Способ автоматического управления положением реакционной зоны в ванне руднотермической электропечи и система для его осуществления

 

Изобретение относится к области электрометаллургии , преимущественно к электропечам , выплавляющим ферросплавы, и может быть использовано при выплавке фосфора, карбида, кальция, медноникелевых и др. сплавов. Цель изобретения - повышение производительности электропечи, снижение удельного расхода электроэнергии и сырьевых материалов за счет стабилизации положения реакционной зоны по высоте ванны печи. Изобретение характеризуется определением квадрата тока электрода и текущего значения активного сопротивления под каждым электродом, ограничением величины этого сопротивления по верхнему пределу, усреднением его за установленный интервал времени и при одновременном увеличении против соответствующих заданий интегрального значения квадрата тока, среднего и текущего значений активных сопротивлений, выполнением перепуска электрода на установленную величину . 2 с.п. ф-лы, 1 ил. СЛ С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 4 о (Л Ь (л

О

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4866308/02 (22) 13.09.90 (46) 30.09.92. Бюл, М 36 (71) Научно-производственное объединение по автоматизации горнорудных, металлургических предприятий и энергетических объектов черной металлургии "Днепрчерметавтоматика" (72) С.Л.Степанянц, В.В.Годына, В,Я.Свищенко, В.Д.Белан и В.А,Матвиенко (56) Авторское свидетельство СССР

N 1358535, кл. F 27 D 19/00, 1980. (54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ РЕАКЦИОННОЙ

ЗОНЫ B ВАННЕ РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ

ЭЛЕКТРОПЕЧИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области электрометаллургии, преимущественно к электропечам, выплавляющим ферросплавы, и

Изобретение относится к области электрометаллургии, преимущественно к электропечам, выплавляющим ферросплавы и может быть использовано при выплавке фосфора, карбида кальция, медноникелевых и др. сплавов.

При выплавке ферросплавов в руднотермической электропечи положение реакционной зоны по высоте ванны, наряду с вводимой мощностью и балансом углерода, в значительной степени определяет технико-экономические показатели работы агрегата. Отклонение положения реакционной зоны от оптимального положения приводит к снижению скорости и полноты восстановительных реакций и, в конечном итоге, к снижению производительности печи, увели(s1)s F 27 В 3/28, F 27 D t9/00 может быть использовано при выплавке фосфора, карбида, кальция, медноникелевых и др. сплавов, Цель изобретения — повышение производительности электропечи, снижение удельного расхода электроэнергии и сырьевых материалов за сче1 стабилизации положения реакционной эоны по высоте ванны печи. Изобретение характеризуется определением квадрата тока электрода и текущего значения активного сопротивления под каждым электродом, ограничением величины этого сопротивления по верхнему пределу, усреднением его за установленный интервал времени и при одновременном увеличении против соответствующих заданий интегрального значения квадрата тока, среднего и текущего значений активных сопротивлений, выполнением перепуска электрода на установленйую величину. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. чению удельного расхода электроэнергии и сырьевых материалов.

Это объясняется тем, что энергетический КПД электропечи имеет экстремальную зависимость от двух составляющих

6эн = бэ " 6т где бэн, 6э и 6т — энергетический, электрический и тепловой КПД электропечи соответственно.

При высоком положении реакционной зоны G3 велик, à GT — мал. При низком положении реакционной зоны наоборот Ge — мал, а GT- велик. Для получения высокого энергетического КПД процесса необходимо иметь оптимальное по отношению к 6эн расположение реакционной зоны, а следовательно

1765650

Н. = /(а/ан,), где I — ток электрода;

Нэ — заглубление электрода в расплав.

При Hp < НЗяд электрод заглубляется до напряжения печного трансформатора.

При Hp > Нзад электрод перемещается вверх до установления Ho = Kaama с последующей компенсацией рассогласования по при линейной зависимости I от Н, что наблюдается только на многошлаковых электропечах цветной металлургии.

