СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВРАЩАЮЩЕГО МОМЕНТА КОНВЕРТЕРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR ADJUSTING THE TORQUE OF A CONVERTER AND APPARATUS FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к способу эксплуатации конвертера, в частности аргонокислородного конвертера, а также к опорной конструкции для такого конвертера.
В конвертере путем подачи кислорода в расплавленный чугун в результате окисления удаляют избыточный углерод. Таким образом, чугун превращается в сталь.
Такие способы в уровне техники в принципе известны.
Для лучшего понимания описанного ниже изобретения сначала при помощи фиг. 4 описывается принцип опирания и подвески такого аргонокислородного конвертера, в принципе известный из уровня техники.
На фиг. 4 показан конвертер 1 с газовыми соплами 13, расположенными в его днище ниже уровня металла в ванне и предназначенными для подачи кислорода или других газов внутрь конвертера во время его эксплуатации. Указанный конвертер 1 посредством опорных элементов 14 подвешен к опорному кольцу 3. На каждом из противоположных сторон опорного кольца 3 расположено по одной опорной цапфе 2, продольные оси указанных цапф находятся на одной прямой и определяют ось наклона конвертера. Опорные цапфы 2 установлены с возможностью вращения в подшипниках 11. Подшипники 11 в свою очередь посредством опорных стоек 10 опираются на фундамент 12. На опорной стороне указанной конструкции опорная цапфа 2 в своем осевом направлении продолжается за подшипник 11 и соединена с трансмиссией 4 с возможностью совместного вращения. Посредством трансмиссии 4 и опорной цапфы 2 конвертер 1 соединен с вращательным приводом, предпочтительно интегрированным в трансмиссию. Трансмиссия 4 посредством моментного рычага 6, который на виде на фиг. 4 проходит перпендикулярно плоскости чертежа, также опирается на фундамент 12.
Описанная выше известная опорная конструкция 100 относится и к настоящему изобретению. В уровне технике указанный моментный рычаг часто является пассивным моментным рычагом, например, выполненным в виде торсионного вала или предварительно напряженных пакетов пружин - см. в этом отношении DE 3827329 A1, WO 03/023072 A1, DE 2654907 А1, ЕР 003108 Al, DE 3007916 С2, DE 60004714 Т2, JP 2012-25980 А и US 4,298,378.
В US 4093192 раскрывается измерение и сравнение опрокидывающего момента конвертера с заданным опрокидывающим моментом. Если устанавливается, что измеренный фактический опрокидывающий момент превышает заданный требуемый опрокидывающий момент, предусматривается отключение опрокидывающего привода для конвертера.
В US 9,840,746 В2 описывается опрокидывающий привод для конвертера, по существу состоящий из гидравлического двигателя для наклона конвертера вокруг горизонтальной оси. Вращающий момент двигателя измеряется в зависимости от максимального опрокидывающего момента конвертера. В указанном документе поясняется, что конвертер всегда будет стремиться занять нейтральное положение, в котором он обычно находится во время дутьевого режима.
Во время своей эксплуатации конвертер начинает интенсивно колебаться, в частности вследствие описанного во вступлении вдувания кислорода в ванну жидкой стали, находящуюся внутри конвертера, посредством указанных сопел 13, расположенных ниже уровня металла в ванне конвертера. Это возбуждение происходит в широкой полосе частот и во всех направлениях, т.е. также в направлении наклона конвертера. Дополнительными, хотя и второстепенными, причинами неконтролируемого раскачивания конвертера могут быть выгорание его огнеупорной футеровки и/или образование настылей. При этом на фундамент разливочной площадки и моментный рычаг воздействуют большие силы; часто указанные колебания также приводят к повреждению моментного рычага и разливочной площадки, а также других компонентов установки.
Технические решения, известные из уровня техники и описанные в указанных публикациях, для решения описанной проблемы не подходят; при указанных решениях возникающие силы и колебания в любом случае только демпфируются, но моментные рычаги частично должны сами воспринимать указанные большие усилия, вследствие чего часто повреждения получают сами моментные рычаги.
