Файл: Пирожников, В. Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками.pdf

5.Выдержка после окончания окисления ванны и до начала скачивания окисли­ тельного шлака должна быть около 10 мин. По окончании выдержки отбирают пробу металла на химический анализ и шлак скачивают полностью.

6.После скачивания окислительного шлака присаживают феррохром на ниж­

ний предел содержания хрома в готовой стали с учетом остаточного и наводят шлак (0,8—1,2% от массы садки). Шлаковую смесь составляют из извести (10—15 кг/т) и шамота (6—10 кг/т). Составляющие смеси задаются в печь ленточной бросковой машиной.

7. После непродолжительной выдержки ванны и корректировки химического состава шлак скачивают полностью и металл при 1560—1580° С выпускают через хорошо разделанное сливное отверстие в ковш с синтетическим шлаком (4,5—5% от массы металла), содержащим 53,0% СаО и 44,0% А120 3.

8. После выпуска в металл из бункера, подвешенного на крюке мостового крана, забрасывают ферросилиций из расчета содержания кремния в готовом металле в сред­ нем пределе заданного химического состава и вводят специальным приспособлением кусковой алюминиевый (0,2—0,3 кг/т) с одновременной продувкой в течение 5—8 мин жидкой стали в ковше нейтральным газом — аргоном, подаваемым под избыточным давлением 3—4 ат через пористые огнеупорные вставки футеровки днища ковша (расход 0,2—0,4 м3/т).

9. Температура металла в ковше после выпуска должна составлять 1540— 1560° С.

10. Разливку металла осуществляют сифоном в слитки массой 2,8—4,5 т с ис­ пользованием экзотермических смесей и брикетов.

Выплавка конструкционной стали

1. Требования к футеровке печи, шихтовым материалам, а также выполнению операций расплавления садки и окисления примесей аналогичны требованиям, изло­ женным выше.

2. После расплавления и дефосфорации металла, присаживая в завалку известь и железную руду или агломерат и нагревая ванну до 1580—1610° С, проводят обезуг­ лероживание расплава (удаляют 0,10—0,15% С продувкой кислородом, подаваемым через фурму или трубки).

3. Окислительный шлак в процессе кипения ванны сливают частично в шлаковню, а в оставшийся (2,0—2,5% от массы металла) добавляют свежеобожженную известь (5—10 кг/т), шамот (3—8 кг/т), плавиковый шпат (2—5 кг/т) и по расчету порошки раскислителей — кокс, ферросилиций, алюминий.

4.После короткой выдержки (не более 30 мин) и корректировки химического состава нераскисленный металл при 1580—1630° С сливают с частично восстановлен­ ным шлаком (не более 3% FeO) в ковш.

5.Окончательное рафинирование металла от кислорода, неметаллических вклю­ чений, водорода и частично азота, а также его легирование и окончательное раскисле1

ние алюминием, кремнием и другими элементами проводят в процессе обработки расплава вакуумом.

6. При необходимости достижения в готовом металле низких содержаний серы (менее 0,008%) сталь в процессе выпуска из печи (после скачивания шлака периода доводки) обрабатывают в сталеразливочном ковше жидким синтетическим шлаком, выплавляемым в отдельном агрегате. В этом случае для снижения флокеночувствительности конструкционной стали и уменьшения объема термообработки готового проката металл подвергают внепечной обработке вакуумом.

Выплавка нержавеющей стали

Нержавеющие и кислотостойкие стали различных марок выплавляют в дуго­ вых печах емкостью до 100 т методом переплава с применением кислорода. В послед­ нее время принятая технология усовершенствована. Обрабатывая металл в специаль­ ных агрегатах типа конвертера аргоно-кислородной смесью, удалось практически устранить рафинировочный период. Плавка хромоникелевой нержавеющей стали состоит в этом случае из следующих периодов: расплавления твердой садки, нагрева металла до требуемых температур, легирования расплава и выпуска в продувочный агрегат.После проведения обезуглероживания при минимальном угаре хрома металл переливают в разливочный ковш и разливают в слитки или слябы на установках

73

непрерывной разливки. Использование внепечной обработки стали позволяет умень­ шить число технологических операций, стандартизировать процесс и тем самым автоматизировать технологию электроплавки.

