Способ определения электрических сопротивлений зон рабочего пространства дуговой электропечи



Способ определения электрических сопротивлений зон рабочего пространства дуговой электропечи

 


Владельцы патента RU 2418394:

"Санкт-Петербургская электротехническая компания" (RU)

Изобретение относится к области измерений электрических параметров дуговых электропечей. Технический результат - повышение точности. В способе определения электрических параметров зон рабочего пространства дуговой электропечи производят измерение мгновенных значений тока и фазного напряжения электрода, амплитудных значений и фазы тока и напряжения и вычисление по ним электрических сопротивлений зон рабочего пространства с использованием схем их замещения. При этом в качестве схем замещения используют схемы с активным электрическим сопротивлением, включенным в схему замещения последовательно электрическому сопротивлению дуги, которое характеризует зону расплава в приэлектродном пространстве дуговой печи и активным электрическим сопротивлением, включенным в схему замещения, которое характеризует зону шихты шунтирующей дугу в приэлектродном пространстве дуговой печи. Причем мгновенные значения тока и напряжения измеряют на временном интервале, кратном периоду изменения тока, по этим значениям рассчитывают значения дифференциального активного сопротивления цепи электрода. Определяют максимальное значение данного сопротивления и среднюю величину из его минимальных значений. При этом электрическое сопротивление зон рабочего пространства вычисляют по заданным соотношениям. 3 ил.

 

Изобретение относится к области измерений электрических параметров дуговых электропечей, предназначенных для получения электростали, ферросплавов, карбидов, фосфора и плавленых огнеупоров.

Известен способ определения параметров схем замещения подэлектродных зон руднотермической печи (РТП) на основе измерения гармонических составляющих рабочих токов и напряжений на электродах в ходе технологического процесса, что позволяет рассчитывать параметры схем замещения (сопротивления зон рабочего пространства) как на основе полного спектра, так и при учете различного числа гармонических составляющих токов и напряжений, определять энергетические параметры и распределение энергии в подэлектродных зонах [1].

Также известен способ определения сопротивления подэлектродного и межэлектродного объемов ванны шестиэлектродной рудотермической печи, при котором в шестиэлектродной печи с попарным подключением электродов измеряют заглубление первого из пары электродов, определяют значение фазного тока и напряжений между электродами и подиной, их приращения и на основании этих данных рассчитывают сопротивление объемов ванны под каждым электродом и между ними [2].

Недостаток известных способов состоит в низкой точности определения электрических параметров.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ измерения электрических параметров рабочей зоны рудотермической печи, при котором между подиной и одним из электродов на время измерения подключают дополнительное сопротивление, измеряют вызываемые этим подключением изменения токов электродов и напряжений между электродами и подиной, и по ним определяют параметры схемы замещения рабочей зоны печи и долю токов электродов, стекающих на подину [3].

Недостатки известного способа состоят в том, что значения переменных токов дуг и величин падений фазовых напряжения на каждом из электродов имеют стохастический характер и существенно изменяются в пределах каждого периода, отклоняясь от синусоидального закона. Это снижает точность определения электрических сопротивлений зон рабочего пространства электродуговой печи с токопроводящей подиной.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в повышении точности определения электрических сопротивлений зон рабочего пространства электродуговой печи.

Для этого в дополнение к известному способу определения электрических параметров зон рабочего пространства дуговой электропечи для рафинировочного, шлакового и бесшлакового процессов, при которых измеряют мгновенные ток и фазное напряжение электрода, определяют амплитудные значения и фазы тока и напряжения, и по ним вычисляют сопротивления зон рабочего пространства с использованием схемы замещения, предлагается в качестве схем замещения использовать схемы с активным электрическим сопротивлением (Rp), включенным в схему замещения последовательно электрическому сопротивлению дуги (rд), которое характеризует зону расплава в приэлектродном пространстве дуговой печи и активным электрическим сопротивлением (Rш), включенным в схему замещения параллельно rд, которое характеризует зону шихты шунтирующей дугу в приэлектродном пространстве дуговой печи, при этом мгновенные значения тока и напряжения измерять на временном интервале, кратном периоду изменения тока, по этим значениям рассчитывать значения дифференциального активного сопротивления цепи электрода, далее определять его максимальное значение и среднюю величину из минимальных значений дифференциального активного сопротивления цепи электрода, а сопротивление зон рабочего пространства вычислять по соотношениям:

для рафинировочного процесса

Rp=rдиф.ср.min;

для шлакового процесса:

Rp=rдиф.ср.min;

Rш=rдиф.max-Rp;

для бесшлакового процесса:

Rш=rдиф.max;

Rp=Rшrдиф.ср.min/(Rш-rдиф.ср.min).

rдиф.ср.min - среднее из минимальных дифференциальных активных сопротивление цепи электрода (rдиф);

rдиф.max - максимальное дифференциальное активное сопротивление цепи электрода.

Сущность изобретения поясняется изображенными на Фиг.1-3 схемами замещения, применительно к рафинировочному процессу (Фиг.1), шлаковому процессу (Фиг.2) и бесшлаковому процессу (Фиг.3).

