are given in Table 1, points 2-5. 65 As can be seen from table 1., when determining the mass, chemical composition of metal and slag and their temperature at 5, 7 and 12 seconds of melting, the data on the actual controlled parameters practically did not change because there was no influence on the course of the technological process.

Аналіз даних через 24хв.45сек. від початку плавки (п.2) показує про підвищення вартості плавки тому, що в ході плавки був простій з ЗОО секунди плавки по 630 (3ЗОсек.), кількість уведених матеріалів, енергоносіїв і газів не відповідало заданим в уточненому проекті плавки масам і обсягам. Через це були вироблені наступні керуючі впливи: інтенсивність уведення вапна збільшена до 0,Окг/сек., вапняку - до 0,4Зкг/сек., потужність введення електроенергії збільшена до 5ОМВт і знову складений уточнений проект плавки.Data analysis in 24 min. 45 sec. from the start of smelting (item 2) shows an increase in the cost of smelting, because during the smelting there was a simple 630 seconds of smelting (3ZOsec.), the amount of introduced materials, energy carriers and gases did not correspond to the masses and volumes specified in the specified smelting project. Due to this, the following control influences were produced: the intensity of lime introduction was increased to 0.Okg/sec., limestone - to 0.4Zkg/sec., the electricity input power was increased to 5 OMW and a refined smelting project was drawn up again.

Приведені в таблиці 1 дані про керуючі впливи на виконавчі механізми на заключному етапі плавки (через 51хв.15сек. від початку плавки) свідчать про те, що кількість уведених матеріалів, енергоносіїв і газів не 7/о Відповідало заданим масам і обсягам по попередньому проекті плавки через нечітку роботу устаткування. Тому була підвищена інтенсивність уведення кисню до 0,8м З/сек. (маніпулятор "палмур") і знижена інтенсивність подачі відновлювача - коксу - до 0,7кг/сек.The data given in Table 1 about the control influences on the executive mechanisms at the final stage of melting (after 51 min. 15 sec. from the start of melting) indicate that the amount of introduced materials, energy carriers and gases did not correspond to the specified masses and volumes according to the previous melting project due to unclear operation of the equipment. That is why the intensity of oxygen administration was increased to 0.8 m C/sec. ("Palmur" manipulator) and reduced intensity of reductant supply - coke - to 0.7 kg/sec.

Після закінчення плавки були відібрані проби металу і шлаку на хімічний аналіз і заміряна температура.After the end of melting, samples of metal and slag were taken for chemical analysis and temperature was measured.

Аналіз даних, приведених у таблиці 1, свідчить про практично повний збіг контрольованих параметрів із 75 заданими величинами.The analysis of the data given in Table 1 shows the almost complete coincidence of the controlled parameters with 75 set values.

Виплавку залізовуглецевого напівпродукту з хімічним складом і температурою на випуску, аналогічними пропонованому способу, проводили в 120 тонній дуговій сталеплавильній печі 75 МВА за способом - найближчому аналогу.Smelting of the iron-carbon semi-product with a chemical composition and output temperature similar to the proposed method was carried out in a 120-ton arc steel-smelting furnace of 75 MVA according to the method - the closest analogue.

Попередньо були визначені задані контрольовані параметри плавки: зміст Сас і 5іО» в шлаку.Pre-determined controllable melting parameters were determined: the content of Sas and 5iO" in the slag.

Для реалізації способу з заданими контрольованими параметрами були вироблені керуючі впливи, в якості яких використовували: уведення шлакоутворюючих - вапна, вапняка, відновлювачів - коксу, енергоносіїв - електроенергія (потужність).To implement the method with the given controlled parameters, control influences were produced, which were used as: introduction of slag-forming agents - lime, limestone, reducing agents - coke, energy carriers - electricity (power).

Завантаження шихти, дозування і включення печі виконували аналогічно пропонованому способу.Loading the charge, dosing and turning on the furnace was performed similarly to the proposed method.

