УСТРОЙСТВО ОЦЕНКИ КОМПОНЕНТОВ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА, СПОСОБ ОЦЕНКИ КОМПОНЕНТОВ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАСПЛАВЛЕННОГО МЕТАЛЛА
APPARATUS FOR EVALUATING MOLTEN METAL COMPONENTS, METHOD FOR EVALUATING MOLTEN METAL COMPONENTS AND METHOD FOR PRODUCING MOLTEN METAL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для оценки компонентов расплавленного металла, которое оценивает концентрации компонентов расплавленного металла и шлака в установке рафинирования сталелитейной промышленности, способу оценки компонентов расплавленного металла и способу получения расплавленного металла.
Уровень техники
На металлургическом заводе температура и концентрации компонентов горячего металла, выпускаемого из доменной печи, регулируются на установках рафинирования, таких как установки предварительной обработки, конвертеры и установки вторичного рафинирования. Конверторный технологический процесс, среди прочего, представляет собой процесс вдувания кислорода в конвертер для удаления примесей из расплавленного металла и повышения его температуры, и играет очень важную роль, например, с точки зрения контроля качества стали и рационализации затрат на рафинирование. В конвертерном процессе, чтобы согласовать концентрацию углерода в расплавленном металле с целевой концентрацией углерода в расплавленном металле, когда вдувание кислорода прекращается, формула модели, представляющая соотношение между эффективностью кислорода в процессе обезуглероживания и концентрацией углерода в расплавленном металле, обычно используется для контроля количества подаваемого кислорода или оценки концентрации углерода в расплавленном металле на заключительной стадии процесса продувки. Эффективность кислорода в процессе обезуглероживания начинает снижаться при концентрации углерода в расплавленном металле около 0,4% (критическая концентрация углерода). Поэтому для получения высокой точности вычисления важно выполнить вычисление по формуле модели или сменить формулу модели, когда концентрация углерода в расплавленном металле достигает критической концентрации. Далее в настоящем описании, если не указано иное, символ % представляет массовый %, а различные расходы представлены в основных единицах расхода.
Патентная литература 1 описывает способ определения времени измерения через вспомогательную фурму с учетом скорости подачи вдуваемого кислорода и времени, необходимого для динамического управления, при статическом управлении, для определения времени измерения через вспомогательную фурму с использованием, например, формулы модели на основе расчета ввода-вывода материала перед запуском процесса продувки, а при динамическом управлении - для определения количества кислорода, необходимого для продувки, пока концентрация углерода в расплавленном металле не достигнет целевой концентрации углерода в расплавленном металле, на основе концентрации углерода в расплавленном металле, полученной посредством измерения через вспомогательную фурму, и с использованием формулы модели, представляющей соотношение между концентрацией углерода в расплавленном металле и эффективностью кислорода в процессе обезуглероживания.
Список цитирования
Патентная литература
Патентная литература 1: Патент Японии № 4677955.
Патентная литература 2: Выложенная заявка на патент Японии № 2017-115216.
Сущность изобретения
Техническая проблема
Однако в способе, описанном в Патентной литературе 1, время измерения через вспомогательную фурму определяется на основе статической модели. Поэтому, в соответствии со способом, описанным в Патентной литературе 1, если при расчете по статической модели возникает ошибка, например, из-за ошибки измерения в концентрациях компонентов расплавленного металла или из-за неизвестных возмущений во время процесса продувки, измерение через вспомогательную фурму может быть не выполнено при целевой концентрации углерода в расплавленном металле, и достаточного времени для динамического управления может быть не обеспечено. Если для того чтобы обеспечить время для динамического управления, это динамическое управление выполняется, начиная с состояния, в котором концентрация углерода в расплавленном металле выше критической концентрации углерода, тогда точность динамического управления может снизиться, поскольку в области, где концентрация углерода в расплавленном металле выше критической концентрации углерода, эффективность кислорода в процессе обезуглероживания не зависит от концентрации углерода в расплавленном металле и на нее влияет обезуглероживание вследствие восстановления оксида железа в шлаке.