Исследования ферросплавных печей, например, выплавляющих ферросилиций, показывают, что зависимость тока электрода от его заглубления неоднозначна, даже при однородной шихте. Отношение dl/dHa применение — на печах, где рабочий конец значение квадрата тока электрода и активного сопротивления под электродом, ограничивают это сопротивление по верхнему пределу, после чего усредняют за установленный интервал и при одновременном увеличении по сравнению с заданными величинами среднего и текущего значений активного сопротивления и интегрального и положение конца электродов в ванне пе- применения — на печах, работающих с нечи. подвижными электродами, На электропеЗадача сводится к определению откло- чах, например, выплавляющих нения положения конца электрода от апти- ферросилиций, перемещение электрода (измального значения и выработке наиболее 5 за ограниченных возможностей управления эффективного регулирующего воздействия попереключениюступеней напряжения)чадля ликвидации этого отклонения. сто является основным регулирующим возИзвестно устройство автоматического действием. Это связано с тем, что управления процессом электроплавки, пре- рассогласование ступеней напряжения печдусматривающее контроль отклонения по- 10 ных трансформаторов между собой, как праложения электрода в расплаве от заданного вило, не должно превышать 2 ступеней, значения и компенсацию рассогласования чтобы ограничить уравнительные токи перзаглубления электрода посредством пере- вичных обмоток, Поэтому при реализации мещения его. В качестве показателя заглуб- этого способа на этих печах создаются услоления электродов в расплав принята 15 виядля неоправданногоперепускаэлектровеличина дав, т,е. удлинения их с соответствующими последствиями: дополнительными потерями электроэнергии и снижением стойкости электродов.

20 Т.о. известные способы и устройства установления Hp = Haag, а затем рассогласо- стабилизации положения реакционной зование по мощности компенсируется по- ны по высоте ванны не могут обеспечить средством переключения ступеней необходимуюточность на электропечах, использующих перемещение электродов для

25 управления электрическим режимом плавки.

Цель изобретения — повышение произмощности переключением ступеней напря- водительности электропечи, снижение жения. Применение этого метода возможно удельного расхода электроэнергии и сырье30 вых материалов за счет стабилизации положения реакционной зоны по высоте ванны печи, Поставленная цель достигается тем, что известными способами определяют квадрат

35 тока электрода и текущее значение активного сопротивления под каждым электродом, ограничивают величину этого сопротивлеменяется в широких пределах и не может ния по верхнему пределу, усредняют его за являться основанием для определения за- установленный интервал времени и при одглубления электрода в шихте. 40 новременном увеличении против соответстТ.о. устройство имеет ограниченное вующих заданий интегрального значения квадрата тока, среднего и текущего значеэлектрода погружен в расплав. ний активных сопротивлений выполняют

Известен способ управления процес- перепуск электрода на установленную велисом выплавки силикомарганца в руднотер- 45 чину. мической печи и система для его Новым является то, что дополнительно реализации. измеряют положение электрододержателя

По этому способу определяют текущее и при готовности электрода к перепуску, но расположении электрододержателя выше

50 заданного положения, вместо перепуска электрода выполняют перемещение его электрододержателя вниз на установленную величину.

В системе для реализации способа вы55 ход датчика активного сопротивления соединен с первым входом первого блока сравнения и со входом блока ограничения и усреднения, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, а высистемы является ограниченная область ход задатчика сопротивления соединен со

1765650 вторыми входами первого и второго блоков сравнения, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первой схемы совпадения, причем датчик квадрата тока, блок интегрирования и тре- 5 тий блок сравнения соединены последовательно, второй вход третьего блока сравнения соединен с выходом задатчика ампер-квадрат часов, а выход — с третьим входом первой схемы совпадения, второй 10 вход блока управления перепуском электрода соединен с выходом задатчика величины перепуска электрода, кроме того, выход первой схемы совпадения соединен с первыми входами второй и третьей схем совпа- 15 дения, а выход датчика положения электрододержателя соединен со вторым входом третьей схемы совпадения, и через ячейку НЕ со вторым входом второй схемы совпадения, при этом выход третьей схемы 20 совпадения соединен с первым входом блока управления перепуском электрода и вторым входом блока интегрирования, а выход второй схемы совпадения соединен с первым входом блока управления опусканием 25 электрододержателя, второй вход которого соединен с выходом задатчика величины перемещения электрододержателя.

На чертеже изображена блок-схема системы для реализации способа автоматиче- 30 ского управления положением реакционной зоны в ванне руднотермической электропечи.

Система содержит датчик I активного сопротивления, блок 2 ограничения и усред- 35 нения, первый и второй блоки 3 и 4 сравнения, задатчик 5 сопротивления, датчик 6 квадрата тока, блок 7 интегрирования, третий блок 8 сравнения, задатчик 9 амперквадрат часов, первую, вторую и третью 40 схемы 10 — 12 совпадения, датчик 13 положения электрододержателя, ячейку НЕ 14, блок 15 управления опусканием электрододержателя, задатчик 16 величины перемещения электрододержателя, блок 17 45 управления перепуском электрода и задатчик 18 величины перепуска электрода.