Ниже перечислены этапы всего технологического цикла; 1) завалка корзиной сверху отходов (стружки) нержавеющей стали (до 50%),

никеля или закиси никеля, углеродистого феррохрома и углеродистых или мало­ легированных отходов:

2)расплавление шихты с использованием максимальной мощности трансформа­ тора (удельная мощность не менее 600 кВА/т):

3)нагрев металла до 1580—1620° С, корректировка химического состава и вы­

пуск плавки в продувочный агрегат; 4) продувка расплава аргоно-кислородной смесью с содержанием кислорода

около 30% и избыточным давлением 3,5—4,0 ат через специальные водоохлаждаемые

фурмы; 5) обезуглероживание металла до содержания углерода не более 0,02%, про­

дувка легированного расплава аргоном, выпуск в разливочный ковш при заданной температуре и последующая разливка в слитки или слябы на УНРС.

Описанные основные принципы построения технологии выплавки стали в дуго­ вых печах позволяют выделить основные операции, подлежащие механизации и авто­ матизации с учетом получения необходимой информации о параметрах плавки в за­

данный момент времени.

К этим взаимосвязанным параметрам, обусловливающим технологический про­ цесс с минимальными разбросами показателей от плавки к плавке относятся: авто­ матический контроль температуры металла и футеровки печи; автоматизированный контроль химического состава стали; автоматическая подача в печь кислорода и газо­ кислородной смеси; автоматическая подача в печь шлакообразующих, раскислителей и легирующих добавок; автоматизация и механизация заправки футеровки печи; электромагнитное перемешивание металла в печи; автоматическое регулирование отсоса газа и пыли из печи и поддержание заданной атмосферы в рабочем про­ странстве.

4. Автоматический контроль температуры металла и внутренней поверхности футеровки

Контроль температуры жидкой стали во время плавки в дуговых сталеплавильных печах является неотъемлемой частью технологи­ ческого процесса выплавки стали. Для соблюдения технологического процесса плавки необходима достаточно высокая точность измерения температуры жидкой стали. Желательно, чтобы погрешность измере­ ния температуры металла в ванне не превышала ± 5 —6° С. При этом исходят из того, что перегрев металла на 70—80° С над линией ликви­ дуса должен определяться с погрешностью, не превышающей

± 7 —8%.

Как правило, контроль температуры жидкой стали в ванне ДСП осуществляется термопарами. В СССР наиболее распространены относительно простые в эксплуатации конструкции термопар крат­ ковременного погружения с термоэлектродами из вольфрама и мо­ либдена (тип ВМ и ЦНИИЧМ-1), платины с родием (тип ПР 30/6), сплава вольфрама с рением (тип ВР 5/20), обеспечивающие до послед­ него времени необходимую точность измерения. Однако указанные выше термопары погружения имеют следующие недостатки [39]:

а) на массивный защитный стальной или графитовый блок тер­ мопары налипают металл и шлак, что затрудняет извлечение термо­ пары из печи или ковша и требует значительного труда на ее очистку^; б) после нескольких измерений требуется возобновлять рабочий

74

Спай термопары, а кварцевый наконечник необходимо заменять Послё каждого измерения; обе эти операции обычно выполняют в трудных условиях, на рабочей площадке сталеплавильного цеха, вследствие чего не достигается высокого их качества, что влияет на надежность и точность измерения;

в) время, затрачиваемое на одно измерение такими термопарами, составляет несколько десятков секунд, так как только выдержка термопары в погруженном состоянии должна быть около 20 с, что обусловлено сравнительно большой теплоемкостью кварцевого нако­ нечника, рабочего спая и массивного защитного блока.

Перечисленных недостатков в значительной мере лишены термо­ пары кратковременного погружения с расходуемыми при каждом измерении бумажными сменными блоками, разработанные во ВНИИАчермете. Такие термопары, получившие сокращенное наименова­ ние ТТСБ (термоэлектрический термометр со сменным блоком), в комплекте с регистрирующими приборами с сигнализацией вы­ пускаются опытным производством института [39].