Настоящее изобретение было выполнено с учетом вышеупомянутых проблем, и задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечивать устройство для оценки компонентов расплавленного металла и способ оценки компонентов расплавленного металла, способный точно оценить концентрацию углерода в расплавленном металле, особенно на завершающей стадии процесса продувки. Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение способа получения расплавленного металла, позволяющего получить расплавленный металл, имеющий желаемые концентрации компонентов, с высоким выходом.
Решение проблемы
Для решения проблемы и достижения цели устройство оценки компонентов расплавленного металла, в соответствии с настоящим изобретением, включает в себя: устройство ввода, выполненное с возможностью приема измерительной информации об установке рафинирования, включая результаты измерений, относящиеся к оптической характеристике у горловины печи в установке рафинирования во время процесса продувки; базу данных моделей, выполненную с возможностью хранения формул моделей и параметров моделей, относящихся к реакции процесса продувки, включая формулу модели и параметры модели, представляющие соотношение между эффективностью кислорода в обезуглероживании и концентрацией углерода в расплавленном металле в установке рафинирования; блок вычисления модели, выполненный с возможностью оценки концентраций компонентов расплавленного металла, включая концентрацию углерода в расплавленном металле, с использованием измерительной информации, формул моделей и параметров моделей; и блок определения модели, выполненный с возможностью оценки концентрации углерода в расплавленном металле на основе результатов измерения и определения формулы модели и параметров модели, которые должны использоваться блоком вычисления модели, на основе результата оценки.
Кроме того, в устройстве оценки компонентов расплавленного металла, в соответствии с настоящим изобретением, результаты измерений включают в себя скорость изменения интенсивности спектра излучения, происходящего в результате реакции восстановления оксида железа в шлаке.
Кроме того, способ оценки компонентов расплавленного металла, в соответствии с настоящим изобретением, включает в себя: этап вычисления модели, на котором оценивают концентрации компонентов расплавленного металла, включая концентрацию углерода в расплавленном металле, с использованием: измерительной информации об установке рафинирования, включая результаты измерений, относящихся к оптической характеристике у горловины печи установки для рафинирования в процессе продувки; и формул моделей и параметров моделей, относящихся к реакции процесса продувки, включая формулу модели и параметры модели, представляющие соотношение между эффективностью кислорода в обезуглероживании и концентрацией углерода в расплавленном металле в установке для рафинирования; и этап определения модели, на котором: оценивают концентрацию углерода в расплавленном металле на основании результатов измерения; и определяют формулу модели и параметры модели, которые должны использоваться на этапе вычисления модели, на основе результата оценки.
Кроме того, в способе оценки компонентов расплавленного металла, в соответствии с настоящим изобретением, результаты измерений включают в себя скорость изменения интенсивности спектра излучения, происходящего в результате реакции восстановления оксида железа в шлаке.
Кроме того, способ получения расплавленного металла, в соответствии с настоящим изобретением, включает в себя: этап регулирования концентрации компонентов расплавленного металла в желаемом диапазоне на основе оцененной концентрации компонентов расплавленного металла, которая оценивается с использованием способа оценки компонента расплавленного металла согласно настоящему изобретению.
Полезные эффекты изобретения
Устройство оценки компонентов расплавленного металла и способ оценки компонентов расплавленного металла, согласно настоящему изобретению, способны точно оценивать концентрацию углерода в расплавленном металле, в частности, на заключительной стадии процесса продувки. Способ получения расплавленного металла, в соответствии с настоящим изобретением, позволяет получить расплавленный металл, имеющий желаемую концентрацию компонентов, с высоким выходом.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематическая диаграмма, иллюстрирующая конфигурацию устройства оценки компонентов расплавленного металла в качестве варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая последовательность операций способа оценки компонентов расплавленного металла, в качестве варианта осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 3 - графики, иллюстрирующие примеры соотношения между концентрацией углерода в расплавленном металле и скоростью изменения интенсивности излучения, а также соотношения между концентрацией углерода в расплавленном металле и эффективностью кислорода в процессе обезуглероживания.