Выход датчика 1 активного сопротивления соединен со входом блока 2 ограничения и усреднения и с первым входом 50 первого блока 3 сравнения. Выход блока 2 соединен с первым входом второго блока 4 сравнения. Выход задатчика 5 сопротивления соединен со вторыми входами первого и второго блоков 3 и 4 сравнения, Датчик 6 55 квадрата тока, блок 7 интегрирования и третий блок 8 сравнения соединены последовательно. Выход задатчика 9 ампер-квадрат часов соединен со вторым входом третьего блока 8 сравнения.. Выходы первого, второго и третьего блоков 3, 4 и 8 сравнения соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первой схемы 10 совпадения, выход которой соединен с первыми входами второй и третьей схем 11 и 12 совпадения.

Выход датчика 13 положения электрододержателя соединен со вторым входом третьей схемы 12 совпадения, а через ячейку 14 НЕ со вторым входом второй схемы 11 совпадения.

Выход второй схемы 11 совпадения соединен с первым входом блока 15 управления опусканием электрододержателя, второй вход которого соединен с выходом задатчика 16 величины, перемещения электрододержателя.

Выход третьей схемы 12 совпадения соединен со вторым входом блока 7 интегрирования и с первым входом блока 17 управления перепуском электрода, второй вход которого соединен с выходом задатчика 18 величины перепуска электрода.

Система работает следующим образом.

Сигнал R от датчика 1 активного сопротивления поступает в блок 2, где его величина ограничивается по верхнему пределу и усредняется на заданном интервале, Усредненное значение Rcp сравнивается в блоке

4 с величиной R>, устанавливаемой задатчиком 5 и при Rcp > R> сигнал бйср поступает на второй вход схемы 10 совпадения. Параллельно сигнал R датчика 1 поступает в блок

3, где он сравнивается с заданием R> и при

R > Rs сигнал dR поступает на первый вход схемы 10 совпадения. Одновременно сиг2 нал датчика 6 квадрата тока электрода интегрируется (! т) в блоке 7, затем срав2 нивается в блоке 8 с величиной (! г)з, установленной задатчиком 9 ампеу-квадрат часов и при т > (! t)> сигнал d(! т) постуг г пает на третий вход схемы 10 совпадения.

При одновременном поступлении всех трех сигналов на выходе схемы 10 совпадения появится сигнал С, который одновременно поступает на первые входы схем 11 и 12 совпадения. При расположении электрододержателя выше заданного нижнего положения ($ = О) на второй вход схемы 11 совпадения через ячейку 14 НЕ поступает инверсный сигнал (S> = 1) датчика 13 положения электрододержателя. При одновременном поступлении на входы схемы 11 совпадения обоих сигналов С и Sz на ее выходе формируется сигнал S, который поступает на первый вход блока 15 управления опусканием электрододержателя, на второй вход которого от задатчика 16 поступает задание dS величины разового перемещения электрододержателя. При

1765650

55 расположении электрододержателя в заданом нижнем положении (Я = 1) сигнал датчика 13 положения электрододержателя поступает на второй вход схемы 12 совпадения, При одновременном поступлении на входы схемы 12 совпадения обеих сигналов

С и S< на ее выходе формируется сигнал L, который поступает на первый вход блока 17 управления перепуском электрода, на второй вход которого поступает задание dL величины разового перепуска электрода от задатчика 18. Одновременно сигнал L с выхода схемы 12 совпадения поступает на второй вход блока 7 интегрирования и обнуляет

его значение.

При увеличении значений R u Rcp против

Rs, а 1 t против (! -t)> система перед выполнением перепуска электрода осуществляет и роверку расположения электрододержателя относительно заданного нижнего положения и, в зависимости от этого, формирует управляющий сигнал на перепуск электрода или на опускание электрододержателя вместе с электродом.

