Способ и система управления электротехнологическими режимами восстановительной плавки технического кремния в руднотермических электрических печах

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению металлов и сплавов в руднотермических электрических печах. Способ управления в руднотермической электрической печи, включающей один или три печных трансформатора с вторичными обмотками, соединенными с электродами по схеме ′′треугольник на электродах′′, и ванну печи, образующую совместно с электродами электрическую нагрузку по схеме ′′звезда с изолированной ′′нейтралью′′, при котором измеряют линейные токи и напряжения на стороне высокого напряжения печных трансформаторов и напряжения на электродах, дополнительно измеряют фазные токи на стороне высокого напряжения, линейное и фазное напряжение с низкой стороны трансформатора, задают значения активной мощности печи, верхней и нижней границ положения электродов в ванне печи, наименьший и наибольший номер ступени переключения ступеней напряжения (ПСН) печного трансформатора, соответствующий максимальному для ведения процесса напряжению с низкой стороны трансформатора в соответствии с заданными по технологии параметрами, базовую длину электрода, энергетическую уставку угара электрода, величину разового перепуска и проскальзывания электрода, величину расхода активной электроэнергии печи на плавку, вычисляют активную, реактивную и полную мощность печи и последующие операции. Раскрыта система, с помощью которой реализуется способ. При использовании изобретения повышается производительность электропечи, снижается удельный расход электроэнергии. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к получению металлов и сплавов в руднотермических электрических печах, и может быть использовано в производстве технического кремния, а также ферросплавов на основе кремния.

При ведении восстановительной плавки технического кремния электротехнологические факторы полностью взаимосвязаны через температуру процесса. Температура зависит от уровня подводимой активной мощности, но, в свою очередь, температура влияет на мощность через сопротивление газовой фазы. Кроме того, температура регулирует скорость и полноту металлургических реакций, которые влияют на электрическое сопротивление ванны печи. Поэтому максимальная производительность печей, минимальный расход технологической электроэнергии и высокое извлечение кремния в сплав достигается при согласованном по параметрам и во времени управлении электротехнологическими режимами электропечных агрегатов.

Известен способ и система автоматического управления электрическим режимом работы руднотермической печи, включающий регулирование электрического режима печи за счет регулирования электрических параметров путем переключения ступеней напряжения (ПСН) печного трансформатора и/или технологических параметров посредством перемещения электродов для поддержания в период между перепусками электрода заданного тока электрода путем перемещения его в заданной зоне при контроле тока электрода, положения электрододержателя или переключения ступеней напряжения печного трансформатора. При крайнем нижнем положении электрододержателя определяют положение зоны коксования и расстояние «электрод-под», который формируют по сигналу отклонения фактического положения зоны коксования относительно нижнего среза контактной щеки электрода от заданного значения, по которому оптимизируют электрический режим работы печи, переключая ступени напряжения печного трансформатора, или после выработки определенного количества электроэнергии корректируют величину перепуска электродов по сигналу коррекции с контура управления положением электродов, в котором дополнительно измеряют температуру пода печи, а управление перемещением электродов и контроль положения зоны коксования осуществляют непрерывно посредством гидравлического контура регулирования и персонального локального компьютера, при этом в зависимости от температуры пода печи для поддержания оптимального температурного баланса производят обдув днища печи, а также дополнительно регулируют условия схода и состав шихты, контролируя прохождение каждого компонента шихты, начиная с дозатора и кончая загрузкой в печь, для чего определяют наличие шихты в каждом из дозаторов, в карманах и труботечках.

В системе автоматического управления электрическим режимом работы рудно-термической печи, содержащей контур управления печным трансформатором с устройством переключения ступеней трансформатора, датчики тока и напряжения, контур управления перемещением электродов с последовательно соединенными датчиком положения электрододержателя, блоком управления и блоком перемещения электрода, которая снабжена контуром управления дозированием с устройством дозирования в виде дозаторов с тензодатчиками, включающим последовательно соединенные тензодатчики, блоком управления и исполнительным механизмом, соединенным с устройством дозирования, при этом контур управления печным трансформатором снабжен оптическими пирометрами для измерения температуры пода печи, соединенными с устройством управления приводами вентиляторов обдува днища, а контур управления перемещением электродов выполнен гидравлическим в виде гидравлических механизмов прижима контактных щек электрода, гидравлических механизмов перепуска электродов и гидравлических механизмов перемещения электродов. (RU, патент №2400020, Н05В 7/148, F27D 11/10, F27B 3/28, опубл. 20.09.2010).

Недостатком данного способа и системы является низкая степень зависимости угара электрода от количества израсходованной электроэнергии, а также температуры подины от интенсивности обдувки днища ванны печи. Кроме того, этот способ не пригоден для печей с угольными и графитированными электродами, используемыми для производства технического кремния и других сплавов, имеющих жесткие ограничения на железосодержащие примеси в готовом продукте.