Описание варианта осуществления изобретения
Далее подробно описывается устройство оценки компонентов расплавленного металла и его операции в качестве варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи.
Конфигурация
Сначала конфигурация устройства оценки компонентов расплавленного металла в качестве варианта осуществления настоящего изобретения будет описана со ссылкой на фиг. 1.
Фиг. 1 - схематическая диаграмма, иллюстрирующая конфигурацию устройства оценки компонентов расплавленного металла в качестве варианта осуществления настоящего изобретения. Как иллюстрируется на фиг. 1, устройство 1 оценки компонентов расплавленного металла в качестве варианта осуществления настоящего изобретения представляет собой устройство, которое оценивает концентрации компонентов расплавленного металла 101 и шлака 103, перерабатываемых на установке 2 рафинирования сталелитейной промышленности. Установка 2 рафинирования включает в себя конвертер 100, фурму 102 и газоотводящий тракт 104. Фурма 102 расположена над расплавленным металлом 101 в конвертере 100. Кислород под высоким давлением (выдуваемый сверху кислород) выбрасывается из дальнего конца фурмы 102 по направлению к расплавленному металлу 101 вниз. Примеси в расплавленном металле 101 окисляются кислородом под высоким давлением и попадают в шлак 103 (процесс продувки). Газоотводящий тракт 104 обеспечивается над конвертером 100.
2
2
2
2
Детектор 105 отходящих газов расположен в газоотводящем тракте 104. Детектор 105 отходящих газов определяет расход отходящих газов в связи с процессом продувки и компоненты (например, CO, CO, O, N, HO, и Ar) в отходящих газах. Детектор 105 отходящих газов измеряет расход отходящего газа в газоотводящем тракте 104 на основании, например, перепада давления между до и после трубки Вентури, расположенной в тракте 104. Детектор 105 отходящих газов измеряет концентрацию [%] каждого из компонентов отходящего газа. Расход и концентрации компонентов отходящего газа измеряются, например, с интервалами в несколько секунд. Сигналы, представляющие результаты обнаружения с помощью детектора 105 отходящих газов, передаются на терминал 10 управления.
Газ для перемешивания (газ, продуваемый снизу) вдувается в расплавленный металл 101 в конвертере 100 через вентиляционные отверстия 107, сформированные в нижней части конвертера 100. Газ для перемешивания представляет собой инертный газ, такой как Ar. Вдуваемый перемешивающий газ перемешивает расплавленный металл 101, способствуя реакции между кислородом высокого давления и расплавленным металлом 101. Расходомер 108 измеряет расход перемешивающего газа, вдуваемого в конвертер 100. Температура и концентрации компонентов расплавленного металла 101 анализируются непосредственно перед началом процесса продувки и после процесса продувки. Температура и концентрации компонентов расплавленного металла 101 измеряются один или несколько раз во время процесса продувки, и на основе измеренной температуры и концентрации компонентов определяют, например, подаваемое количество (количество подаваемого кислорода) и расход (расход подаваемого кислорода) кислорода под высоким давлением, а также расход перемешивающего газа (расход перемешивающего газа).
Система управления процессом продувки, в которой используется устройство 1 оценки компонентов расплавленного металла, в качестве основных компонентов включает в себя терминал 10 управления, устройство 1 оценки компонентов расплавленного металла и устройство 20 отображения. Терминал 10 управления состоит из устройства обработки информации, такого как персональный компьютер или рабочая станция, и регулирует количество подаваемого кислорода, скорость подачи кислорода и расход перемешивающего газа, чтобы поддерживать концентрацию каждого из компонентов расплавленного металла 101 в желаемом диапазоне, и собирает данные о фактических значениях количества поданного кислорода, скорости подачи кислорода и расходе перемешиваемого газа.