Таким образом, использование четырех параметров — величина текущего значения активного сопротивления под электродом, усредненное значение этого сопротивления за интервал, величина ампер-квадрат часов, израсходованных от начала предыдущего перепуска и положение электрододержателя относительно заданного нижнего значения, позволяет обеспечить необходимое качество спекания электродного блока, подлежащего перепуску и стабилизировать положение реакционной зоны в ванне печи, Для отстройки от возмущений, связанных с неравномерностью выхода сплава и шлака из печи, текущее значение активного сопротивления под электродом ограничивается по верхнему пределу, равному 1,1-1,3 величины сопротивления R>, установленной для выполнения перепуска, Для представительности величины активного сопротивления под электродом, при выработке сигнала на перепуск, усреднение ее выполняется за время 4 — 10 ч, Оптимальное значение интервала, принятое при проверке способа в промышленных условиях Запорожского (ЗФЗ) и Ермаковского (ЕФЗ) ферросплавных заводов для плавки ферросилиция составило 6-8 ч. При интервале усреднения менее 4 часов сказываются колебания активного сопротивления, вызванные неравномерностью выхода сплава и шлака из печи. При интервале более 10 часов ухудшаются динамические свойства системы и снижается представительность параметра.

Величина активного сопротивления под электродом, установленная для формирования сигнала на перепуск электрода принимается равной 0,8 — 1,4 мОм. Оптимальное значение этой величины при выплавке ферросилиция для печей 21 — 27 МВА составляет

1,2 — 1,3 мОм, а для печей 63 МВ А — 0,9 — 1 мОм. При задании активного сопротивления менее 0,8 мОм электроды удлиняются и реакционная зона опускается ниже оптимального положения, что приводит к замедлению восстановительных реакций и, в конечном итоге, к снижению технико-экономических показателей работы печи. При задании активного сопротивления более 1,4 мОм, электроды укорачиваются, что приводит к повышению тепловых потерь, а следовательно увеличению удельного расхода электроэнергии.

Величина разового перепуска электрода и перемещения электрододержателя вниз принимаются равными 20 — 30 мм. Оптимальное значение — 25 мм. При большем значении этой величины возможен перегруз по току электрода, а при меньшем значении — повышается частота перепуска и перемещений, что снижает ресурс электроконтактных щек и исполнительных механизмов.

Система может быть реализована на серийных средствах ВТ и приборах ГСП.

Экспериментальные исследования, проведенные на электропечах ЗФЗ и ЕФЗ, показали возможность следующего улучшения технико-экономических показателей работы печей: увеличение производительности на 2 — 3 ; снижение удельного расхода электроэнергии на

1,5-2 ; снижение удельного расхода коксика на 1,5 — 20

Формула изобретения

1, Способ автоматического управления положением реакционной зоны в ванне руднотермической электропечи, включающий измерение текущего значения квадрата тока электрода и активного сопротивления под электродом, ограничение этого сопротивления по верхнему пределу, усреднение его за установленный интервал времени и при одновременном увеличении против соответствующих заданий интегрального значения квадрата тока, среднего и текущего значений активного сопротивления, выполнение перепуска электрода, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения производительности электропечи, сниже- ния удельного расхода электроэнергии и сырьевых материалов, дополнительно измеряют положение электрододержателя и при готовности электрода к перепуску при расположении электрододержателя выше за1765650

10 данного положения перемещают электрододержатель вниз на заданную по технологии величину.

2. Система автоматического управления положением реакционной зоны в ванне руднотермической электропечи, содержащая датчик активного сопротивления, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения и с входом блока ограничения и усреднения, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, задатчик сопротивления, выход соединен с вторыми входами первого и второго блоков сравнения, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первой схемы совпадения, последовательно соединенные датчик квадрата тока, блок интегрирования и третий блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика ампер-квадрат часов, а выход — с третьим входом первой схемы совпадения, блок управления перепуском электрода, второй вход которого соединен с выходом задатчика величины перепуска электрода, и ячейку НЕ, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения производительности электропечи, снижения удельного расхода электроэнергии и сырьевых

5 материалов, она снабжена датчиком положения электрододержателя, второй и третьей схемами совпадения, блоком управления опусканием электрододержателя и задатчиком величины перемещения элект10 рододержателя, причем выход первой схемы совпадения соединен с первыми входами второй и третьей схем совпадения, выход датчика положения электрододержателя соединен с вторым входом третьей схе15 мы совпадения и через ячейку НЕ с вторым входом второй схемы совпадения, выход третьей схемы совпадения соединен с первым входом блока управления перепуском электрода и вторым входом блока интегри20 рования, а выход второй схемы совпадения соединен с первым входом блока управления опусканием электрододержателя, второй вход которого соединен с выходом задатчика величины перемещения электро25 додержателя.