Электрическая цепь с дуговым разрядом является нелинейной. В силу специфики горения электрической дуги, из-за нестабильности химического состава и проводимости расплава металла, шлака, формы активной части электрода мгновенные значения электрических параметров нестабильны, что отрицательно сказывается на точности определения электрических параметров зон рабочего пространства дуговой электропечи и затрудняет управление технологическим процессом выплавки.

В связи с этим для повышения точности определения электрических параметров, а именно электрических сопротивлений зон рабочего пространства дуговой электропечи, предложено измерять мгновенные значения токов и напряжений на одном (или нескольких последовательных) временном интервале, равном периоду изменения тока. При использовании тока с промышленной частотой f=50 Гц, продолжительность одного временного интервала измерения составляет t=0,02 с.

Для определения электрических параметров зон рабочего пространства дуговой электропечи (т.е. величин сопротивлений rд, Rp, Rш) при известном токе электрода (iэл) и падении напряжения на его активном сопротивлении (uэл) воспользуемся следующими свойствами дуги.

1. В момент времени, когда iэл стремится к 0 (iэл→0) дуга гаснет и ее сопротивление стремится к бесконечности (rд→∞).

2. После зажигания дуги существует момент времени, когда напряжение дуги (uд) постоянно и не зависит от тока, т.е. uд=const.

Исходя из того, что для выплавки используется переменный ток, изменяющийся во времени t, то для оценки мгновенных значений параметров необходимо применять дифференциальный анализ. В этом случае падение напряжения на активном сопротивлении цепи электрода в общем случае равно:

где rэл - активное сопротивление электрода.

Исходя из (1), можно записать:

Для рафинировочного процесса (Фиг.1):

Для шлакового процесса (Фиг.2):

Для бесшлакового процесса (Фиг.3):

Следует отметить, что переменным во времени в уравнениях (1)-(4) является только нелинейное сопротивление rд (1), а Rш и Rp на рассматриваемом промежутке времени остаются постоянными.

Для нахождения значения сопротивления цепи электрода в моменты времени, отвечающие упомянутым выше свойствам 1 и 2 дуги, производят анализ дифференциального сопротивления, как отношения первых производных напряжений (иэл)' и тока (iэл)' по времени:

Из свойства 1 следует, что в момент времени, когда iэл→0:

Из свойства 2 следует, что в момент времени, когда uд=const и не зависит от тока, можно записать:

rдиф=((uд)'+(up)')/(iэл)';

где (up)' - первая производная от величины падения напряжения на сопротивлении Rp;

Другими словами, если действует свойство 1, дифференциальное сопротивление rдиф является максимальным и не содержит нелинейного сопротивления rд при этом (rдиф(t))' меняет свой знак с плюса на минус. Если же действует свойство 2, то дифференциальное сопротивление rдиф является минимальным и также не содержит нелинейного сопротивления rд, a (rдиф(t))' меняет свой знак с минуса на плюс. Однако вследствие нестабильности свойств расплава за полупериод может иметь место несколько минимумов и максимумов rдиф. Поэтому для практических расчетов Rш и Rp во внимание принимают наибольшее значение среди множества максимальных и среднее из множества минимальных значений rдиф.

Примеры реализации способа

Определение электрических параметров зон рабочего пространства проводят применительно к ванне дуговой электропечи типа РКЗ-21 с токопроводящим подом, работающей на переменном токе промышленной частоты (ТПЧ), т.е. f=50 Гц.

При ведении электродугового процесса на одной из питающих фаз Ф производят непрерывное измерение мгновенных значений тока iэл(t) и напряжения иэл(t) на интервале времени, равном одному периоду ТПЧ: t=1/f=0,02 с.

По измеренным значениям рассчитывают дифференциальное активное сопротивление цепи электрода:

rэл(t)=uэл(t)/iэл(t); => rдиф=(uэл)'/(iэл)'.

Горение электрической дуги происходит в среде, где протекают эндотермические реакции, что нарушает стабильность ее характеристик. Вследствие этого величина дифференциального сопротивления rдиф(t) изменяется во времени по кривой, имеющей несколько (в частном случае 3) минимальных значений:

rдиф.min 1=0,93 мОм; rдиф.min 2=0,51 мОм; rдиф.min 3=0,48 мОм.

Минимальные значения фиксируют в моменты времени, когда первая производная от функции rдиф(t) становится равной нулю и при переходе через нуль меняет свой знак с минуса на плюс.

По полученным минимальным значениям дифференциального активного сопротивления цепи электрода рассчитывают среднее из минимальных (среднее минимальное) значение rдиф.ср.min:

rдиф.ср.min=(rдиф.min 1+rдиф.min 2+rдиф.min 3)/3=(0,93+0,51+0,48)/3=0,64 мОм.

Затем, используя схему замещения, определяют электрические сопротивления зон рабочего пространства дуговой электропечи в зависимости от типа технологического процесса плавки.

1. Рафинировочный процесс (Фиг.1):

Rp=rдиф.ср.min=0,64 мОм.