Другая концепция для решения указанной проблемы описывается в европейской патентной публикации ЕР 2082068 В1. В способе, предложенном в указанной публикации, предусматривается, что моментный рычаг жестко соединяет трансмиссию с фундаментом только во время процесса наклона конвертера, тогда как в дутьевом режиме конвертера моментный рычаг отсоединяют от фундамента или от трансмиссии, или как от фундамента, так и от трансмиссии, так что после этого во время дутьевого режима конвертер может свободно колебаться. В качестве альтернативы в дутьевом режиме вместо моментного рычага может использоваться амортизатор.
Однако указанное предложенное решение имеет недостаток, заключающийся в том, что для реализации соответствующего переключаемого моментного рычага требуется довольно много оборудования, а в случае дооснащения - обширное переоборудование.
В основе изобретения лежит задача предложить альтернативный способ эксплуатации конвертера, позволяющий уменьшить затраты на опорную конструкцию для конвертера и одновременно улучшить контроль вращающего момента, с которым конвертер воздействует на трансмиссию.
Эта задача решается благодаря способу, заявленному в пункте 1 формулы изобретения.
Термин "дутьевой режим", в общем случае, означает подачу кислорода и, как правило, других технологических газов в расплав в конвертере, например, в расплавленную сталь или жидкий чугун. Предлагаемый изобретением способ, а также заявляемая опорная конструкция относятся, в общем случае, к бессемеровскому процессу, и производством высокосортной стали они не ограничены.
Выгодным образом благодаря заявляемому регулированию вращающего момента, с которым конвертер воздействует на трансмиссию, конвертер во время дутьевого режима в принципе может свободно перемещаться, в частности в этом случае конвертер может свободно, т.е. без ограничения положения, колебаться. Это является приемлемым потому, что заявляемое регулирование вращающего момента - в отличие от регулирования положения - не ограничивает амплитуды колебаний конвертера определенными угловыми положениями. Заявляемый способ регулирования позволяет выгодным образом обеспечить то, что конвертер больше не будет раскачиваться на резонансной частоте, как ранее в некоторых случаях в уровне техники, и не сможет вызывать сильные повреждения деталей опорной конструкции, в частности трансмиссии и моментного рычага.
Заявляемое регулирование вращающего момента в принципе допускает любые амплитуды колебаний конвертера, но оно в то же время ограничивает вращающий момент, с которым конвертер воздействует на трансмиссию, конкретно оно регулирует вращающий момент до заданного требуемого (целевого) вращающего момента. Указанный требуемый вращающий момент задают таким образом, что он лежит в допустимом рабочем диапазоне трансмиссии, привода и моментного рычага, т.е. в частности не повреждает указанные компоненты.
Обеспечение заявляемого регулирования позволяет сэкономить на известном из уровня техники дорогостоящем оснащении опорной конструкции в области моментного рычага для стабилизации конвертера.
Согласно одному из примеров осуществления изобретения предусматривается то, что требуемый вращающий момент задают в виде предпочтительно скользящего среднего значения из множества дискретных значений определенного, изменяющегося во времени фактического вращающего момента, с которым конвертор воздействует на трансмиссию. Для этого в начале процесса дутья для определенного времени определяют начальное среднее значение, а затем скользящим образом обновляют его в каждом цикле измерений.
Согласно еще одному примеру осуществления изобретения является выгодным, если заявляемое регулирование вращающего момента более высокого уровня дополняется регулированием положения трансмиссии более низкого уровня. Задача регулирования положения состоит в удержании трансмиссии в заданном требуемом угловом положении, предпочтительно в горизонтальном положении трансмиссии, причем независимо от наклонного положения конвертера.
Термины "регулирование положения" и "регулирование углового положения" используются как синонимы. Термины "угловое положение" и "угловая позиция" также используются как синонимы.