Металл и шлак не налипают на бумажный блок этих термопар, время погружения бумажного блока в металл составляет всего 3— 4 с, надежность и точность измерения термопары обеспечиваются тем, что сменные блоки изготовляют на специализированном пред­ приятии в условиях, гарантирующих высокое качество.

Термоэлектрический термометр со сменным блоком (рис. 27) представляет собой стальную трубу (жезл) 1 с проложенными в ней компенсационными проводами. Рабочий конец трубы снабжен кон­

75

жезла имеет клеммную колодку 3 с небольшим запасом компенсацион­ ного провода. Контактное устройство и часть компенсационных про­ водов защищены от перегрева бумажным блоком 4.

Для надежного удержания термопары при измерении в нужном положении предусмотрена специальная рукоятка 5. Сменная го­ ловка 2 состоит из полипропиленовой колодки, в которой укреплена U-образная кварцевая трубка 6 наружным диаметром 3 мм и толщи­ ной стенки 0,5 мм с термопарой ВР 5/20 [40] и из термоэлектродов 7 диаметром 0,1 мм.

Свободные концы термопары соединены холодной пайкой с от­ резками компенсационных проволок из медноникелевых сплавов. Кварцевая трубка защищена стальным колпачком 8 от возможных механических повреждений. Размеры основных модификаций ТТСБ

Термоэлектрический термометр со всеми входящими в его ком­ плект запасными деталями и узлами рассчитан на выполнение 6000 измерений. Термопара обладает весьма малой постоянной вре­ мени (около 0,5 с). Время измерения температуры жидкой стали со­ ставляет 3—4 с. Весь цикл от момента ввода термопары в печь до извлечения ее из печи продолжается 8— 12 с.

В качестве вторичного прибора для ТТСБ применяют быстродей­ ствующий электронный потенциометр типа БП-6105 класса точности 0,5 с сигнальным устройством, каретка пера пробегает шкалу при­ бора (диапазон 1200—1800° С) за 2,5 с. В комплект сигнального устройства входят блок сигнализации, световое табло с трехцветной световой сигнализацией и звонок громкого боя. Включение соответ­ ствующей световой сигнализации указывает на состояние измери­ тельной цепи и стадию измерения.

Термопары ручного погружения имеют существенные недо­ статки:

1)значительный перепад температур по глубине и радиусу ванны

иизменение места точки погружения спая термопары от замера к за-

76

меру, неизбежные при ручном вводе термопар, вызывают дополни­ тельную погрешность измерения средней температуры ванны;

2)по условиям техники безопасности на время измерения необ­ ходимо отключить печь, что при 20 измерениях за плавку длитель­ ностью по 15—20 с вызывает простой печи без тока в течение 5— 7 мин;

3)использование ручного труда пирометристов исключает воз­ можность создания замкнутой системы автоматического регулиро­ вания теплового режима.

Более предпочтительна механизированная термопара, дающая хорошую воспроизводимость показаний при условии ее многократ­ ного периодического использования без замены термоспая и защит­ ного наконечника [41]. В результате исследования температурных полей металлической ванны устанавливают точку, значение тем­ пературы в которой больше всего соответствует средней температуре

вванне. Например, для ДСП-20 без электромагнитного перемешива­ ния такая точка расположена между электродами и стенкой печи на глубине 150 мм от поверхности ванны. Отверстие для ввода термо­ пары (диаметром 100 мм) делают в боковой стенке под углом 30— 35° к поверхности металла. Во время замера воздушный экран защищает металлический жезл от перегрева бьющим из печи пла­ менем.

