Устройство для определения стадий плавления стали в дуговой электропечи

 

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАДИЙ ПЛАВЛЕНИЯ СТАЛИ В ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащее для каждой фазы датчик тока, выход которого соединен с входом анализатора гармоник связанного выходами с входами блока интеграторов,и регистрирующий-блок ВСЕСОЮЗНА и , |а . 13 8Й V:.;v. «3 , отлич.ающееся тем, что, с целью повышения точности определе- , ния стадий Ллавления, оно снабжено датчиком расхода электроэнергии и для каждой фазы соединенными с выходом датчика тока датчиками дисперсии тока и времени корреляции тока дуги, датчиком времени, блоком выделения максимального значения и блоками определения вероятности стадии плавления , число которых равно числу стадий, входы каждого из которых.соединены с ёыходами датчиков расхода электроэнергии , дисперсии тока дуги, времени корреляции тока, датчика времени и блока интеграторов, а выходы всех S блоков определения вероятности стадии (Л плавления соединены с входами блока выделения максимального значения, выход которого соединен с входом регистрирующего блока.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) Н 05 В 7/144

Pg

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

110 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3526167/24-07 (22) 23. 12.. 82 (46) 23.03.84. Бюл. № 11 (72) Б.Д.Денис, О.Ю.Лозинский, В.Я .Перевознюк, Я.С.Паранчук и M.Ñ..Màðóíÿê ,(53),621.365.22(088.8) (56) 1.Хусид Ф.Б. Исследование и разработка метода управления ДСП на основе анализа кривых тока дуги.

Дис. ВНИИЭТО, 1-975..

2, Авторское свидетельство. СССР № 624396, кл. Н 05 В 7(148, 1976. (54) (57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАДИЙ ПЛАВЛЕНИЯ СТАЛИ В ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ, содержащее для каждой фазы датчик тока, выход которого соединен с входом анализатора гармоник связанного выходами с входами блока интеграторов,и регистрирующий- блок о т л и ч .а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности определения стадий плавления, оно снабжено датчиком расхода электроэнергии и для каждой фазы соединенными с выходом датчика тока датчиками дисперсии тока и времени корреляции тока дуги, датчиком времейи, блоком выделения максимального значения и блоками определения вероятности стадии плавления, число которых равно числу стадий, входы каждого из которых соединены с выходами датчиков расхода электроэнергии, дисперсии тока дуги, времени корреляции тока, датчика времени и блока интеграторов, а выходы всех блоков определения вероятности стадии плавления соединены с входами блока выделения максимального значения, выход которого соединен с входом .регистрирующего блока.

1081814

15.2. Устройство по и. 1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что каждый блок определения вероятности стадии плав.ления содержит дифференциатор и элемент вычисления плотности нормального распределения случайной величины по информативной координате, входы которых являются входами блока определения вероятности стадии плавления, шесть входов дифференциатора и элемента вычисления плотности нормально-. го распределения случайной величины соединены с выходами датчиков расхода электроэнергии, дисперсии тока, времени корреляции тока и тремя выходами блока интеграторов, седьмой вход элемента вычисления соединен с датчиком времени„ шесть выходов дифИзобретение относится к электрометаллургии и предназначено, в частности для контроля работы, дуговых электропечей. Известно устройство для определения- стадий плавления в дуговой печи, содержащее анализатор " гармоник, связанный с датчиком тока дуги, и регистрирующий прибор (1) .

Недостатком указанного устройства 1р является низкая точность распознавания стадий плавки вследствие неучета случайного характера изменений отношений амплитуд высших гармоник к амплитуде первой гармоники.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство определения ста дий плавления стали в дуговой электропечи, содержащее для каждой фазы датчик тока, выход которого соединен с входом анализатора гармоник, связанного выходами с входами блока интеграторов и регистрирующий прибор (?).

Недостатком известного устройства является невысокая точность контроля процесса выплавки стали в. дуговой электропечи вследствие ограниченного числа информативных параметров.