Для остальных типов процесса определяют максимальное значениям дифференциального активного сопротивления цепи электрода, при котором первая производная меняет свой знак с плюса на минус:

rдиф.maх=1,18 мОм.

2. Шлаковый процесс (Фиг.2):

Rp=rдиф.ср.min=0,64 мОм;

Rш=rдиф.max-RP=1,18-0,64=0,54 мОм.

3. Бесшлаковый процесс (Фиг.3):

Rш=rдиф.max=1,18 мОм;

RP=Rшrдиф.ср.min/Rш-rдиф.ср.min)=1,18·0,6/(1,18-0,64)=1,4 мОм.

Мгновенные значения тока iэл(t) и напряжения uэл(1) могут быть измерены на интервале времени, кратном периоду ТПЧ, т.е. 0,04 с, 0,06 с, 0,08 с и т.д. Все остальные операции по определению электрических сопротивлений зон рабочего пространства дуговой электропечи будут теми же.

Технико-экономические преимущества предложенного способа состоят в том, что его реализация позволяет точно и однозначно определить электрические сопротивления зон рабочего пространства дуговой электропечи с использованием схемы замещения и результатов расчетов мгновенных значений дифференциального активного сопротивления цепи электрода в условиях нестабильности горения дуги, присущего реальным рудовосстановительным и электросталеплавильным процессам.

Источники информации

1. Лукашенков А.В., Фомичев А.А. Инженерная методика расчета параметров схем замещения подэлектродных зон руднотермической печи. Журнал «Сталь». 1998. №10, стр.25-29.

2. Авт.св. СССР №1585905, МКП Н05В 7/144, 1990 г.

3. Авт.св. СССР №379063, МКП Н05В 7/18, 1973 г. - прототип.

Способ определения электрических сопротивлений зон рабочего пространства дуговой электропечи для рафинировочного, шлакового и бесшлакового процессов, включающий измерение мгновенных значений тока и фазного напряжения электрода, определение амплитудных значений и фазы тока и напряжения и вычисление по ним электрических сопротивлений зон рабочего пространства с использованием схем их замещения, отличающийся тем, что в качестве схем замещения используют схемы с активным электрическим сопротивлением (RР), включенным в схему замещения последовательно электрическому сопротивлению дуги (rд), которое характеризует зону расплава в приэлектродном пространстве дуговой печи и активным электрическим сопротивлением (Rш), включенным в схему замещения параллельно rд, которое характеризует зону шихты шунтирующей дугу в приэлектродном пространстве дуговой печи, при этом мгновенные значения тока и напряжения измеряют на временном интервале, кратном периоду изменения тока, по этим значениям рассчитывают значения дифференциального активного сопротивления цепи электрода, определяют в момент времени, когда его первая производная переходит с плюса на минус, его максимальное значение и среднюю величину из его минимальных значений, определяемых как переход его первой производной с минуса на плюс, а электрическое сопротивление зон рабочего пространства вычисляют по соотношениям:
для рафинировочного процесса
Rp=rдиф.ср.min,
для шлакового процесса
RP=rдиф.ср.min,
Rш=rдиф.max-RP,
для бесшлакового процесса
Rш=rдиф.max,
RP=Rшrдиф.ср.min/(Rш-rдиф.ср.min),
где сопротивление rдиф.ср.min - среднее из минимальных дифференциальных активных электрических сопротивлений электрода;
rдиф.max - максимальное дифференциальное активное электрическое сопротивление электрода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к рудовосстановительным электропечам ферросплавного производства, и может быть использовано в электротермии при получении любой продукции, технологические процессы которых осуществляются в плавильных агрегатах, оснащенных трансформаторами переменного тока.

Изобретение относится к электротермии. .

Изобретение относится к способу работы пирометаллургической печи, в частности дуговой печи, при работе которой несколько рабочих параметров удерживают внутри заданных пределов.

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов и может быть использовано при выплавке слитков из титановых сплавов.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при эксплуатации дуговой электропечи, содержащей по крайней мере один электрод. .

Изобретение относится к электрошлаковому переплаву и может быть использовано в регуляторах режимов электрошлаковых печей. .

Изобретение относится к электротермии, в частности к автоматическим регуляторам положения электродов дуговых сталеплавильных электропечей. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к рудовосстановительным печам, и предназначено для повышения надежности работы самообжигающихся электродов при длительных простоях печи и оптимального выхода на рабочий режим.

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумному дуговому переплаву высокореакционных металлов и сплавов и может быть использовано при выплавке слитков из титановых сплавов.

Изобретение относится к технологии производства электрокорунда, в частности к способам управления плавкой белого электрокорунда в электродуговой печи. .

Изобретение относится к электрометаллургии и может быть использовано для контроля вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов и сплавов, например титана.

Изобретение относится к металлургии, в частности к рудовосстановительным печам, и предназначено для повышения надежности работы самообжигающихся электродов при длительных простоях печи и оптимального выхода на рабочий режим.

Изобретение относится к устройствам для вакуумной дуговой плавки высокореакционных металлов, а именно к крупногабаритной изложнице кристаллизатора дуговой вакуумной печи.
Изобретение относится к области металлургии. .
Наверх