Устройство 1 оценки компонентов расплавленного металла состоит из устройства обработки информации, такого как персональный компьютер или рабочая станция. Устройство 1 оценки компонентов расплавленного металла включает в себя устройство 11 ввода, базу данных моделей (БД моделей) 12, арифметический процессор 13 и устройство 14 вывода.
Устройство 11 ввода представляет собой интерфейс ввода, который принимает результаты различных измерений и информацию о результатах, относящуюся к установке 2 рафинирования. Устройство 11 ввода включает в себя, например, клавиатуру, манипулятор типа «мышь», указывающее устройство, устройство приема данных, и графический пользовательский интерфейс (GUI). Устройство 11 ввода принимает, например, данные результатов и значения параметров настройки извне, записывает принятую информацию в базу данных моделей (БД моделей) 12 и передает ее в арифметический процессор 13. Устройство 11 ввода принимает результаты измерений, относящихся к температуре и концентрациям компонентов расплавленного металла 101, полученные по меньшей мере для одного из этих параметров перед запуском и во время процесса продувки на установке 2 рафинирования. Результаты измерений, относящиеся к температуре и концентрациям компонентов, подаются в устройство 11 ввода, например, посредством ручного ввода оператором или ввода путем считывания с носителя информации. Устройство 11 ввода принимает информацию о результатах измерения от терминала 10 управления. Информация о результатах включает в себя, например, информацию о расходе и концентрациях компонентов отходящего газа, измеренных детектором 105 отходящих газов, информацию по оптической характеристике у горловины конвертера 100 (спектральные результаты у горловины печи и информацию по оптической характеристике у горловины печи), измеренной спектрометром 106, информацию о количестве поданного кислорода и скорости подачи кислорода, информацию о расходе перемешивающего газа, информацию о количестве загрузки сырьевого материала (основного сырьевого материала и вспомогательного сырьевого материала) и информацию о температуре расплавленного металла 101.
БД моделей 12 представляет собой запоминающее устройство, в котором хранится информация о формулах моделей и параметрах (параметрах моделей), относящихся к реакции при продувке в установке 2 рафинирования. Формулы модели включают в себя по меньшей мере формулу модели обезуглероживания, представляющую соотношение между концентрацией углерода в расплавленном металле 101 и эффективностью кислорода в обезуглероживании во время процесса продувки. Эффективность кислорода в обезуглероживании относится к количеству углерода, удаленному из расплавленного металла 101, на единичное количество кислорода, вдуваемого в конвертер 100. БД моделей 12 также хранит различные типы информации, полученной устройством 11 ввода, и результаты вычислений/анализа, которые включаются в результаты процесса продувки, вычисляемые арифметическим процессором 13.
Арифметический процессор 13 представляет собой устройство арифметической обработки, такое как центральный процессор (ЦП), и управляет всеми операциями устройства 1 оценки компонентов расплавленного металла. Арифметический процессор 13 выполняет функции блока 13а определения модели и блока 13b вычисления модели. Например, арифметический процессор 13 выполняет компьютерные программы для реализации блока 13a определения модели и блока 13b вычисления модели. Арифметический процессор 13 выполняет компьютерную программу для блока 13a определения модели, чтобы служить в качестве блока 13a определения модели, и выполняет компьютерную программу для блока 13b вычисления модели, чтобы служить в качестве блока 13b вычисления модели. Арифметический процессор 13 может включать в себя специализированные арифметические устройства или арифметические схемы, которые служат в качестве блока 13a определения модели и блока 13b вычисления модели.
Устройство 1 оценки компонентов расплавленного металла, имеющее такую конфигурацию, выполняет способ оценки компонентов расплавленного металла, описанный ниже, для точной оценки концентраций компонентов расплавленного металла 101 и шлака 103, в частности, на заключительной стадии процесса продувки. Нижеследующее описывает со ссылкой на блок-схему, показанную на фиг. 2, операции устройства 1 оценки компонентов расплавленного металла при выполнении способа оценки компонентов расплавленного металла.