Известен способ управления технологией электродуговой восстановительной плавки, включающий регулирование шихтового, электрического и электродного режимов путем периодического изменения избытка или недостатка углерода в шихте, переключения ступеней напряжения, перемещения и перепуска электродов, в котором определяют электрические параметры состояния фаз и зон рабочего пространства шихты, дуги, расплава, их отклонение от заданных на текущий момент восстановительного цикла и осуществляют оперативное регулирование шихтового, электрического и электродного режимов по указанному отклонению (RU, патент №2268556, Н05В 07/148, F27B 3/28, опубл. 20.01.2006).

Недостатки способа:

- низкая точность измерения электрических параметров идентификации состояния фаз и зон рабочего пространства шихты, дуги, расплава из-за наличия падения напряжения между недоступной для контакта нулевой точкой ванны печи и точкой заземления кожуха, относительно которой выполняются измерения;

- неоднозначность перераспределения токов и мощностей, выделяемых в шихтовых материалах, дуге и расплаве при одних и тех же значениях тока электрода и мощности ванны, что не позволяет своевременно установить причины ухудшения показателей работы печи;

- отсутствие критериев выбора оптимального (в данный момент) управляющего воздействия при выходе параметров состояния фаз и зон рабочего пространства шихты, дуги, расплава за установленные пределы в ходе плавки:

а) корректировка соотношения компонентов шихты или подача разовых добавок;

б) изменение напряжения путем переключения ступени напряжения печного трансформатора;

в) изменение положения электродов путем перемещение электрододержателя или выполнения операции перепуска;

д) выпуск продуктов плавки.

Наиболее близким изобретением к заявляемому способу и системе является способ и система автоматического управления электрическим режимом трехфазной рудотермической печи. (RU, патент №2294603, Н05В 7/148, опубл. 27.02.2007) включающей один или три печных трансформатора с вторичными обмотками, соединенными по схеме «треугольник на электродах» и ванну печи, образующую совместно с электродами электрическую нагрузку по схеме «звезда с изолированной нейтралью», при котором измеряют токи и напряжения на стороне высокого напряжения печных трансформаторов и напряжения на электродах, задают значение сопротивления электрода, как параметра регулирования положения электродов и, соответственно, электрического режима, вычисляют текущие значения сопротивления нагрузки на основе измеренных токов и напряжений, сравнивают заданные и рассчитанные текущие значения сопротивления нагрузки, выбирают электрод с отклонением текущих значений сопротивления нагрузки от заданных, воздействуют на привод выбранного электрода для управления его положением до момента достижения рассогласования текущего и заданного значений сопротивления нагрузки, не превышающего заданной зоны нечувствительности, в которой измеряют токи I₁₂, I₂₃, I₃₁ во вторичных обмотках печного трансформатора датчиками, установленными в шинном пакете короткой сети, и напряжения на электродах U₁, U₂, U₃, выделяют основные гармоники I₁₂, I₂₃, I₃₁ токов I₁₂, I₂₃, I₃₁, и основные гармоники U₁, U₂, U₃ напряжений на электродах U₁, U₂, U₃, измеряют или рассчитывают углы сдвига фаз между каждым напряжением U₁, U₂, U₃ и любой из основных гармоник токов I₁₂, I₂₃, I₃₁, рассчитывают углы между векторами токов, определяют полное сопротивление каждого электрода, определяют для каждого электрода отклонение текущего параметра регулирования положения электрода от заданного значения, формируют задание на перемещение электрода, исходя из величины и знака текущего отклонения, и подают управляющий сигнал на привод перемещения электрода

Недостатками данного способа и системы является низкое качество регулирования по выбранному параметру электрического режима - полному сопротивлению (Z_i) i-й фазы на стороне низкого напряжения трансформатора (далее - «на стороне НН») печи, что приводит к снижению производительности печи, увеличенному удельному расходу электроэнергии и снижению извлечения ведущего элемента в сплав.

Полное сопротивление i-той фазы на стороне НН вычисляется по формуле

Z_iтек=U_фi/I_эi,

где: U_фi - фазное напряжение, В;

I_эi - ток i-го электрода, кА;

i=1, 2 и 3 - номер электрода, соответственно фазы А, В и С.

При работе электропечи нарушения электрического режима вызываются, в основном, двумя возмущающими воздействиями:

- колебание напряжения сети питания на стороне высокого напряжения трансформатора (далее - «на стороне ВН») печного трансформатора;

- изменение активного сопротивления ванны печи (изменение удельного электросопротивления шихты, уровня сплава и шлака в ванне печи, угар электродов и др.).

При колебаниях напряжения на стороне ВН ток I_эi изменяется пропорционально U_фi, в результате чего параметр Z_iтек остается без изменений, поэтому регулирующие воздействия вообще отсутствуют, хотя фазная активная мощность в это время изменяется пропорционально квадрату изменения U_фi.

