Construction of a Kinetic Equation of Carbon Removal for Controlling Steel Melting in the Metallurgical System "Cupola Furnace – Small Converter"
Loading...
Date
2025
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
TECHNOLOGY CENTER PC, Kharkiv
Abstract
ENG: The object of research in the paper is the process of steelmaking in a small converter, which works in tandem with a cupola furnace. The existing problem is that the control of the process of obtaining steel in an oxygen converter is complicated by the need to determine in real time the current chemical composition of the melt, in particular carbon. This is due to the fact that the rate of carbon removal is too high, as a result of which the process of carbon removal is transient. Therefore, it is too difficult to implement regulation based on feedback on continuous measurement. The presence of the specified problem requires solutions related to the possibilities of developing or improving software control of the process. It is shown that in certain sections of the process within each time section of oxygen purging of the melt in the converter, the kinetic curve has a linear form with a constant coefficient value in front of the inlet mine. But the value of the initial coefficient for each equation that describes the process within its limits changes. This allows to state that in case of a change in the initial condition, the kinetic curves shift relative to each other in parallel. On this basis, a system of equations has been constructed that describes the process of carbon removal in a small oxygen converter that receives liquid iron from a cupola furnace. It has been shown that to use the obtained system of equations, it is necessary to know the initial carbon content in the melt discharged from the cupola furnace, and it depends on the method of oxygen supply to the cupola furnace. Based on the modeling of this process in two variants – using a “sharp blow” and supplying oxygen to the air blown into the tuyeres, a nomogram has been constructed. It allows to determine the initial carbon content for the practical use of the obtained system of equations. Using the obtained system makes it possible to determine the time after which oxygen cutoff should be made. This will allow to decide to implement software control of the melt blowing process in the converter. The presented study will be useful for machine-building enterprises that have foundry shops in their structure, where cast iron is smelted for the manufacture of castings.
UKR: Об’єктом дослідження у роботі є процес виплавки сталі в малому конвертері, який працює в парі з вагранкою. Існуюча проблема полягає в тому, що керування процесом отримання сталі в кисневому конвертері ускладнюється через необхідність визначення в реальному часі поточного хімічного складу розплаву, зокрема вуглецю. Це пов’язане з тим, що швидкість видалення вуглецю надто велика, внаслідок чого процес видалення вуглецю швидкоплинний. Тому здійснити регулювання на основі зворотного зв’язку по неперервному вимірюванню надто складно. Наявність зазначеної проблеми потребує рішень, що стосуються можливостей розробки чи покращення програмного керування процесом. Показано, що на визначених ділянках процесу в межах кожної часової ділянки продувки киснем розплаву в конвертері кінетична крива має лінійний вигляд з постійним значенням коефіцієнта перед вхідною мінною. Але значення початкового коефіцієнта для кожного рівняння, яке описує процес у своїх межах, змінюється. Це дає змогу стверджувати, що в разі зміни початкової умови, кінетичні криві зсуються одна відносно одної паралельно. На основі цього побудовано систему рівнянь, що описують процес видалення вуглецю в малому кисневому конвертері, який отримує рідкий чавун з вагранки. Показано, що для користування отриманою системою рівнянь необхідно знати початковий вміст вуглецю в розплаві, що видається з вагранки, і він залежить від способу подачі кисню у вагранку. На основі моделювання цього процесу по двох варіантах – використанням «гострого дуття» та подачею кисню в повітря, що вдувається в фурми, побудовано номограму. Вона дозволяє визначати початковий вміст вуглецю для практичного використання отриманої системи рівнянь. Використання отриманої системи дає змогу визначати час, по завершенню якого має бути зроблена відсічка кисню. Це дозволить вирішити реалізувати програмне керування процесом продувки розплаву у конвертері. Представлене дослідження буде корисним для машинобудівних підприємств, що мають у своїй структурі ливарні цехи, де виплавляють чавун для виготовлення виливків.
UKR: Об’єктом дослідження у роботі є процес виплавки сталі в малому конвертері, який працює в парі з вагранкою. Існуюча проблема полягає в тому, що керування процесом отримання сталі в кисневому конвертері ускладнюється через необхідність визначення в реальному часі поточного хімічного складу розплаву, зокрема вуглецю. Це пов’язане з тим, що швидкість видалення вуглецю надто велика, внаслідок чого процес видалення вуглецю швидкоплинний. Тому здійснити регулювання на основі зворотного зв’язку по неперервному вимірюванню надто складно. Наявність зазначеної проблеми потребує рішень, що стосуються можливостей розробки чи покращення програмного керування процесом. Показано, що на визначених ділянках процесу в межах кожної часової ділянки продувки киснем розплаву в конвертері кінетична крива має лінійний вигляд з постійним значенням коефіцієнта перед вхідною мінною. Але значення початкового коефіцієнта для кожного рівняння, яке описує процес у своїх межах, змінюється. Це дає змогу стверджувати, що в разі зміни початкової умови, кінетичні криві зсуються одна відносно одної паралельно. На основі цього побудовано систему рівнянь, що описують процес видалення вуглецю в малому кисневому конвертері, який отримує рідкий чавун з вагранки. Показано, що для користування отриманою системою рівнянь необхідно знати початковий вміст вуглецю в розплаві, що видається з вагранки, і він залежить від способу подачі кисню у вагранку. На основі моделювання цього процесу по двох варіантах – використанням «гострого дуття» та подачею кисню в повітря, що вдувається в фурми, побудовано номограму. Вона дозволяє визначати початковий вміст вуглецю для практичного використання отриманої системи рівнянь. Використання отриманої системи дає змогу визначати час, по завершенню якого має бути зроблена відсічка кисню. Це дозволить вирішити реалізувати програмне керування процесом продувки розплаву у конвертері. Представлене дослідження буде корисним для машинобудівних підприємств, що мають у своїй структурі ливарні цехи, де виплавляють чавун для виготовлення виливків.
Description
D. Makarenko: ORCID 0000-0002-4672-2880; T. Selivorstova: ORCID 0000-0002-2470-6986; Yu. Dotsenko: ORCID 0000-0002-7734-7884; I. Osypenko: ORCID 0000-0002-7119-9278; O. Dzevochko: ORCID 0000-0002-1297-1045; A. Pereverzieva: ORCID 0000-0003-2072-2521; A. Dzevochko: ORCID 0000-0001-5988-5577
Keywords
cupola melting, converter, oxygen blowing, sharp blast in a cupola furnace, kinetic equations, ваграночна плавка, конвертер, продувка киснем, гостре дуття у вагранці, кінетичні рівняння, КІТС, КЛВ
Citation
Makarenko D., Selivorstova T., Dotsenko Yu., Osypenko I., Dzevochko O., Pereverzieva A., Dzevochko A. Construction of a Kinetic Equation of Carbon Removal for Controlling Steel Melting in the Metallurgical System "Cupola Furnace – Small Converter". Technology Audit and Production Reserves. 2025. Vol. 2, No. 1 (82). P. 19–23. DOI: https://doi.org/10.15587/2706-5448.2025.325695.