УДК 669.18
РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ВЕЛИЧИНЫ СВОБОДНОГО БОРТА В СТАЛЕРАЗЛИВОЧНОМ КОВШЕ ПО ХОДУ ВЫПУСКА ИЗ КОНВЕРТЕРА
© Агеев Сергей Викторович, канд. экон. наук; Чернопольский Александр Данилович, канд. техн. наук; Карташов Роман Анатольевич, Ильинский Александр Владимирович,
Бойков Владимир Иванович, канд. техн. наук; Петушков Игорь Алексеевич, Сухарев Степан Викторович,
ООО «НТЦ «Прибор». Россия, 199034, Санкт-Петербург, Биржевая, 16. Тел./факс: +7 (812) 331 72 43 Смирнов Дмитрий Евгеньевич, Ефимов Семен Викторович
ЧерМК ОАО «Северсталь». Россия, 162600, Вологодская обл., Череповец, ул. Мира, 30. Тел.: +7 (8202) 53 09 09 Статья поступила 17.02.2009 г.
Свободный борт сталеразливочного ковша (разница между верхним срезом ковша и уровнем расплава в нем) - важный параметр процессов внепечной обработки стали, который весьма сложно определить при наполнении ковша во время выпуска стали из конвертера. В конвертерном производстве ОАО «Северсталь» внедрена система видеомониторинга высоты свободного борта сталеразливочного ковша по ходу выпуска жидкого металла из конвертера. Оборудование и программное обеспечение системы разработаны ООО «НТЦ «Прибор». Система проводит мониторинг процесса выпуска в реальном времени, осуществляя оценку и вывод на экран величины текущей высоты свободного борта одновременно с видеоизображением наполнения ковша. Монитор системы установлен в пульте управления перемещением конвертера, что позволяет оператору не только контролировать процесс выпуска стали, но и останавливать процесс при достижении технологически заданной высоты свободного борта. Ключевые слова: уровень расплава в ковше; свободный борт ковша; видеомониторинг.
За последние 10-15 лет на отечественных металлургических предприятиях введено в строй значительное количество агрегатов внепечной обработки, таких как ковш-печь и вакууматор. Развитие внепечной обработки позволяет российским металлургам производить стальную продукцию, соответствующую мировым стандартам качества.
Одним из важных параметров при проведении внепечной обработки стали как на агрегатах типа ковш-печь, так и ковшевых вакууматорах является высота свободного борта - расстояние от обортовки ковша до уровня расплава в нем. В частности, информация о высоте свободного борта позволяет стабилизировать технологию обработки металла в процессе донной продувки как при атмосферном, так и при пониженном давлении над расплавом.
Традиционный способ определения величины свободного борта в ковше с помощью погружаемой в расплав полой стальной трубки применяют после наполнения ковша, т.е. «по факту», когда повлиять на степень наполнения ковша уже не представляется возможным. Однако даже такой вариант определения высоты свободного борта не всегда возможен, поскольку требует соответствующих площадок в непосредственной близости от ковша, наличия персонала для выполнения данной операции и т.п. Главным неудобством при этом является отсутствие автоматики, невозможность непосредственной передачи результата измерения в автоматизированную систему управления технологическим процессом, опасный и тяжелый ручной труд, сопряженный с воздействием на человека значительного теплового излучения.
Как и для любого контактного метода измерения, на результат определения высоты свободного борта трубкой оказывает влияние выбор места измерения.
При опоре трубки на зашлакованную обортовку ковша результат измерения будет завышен. Дальнейшая обработка стали на ковшовом вакууматоре с использованием неверной информации о высоте свободного борта может привести к аварийной ситуации - переливу расплава через незашлакованный край ковша в период интенсивного кипения расплава в вакуумной камере.
При донной продувке расплава в ковше информация о высоте свободного борта позволяет выбрать оптимальный расход продувочного газа, что позволяет в минимально возможный срок усреднить расплав по химическому составу и температуре, а также не допустить образования газометаллического буруна, превышающего высоту свободного борта ковша и, тем самым, предотвратить опасность перелива расплава через борт ковша.
В конвертерном производстве ЧерМК ОАО «Северсталь» значительная доля выплавляемого металла различного сортамента проходит обработку на установке камерного вакуумирования, позволяющей обрабатывать в ковше от 320 до 340 т жидкой стали. Для процесса ковшового вакуумирования очень важно заранее, уже на стадии выпуска из конвертера, обеспечить технологически необходимую высоту свободного борта в сталеразливочном ковше.