Пример ситуации, при которой уменьшилось сетевое напряжение (U_линвн) на стороне ВН с 10,6 кВ до 10,4 кВ (что весьма чувствительно для электропечи мощностью 16, MB*А, выплавляющей технический кремний), приведен в таблице 1. Активная мощность (Р_п) печи уменьшилась с 11,63 МВт до 11,11 МВт. Однако команды на перемещение электродов не формировались, так как значения полного сопротивления (Z_iтек) практически не изменились (находились в пределах зоны нечувствительности).

Особенно опасными последствиями принятый способ регулирования характеризуется при резком изменении активного сопротивления ванны печи в результате грубых нарушений технологического режима, вызванных сбоями в работе весодозирующих устройств или ошибок в задании навесок компонентов шихты, несоблюдении фракционного состава компонентов шихты (особенно восстановителя или кварцита), сколов и отрывов части электродов, обвалов шихты, накоплении сплава или шлака под одним из электродов из-за длительной не симметрии нагрузки, работы электрода дугой на угольные блоки футеровки печи, при прожиге летки и др. Согласно векторной диаграмме напряжений, приведенной на фиг.1, возникновение любой из этих ситуаций приводит к смещению нейтрали О¹ к фазе, в которой возникло нарушение, например к фазе В. Дальнейшее развитие ситуации приводит к резкому увеличению фазных напряжений U_a и U_c вплоть до линейных (увеличение в 1,73 раза) при уменьшения фазного напряжения U_b и, как следствие, согласно способу, к необоснованному и небезопасному для ванны печи опусканию электродов фаз А и С для возвращения значений Z_Aтек и Z_Cтек в зону нечувствительности. Кроме того, если на одном из электродов преобладает дуговой режим (cosϕ≥0,9), а на другом режим сопротивления (находится в шлаке), то существует также большая вероятность опасных для электротехнического оборудования отключений электропечи в условиях перенапряжений из-за срабатывания защит.

Кроме того, метод измерение тока во вторичных обмотках печного трансформатора датчиками, установленными в шинном пакете короткой сети на стороне НН наряду со сложностью монтажа и большими эксплуатационными трудностями имеет, практически, не аттестованную погрешность измерения параметра, характеризующего ток полуфаз короткой сети, а тем более тока электрода, из-за нелинейного влияния взаимодействия сильных магнитных полей шинного пакета с окружающими их ферромагнитными массами оборудования печи, а также температуры. В этом плане более предпочтительным является проверенный годами на практике метод (Белан В.Д., Фишман А.Л., Годына В.В. и др. «Особенности измерения электрических параметров руднотермических печей», Сталь №2. 2001. с.25-27) определения тока (I_э) электрода, основанный на измерениях фазного тока (I_фвн) на стороне ВН, определения его значения по формуле, например, для тока I_abнн фазы А (для токов I_bcнн фазы В и I_cанн фазы С аналогично):

I_abнн=I_аbвн*К_тр, где К_трА - паспортный коэффициент трансформации трансформатора фазы А.

Затем последовательно определяются углы сдвига фаз между токами I_аbн, I_bснн и I_cанн, их векторы $$\overline{I_{abн}}$$ , $$\overline{I_{bcнн}}$$ И $$\overline{I_{санн}}$$ на стороне НН, далее формируются векторы токов электродов $$\overline{I_{эа}}$$ , $$\overline{I_{эв}}$$ и $$\overline{I_{эс}}$$ ,, из которых определяются модули токов электродов I_эа, I_эв и I_эс, используемые для расчетов активной мощности и активных сопротивлений электродов.

Однако и этот метод, заимствованный автором патента из работы (Белан В.Д., Фишман А.Л., Годына В.В. и др. «Особенности измерения электрических параметров руднотермических печей», Сталь №2. 2001. с.25-27) имеет также недостаток определения тока (I_э) электрода и, как следствие, низкую точность вычисления основного параметра регулирования (Zэ). Коэффициент К_тр является конструктивным параметром, поэтому не соответствует действительным значениям при работе печи, так как существенно зависит от величины токовой нагрузки. При колебаниях токовой нагрузки на электродах значения К_тр постоянно изменяются даже при одинаковых номерах ступеней напряжения печного трансформатора. Разница линейных напряжений на стороне НН при этом составляет от 10 до 20 В, что приводит к перекосу фазных напряжений на стороне НН, а в расчете тока электродов это не учитывается.

