Способ управления режимом работы рудно-термической электропечи

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

", 1. -н з0 4ф

5-.: " ( Ц 174 (21) 4870053/02 (22) 28.09.90 (46) 15,07.92. Бюл, М 26 (71) Государственный. научно-исследовательский институт цветных металлов "Гинцветмет" (72) Г.С. Нус, В,С, Пыжов, С.П, Заборцев и А.Ф. Оголь (53) 669.187.2:621.365.22(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 156254; кл. F 27 О 19/00, 1962. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕЖИМОМ РАБОТЫ РУДНО-TEPMN× ЕСКОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ (57) Изобретение относится к металлургии, в частности к способам управления режимов работы рудно-термической. электропечи, например печи для производства тяжелых цветных металлов. Способ управления режимом работы рудно-термической электропечи включает регулирование электрического фазового сопротивлению перемещением электрода, стабилизацию температуры приэлектродйой зоны путем регулирования загрузки шихты. изменение

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу управления режимом работы рудно-термической электропечи, например печи для производства тяжелых цветных металлов, и может быть использовано в черной металлургии и химической промышленности.

Наиболее близким к изобретению является способ управления режимом работы рудно-термической электропечи, включающий регулирование электрического фазового сопротивления перемещением

„„. Ж „„1747833 A 1 (si>s F27,В 3/08 3/28, С 22 В 9/20, F 27 0 19700

2 напряжения в зависимости от отклонения электродов от заданного положейия, определение исходного и текущего значений напряжения и величийы расстояния по вертикали от торца электрода до границы шлаковой ванны. Новым в способе управления режимом работы печи является дополнительное определение исходного и текущего значения расстояния от рабочего конца электрода до уровня металлического расплава в печи, определение требуемого значения напряжения печи по формуле О =

= Uu(h/hu)", где U — - требуемое значение напряжения печи, В; U — исходное значение йапряжения печи, В: h — текущее значение расстояния "от рабочего конца электрода до уровня металлического рас- плава в печи, мм; h — исходное значение расстояния от оабочего конца электрода до уровня металлического расплава в печи, мм: и — показатель степени, равный 0.41-0,85, с последую@им определением отклонейия текущего значения напряжения печи от его требуемого значения; которое и используют в качестве дополнительного корректирующего сигнала, 1 ил.. 1 1абл.

I электрода, стабилизацию температуры приэлектродной зоны путем регулирования загрузки шихты, изменение напряжения в зависимости от отклонения электродов от заданного положения, определение исходного и текущего значений напряжения и величины расстояния по вертикали от торца электрода до границы шлаковой ванны.

По этому способу управление режимом печи в условиях непрерывного процесса осуществляют следующим образом.

1747833

40

45 гласно прототипу приводит к изменению 50

Регулирование мощности печи осуществляют перемещением электродов при постоянном напряжении, стабилизацию температуры приэлектродной зоны осуществляют путем воздействия на загрузку шихты в функции отклонения производной от фазовой проводимости расплава по перемещению электродов, а регулирование напряжения печи выполняют в функции интеграла отклонений положения электрода по времени. При этом регулирование напряжения производят с целью компенсировать отклонение положения электродов, вызванное изменением удельной электропроводности расплава из-за колебания состава шихты, Предполагается, что электроды должны возвращаться в исходное положение, т.е. вследствие постоянства высоты шлаковой ванны в непрерывном процессе заглубление электрода в шлак и расстояние от торца электрода до металлического расплава на подине должны поддерживаться неизменными; за счет чего тепловой режим будет оптимизирован.

Этот способ имеет следующие недостатки. Не учитывается, что на практике продукты плавки (штейн, металл, шлак) выпускаются из печи преимущественно периодически, причем по ряду производственных причин неравномерно, что сопровождается- существенным изменением высоты шлаковой ванны (до 25 — 50 в зависимости от мощности и крупности печи) и соответственно значительным изменением электрической проводимости ванны, По сравнению с этим учитываемое в прототипе изменение проводимости ванйы за счет колебания состава шихты невелико и им можно пренебречь, Значительное изменение состава шихты, если оно имеет место, приводит к расстройствутехнологического процесса, которое не может быть устранено путем регулирования режима печи, а требует корректировки на стадии подготовки шихты.

При изменении уровня металлического слоя на подине и высоты шлакового расплава поддержание положения электрода созаглубления электрода в шлак и расстояния от торца электрода до металлического слоя.