Установка (рис. 28) состоит из термопары 1, пневматического механизма 2, тележки 3, направляющих 4, механизма управления положением термопары 5. Термопара перемещается тележкой 3, связанной со штоком поршня пневматического цилиндра тросовыми полиспастами 6, 7. Ход тележки в крайнем верхнем и нижнем поло-

77

жениях ограничивают пружинные амортизаторы. Управлять накло­ ном термопары в горизонтальной и вертикальной плоскостях можно механизмом, расположенным на вертикальной стойке на высоте 1 м от уровня рабочей площадки. Установку крепят к порталу печи кронштейном 8. Запас термоэлектродов помещают на катушках 9.

Вольфрам-рениевая термопара ВР 5/20 защищена графитовым блоком длиной 400 мм и наконечником, например, из силицированного графита, выдерживающего 7— 10 погружений в расплавлен­ ную сталь. Длительность замера составляет примерно 20 с. Термопара работает с вторичным показывающим и регистрирующим быстродей­ ствующим прибором — электронным потенциометром типа БП-102 с блоками сигнализации и автоматического управления окончанием измерения.

На заводе «Большевик» разработана автоматизированная уста­ новка для замеров температуры жидкого металла в ДСП по ходу плавки с использованием термопары кратковременного погружения. Температуру замеряют через водоохлаждаемую фурму, вмонтирован­ ную в кладку свода [42]. В верхней части фурмы имеется воздушная коробка, из которой в амбразуру с наклоном в сторону печного про­ странства просверлено большое число мелких отверстий. Эти от­ верстия служат для отдувания пламени, выбиваемого из печи при открывании заслонки фурмы в момент замера температуры.

На одном из заводов качественных сталей в ГДР применяется установка автоматического периодического измерения температуры металла в дуговых сталеплавильных печах с использованием кас­ сеты термопар со сменными блоками С

Установка (рис. 29) состоит из прямоугольной направляющей 1, по которой движется тележка 2 с закрепленным на ней металличе­ ским жезлом 3. Жезл содержит контактное устройство и клеммную головку 4. В качестве привода для движения жезла применен редук­ торный двигатель 5 с цепным приводом. В передней части установки расположен барабанообразный накопитель 6 сменных бумажных блоков, который оснащен пневматическим рабочим цилиндром 7 для переключения на ступень после каждого замера. Верхнее и ниж­ нее положения тележки 2 ограничиваются контактными переключа­ телями 8 и 9, которые останавливают привод. Нижний выключа­ тель 8 устанавливается в соответствующем положении в зависимости от необходимой глубины погружения.

Сменный бумажный блок 10 надевается на металлический жезл (жезл оснащен контактным устройством) в барабанообразном нако­ пителе 6 при движении жезла вперед. После истечения заданного времени на погружение происходит обратное движение жезла, при котором сменный бумажный блок 10 снимается рессорами (пружи­ нами) 11. При достижении верхнего выключателя 9 останавливается жезл, при этом подается одновременно импульс, переводящий бара­ банообразный накопитель с помощью рабочего цилиндра 7 в исход-

1 Пат. (ГДР), № 68985, 1969.

78

ное положение. Этот цилиндр подает сменный бумажный блок в ра­ бочее положение.

Аппаратура управления состоит из схемы контроля электриче­ ской цепи термопары со звуковой сигнализацией, схемы пуска элек­ тродвигателя установки, электропневматического клапана для по­ дачи воздуха в пневматический привод барабанообразного накопи­ теля, блокировочного контакта, фиксирующего вертикальное поло­ жение печи.

В стенке печи имеется цилиндрическое отверстие диаметром 120 мм, расположенное под углом 45°. Для предохранения зарастания фурмы 12 и устранения выбивания пламени из нее вокруг наружного фланца фурмы установлено кольцо 13 с отверстиями диаметром 2 мм. В это кольцо подается сжатый воздух избыточным давлением 5—6 ат.

На рис. 30 показано устройство ввода термопары для непрерыв­ ного контроля температуры металлической ванны. В качестве термо­ электродов применяют платина-платинородиевую проволоку типа ПР 30/6. Для ввода термопары в печь предусмотрено устройство, состоящее из салазок, направляющих и лебедки, которые крепятся к порталу печи. Для охлаждения термопары подают воду от насосной установки под избыточным давлением 6—8 ат; расход воды достигает 30 м3/ч.

79