Первой задачей предполагаемого изобретения является создание способа управления энерготехнологическим режимом руднотермической печи, обеспечивающего стабилизацию ввода оптимальной активной мощности печи в заданную нижнюю часть ванны печи при равномерном ее распределении по электродам. Основной целью регулирования активной мощности печи является повышение ее производительности, снижение удельного расхода электроэнергии и повышение извлечения кремния в сплав. Это может быть достигнуто только при симметричном режиме работы, а именно, только при симметрии токовой нагрузки и активных мощностей электродов. Практика эксплуатации электропечей показала, что даже при стабильном заданном уровне полной активной мощности электропечи ее производительность при несимметричной нагрузке по электродам становится меньше, чем при симметричном режиме работы. Причем, уменьшение производительности фазы с минимальным рабочим током не компенсируется увеличением производительности фазы с максимальным рабочим током (Альтгаузен А.П. «Электротермическое оборудование», Справочник. / А.П. Альтгаузен. - М.: Энергия. 1980 - 416 с.)

Поэтому способ предполагает согласованное по параметрам и во времени выполнение стабилизации тока электродов согласно расчетной уставке, вычисляемой на основе заданных значений активной мощности печи и напряжения ступени ПСН трансформатора.

Второй задачей предполагаемого изобретения является создание системы для реализации предложенного способа, обеспечивающего получение технического результата.

Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является увеличение производительности печи, снижение расхода электроэнергии и повышение извлечения кремния в сплав.

Первая задача предполагаемого изобретения решена в способе автоматического управления рудотермической печи, включающей один или несколько печных трансформаторов с вторичными обмотками, соединенными с электродами через шинный пакет по схеме ′′треугольник на электродах′′ и ванну печи, образующую совместно с электродами электрическую нагрузку по схеме ′′звезда с изолированной ′′нейтралью′′, при котором измеряют линейные токи и напряжения на стороне ВН печных трансформаторов и напряжения на электродах, дополнительно измеряют фазные токи на стороне ВН, линейное и фазное напряжение на стороне НН трансформатора, задают значения активной мощности печи, нижнюю (hmin) и верхнюю (hmax) границы расположения рабочих концов электродов в ванне печи, наименьший (Nmin) и наибольший (Nmax) номер ступени ПСН печного трансформатора, соответствующий максимальному для ведения процесса напряжению на стороне НН трансформатора в соответствии с технологией, величину активного сопротивления ванны печи и активного сопротивления в цепи электрода, базовую длину электрода, энергетическую уставку угара электрода, величину разового перепуска и проскальзывания (несанкционированного перепуска) электрода, расхода активной электроэнергии печи на плавку как параметров электротехнологического режима, вычисляют активную, реактивную и полную мощность печи, уставки токов и активной мощности электродов на основе заданной активной мощности печи и напряжения рабочей ступени трансформатора, текущие значения токов электродов на основе фазных токов и напряжения на стороне ВН трансформатора, текущие значения усредненного и сглаженного на заданном интервале значения активного сопротивления ванны печи и активного сопротивления в цепи каждого электрода, длину электрода, сравнивают расчетные уставки и вычисляемые текущие значения токов электродов и при наличии отклонений определяют электрод с наибольшим отклонением текущих значений токов электродов от расчетных уставок, воздействуют на привод перемещения выбранного электрода для управления его положением до момента достижения рассогласования текущего и заданного значений тока электрода, не превышающего заданной зоны нечувствительности, или заданных по технологии границ (hmin нижних или hmax верхних) расположения рабочих концов электродов в ванне печи, после чего сравнивают заданное и текущее значения активной мощности печи и при наличии отклонений определяют электрод с наибольшим отклонением текущих значений активной мощности и переключают ступень напряжения печного трансформатора, начало обмотки которого подключено к электроду с наибольшей или наименьшей активной мощностью, кроме того сравнивают заданное и текущее значения расхода активной электроэнергии на плавку печи и при превышении текущего значения этой величины над заданной сравнивают отклонение текущего усредненного и сглаженного значения активного сопротивления ванны печи с его заданным значением и при наличии отрицательного отклонения осуществляют выпуск продуктов плавки.

Новым является то, что при отклонении регулируемого параметра для его устранения выбирается наиболее рациональное для текущего состояния энерготехнологического режима управляющее воздействие: перемещение или перепуск электрода, переключение ПСН трансформатора, - либо формируется рекомендация: загрузить (оперативно) непосредственно к электроду разовую корректирующую добавку восстановителя или восстанавливаемого элемента или оба компонента в пропорциях, определяемых технологическими инструкциями, или изменить (увеличить/уменьшить на заданную дискрету) уставку соотношения компонентов шихты для весодозирующих устройств.