Способ оценки компонентов расплавленного металла
Фиг. 2 - блок-схема, иллюстрирующая последовательность операций способа оценки компонентов расплавленного металла, в качестве варианта осуществления настоящего изобретения. Блок-схема, проиллюстрированная фиг. 2, начинается, когда начался процесс продувки, и способ оценки компонентов расплавленного металла переходит к этапу S1.
На этапе S1 арифметический процессор 13 получает значения измерения/анализа расплавленного металла 101. В частности, арифметический процессор 13 получает результаты измерения/анализа, полученные посредством измерения температуры и анализа компонентов на пробе расплавленного металла 101. Таким образом, этап S1 завершается, и способ оценки компонентов расплавленного металла переходит к этапу S2.
2
На этапе S2 арифметический процессор 13 получает информацию об измерении/анализе отходящих газов (информацию об отходящих газах), информацию об оптической характеристике у горловины печи и информацию о регулируемых параметрах с управляющего терминала 10. При нормальной продувке конвертера информация об отходящих газах, информация об оптической характеристике у горловины печи и информация о регулируемых параметрах собирается через регулярные интервалы. Если между моментом получения информации о регулируемых параметрах и временем получения информации об отходящих газах имеется большая задержка по времени, то эта задержка учитывается для формирования данных (информация об отходящих газах ускоряется на величину задержки). Если значения измерений и значения анализа включают в себя большое количество шума, значения измерений и значения анализа могут быть заменены значениями, полученными путем обработки данных сглаживанием, таким как вычисление скользящего среднего. Кроме того, предпочтительно исправляются ошибки, содержащиеся в измеренной величине расхода отходящего газа и в полученных при анализе значениях содержания CO и CO. Таким образом, этап S2 завершается, и способ оценки компонентов расплавленного металла переходит к этапу S3.
На этапе S3 блок 13a определения модели определяет формулу модели и параметры модели, которые должны использоваться при вычислении блоком 13b вычисления модели, из формул модели и параметров модели, сохраненных в БД моделей 12, на основе информации об оптической характеристике у горловины печи, полученной на этапе S2. В частности, выбирается диапазон длин волн 550 - 650 нм из диапазона длин волн (спектра) света, испускаемого в связи с реакцией обезуглероживания, в результате реакции восстановления оксида железа в шлаке, как представлено нижеприведенным уравнением (1) реакции, а максимальное значение интенсивности излучения в выбранном диапазоне длин волн определяется как оптическая характеристика у горловины печи конвертера 100. Известно, что, когда концентрация углерода в расплавленном металле достигает значения, приближенного к критической концентрации углерода, эффективность реакции обезуглероживания, представленной нижеприведенным уравнением (1) реакции, уменьшается, и также уменьшается интенсивность излучения.
FeO + C → Fe + CO.   (1)
Соответственно, как иллюстрируется на верхнем графике фиг. 3, модуль 13a определения модели вычисляет скорость изменения максимального значения интенсивности излучения (скорость изменения интенсивности излучения), и определяет время, когда скорость изменения интенсивности излучения изменяется с положительного значения на отрицательное значение, в качестве времени, когда концентрация углерода в расплавленном металле достигает критической концентрации. В области, где концентрация углерода в расплавленном металле выше, чем критическая концентрация углерода, блок 13a определения модели выбирает формулу для вычисления массового ввода-вывода на основе информации об отходящих газах и информации о регулируемых параметрах или формулу модели такую, как формула расчета модели физической реакции, и параметры модели из базы данных (БД) моделей 12. После того как концентрация углерода в расплавленном металле достигает критической концентрации углерода, концентрация углерода в расплавленном металле переходит в область, где эффективность кислорода в обезуглероживании зависит от концентрации углерода в расплавленном металле, как иллюстрируется на нижнем графике фиг. 3. Соответственно, блок 13а определения модели выбирает формулу модели обезуглероживания и ее параметры из базы данных БД моделей 12. В настоящем изобретении вид формулы модели, выбранной из базы данных БД моделей 12, не имеет значения. Способ переключения формулы модели может быть, например, способом изменения параметров модели, так чтобы изменить степень вклада формулы модели обезуглероживания в вычисление модели. Таким образом, этап S3 завершается, и способ оценки компонентов расплавленного металла переходит к этапу S4.