При выполнении специалистами ООО «НТЦ «Прибор» научно-исследовательской работы в конвертерном производстве ОАО «Северсталь» была разработана система мониторинга высоты свободного борта по видеоизображению, получаемому от телеви- £ зионной камеры. Система предназначена для непре- ^ рывной бесконтактной оценки высоты свободного • борта сталеразливочного ковша во время выпуска ме- | талла из конвертера. Место эксплуатации системы - 5 участок выпуска стали конвертера № 3, оптический из- г
( ^ ) •:> , II НТЦ I МВЯ 2008 Г
Свободный борт (м):
Рис. 1. Расположение оптического измерительного модуля:
а - на рабочей площадке, отметка +10,0 м (1 - оптический измерительный модуль; 2 - подвод очищенного воздуха для охлаждения и защиты оптики); б - в процессе работы
2,02
Рис. 2. Интерфейс оператора
мерительный модуль размещен на отметке +10,0 м (рис. 1), панельный промышленный компьютер с жидкокристаллическим монитором - в пульте оператора, управляющего процессом поворота конвертера во время операции выпуска.
Оптический измерительный модуль выполняет функцию первичного преобразователя измерительной информации. В его состав входят: объектив, цветная видеокамера, защитный кожух. Объектив, разработанный для данного прибора, предназначен для формирования заданного поля зрения, необходимой плотности светового потока и спектра излучения. Благодаря оригинальной конструкции объектив выдерживает тепловую нагрузку, идущую от струи жидкой стали в процессе выпуска расплава из конвертера. При этом система функционирует без водяного охлаждения, что позволяет размещать оптический модуль в непосредственной близости к объекту измерения (см. рис. 1). Цветная видеокамера формирует изображение ковша и имеет широкий динамический диапазон. Вся аппаратура размещена в специальном корпусе (степень защиты 1Р65), в который для охлаждения и защиты оптических поверхностей чувствительного элемента от загрязнения подается под давлением очищенный воздух. Узел крепления подвеса измерительного модуля - специально разработанная конструкция, которая обеспечивает возможности крепления модуля в месте установки, его ремонта и обслуживания. Панельный промышленный компьютер с жидкокристаллическим монитором, установленный в операторской, служит для обработки видеоизображения, оценки величины свободного борта, визуализации процесса выпуска стали и индикации уровня расплава в ковше в режиме реального времени. Интерфейс оператора представлен на рис. 2.
Оборудование и программное обеспечение системы разработаны специалистами ООО «НТЦ «Прибор». Система мониторинга величины свободного борта в ковше в процессе выпуска стали из конвертера оценивает текущий уровень наполнения ковша и отображает процесс налива («запас высоты» борта), что позволяет оператору, управляющему выпуском плавки из конвертера, остановить процесс наполнения ковша при достижении заранее заданной высоты свободного борта.
Испытания системы мониторинга показали, что основная проблема измерения высоты свободного борта бесконтактным оптическим методом связана с задымленностью пространства над ковшом. Из-за дыма, образующегося по ходу выпуска на ряде плавок в периоды ввода в ковш различных материалов, поверхность стального расплава практически не видна. В результате информация об уровне наполнения ковша на таких плавках не может быть получена в среднем в течение 50-60% времени выпуска, как правило, в начале процесса. Оценивать величину свободного борта система начинает с 2,0-2,5 м при глубине ковша - 5 м. По той же причине имеют место выпуски, в процессе которых система мониторинга не работает, либо работает с существенной погрешностью.
Как показали тестовые испытания, проведенные в июне-сентябре 2008 г. совместно специалистами ООО «НТЦ «Прибор» и ОАО «Северсталь», система позволяет оценивать высоту свободного борта в ста-леразливочном ковше во время выпуска плавки с погрешностью ±50 мм для 95% плавок.
Внедрение системы мониторинга высоты свободного борта в сталеразливочном ковше в процессе выпуска позволило:
- улучшить условия работы оператора, управляющего процессом выпуска стали;
- увеличить стабильное наполнение ковшей для стали вакуумируемых марок ближе к верхнему пределу в 340 т (повысить массу металла в ковше и сократить разброс массы);
- снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций;
- стабилизировать технологический процесс наполнения ковшей для стали вакуумируемых марок.
Разработанную систему можно рекомендовать к использованию для мониторинга величины свободного борта в ковше на выпуске расплава из конвертера, на установках ковшового вакуумирования, агрегатах типа ковш-печь и установках доводки металла по составу и температуре. При необходимости, в систему мониторинга высоты свободного борта в ковше на выпуске может быть включена опция детектирования появления шлака в струе.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.