Періодично проводили контроль змісту СаО й 5іО» у шлаку шляхом добору проб починаючи з 58хв.55сек. Га гобь плавки через кожні 180 секунд до випуску. На основі цього визначали основність шлаку. За допомогою одноразових термопар занурення починаючи з 58хв.55сек. плавки визначали температуру з періодичністю 180 і9) секунд. Дані про фактичний хід процесу при фіксованому часі плавки за способом прототипу приведені в таблиці 1 пункти 6-7.The content of CaO and 5iO" in the slag was periodically monitored by sampling starting from 58 min. 55 sec. Ha gob swim trunks every 180 seconds until release. Based on this, the basicity of the slag was determined. With the help of disposable thermocouples, immersion starting from 58 min. 55 sec. melting temperature was determined with a periodicity of 180 and 9) seconds. Data on the actual course of the process with a fixed melting time according to the prototype method are given in Table 1, points 6-7.

Аналіз представлених у таблиці 1 даних показує істотну розбіжність у заданих і фактичних величинах «о Кконтрольованих параметрів як на 58хв.55сек. плавки так і на випуску. Більш того, через великий інтервал визначення контрольованих параметрів (18О0сек. у порівнянні з 5-12) відзначали значну розбіжність у порівнянні о з заданими параметрами в проекті плавки за температурою та хімічним складом на випуску, перевитратою «с енергоносіїв і матеріалів, збільшенням тривалості плавки і, відповідно, її вартості.The analysis of the data presented in Table 1 shows a significant discrepancy in the set and actual values of the controlled parameters as at 58 min. 55 sec. swimming trunks and on release. Moreover, due to the large interval of determining the controlled parameters (18O0sec. compared to 5-12), a significant discrepancy was noted in comparison with the specified parameters in the smelting project in terms of temperature and chemical composition at the output, overconsumption of energy carriers and materials, an increase in the duration of smelting and , respectively, its value.

Пропонований спосіб керування електричною піччю дозволяє підвищити точність і надійність керування, о економічність самого процесу виплавки. чаThe proposed method of controlling the electric furnace allows to increase the accuracy and reliability of control, and the economy of the smelting process itself. Cha

Підвищення точності приводить до збільшення продуктивності і скороченню витрат за рахунок підвищення технологічної дисципліни, дозволяє відслідковувати несанкціоновані зміни в процесі плавки і нівелювати їх за допомогою настроювальних констант. Отримані результати відповідно способа, що заявляється, свідчать про « реалізацію можливості повного переходу на ведення плавки в автоматичному режимі. - сAn increase in accuracy leads to an increase in productivity and a reduction in costs due to an increase in technological discipline, allows you to track unauthorized changes in the melting process and level them with the help of adjustment constants. The results obtained in accordance with the claimed method testify to the "implementation of the possibility of a full transition to conducting melting in automatic mode. - with

Claims

The formula of the invention;" The method of controlling the melting process in an electric furnace, which includes dosing the components of the charge, loading them into the furnace, regulating the thermal and electrical modes of melting by maintaining the working and power of the furnace by moving the electrodes and/or switching the voltage levels of the furnace transformer, determining the controlled parameters of melting, producing control effects, obtaining the specified temperature o and chemical composition of smelting products by using control influences, release of smelting products from the furnace, 2) which differs in that the introduction of 5r slag formers, reducing agents, energy carriers and gases is used as the initial parameters for the production of control influences, and as controlled parameters use the mass and o chemical composition of the metal and slag components that are formed, and their temperature, which are determined during the entire Ф melting process with a periodicity of 5-12 seconds, while the mass and chemical composition are determined by the parameter of the state of the system, in the calculation of which independent units the thermal motion of metal and slag is considered to be atoms and electrons, when calculating its configurational part, the energy non-equivalence of permutations of these units is taken into account, and the value of the working power of the furnace, the type, amount and order of introduction of additives during melting are determined constantly by calculating the material and heat balances while minimizing the cost of Ф ) of smelting, and the duration of smelting is additionally controlled taking into account idle time and/or gas consumption, and the temperature is determined from the balance of the incoming energy and the difference in enthalpies of additives and smelting products, and the enthalpy of slag is calculated according to the formula: where: H - enthalpy of slag, J/mol; c is the energy parameter of the ith component, J/mol; 1 because Chi is the mole fraction of the ith component in the slag.