Кроме того, если не достигается устранения рассогласования текущего и заданного значений тока электрода возмущенной фазы с наибольшим отклонением, то перемещают электрод отстающей фазы, после чего сравнивают заданное и текущее значения активной мощности печи и при наличии отклонений определяют электрод с наибольшим отклонением текущих значений активной мощности и переключают ступень напряжения печного трансформатора, начало обмотки которого подключено к электроду с наибольшим отклонением активной мощности. Для этого дополнительно измеряют фазные токи (IфА, IфВ, IфС) на стороне ВН трансформатора, линейные (UлА, UлВ, UлС,) и фазные напряжения (UфА, UфВ, UфС,) на стороне НН трансформаторов, рассчитывают токи (Iэ1, Iэ2, Iэ3) электродов по измерениям фазных токов (Iф1, Iф2, Iф3) на стороне ВН трансформаторов, среднее и сглаженное на заданном интервале значение активной мощности (Рп) печи, электродов (РэА, РэВ, РэС) и активные сопротивления (RэА, RэВ, RэС,) цепи электрода, задают уставку (Рпу) и зону (Zpп) нечувствительности для активной мощности печи, допустимую разность (dU) линейных напряжений на стороне НН печных трансформаторов, уставки защит по фазному (Iфз) или/и линейному (Iлз) токам на стороне ВН трансформатора, уставки тока защиты (Iэз) и рабочего тока (Iэу) электродов, зону нечувствительности по току защиты (zIэз) и по рабочему (zIэ) току электрода, две уставки активного сопротивления (Rэymin и Rэymax) цепи электрода, энергетическую уставку угара электрода (Wэу), величину разового перепуска (Lэу) и допустимой величины проскальзывания (несанкционированного перепуска) (Lэд) электрода, и регулируют активную мощность печи в следующей последовательности:

при Рп>Рпу+Zpп

определяют электрод с наибольшей активной мощностью и,

если соблюдаются условия для электрода отстающей (по отношению к электроду с наибольшей мощностью) фазы:

Rэо<Rэymax и ВКо=0, то поднимают электрод отстающей фазы,

где ВКо=0 признак того, что соответствующий электрододержатель не находится в верхнем положении;

Rэо - активное сопротивление цепи электрода отстающей (по отношению к электроду с наибольшей мощностью) фазы.

Rэymax - уставка максимального значения активного сопротивления цепи электрода.

Если же Rэо>Rэуmax, или электрододержатель отстающей фазы находится в верхнем положении (ВКо=1), т.е. этот электрод поднимать нежелательно или невозможно, то поднимают электрод с наибольшей активной мощностью, причем для подъема этого электрода также необходимо, чтобы выполнялось условие:

Rэв<Rэуmax и ВК=0,

где Rэв - активное сопротивление цепи электрода с наибольшей мощностью (возмущенной) фазы.

Rэуmax - уставка максимального значения активного сопротивления цепи электрода.

В случае если этот электрод также поднимать нежелательно или невозможно, то переключают в сторону снижения напряжения ПСН трансформатора, начало обмотки которого подключено к электроду с наибольшей активной мощностью. Для переключения ПСН этого трансформатора необходимо, чтобы он не находился в минимальном по напряжению положении (Nтек>Nmin), а разность напряжений с низкой стороны между другими трансформаторами и выбранным трансформатором была меньше dU (обычно dU=1 или 2). Соблюдение первого условия обусловлено конструктивной возможностью снижения напряжения трансформатором или соблюдением требований технологии, а второго призвано не нарушить допустимый ′′перекос′′ напряжений. Если же ПСН этого трансформатора переключить невозможно, то переключают в сторону снижения напряжения ПСН трансформатора, конец обмотки которого подключен к электроду с наибольшей активной мощностью. Для переключения ПСН этого трансформатора также необходимо, чтобы он не находился в минимальном по напряжению положении (Nтек<Nmax), а разность напряжений с низкой стороны между другими трансформаторами и выбранным трансформатором была меньше dU. Если же ПСН и этого трансформатора переключить невозможно, то переключают в сторону снижения напряжения (с учетом аналогичных ограничений) ПСН трансформатора, который электрически не связан с электродом с наибольшей активной мощностью.

Кроме того: при Рп<Рпу-Zрп, определяют электрод с наименьшей активной мощностью и, если соблюдаются условия для электрода отстающей (по отношению к электроду с наименьшей мощностью) фазы:

Rэо>Rэуmin и НК=0, то опускают этот электрод, где НК=0 признак того, что электрододержатель отстающей фазы не находится в нижнем положении;

Rэо - активное сопротивление цепи электрода отстающей (по отношению к электроду с наименьшей мощностью) фазы;

Rэуmin - уставка минимального значения активного сопротивления цепи электрода

Если же Rэо<Rэуmin, или соответствующий электрододержатель находится в нижнем положении (НК=1), или ток электрода (Iэо) отстающей фазы больше тока (Iэу), т.е. электрод отстающей фазы опускать нежелательно или невозможно, то опускают электрод с наименьшей активной мощностью (возмущенной фазы), причем для опускания этого электрода также необходимо, чтобы выполнялось условие:

Rэв>Rэуmin и НК=0 и Iэв<Iэз-zIэ и Iфв<Iфз-zIф.