Кроме того, в устройстве не учитывается случайный характер изменения этих информативных параметров, что не ференциатора и элемента вычисления . соединены с входами элемента попарной» го умножения, выходы которого соединены с шестью входами первого элемента сложения, седьмой вход которого связан с седьмым выходом элемента вычисления, а выход первого элемента сложения через инвертор — с дополнительным входом первого элемента сложения сдедующего блока определения стадии плавления и через усилитель — . с первым входом второго элемента сложения, второй вход которого через последовательно соединенные транзис-. торный ключ и запоминающий элемент связан со своим выходом, который является выходом блока определения вероятности стадии плавления. дает возможности точного определения моментов окончания стадий плавления, Целью изобретения является повышение точности определения стадий плавления.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения стадий плавления стали в дуговой электропечи, содержащее для каждой фазы датчик тока, выход которого соединен с входом анализатора гармоник, связанного выходами с входами блока интеграторов, и регистрирующий блок, снабжено датчиком расхода электроэнер гии и для каждой фазы соединенными с выходом датчика тока датчиками дисперсии тока и времени корреляции тока дуги, датчиком времени, блоком выделения максимального значения и блоками определения вероятности стадии плавления, число которых равно числу стадий, входы каждого из которых. соединены с выходами датчиков расхода электроэнергии, дисперсии тока, времени корреляции тока, датчика времени и блока интеграторов, а выходы всех блоков определения вероятности стадии плавления соединены с входами блока выделения максимального значения, выход которого соединен с входом регистрирующего блока.

1081814

Каждый блок определения вероятности стадии плавления содержит дифференциатор и элемент вычисления плот. ности нормального распределения случайной величины по информативной координате, входы которого являются входами блока определения вероятности стадии ппавления, шесть входов дифференциатора и элемента вычисления плотности нормального распреде- >0 ления случайной величины соединены с выходами датчиков расхода электро. энергии, дисперсии. тока, времени корI реляции тока и тремя выходами блока интеграторов, седьмой вход элемента 15 вычисления соединен с датчиком времени, шесть выходов дифференциатора и элемента вычисления соединены с входами элемента попарного умноже-. ния, выходы которого соединены с: щ шестью входами первого элемента сложения, седьмой вход которого связан с седьмым выходом".4 элемента вычисления, а выход первого элемента сложения через инвертор — с дополни- 25 тельным входом первого элемента сложения следующего блока определения стадии плавления и через усили-, тель — с первьии,входом второго элемента сложения, второй вход которого через последовательно соединенные транзисторный ключ и запоминающий элемент связан со своим выходом, который является выходом блока определения вероятности стадии плавления.

35, На фиг. 1 изображен график изменения технологических стадий в дуговой сталеплавильной печи; на фиг.2 блок-схема предлагаемого устройства. 40

Устройство для определения стадий плавления стали в дуговой электропечи содержит датчик 1 расхода электроэнергии, а в каждой фазе — датчик 2 тока дуги, датчик 3 дисперсии тока 45 дуги, анализатор 4 гармоник,. вход которого связан с датчиком тока ду- ги, а три выхода соединены с тремя . входами блока Ь интеграторов, датчик

6 времени корреляции процесса изменения тока дуги и датчик 7 времени.

Выходы датчиков 1,3,6 и 1 и блока 5 интеграторов соединены соответствующими входами блоков 8 определения вероятности стадии плавления.К выходам 55 блоков 8 подключен- блок 9 выделения ., максимального значения, который соединен выходом с входом регистрирую- щего блока 10. Каждый блок 8 определения вероятности стадии плавления включает дифференциатор 11, входы -ко торого подключены к соответствующим выходам датчиков 1,3 и 6, :и блока 5 интеграторов, элемент 12 вычисления плотности нормального распределения случайной величины по информативной координате, к входам которого подключены датчики 1,),6 и 7 и блок 5 интеграторов. Выходы элементов 11 и 12 связаны с входами элемента 13 попарного умножения, а выходы элемента 13 соединены с входами сумматора 14, причем последний выход элемента 12 связан с последним входом сумматора 14.

К выходу последнего подключены инвертор 15 и усилитель 16, соединенный с первым входом сумматора 17, второй вход которого через последовательно соединенные транзисторный ключ 18 и запоминающий элемент 19 соединен со своим выходом. Выход элемента 17 . одновременно является выходом блока

8 определения вероятности стадии плавления.

В процессе работы дуговой электропечи непрерывно контролируются время, колебания тока дуги в трех фазах и расход электроэнергии.. Из полученного сигнала, пропорционапьного току дуги, выделяют гармонические составляющие, пропорциональные усредненным значениям отношений амплитуд второй, третьей и пятой гармоник к первой,- а также значения дисперсии тока дуги и времени корреляции корреляционной функции R(< ) процесса изменения тока дуги. Сигналы, пропорциональные отношениям амплитуд высших гармоник к первой, дисперсии тока дуги, времени корреляции и расходу электроэнергии, дифференцируют.по времени к умножают попарно на соответствующие частные производные вероятности конкретной стадии по информативным координатам, т.е. по отношению амплитуд высших гармоник к первой, дисперсии тока дуги, времени, времени корреляции и расходу электроэнергии. Затем эти произведения суммируют, сумма представляет собой. полную производную вероятности i-й стадии по времени . Для получения вероятности дР:

dt ,i-й стадии эа отрезок времени t+at, т.е. Р (t+at) необходимо к значению

1 вероятности (-й стадии за время 1

5 10818

ДPi приоавить at . Наличие конкретЮ ной стадии в данный момент времени определяется по наибольшему значению

as вычисленных вероятностей.

