Способ оптимального регулирования

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Завпспмос ol авт. свидетслытва Л

Кл. 21h, 16/01

2111, 24!01

Заявлено 21.1.1967 (№ 1128327/24-7) с присоединением заявки М

Комитет по делам изобретеиий и открытий при Совете Мииистров

СССР

МПК Н 05Ь

F 27b

УД 6Л.365.22 (088.8) Приоритет—

Опубликовано 07.Х.1969. Бюллетень ¹ 31

Дата опубликования описания 3.III. 1970

ПА; (;;т>;

Автор изобретения

Б11Б. 1 11 ОТЕЕА

В. Н. Голубев

Заявитель Ленинградский политехнический институт имени М. И. Калинина

СПОСОБ ОПТИМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА ДУГОВОЙ

СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИ

Известный способ регулирования электрического режима дуговой сталеплавильной печи с использованием сигналов, пропорциональных мощности электрических дуг, и сигналов, пропорциональных температуре металла, не позволяет для каждой конкретной плавки обеспечить наиболее рациональный режим работы печи с наименьшей себестоимостью выплавки стали.

Отличительная особенность описываемого способа состоит в том, что сигнал, пропорциональный температуре металла, получают путем измерения перепада температур в точках футеровки, расположенных по нормали к внутренней поверхности ее ниже уровня расплавленного металла; полученный сигнал температуры вместе с сигналами, пропорциональными мощности дуг, преобразуют на модели в сигналы, пропорциональные теплоэнергетическому состоянию печи, и на основании полученных сигналов вычисляют, например на быстродействующей модели, оптимальные значения регулируемых параметров.

Это отличие позволяет уменьшить себестоимость выплавки стали.

На фиг. 1 дана электрическая модель печи; на фиг. 2 — схема устройства (оптимизатора) для осуществления данного способа; на фиг. 3 и 4 — графики для пояснения работы печи.

Нестацпонарньш тепловой поток в стенке печи можно моделировать электрической одномерной цепочкой, состоящей пз резисторов и конденсаторов. Прп известном законе изменения температуры на внутренней границе стенки (подвергающейся тепловому воздействию) можно изучать нестацпонарные тепловые процессы на модели с любым. удобным для исследователя, масштабом времени.

jp Если известна температура металла в области, близкой к внутренней границе стенки печи, с достаточной степенью точности можно сказать, что она соответствует температуре границы стенки (ниже об этом будет сказано подробнее), поэтому граничное сопротивление (фиг. 1) следует взять равным нулю. Как известно, наружная поверхность печи пренебрежимо мало нагревается в течение кампании, поэтому сопротивление ги следует исклю20 чить.

При более точном моделировании нужно учесть изоляционные слои кладки, поэтому необходимо построить модель многослойной стенки с различными постоянными времени

25 групп интегрирующих звеньев, На фиг. 1, вверху, показана одна такая группа, состоящая из трех звеньев. Число звеньев зависит от желаемой точности моделирования. Она тем точнее, чем больше количество звеньев.

30 Износ кладки легко моделируется выключе3

253962 где U — напряжение;

С вЂ” емкость.

Теплосодержание ванны (или материала) кускового где С вЂ” теплоемкость металла;

GE — вес м еталл а 1-той зоны;

ts — температура i-той зоны.

В модели С соответствует U, но логически ясно, что увеличение веса завалки влечет за собой увеличение емкости конденсаторов правой группы. Это ясно, так как мгновенное значение напряжения на конденсаторе зависит от крутизны характеристики интегрирования, определяемой постоянной времени ячейки, в свою очередь зависящей от емкости конденсатора при постоянном сопротивлении, а оно нием соответствующего количества звеньев (резистор закорачивается, конденсатор отключается).

Температуропроводность кладки печи, соответствующая электропроводности в модели, значительно падает с ростом температуры, поэтому изменение ее (температуропроводности) следует учитывать. Для этого удобно воспользоваться падающим у шстком oop !!!loll вольтамперной характерисгики полупроводниковых диодов в комбинации с линейными резисторами. B нижней цепочке (фиг. 1) вместо линейEIblx резисторов в ячейках включены комбинации пары диодов и резистора. При изменении направления тока модели всегда Од1ш из диодов включен встречно, сопротивлением парного в прямом направ leE»IEI можно пренебречь.

Шихта в дуговой печи может быть представлена (промоделирована) группой элементарных интегрирующих звеньев. ha фиг. 1 таких звеньев три.