где Rэв - активное сопротивление цепи электрода с наименьшей мощностью (возмущенной) фазы;

Rэуmin - уставка минимального значения активного сопротивления цепи электрода;

Iэв и Iэз - текущий ток электрода возмущенной фазы и ток защиты электрода;

zIэ - зона нечувствительности по току электрода;

Iфв и Iфз - текущее значение и уставка защиты фазного тока на стороне ВН;

ZIф - зона нечувствительности по фазному току на стороне ВН.

В случае, если и этот электрод опускать нежелательно или невозможно, то перепускают электрод с наименьшей активной мощностью на величину уставки разового перепуска, причем для перепуска этого электрода необходимо, соблюдение условия:

(I²эв*t)≥Wэу и Rэв>Rэуmin и НК=0 и Iэв<Iэз-zIэ, а при отсутствии этого условия перепускают электрод отстающей фазы, причем для опускания этого электрода также необходимо, чтобы выполнялось условие:

(I²эо*t)≥Wэу и Rэо>Rэуmin и НК=0 и Iэо<Iэз-zIэ.

В случае, если и этот электрод перепускать нет необходимости или невозможно, переключают в сторону повышения напряжения ПСН трансформатора, начало обмотки которого подключено к электроду с наименьшей активной мощностью. Для переключения ПСН этого трансформатора необходимо, чтобы он не находился в максимальном по напряжению положении (Nтек>Nmin), разность напряжений с низкой стороны между выбранным и другими трансформаторами была меньше dU, а токи электродов, подключенных к этому трансформатору, были меньше уставки с учетом зоны нечувствительности (Iэв≤Iэу-k*zIэ), где k=0.1…1,0 - коэффициент, учитывающий динамические свойства канала «ток электрода - перемещение электрододержателя в пределах верхней (hmin) и нижней (hmax) границ расположения электродов в ванне печи. Если же ПСН этого трансформатора переключить невозможно, то переключают в сторону повышения напряжения ПСН трансформатора, конец обмотки которого подключен к электроду с наименьшей активной мощностью. Для переключения ПСН этого трансформатора также необходимо, чтобы он не находился в максимальном по напряжению положении (Nтек>Nmin), разность напряжений с низкой стороны между выбранным и другими трансформаторами была меньше dU, а для токов электродов, подключенных к этому трансформатору, соблюдалось условие Iэв≤Iэу-k*zIэ. Если же ПСН и этого трансформатора переключить невозможно, то переключают в сторону повышения напряжения (с учетом аналогичных ограничений) ПСН трансформатора, который электрически не связан с электродом с наименьшей активной мощностью, а при невозможности его переключения, если соблюдаются условия для электрода с наименьшей активной мощностью: Rэ<Rэуmin и ВК-0, то поднимают этот электрод.

Кроме того, если при соблюдении условия:

Pпy-Zpn<Рп<Рпу+Zpп

определяют электрод с наименьшей активной мощностью и разность между активными мощностями этого и других электродов больше dPэ и ток меньше Iэу, а также соблюдаются условия для электрода отстающей (по отношению к электроду с наименьшей активной мощностью) фазы:

Rэо>Rэmах и НК=0 и Iэо≤Iэу-k*zIэ,

то опускают электрод отстающей фазы.

Для представительности электрических параметров Pп, Pэ, Iэ, Rэ при выработке управляющих воздействий, выполняется их усреднение и сглаживание за время 5 с, 20 с и 1 мин. Оптимальное значение интервала усреднения составляет от 10 до 20 с. При интервале усреднения менее 20 с снижается представительность измеряемых параметров из-за колебаний, связанных с дуговым характером процесса. При интервале более 1 мин ухудшаются динамические свойства способа и снижается представительность расчетных параметров.

Вычисление среднего значения параметра на заданном интервале выполняется по формуле:

Yn=Yn-1+(Xn-Yn-1)/n,

где Yn - усредненное значение параметра;

Yn-1 - усредненное значение параметра, вычисленное на предыдущем шаге;

Xn - значение измеряемого параметра на n-ном шаге усреднения.

На первом шаге (n=1) Yn=Хn.

Вычисление сглаженного значения параметра на заданном интервале выполняется по следующей формуле:

Yn=a*Xn+(1-a)*Yn-1,

где: а - коэффициент сглаживания, а=1/t;

t - период сглаживания;

Yn - сглаженное значение параметра;

Yn-1 - сглаженное значение параметра, вычисленное на предыдущем шаге;

Xn - значение измеряемого параметра на n-ном шаге сглаживания.