Вероятности стадий плавления опре деляются одновременно по трем фазам и фиксируются регистрирующим прибором., Математический аппарат предлагаемого устройства представляет собой следующее.

Известно, что в дуговой электропечи технологические стадии плавления стали проходят в .строгой и определен14 нои очередности, определяемои техно логическим процессом плавки. Случай15 ный характер процессов обуславливает различную длительность каждой стадии в нескольких однотипных плавках..

Поэтому каждую плавку условно можно разделить на и технологических стадий, которым на rpa4ie .(фиг. 1) соответствуют состояния 1,2,3,...,i,...n.

Принимаем обозначения:

P — вероятность нахождения плавки f, 25 в » -й технологической стадии;

Р»4 - вероятность перехода из » -й стадии в стадию .

dP где „ — полная производная вероят3 ности »-й стадии по времени.

Учитывая, что P = f (õ»,x,...õ,... х„, ), где х», х,...,х „- ийформативные координаты, которые, изменяясь на протяжении всей плавки, на различных технологических стадиях прини35 мают различные значения, отображающие особенности протекания процесса плавки на этих стадиях, после дифференцирования получаем

„У„- 3Р; LP; дХ, аХ„ах, а „dx

"= — Ф вЂ” .— + — ° — +„, —" — (4)

dt. 84 Bx„dt ах. dt " Bx И

Подставив выражения (4) в систему уравнений (3),получаем уравнения для определения прогнозируемых вероятностей технологических стадий в виде

° p(„„,p(, „,(àp,,3P„àõ„,BP ах,,QP, g7(<8 Ох„да ах, ас " ах ас.!

à — " ). « 1 б Зн„а ах, аа " а . " + ! а ; ар; ах, ар; ах, ар„а с„

K»at)=p(t)»gal(— ", + 2+„,» " р. (g» ) р. 8t Ь» dt дХ2 сИ д)» Н р„« ),р «1.„ (Р, >",et dK,,3P„dx)

i а, д, м . а н. (5)

Рф+a4)4P<(t»a<)i +р„(а+аа »„.+р„(4a<) =1

Систему уравнений для определения вероятностей технологических стадий в предположении ординарного и нестационарного потока можно записать в следующем виде:

Р, (t+a) = Р»(t) (1-Р„ (at)

P<(t+at) = Рг(с) 1 Р»> (at)) +

+ Р» ()Р (at)

РЭ() Р3() 34 (23 (P; (t+gt) = P„ (t) 1-Р„; (О У)+

+ Р» „» () Р;», ()

P„(t+at) = P. (t) 14Р.,(.) „., (.)

Р; (t) + P2(t)+...+Р (t)+...+

+Р,„() = 1, (1) где Qt — шаг дискретизации.

Обозначаем вероятность перехода

Р (дс) как

Р; (at) = З,„(at) де, гдето; - интенсивность изменения ве» роятности технологической стадии, которая определяется по выражению „(,) de (t) 1

dt Р (й)

Значение Я (t) принимается постоянным на протяжении шага дискретизации. Тогда

P (Ь.) = " "

»1 d t Р (е) (2)

Подставив (2) в систему уравнений (i), получаем

Р„(1»аЦ=Р„®» И

dP,®

dt, р2(at)= р2(ц» ЙФ - — ьФ

Р2(О И ® б»- dt

Р;«ь )-Р,«) — stdP, \t) dP;,«)

Н dt

p (»at)=p (q) др.- ® и 6

P»(t atji р (4+ й)» „,+ Р,(t, +a<)q„, +-+ Р, (» at)= » (3) 1081814 где P; (t+ht) — вероятность нахождения плавки в » -й технологической стадии в момент времени t+ дс.

Истинной считается та стадия плавки, вероятность которой имеет на- 5 ибольшее значение.

Устройство работает следующим образом.

Датчик .1 расхода электроэнергии вырабатывает напряжение U, пропорци- 10 ональное значению энергии Ы. Датчик

3 дисперсии тока дуги представляет собой аналоговое устройство, на выходе которого получаем напряжение

U>, пропорциональное среднему значению дисперсии D. Датчик 6 времени корреляции процесса изменения тока дуги вырабатывает напряжение 0;о, пропорциональное времени корреляции в о корреляционной функции К(Ф).