Поскольку при этом мощность, вводимая в печь, стабилизируется, то происходит перераспределение температур в расплаве. В частности, изменяются в обратной зависимости температуры на границе шлак — металлический слой и в зоне плавления шихты, т.е. в наиболее ответственных областях ванны печи, обстановка в которых определяет

30 ход и основные показатели технологического процесса.

Кроме того, при указанном изменении заглубления электрода в шлак и расстояния от торца электрода до металлического слоя изменяется производная от фазовой проводимости расплава по перемещению электрода даже при неизменной температуре в приэлектродной зоне, что приводит к разрегулированию загрузки шихты и температурного режима плавки, /

При значительном увеличении температуры на границе шлак — металлический слой повышается растворимость ценных металлов в шлаке и, соответственно, растут их электрохимические потери, затрудняется эксплуатация устройств для выпуска металла из печи, происходит усиленный износ подины. Это приводит к необходимости снижать рабочую мощность печи. Чрезмерное уменьшение температуры приводит к загустеванию шлака, образованию на этой . границе в ряде случаев промежуточного слоя магнетита. что затрудняет отстой и способствует повышению механических потерь металлов со шлаком. При этом усиливается также настылеобразование на падине, препятствующее своевременному выпуску металла, что влечет за собой увеличение горячих простоев печи. Снижение температуры в верхних слоях шлакового расплава затрудняет плавление шихты и разделение продуктов плавки.

Перечисленные недостатки приводят к уменьшению производительности печи, Цель изобретения — увеличение производительности печи за счет повышения качества управления.

Поставлейная цель достигается тем, что в известном способе управления режимом работы рудно-термической электропечи, включающем регулирование электрического фазового сопротивления перемещением электрода, стабилизацию температуры приэлектродной зоны путем регулирования загрузки шихты, изменение напряжения в зависимости от отклонения электродов от заданного положения. определение исходного и текущего значений напряжения и величины расстояния по вертикали от торца электрода до границы шлаковой ванны, согласно изобретению дополнительно определяют исходное и текущее значения расСтояния от рабочего конца электрода до уровня металлического расплава в печи, определяют требуемое значение напряжения печи по математическому выражению

u=u („" )", (1) 5

1747833 где Π— требуемое значение напряжения печи, В;

0 — исходное значение напряжения печи, В;

h — текущее значение расстояния от ра- 5 бочего конца электрода до уровня металлического расплава в печи, мм;

hu — исходное значение расстояния от рабочего конца электрода до уровня металлического расплава в печи,мм; - 10

n — показатель степени, равный 0.410,65, определяют отклонение текущего значения напряжения печи от его требуемого значения, в зависимости от значения которого 15 изменяют напряжение, подаваемое на печь.

На чертеже изображена блок-схема управления, реализующая предлагаемый способ.

Блок печи 1 включает исполнительные 20 механйзмы перемещения электродов 2, переключателей ступеней напряжения 3, датчики тока печи 4 и фазового напряжения 5.

Выходы датчиков тока 4 и напряжения 5 печи 1 поступают на вход блока 6 измерения 25 фазового сопротивления печи 1, выход которого подают на вход блока 7 измерения и управления перемещения электродов.

Выход блока 7 подают на входы исполни.тельных механизмов 2 перемещения элект- 30 родов. Выходы блоков 6 и 7 подают на вход блока 8 расчета расстояния от торца электрода до металлического слоя, выход которого поступает на вход блока 9 расчета требуемого напряжения. На вход блока 9 35 подают также выход блока измерения напряжения 10, на вход которого поступает выход датчика 5 напряжения печи 1. Выход блока 9 подают на вход блока 11 управления . напряжением, выход, которого поступает 40 на исполнительные механизмы 3 переключателей ступеней напряжения печи 1..

Система работает следующим образом, В рабочем режиме печи известными способами осуществляется полное по- 45 крытие слоем плавящейся шихты зеркала .. шлаковой ванны, что обеспечиваетстабилизацию температуры шлака в приэлектроднойзоне, При минимальной высоте шлаковой 50 ванны опытным путем устанавливают режим, обеспечивающий оптимальную температуру металла (или штейна), измеряемую на выпуске из печи 1. При этом определяют известными методами фазовое напряжение 55 на электродах, фазовое сопротивление печи на электродах (т,е. напряжение и сопротивление, измеренные между электродом, и нулевой точкой; практически — между электродом и заземленным корпусом печи), расстояние бт торца электродов до уровня металлического расплава в печи 1, значения которых принимают в качестве исходных, По ходу плавки за счет роста высоты слоев шлака и металла (штейна) электрическое сопротивление печи 1 уменьшается.