На первом шаге (n=1) Yn=Xn

Управляющие воздействия представляют собой дискретные величины. Для условий ЗАО «Кремний» (РФ, г. Шелехов) дискрета управляющего воздействия по ПСН составила 1 ступень при допустимой разности ступеней напряжений с низкой стороны между другими трансформаторами и выбранным трансформатором dU=2, а по перемещению электрода 10-15 мм. При дискретах более 1 ступени и более 15 мм наблюдается перерегулирование и возможен перегруз по току. При дискрете управляющего воздействия менее 10 мм снижается быстродействие и качество стабилизации параметров.

Порядок выполнения действий в указанной последовательности позволяет обслуживающему персоналу повысить точность регулирования активной мощности печи и добиться равномерного распределения ее по электродам, что в свою очередь увеличивает производительность электропечи, снижает удельный расход электроэнергии и повышает степень извлечения кремния.

Вторая задача решена как реализация способа с помощью системы автоматического управления электротехнологическим режимом руднотермической электропечи, содержащей устройство перемещения электродов, переключатель ступеней напряжения (ПСН) печного трансформатора, комплексный измеритель параметров трехфазной сети (КИПТС), датчики тока и напряжения, подключенные к высокой стороне печного трансформатора и к КИПТС, входы которых подключены к электродам, включенным по схеме ′′треугольник на электродах′′ на стороне НН печного трансформатора и замкнуты на ванну с металлом по схеме ′′звезда′′ с изолированным нулем; измерительные преобразователи линейного напряжения (ИПЛ1…ИПЛ3), входы которых подключены к выводам обмоток стороны НН трансформатора; программируемый логический контроллер (ПЛК), вводы которого подключены к КИПТС, ИПЛ1…ИПЛ3, ИПФ1…ИПФ3, а управляющие выходы - к устройствам управления механизмами переключения ПСН трансформатора и перемещения электрододержателей, в которую согласно изобретению дополнительно введены измерительные преобразователи фазного напряжения на стороне НН (ИФЭ1…ИФЭ3), входы которых подключены к электродам, включенным по схеме ′′треугольник на электродах′′ на стороне НН печного трансформатора и замкнуты на ванну с металлом по схеме ′′звезда′′ с изолированным нулем; измерительные преобразователи линейного напряжения (ИПЛ1…ИПЛ3), входы которых подключены к выводам обмоток на стороне НН трансформатора; устройства управления перепуском электродов, измерительные преобразователи напряжения на электродах (ИПЭ1…ИПЭ3), входы которых подключены непосредственно к электродам относительно нулевой точки заземления кожуха ванны печи, датчики положения ПСН и электрододержателей, датчики перепуска электродов, выходы которых совместно с выходами ИПЛ1…ИПЛ3, ИФЭ1…ИФЭ3 и ИПЭ1…ИПЭ3 подсоединены к входам УСО ПЛК, соответствующие управляющие выходы которого подключены к устройствам управления перепуском электродов.

Способ может быть реализован как при работе в ручном режиме, так и в автоматическом с помощью серийных средств: контроллеров или индустриальных ЭВМ.

Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом отличаясь от него такими существенными признаками, как выбор для управления таким сложным восстановительным процессом плавки технического кремния и сплавов на основе кремния вместо единственного параметра - полного сопротивления (ZФ) фазы, комплекса более эффективных параметров энерготехнологического режима - активной мощности печи и электродов, тока электродов и величины перепуска электрода, согласованное регулирование которых по параметрам и во времени позволяет стабилизировать ввод максимальной активной мощности в оптимальную зону положения электродов в ванне печи, что в совокупности обеспечивает достижение заданного технического результата.

Заявляемая система обладает новизной в сравнении с прототипом отличаясь от него такими существенными признаками, как введение измерительного преобразователя напряжения, подключенного непосредственно к электроду, что позволяет определять полезную активную мощность, выделяемую в ванне печи (без потерь в короткой сети и токопереходе «щека-электрод»), и выполнение канала управления перепуском в виде датчика перепуска и схемы управления перепуском электродов, позволяющего стабилизировать выделения полезной активной мощности в оптимальном для процесса положении электродов в ванне печи, что в совокупности обеспечивает достижение технического результата.

Заявляемые способ и система поясняются фиг. 1-4.

На фиг.1 представлена векторная диаграмма напряжений с низкой стороны трехэлектродной электропечи, запитанной по схеме «треугольник на электродах».

На фиг.2 представлена блок-схема системы управления энерготехнологическими режимами руднотермической печи.