Оба заявленных вида регулирования, т.е. как регулирование вращающего момента, так и регулирование углового положения в дутьевом режиме конвертера воздействуют на один и тот же исполнительный элемент, а именно на так называемый моментный рычаг. При этом моментный рычаг представляет собой, например, гидравлический цилиндр с подключенным сервоклапаном или электромагнитный привод.
Если регулирование положения более низкого уровня для трансмиссии действует дополнительно к регулированию вращающего момента более высокого уровня, то каждое из двух видов регулирования дает определенную составляющую управляющего сигнала для исполнительного элемента в виде моментного рычага. При этом согласно изобретению составляющая регулирования положения в управляющем сигнале должна быть значительно меньше составляющей регулирования вращающего момента, например от 10 до 100 раз. Различие указанного порядка между указанными составляющими выражается в терминах "регулирование более высокого уровня" и "регулирование более низкого уровня".
Все предыдущие положения касались конвертера в указанном дутьевом режиме. Дополнительно предлагаемый изобретением способ может предусматривать, что в не дутьевом режиме осуществляют только регулирование положения трансмиссии, а заявленное регулирование вращающего момента в течение указанного времени отключают. Для указанного регулирования углового положения в не дутьевом режиме может использоваться тот же контур регулирования с тем же регулятором и тем же исполнительным элементом в виде моментного рычага, как и для регулирования углового положения более низкого уровня во время дутьевого режима. Конкретно в указанном случае производят регулирование фактического углового положения трансмиссии до заданного требуемого углового положения, причем указанное требуемое угловое положение составляет, например, 0°, т.е. в таком случае трансмиссия ориентирована горизонтально. В не дутьевом режиме составляющая контура регулирования вращающего момента в управляющем сигнале для моментного рычага равна нулю, в то время как составляющая контура регулирования углового положения в управляющем сигнале составляет 100%.
Указанное регулирование положения трансмиссии в не дутьевом режиме конвертера имеет смысл, поскольку в течение указанного времени конвертер с помощью трансмиссии и сопряженного с трансмиссией привода наклоняют вокруг опорных цапф, и поскольку в таком случае сам конвертер не имеет фиксированного углового или, соответственно, наклонного положения.
Указанная выше задача изобретения, кроме того, решается благодаря опорной конструкции для конвертера. Преимущества указанного решения соответствуют преимуществам, указанным выше в отношении заявленного способа.
К описанию приложено четыре чертежа, на которых показано следующее:
фиг. 1 - вид сбоку предлагаемой изобретением опорной конструкции с подвешенным конвертером;
фиг. 2 - регулирование вращающего момента, воздействующего на трансмиссию, и углового положения трансмиссии во время дутьевого режима конвертера;
фиг. 3 - регулирование углового положения трансмиссии в не дутьевом режиме; и
фиг. 4 - вид спереди опорной конструкции для конвертера согласно уровню техники.
Далее следует описание изобретения со ссылкой на указанные чертежи в качестве примеров исполнения. На всех чертежах одинаковые технические элементы имеют одинаковые ссылочные обозначения.
На фиг. 1 еще раз на виде сбоку показана опорная конструкция 100 для конвертера 1, уже известная из фиг. 4. На указанном виде сбоку, в частности, можно видеть моментный рычаг 6, который здесь в качестве примера выполнен в виде гидравлического цилиндра с сопряженным с ним сервоклапаном 7. Вместе с сервоклапаном 7 моментный рычаг 6 образует исполнительный элемент в контексте предлагаемых изобретением видов регулирования. Сервоклапан 7 в соответствии с управляющим сигналом S регулирует давление в поршневой части гидравлического цилиндра. Давление в кольцевой области гидравлического цилиндра непрерывно регистрируют посредством первого датчика 5а давления, а давление в поршневой области гидравлического цилиндра непрерывно регистрируют посредством второго датчика 5b давления для предлагаемого изобретением вида регулирования.
В остальном опорная конструкция 100, лежащая в основе настоящего изобретения, соответствует опорной конструкции, показанной на фиг. 4 и известной из уровня техники.