Датчиком времени служит таймер типа А1 29-1. Блок 5 вырабатывает напря- жения U, U, U> пропорциональные соответственно отношениям второй. третьей и пятой гармоник и первой. 25

На входы блока 8 подаются выходные напряжения датчиков. 1, 3, 6 и 7 блока

5 интеграторов. С выходов блоков .8 снимаются сигналы, пропорциональные вероятностям наличия стадий, .число щ которых равно шести, Р (t» t), P»(tiat), °,Р6(t nt). Блок 9 выбора максимального значения, на вход которого подаются выходные напряжения бло. ков 8, выбирает наибольшее значение

35 вероятности данной стадии, и это значение фиксируется регистрирующим блоком 10.

Блок 8 определения вероятности стадии функционирует следующим обра- 40 зом.

На входы дифференциатора 1,1 и элементы вычисления плотности нормального распределения случайной величины по информативной координате 12 пода- 45 ются выходные напряжения 0», Ug, Ug, Ug U5 U c с датчиков 1,3,6 и блока

5 интеграторов. Элемент 11, который собран на базе стандартных блоков серии У БСР-АИ вычисляет производные

d%w»10D dug dug dug 1Ц

В и И и dt dt

В элементе 12 происходит вычисление плотности нормального распределения случайной величины f(х) по информативной координате Х согласно выраже нию

-(х-a))È6

° Я

f (х) б (2я где а — математическое ожидание случайной величины;

6 — ее среднеквадратичное отклонение °

Величина а и б задаются перед началом работы для конкретной печи и для каждой стадии путем изменения постоянных элемента 12, который может быть реализован, например, на микропроцессорном устройстве на базе микропроцессора типа. К580 ИК80 по стандарт ной программе.

Функцйю f(x) согласно определению можно трактовать как частную производную вероятности стадии по кеординате

Х, т.е.

f(х) = ах

На выходе блока 11 получаем сигналы

: &Р, ЭР ЭР„ЭР„, 3Р,, аР ЭР : дО р 80р BU Э0ъ Çu ЭО"„о 31

Выходное напряжение элементов 11 и 12 попарно перемножаются элементом 13 (реализован на соответствующю элементах УБСР-АИ), а затем суммируются на сумматоре 14 (элементы

УБСР-АИ) так, что на выходе послед/ него получаем напряжение, пропорциональное полной производной вероятности стадии (в данном случае первой) по времени, которое равно сумме относительных вероятностей IIQ информативным параметрам датчиков 1,3,6 и 7 и блока 5 интеграторов

dP„31,, du® Bv„du аР„ж, t, dt,=àU„äà 8Up dt 8u,dt

ЭP;dug ЭР,dug ЗР duhio . ЭР, j»» +» au,Н аи5 и. au;,dt a

Сигнал инвертируется инвертором

15 и поступает на дополнительный вход сумматора 14 блока 8.второй ста дни, а также поступает на вход масштабного усилителя 16 (реализован на базе элементов УБСР-АИ), где умножается на коэффициент, пропорциональный шагу дискретизации д t = 2 мин.

В начале работы, т.е. в момент времени t = 0 на выходе блоков 8

1081814

10 выставляются начальные условия - ус. тавки напряжения, которые соответ- . ствуют вероятностям соответствующих стадий

Р (О) =1 5

Р (0) = 0

Р (О) — 0

Эти уставки напряжения запоминаются элементами 19 во всех блоках 8. Элементы- 19 представляют аналого-цифровой преобразователь АЦП типа А611-8/2.

За период gt = 2 происходит вычисление интенсивностей изменения вероятностей по всех шести стадиях

JP и в момент времени 0 + h t = t, замыкаются транзисторные ключи 18, и на выходах сумматоров 17 (элементы УБСР-АИ) получаем сигналы, пропорциональные вероятнос- тям стадий 1,2,...б за период времени 1 . В момент времени t1 + 5t

= С опять замыкаются транзисторные ключи 18 и на выходах блоков 8,получаем новые значения вероятностей во всех стадиях.

Таким образом, через каждые 2 мин диспетчер, ведущий плавки, имеет полную картину эволюций технологических стадий, что позволяет повысить точность определения стадий плавления стали в дуговой электропечи, а это приводит к существенному улучшению технико-экономических показателей ее функционирования, в частности к повышению производительности дуговой электропечи и уменьшению удельного расхода электроэнергии.

Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность определения стадий плавления стали в дуговой электропечи и по сравнению с известным приводит в среднем к сокращению длительности плавки на

4Х и уменьшению удельного расхода электроэнергии на 2,5Х.

1081814

Заказ 1568/53 Тираж 783

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,- Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подлисное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Г. Тараканова

Редактор И. Шулла Техред А.Ач Корректор С. Шекмар