При отклонении фазового сопротивленйй на блоке 6 измерения от исходной (заданной) величины подают сигнал через блок 7 измерения и управления перемещением элект родов исполнительным механизмом 2 печи

1, которые перемещают электроды до тех пор, пока фазовое сопротивление не примет исходное значейие.

При движении электродов на блоке 7 измеряют величину их перемещения, на-" пример, с помощью реостатных датчиков и подают полученное значение íà вход блока

8, куда одновременно с блока 6 подают также измеренные значения отклбнения фазового сопротивления. Йа блоке 8 определяют расстояние от торца электрода до металлического слоя по формуле, которая применяется в случае работы печи с погружением электродов в шлаковый расплав, т,е, (2) где h — текущее значение расстояния от торца электрода до мэталлического слоя, мм;

Л I — величина перемещения электрода вверх в течение одного хода (между двумя соседними остановками) йри регулировании фазового сопротивления печи, мм;

R — фазовое сопротивление перед перемещением электрода йа йеличину Л I, Ом;

R > — фазовое сопротивление после перемещения электрода на величину h1. Ом.

Полученное значение h подают на блок

9, на котором производят расчет требуемого напряжения по выражению(1) и.сравнивают его с текущим значением напряжения, которое подают с блока 10. При наличии отклонения, превышающего шаг ступеней напряжения печного трансформатора, с блока 9 подают корректирующий сигнал нэ блок 11, через который приводят в действие переключатель напряжения и ликвидируют отклонение.

Управление режимом работы многоэлектродной печи осуществляют в соответствии с приведенной блок-схемой, которую реализуют в части, включающей блоки 4-7 и

2, — отдельно для каждого электрода; в час-. ти, включающей блоки 8 — 10 и 5, — отдельно для одного из электродов каждой группы электродов с автоноМным управлением напряжением (например, с единым для данной

1747833 группы электродов переключателем ступеней напряжения печного трансформатора); в части, включающей блоки 9, 11, 3 — для каждого устройства автономного управления напряжением (йереключателя ступеней напряжения). При этом электрйческая нагрузка на электродах в пределах данной группы электродов с автономным управле-. нием напряжением поддерживается симметричной, т.е. исходные значения фазовых сопротивлений ванны печи на электродах указанной группы задаются одинаковыми;

Значение показателя п в формуле (1) в пределах 0,41-0,65 определяется опытным путем для конкретного состава шлака и данного температурного уровня процесса.

При значениях показателя степени, выходящих за указанные пределы, темйература расплава в подэлектродной области не остается постоянной практически при любых реальных составах шлака, а увеличивается при.п >0,65 иуменьшается при n < 0,41, что приводит к нарушению технологического процесса и снижению производительности печи.

В таблице приведены результаты экспериментальных исследований зависимости удельного расхода электроэнергии и производительности печи от способа управления режимом ее работы.

Исследования проведейы на прямоугольной швстиэлектродной промышленной электропечи для плавки сульфидных медных концентратов на штейн. Установленная мощность печных трансформаторов

50 МВт. Номинальная мощность печи 33

МВт. Продолжительность испытаний 12 ч.

Химический состав продуктов плавки (средний за период испытаний), мас,%: состав шлака — железо 10,72; диоксид кремния

54,72; оксид кальция 11,46; медь см. в таблице; состав штейна медь 55,1.0; свинец

4,67, Параметры йсходных режимов при осуществлении известного (прототипа) и заявляемого способов (столбцы 3 и 9 таблицы) практически одинаковы.

При увеличении высоты шлаковой ванны в процессе плавки (строка 4 таблицы) от

214 до 240 см в прототипе и соответственно с 213 до 257 см в предложенном способе мощность печи в прототипе практически остается постоянной, а в предложенном способе увеличивается от 34,0 до 44,1 МВт (строка 9 таблицы). Производительность печи в предложенном способе также значительно возрастает (с 78,2 до 104,6 т/ч), тогда как в прототипе значение производительности не изменяется (строка 14 таблицы), При этом значения температур шлака и штейна

15

25

35 зового сопротивления перемещением электрода, стабилизацию температуры приэлектродной зоны путем регулирования за50

U =UU(hв,)".

45 на выпуске (строки 12 и 13) в предложенном способе не изменяются.