На этапе S4 блок 13b вычисления модели использует формулу модели и параметры модели, определенные (выбранные) на этапе S3, для вычисления концентраций компонентов расплавленного металла 101, включая концентрацию углерода в расплавленном металле, и выводит информацию о рассчитанных концентрациях компонентов расплавленного металла 101 на устройство 14 вывода. Например, в Патентной литературе 2 подробно описывается способ вычисления концентраций компонентов расплавленного металла 101. Таким образом, этап S4 завершается, и способ оценки компонентов расплавленного металла переходит к этапу S5.
На этапе S5 арифметический процессор 13 определяет, завершена ли продувка. Если результат этого определения указывает, что продувка была завершена («Да» на этапе S5), арифметический процессор 13 завершает последовательность способа оценки компонентов расплавленного металла. Если продувка не закончилась («Нет» на этапе S5), арифметический процессор 13 возвращает способ оценки компонентов расплавленного металла к этапу S2.
Как ясно из приведенного выше описания, в способе оценки компонентов расплавленного металла, в качестве варианта осуществления настоящего изобретения, блок 13a определения модели оценивает концентрацию углерода в расплавленном металле 101 на основе информации об оптической характеристике у горловины печи и на основе результатов оценки определяет формулу модели и параметры модели, которые должны использоваться блоком 13b вычисления модели. Если более подробно, блок 13a определения модели определяет время, когда концентрация углерода в расплавленном металле 101 достигает критической концентрации углерода на основе информации об оптической характеристике у горловины печи, и переключает формулу модели и параметры модели, используемые блоком 13b вычислении модели, на формулу модели и параметры модели на основе соотношения между концентрацией углерода в расплавленном металле и эффективностью кислорода в обезуглероживании, когда концентрация углерода в расплавленном металле 101 достигает критической концентрации углерода. Посредством этого способа можно точно оценить концентрацию углерода в расплавленном металле 101, особенно на заключительной стадии продувки.
Хотя выше был описан вариант осуществления изобретения, по отношению к которому применяется изобретение, сделанное авторами настоящего изобретения, настоящее изобретение не ограничивается описанием и чертежами, составляющими часть раскрытия настоящего изобретения посредством настоящего варианта осуществления. Переключение модели при вычислении оценки концентрации углерода в расплавленном металле описано в настоящем варианте осуществления. Однако, например, когда управление выполняется с использованием статической модели и динамической модели, как описано в способе Патентной литературы 1, управление динамической моделью может выполняться с соответствующей синхронизацией по времени посредством получения динамической модели из БД моделей 12 на основе информация об измерении оптических характеристик в горловине печи. Таким образом, другие варианты осуществления изобретения, примеры, операционные технологии и подобные параметры, разработанные специалистами в данной области техники на основе настоящего варианта осуществления, все включены в объем настоящего изобретения.
Промышленная применимость
Настоящее изобретение может обеспечивать устройство оценки компонентов расплавленного металла и способ оценки компонентов расплавленного металла, способные точно оценивать концентрацию углерода в расплавленном металле, особенно на заключительной стадии процесса продувки.
Список обозначений позиций
1 - Устройство оценки компонентов расплавленного металла
2 – Установка рафинирования
10 - Терминал управления
11 - Устройство ввода
12 - База данных моделей (БД моделей)
13 - Арифметический процессор
13a - Блок определения модели
13b - Блок вычисления модели
14 - Устройство вывода
20 - Устройство отображения
100 - Конвертер
101 - Расплавленный металл
102 - Фурма
103 - Шлак
104 - Газоотводящий тракт
105 - Детектор отходящих газов
106 - Спектрометр
107 - Вентиляционные отверстия
108 - Расходомер