Ist
Ist
M
Soll
Ist
M
M
Soll
Ist
Фиг. 2 описывает предлагаемый изобретением способ эксплуатации конвертера 1. В соответствии с основной идеей настоящего изобретения изменяющийся во времени фактический вращающий момент M (t), с которым конвертер 1 воздействует на трансмиссию 4, с помощью контура 20 регулирования вращающего момента регулируют до заданного требуемого вращающего момента. Контур 20 регулирования, прежде всего, содержит устройство 22 определения вращающего момента для определения изменяющегося во времени фактического вращающего момента M (t), с которым конвертер 1 воздействует на трансмиссию 4. При указанном исполнении моментного рычага 6 в виде гидравлического цилиндра фактический вращающий момент может определяться как произведение силы, зависящей от времени и воздействующей на поршень гидравлического цилиндра, на соответствующее плечо рычага между осью наклона конвертера (соответствующей продольной оси опорных цапф 20) и продольной осью гидравлического цилиндра 6. Сила, воздействующая на поршень, может рассчитываться посредством регистрации давлений в кольцевой области и поршневой области гидравлического цилиндра с помощью первого и второго датчика 5а, 5b давления с учетом соответствующей нагруженной давлением эффективной площади поршня. Кроме того, контур 20 регулирования вращающего момента содержит первое сравнивающее устройство 24 для определения рассогласования е вращающего момента как разности между заданным требуемым вращающим моментом M и фактическим вращающим моментом M. Контур регулирования также содержит первое регулирующее устройство 8, например, в виде ПИД-регулятора, для генерации первой составляющей s управляющего сигнала S для моментного рычага или, соответственно, сервоклапана 7 в качестве исполнительного элемента в соответствии с рассогласованием евращающего момента таким образом, что рассогласование вращающего момента становится равным нулю. Требуемый вращающий момент M в принципе может задаваться произвольным образом. Однако предпочтительно его генерируют с помощью устройства 26 для генерации требуемого вращающего момента посредством образования среднего по времени значения, предпочтительно скользящего среднего, из множества измеренных фактических вращающих моментов M (t).
Ist
Как было упомянуто в данном контексте, контур 20 регулирования вращающего момента предназначен для регулирования или, соответственно, для поддержания постоянной величины фактического вращающего момента M (t), с которым конвертер 1 воздействует на трансмиссию, на уровне требуемого вращающего момента. Предпочтительно при этом конвертер 1 никаким образом не зафиксирован в своем угловом положении относительно трансмиссии, более того, он может свободно располагаться в своем угловом положении или, соответственно, свободно колебаться. Посредством регулирования вращающего момента контролируют и ограничивают только воздействующий на трансмиссию вращающий момент.
Ist
а
Ist
a
а
M
a
Однако для обеспечения также воздействия на угловое положение а трансмиссии 4, согласно одному из примеров осуществления настоящее изобретение выгодным образом предусматривает, что во время дутьевого режима конвертера наряду с указанным регулированием вращающего момента также осуществляют регулирование углового положения а трансмиссии 4 с помощью контура 30 регулирования углового положения. Указанный контур 30 регулирования углового положения содержит устройство 32 определения углового положения для измерения фактического углового положения a трансмиссии 4 в зависимости от времени. Указанное устройство 32 определения углового положения может быть выполнено, например, в виде датчика 5с перемещения, регистрирующего посредством измерения отклонение моментного рычага 6 в виде гидравлического цилиндра. Измеренное таким образом отклонение моментного рычага 6 позволяет сделать расчет фактического углового положения а трансмиссии относительно горизонтали с учетом расстояния между гидравлическим цилиндром и осью наклона конвертера в виде продольной оси опорных цапф 2. Наряду с этим контур 30 регулирования углового положения содержит второе сравнивающее устройство 34 для определения рассогласования е углового положения как разности между требуемым угловым положением а, предпочтительно составляющим 0°, и измеренным фактическим угловым положением a (t). Кроме того, контур 30 регулирования содержит второе регулирующее устройство 9, например, также в виде ПИД-регулятора, для генерации второй составляющей s управляющего сигнала S для моментного рычага 6 в качестве исполнительного элемента в соответствии с ранее определенным рассогласованием е углового положения. Наконец, также предусмотрено суммирующее устройство 15 для сложения первой и второй составляющей s и s с управляющим сигналом S. При этом управляющий сигнал S сформирован таким образом, что рассогласование вращающего момента и рассогласование углового положения во время дутьевого режима конвертера по возможности становится соответственно равным нулю.