В остальных строках таблицы приведены соответствующие параметры сопоставляемых режимов, Как следует из таблицы, при управлении режимом работы печи согласно изобретению рабочая мощность печи по сравнению с прототипом (и номинальной мощностью) увеличилась: максимальная на 28-33 . средняя на 14-18% при практически неизменных значениях температур в рабочем пространстве. При этом по сравнению с прототипом производительность печи увеличилась; максимальная на 31, средняя на

16%, удельный расход электроэнергии снизился на 2-4%, повысился электрический

КПД и сов р. Содержание меди в отвальном шлаке существенно не изменилось, что объясняется увеличением подэлектродной отстойной зоны, а также одновременным увеличением производительности печи и объема шлаковой ванны, при котором время йребывания шлака в печи остается практически постоянным, Предложенный способ управления обеспечивает увеличейие производительности печи, снижение удельного расхода электроэнергии, повышение электрического

КПД и сов у.

Формула изобретения

Способ управления режимом работы рудно-термической электропечи, включающий регулирование электрического фагрузки шихты, изменение напряжения, подаваемого на печь, в зависимости от отклонения электродов от заданного положения. определение .исходного и текущего значений напряжения и величины расстояния по вертикали от торца электрода до границы шлаковой ванны, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения производительности печи за счет повышения качества управления, дополнительно определяют исходное и текущее значения расстояния от рабочего конца электрода до уровня металлического расплава в печи, определяют требуемое значение напряжения печи по выражению где 0 — требуемое значение напряжения печи, В;

О, — исходное значение напряжения печи, В;

1747833

h — текущее значение расстояния от рабочего конца электрода до уровня металлического расплава печи, мм;

hu — исходное значение расстояния от рабочего конца электрода до уровня металлического расплава в печи,мм:

Зависимость удельмого расхода электроэнергии и производительности печи от способа управления ренином ее работы ь

Характеристика и свойств

Показатели по способу! г!т пlп

Прототип

П редлоаен иый

Т т Г Г

3 4 5 6 7

Линейное напрявемие однофазных печных трансфорнэторов (номинальное), В

1106 1134 1162 1192

1056 1034 1012 900 970 . 950 1056 1080

То ае, что ° п.l, с учетом действительного напряаемия в сети, В

1130 1156 1183 1213 1243 1257

1130 1106 1183 105Э 10381016

3 Сила токе э электродак, «д .

Высота !впакоэой ванны, см

10,3 10,5 10,9 11,0

219 225 22$ 234 240 213 222 229 239 2248 257

214

142 144

143

143 145

83 84 9!

71 74

0,052

SS0

44,1

О ° 970

0,980

1244

0,052 0 ° 052

545 553

34,0 35,8

0,970 0,971

0,976 0.977

1384 1386

1237 1252

0,053

537

34.1

0,970

0,976

1386

1222

О ° 047

524

34,3

0,966

0,968

1229

0,046

549

34,3

0,964

0,96Ь

IЗЭ5

123$

0,044

554

34,4

0,962

0,961

1223

0,042

552

34;5

0,960

0,960

1376 !

230

0 ° 052

37,6

0,971

0,978

1384

12Ь I

О ° 052

548

39,7

0,972

0 979

1388

1228

О ° 050

34,2

0,96$

0,972

1361

1232

0,052

539

4I,8

О;971 о,98о

1390 !

242

78,4 78,6 79,3 79 ° 3 79.5 79,8 78,2 ВЗ,(l 87,6 93,0 98;6 !О4,6

434.4 436,2 437 ° 5 ЬЗ7,5 ЯЗВ ° В 440,0 434,9 431,3 429,2 426,9 423,9 421,6

0,44 0,51 0,50 Ог49 0,48 0,41 0,39 0,34 0,37 0,4! 0,43

0,Ь

17 Показатвль степени и по формуле (1) 0,6!

5 Расстояние от торча электродов до нетэллического слоя (атейиа! на подина (среднее для мести элект- родов) ° см

6 Ваглубленме электродов в алак (среднее), си

7 Сопротивление (фавнов)

° анны печи ма каадом электроде, Ои

8 Высота слоя атейна, см

9 Но>зность печи, НВт

10 Электрический КПЛ

11 Сов >у

12 Температура алака, C е

l3 Температура атсйма, С

14 Производительность печи по твердой аихте, т/ч

15 Удельный расход эпи>!ктроэнергии> КВт.ч/т

16 Содераэние меди ° отвальном алака, 2

n — показатель степени, равный 0,410,65, определяют отклонение текущего значения напряжения печи от его требуемого значе5 ния, в зависимости от значения которого изменяют напряжение, подаваемого на печь. I1 2 11 5 10 5 10,8 11 ° 1 11,4 11,7

142 1I>4 149 155 163 169 177

98 69 73 74 76 79 80

1747833

Составитель Г.Нус

Техред M.Ìîðlåíòàë Корректор M.Ïîæî

Редактор М.Келемеш

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2490 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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