Под кривой разгона дуговой печи предлагается понимать зависимость температуры некоторой «характерной точки» (х на фиг. 1), лежащей в кладке в непосредственной близосги от металла и несколько ниже уровня его в расплавленном состоянии от «лестницы» вводимой мощности. Под «лестницей» мощности следует понимать полезную мощность дуг, а не Г10требляеььу10 из сети, 1 a«как полезн2>1 мощность, идущая на нагрсв металла, нелинейно и неоднозначно зависит от,потребляемой.

Таким образом, сочлеинв эти две группы звеньев, получим полную модель нсчи в радиальном одномерном измерении с критерием количества в «характерной точке».

Как известно, кладка рекунерирует 20 — 30;"О 1епла по отношению к теплу, необходимом i для расилавлсн1гя мегалла, и поэтому емкость

1 Онденсагора леВОЙ 1ас1и лlодс lи должна

oocT2EI 1!11ü то ке 20 — 30 "1О QT I llliocTH hoIIJEIIсаторов правои часги модели. Это имеет и физический смысл, Энергия конденсаторов у ъ Э

65

60 (сопротивление) постоянно, потому что тепловое сопротивление шихты в радиальном одномерном измерении не изменяется при изменении веса завалки. Итак, напря>кение на конденсаторе имитирует и температуру и вес

IIIIIxTI!. Таким образом, емкости модели имитируют энергетические соогнон1ени11, а сопротивлсиll>l -- временные.

Сопротивления левой и правой групп модели следует выбирать соотвегствующими температуропроводностлм металла и кладки в желаемом масштабном соотношении, а емкости груllll конденсаторов левон и право I половин должны относиться как 2: 10 (3: 10).

Дать точный расчет модели нецелесообразно, так как нри этом необходимо учитывать изменения параметров печи и многих других трудно контролируемы величин. Тем не менее, эти изменения косвенно войдут в кривую, моделирующую реальную, при совпадении их хотя бы в точках экстремумов и перегибов.

Необходимо показать, как отстроить модель по приближенным расчетам длл того случал, когда качество шихты, укладка ее и технология плавки стандартны и последняя ведется без продувки кислородом (хотя можно моделировать и последнее введением дополнительного количества энергии в определенное время):

1. В точке х реальной дуговой печи снимастся температурная кривал в зависимости от

«лестницы» полезной мощности.

2. Ступени мощности за определенные промеж) тки времени записываются запомш1ающим устройством, которое может выдавать периодически накопленную информацшо за всю плавку в течение небо,чьшого времени, за2èñÿùåãо от разрешающей способности имеюшегосл,в наличии осциллографа.

3. Предварительно рассчитав модель, к точке ес, соответствующей «характерной точке» печи, подключается осциллограф.

4, На экране осциллографа укрепляетсл калька с графиком температуры в точке х, а на вход модели периодически подается «лестница» мощнocTи с запоминающего устройства.

5. Подстраивал параметры левой и правой половин схемы, добиваются того. чтобы экспериментально снятая кривая и кривая, снимаемая с вы ода модели, совпали.

После этого можно приступать к любым манипуляц11ял1 на модели.

Для отражения энергетических соотношений в печи удобнее пользоваться натуральным масштабом, так как в этом случае имеется возможность корректировать модель постоянной подачей сигнала с термопары, вмонтированной в «характерной точке» печи на стык левой и правой половин модели, и только для отыскания экстремума пользоваться гомохронной моделью с меньшим масштабом времени.

Оптимизатор должен установить рациональное соотношение между величинами, соответствующими оптимальному времени плавления

253962 и оптимальной мощности одновременно. ))„)!я этого необходимо изменить ro) печи в большую или меньшую сторону и выбрать наименьшее значение суммы.

Рациональное значение тока 1„(фиг. 3), отвечающего наименьшему денежному расходу на тонну выплавляемой стали, лежит между значениями токов 1) и 1, соответствующих наименьшему расходу электроэнергии V u наименьшему времени плавления t.

Однако величина cire цения отрезков 0 — 0

I)p1I этом методе не может быть определена для каждой конкретной плавки, так как линии

1 и W практически являются средними некоTopbIx областей, и однозначный выбор в этом случае исключен.

Разброс характеристик t и F обьясняется многими факторами, отличающими плавки одну от другой (вес шихты, состав ее, состояние кладки, перерыв между плавками, перерывы в течение плавки и т. д.), Задача оптимального регулирования состоит в том, чтобы для каждой конкретной плавки выполнялось условие

=1

Q) -1+ Яа (Рд 1 > Ш1П (1) о где Q) — стоимость эксплуатации печной установки в pyo/час;

Qg — стоимость электроэнергии в р!/б/кит)1; т! — время до расплава.