M
a
M
a
Величина первой составляющей s, представляющей собой составляющую регулирования вращающего момента в управляющем сигнале S, и величина второй составляющей s, представляющей собой составляющую регулирования углового положения в управляющем сигнале S, могут вариативно устанавливаться с помощью устройства настройки составляющих. Во время дутьевого режима конвертера первая составляющая s согласно изобретению значительно больше второй составляющей s. В этом отношении регулирование вращающего момента представляет собой регулирование более высокого уровня, чем регулирование углового положения трансмиссии.
Ist
a
M
Soll
На фиг. 3 показан способ эксплуатации конвертера 1 вне режима литья и дутья. Как правило, в таком случае при помощи вращательного привода производят наклонение конвертера вокруг продольных осей опорных цапф 2 для по меньшей мере частичного опорожнения конвертера. Изобретение предусматривает, что в таком случае во время указанной рабочей фазы регулируют или, соответственно, устанавливают на заданное требуемое угловое положение а трансмиссии только фактическое угловое положение a трансмиссии 4. Это осуществляют с помощью контура 30 регулирования углового положения, уже описанного со ссылкой на фиг. 2. Указанный контур 30 регулирования остается неизменным по сравнению с дутьевым режимом также в рабочей фазе в не дутьевом режиме. Единственное отличие состоит в том, что в не дутьевом режиме управляющий сигнал S на 100% соответствует выходному сигналу s регулятора, генерируемому вторым регулирующим устройством 9. Составляющую s контура 20 регулирования вращающего момента во время указанной рабочей фазы устанавливают на нуль или, соответственно, выключают. Как правило, в не дутьевом режиме трансмиссию регулируют до углового положения a=0° (т.е. до горизонтального положения трансмиссии).
Второе регулирующее устройство 9 предпочтительно также выполнено в виде ПИД-регулятора.
M
a
Как в случае первого, так и в случае второго регулирующего устройства 8, 9 величина вырабатываемых ими составляющих s, s в управляющем сигнале S в значительной мере определяется их соответствующей пропорциональной составляющей Р. В таком случае установка пропорциональной составляющей соответствует указанному устройству настройки составляющих.
Перечень ссылочных обозначений
1 конвертер
2 опорная цапфа
3 опорное кольцо
4 трансмиссия, предпочтительно с интегрированным вращательным приводом
5а датчик давления
5b датчик давления
5с датчик перемещения
6 моментный рычаг (исполнительный элемент)
7 сервоклапан
8 первое регулирующее устройство
9 второе регулирующее устройство
10 опорная стойка
11 подшипник
12 фундамент
13 сопла, расположенные ниже уровня металла в ванне
14 опорные элементы
15 суммирующее устройство
20 контур регулирования вращающего момента
22 устройство определения вращающего момента
24 первое сравнивающее устройство
26 устройство генерации требуемого вращающего момента
30 контур регулирования углового положения
32 устройство определения углового положения
34 второе сравнивающее устройство
100 опорная конструкция
а
е рассогласование углового положения
M
е рассогласование вращающего момента
Soll-Getriebe
a требуемое угловое положение для трансмиссии
Ist-Getriebe
a фактическое угловое положение для трансмиссии
Ist
M (t) фактический вращающий момент конвертера
Soll
M заданный требуемый вращающий момент
M
s первая составляющая управляющего сигнала для моментного рычага
a
s вторая составляющая управляющего сигнала для моментного рычага
S управляющий сигнал
а угловое положение трансмиссии