Время до расплава (точка Л на фиг. 4) следует брать потому, что в дальнейшем течении плавки доминирующее значение имеет температурный режим, обеспечивающий над1ежащее качество стали, и расход энергии в этот период не мо>кет быть лимитирован эконом!1ческими соображениями.

Оптимизатор (см. фиг, 2) представляет собой две модели дуговой печи: в верхней )Bсти — тихоходная с маснггабом времени печи, в нижней — бь1строходная, предназначенная для совершения определенных манипуляций на ней. На тихоходную модель с измерительного блока (ИБ) непрерывно посту. пает ин-! рормация о величине мощности дуг, перерывов в горении последних, о перерывах между плавками, о толщине кладки (вручную изменяется количество ячеек 8 левой половине модели), и, что особенно важно, модель корректируется по истинной температуре to «характерной точки» посредством *ввода на модель напряжения, пропорционального температуре в этой точке (предполагается наличие термопары, постоянно замеряющей температуру в

«ха)>актерной точке») .

Тихоходная модель отличается от быстроходной только тем, что ее параметры в л раз меньше, и, следовательно, меньше постоянная времени.

Блок выравнивания (БВ) прекратит работу и выдаст напряжение, пропорциональное времени его работы в точке А .

Сигналом для его остановки является вырявниванис напряжения, снимаемого с мо1e,III и опорного )..),„, соответствующего ордпнате точки Л .. За это же время интегрирующим

5 зве)loi) (ИЗ) производится интегрирование

Г= — Р, С соответствующими коэффициентами про.-орционачьности (Q) и Qg) эти величины сложатся в сумматоре " и сумма запомнится в мпнимизяторе (.И). После этого контакты

10 К; включатся и разрядят быстроходную модель. Контакты К станут в положение 1. Тепсрь при замкнутых контактах К (положение 2) и разомкнутых К! модель снова готова к работе.

Пои изменении рабочего тока печи полу:ится новое значение суммы и т. д.

И, наконец, будут найдены минимумы.

Если при увеличении рабочего тока печи экстремум не находится, это значит, что сис .ei1B находится правее точке 0 (фиг. 3). Следовательно, нужно повысить вторичное напряжение печного трансформатора. Этот сигнал

r)0gBeT блок производной (БП1), который сиг:)ализирует о переходе рабочего тока вправо от точки О.

Блок производной (Б172) служит для исклк>чепия ложного срабатывания БВ в точке Л, .

30 Здесь !)c)1011 тся rOT факт, что ток в моде1)! меняет свое пап;)а!17cние на мпнимуi)c

T i) I)ep1Ti рной кри)во)!. С 1сд ет здесь оптима. !.няя зада IB рен)аетсл в предположении, что рабочий ток в печи и ступень

35 трансформатора в дальнci)!I)eil течении плавк)1 пз>!епя-,ься l)e 0у дут. В дс!)ствите,11.нос Ги это не так. Поэтому так)!е поиски слсдуст Ilpo) зводпть довольно часто.

1хл)0 1х) служиr для I)il)IIB)I))!) износа клад40 кп. Таких ключей следует нсстяв)ггь неС К0,1Ь! О.

11рсдм ет пзооре гсHи я

Способ оптимального регулирования элек45 I рпческого режима дуговои сталеплавильной

ПРчи с 1!сг!Ол! зоваписм сигна,10В, пропорцио)! )ЛЬНЬIХ Л)0!Ц))OCT)1 ЭЛЕКТРИЧЕСКПХ Д Г, II CIII :.я 10B, пропорциональных тсм))ературе метал,)B, or )ï))à)oèIIIèñr! rei), что, с )!елью умепьше50 ппя себестоимости выплавки лали, указанный сигнал, пропорциональный температуре металла, получают путем измерения перепада температур II точках футеровки, расположенных по норма,111 к внутренней поверхности ее

55 )) )жc уровня расплавленн0го металла: полу. снный сигнал температуры вместе с сигналамп, пропорциональными мощности дуг, преобразуют на модели в сигналы, пропорциональные теплоэнергстичсскому состоянию пе))0 чп. и на основании полученных сигналов вычисляют, например на быстродействующей модели оптимальные значения регулируемы.; и ар ам етр ов.

253962 ко час ч

7 т

Составитель A. Обух

Техред A. А. Камышникова Корректор Г. И, Тарасова

Рсдакrop К. Опенченко

Типография, ир. Сапунова, 2

Заказ 391 16 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытшi ири Совете Министров СССР

Москва Я(-35, Раушская наб., д. 4,,5