На фиг.3 представлена мнемосхема «Электропечной агрегат» энерготехнологического режима РТП-1 ЗАО «Кремний»

На фиг.4 изображен видеокадр «Перепуск электродов» энерготехнологического режима РТП-1 ЗАО «Кремний»

Согласно заявляемому способу управление электротехнологическими режимами осуществляется за счет согласованного по параметрам и во времени регулирования электрического режима, режима перепуска электродов и шихтового режима. Регулирующими воздействиями являются переключение ступеней напряжения печного трансформатора, перемещения электродов, перепуск электродов, а также оперативная подача корректирующих добавок компонентов шихты непосредственно к электродам или/и формирования рекомендаций на корректировку соотношения компонентов шихты на очередную загрузку печных бункеров. Определяют параметры электрического режима: активную мощность печи и электродов, токи и активное сопротивление цепи электродов, отклонение их значений от установленных границ. Осуществляют стабилизацию максимальной активной мощности, вводимой в оптимальную зону ванны электропечи, и равномерное распределение ее по электродам за счет регулирования токовой нагрузки электродов, напряжения на вторичных обмоток трансформаторов, а также оперативной подачи корректирующих добавок восстановителя непосредственно к электродам. Определяют угар электрода по интегральному значению квадрата тока электрода, положение электрода в ванне печи и текущую длину электрода с учетом величины предыдущего перепуска и проскальзывания, отклонение от базового значения и перепускают электрод на величину этого отклонения. Определяют параметр шихтового режима, характеризующий баланс восстановителя в ванне печи, - усредненное и сглаженное на заданном интервале активное сопротивление ванны, величину и знак отклонения текущего значения этого параметра от установленных границ и формируют рекомендацию на изменение соотношения восстановителя и кварцита в шихте в зависимости от знака отклонения (увеличить или уменьшить на заданную величину).

Система управления электротехнологическими режимами, блок-схема которой приведена на фиг.2, содержит измерительные трансформаторы линейного тока 30 на стороне ВН трансформатора и измерительный трансформатор напряжения 1, подключенные к входам комплексного измерителя параметров трехфазной сети (далее - «КИПТС») 2, интерфейсный выход которого подключен к блоку 21 алгоритма расчета параметров и уставок электрического режима программируемого логического контроллера (ПЛК), который получает по стандартному протоколу обмена цифровые сигналы, соответствующие измеренным параметрам токов и напряжений стороны ВН трансформатора; блок 3 измерительных преобразователей фазного тока на стороне ВН, подключенных к измерительным трансформаторам фазного тока 31 на стороне ВН, блок 4 измерительных преобразователей линейного напряжения на стороне НН, подключенных к выводам вторичных обмоток трансформатора на стороне НН, блок 20 измерительных преобразователей напряжения на электроде, подключенных непосредственно к электроду и датчики положения ПСН трансформатора 32, подсоединенные на аналоговые входа блока 21 (ПЛК), который по внутренней шине ПЛК обменивается данными с блоком 22 алгоритма защиты от перегруза блоком 23 алгоритма стабилизации тока электродов, блоком 24 алгоритма стабилизации активной мощности печи, блоком 27 определения баланса электрода в ванне печи и блоком 28 согласования по параметрам и во времени работы алгоритмов и выбора оптимального управляющего воздействия; датчики перепуска электродов 8, 9, 10 и перемещения электрододержателей 14, 15, 16 соответственно фаз А, В, С, подключенные к блоку 25 (ПЛК) алгоритма расчета параметров и уставок режима перепуска электродов, связанного по внутренней интерфейсной шине ПЛК с блоком 26 алгоритма управления перепуском электрода, блоком 27 алгоритма определения баланса восстановителя в ванне печи, блоком 21 расчета параметров и уставок электрического режима и блоком 28 согласования по параметрам и во времени работы алгоритмов и выбора оптимального управляющего воздействия, соответствующие выхода которого соединяются следующим образом:

- при выборе управляющего воздействия (±dUфА, ±dUфВ, ±dUфС) - изменение напряжения на стороне ВН трансформатора соответственно фаз А, В, С при увеличении (+) или уменьшении (-) номера ступени ПСН на одну единицу с устройства 5, 6, 7 управления переключателями ступеней напряжения трансформаторов соответственно фазы А, В, С;

- при выборе управляющего воздействия (±dНэА, ±dНэВ, ±dНэС) - перемещение вверх (+) или вниз (-) электрододержателя соответственно фаз А, В, С на заданную величину с устройствами 17, 18, 19 управления механизмами перемещения электрододержателей соответственно фаз А, В, С;

- при выборе управляющего воздействия dLэА, dLэВ, dLэС - на перепуск электрода соответственно фаз А, В, С с устройства 11, 12, 13 управления механизмами перепуска электродов соответственно фазы А, В, С;

- при выработке рекомендаций на корректировку шихты dKш - дискрета изменения коэффициента соотношения компонентов с устройством 29 - отображения рекомендаций шихтового режима, (например, панель оператора системы дозирования или АРМ оператора).

где m_B(t) - текущее значение массового расхода восстановителя;

m_o(t) - текущее значение массового расхода восстанавливаемого (основного) компонента.

Действия, выполняемые в блоках ПЛК при работе системы.

В блоке 21 алгоритма расчета параметров и уставок электрического режима осуществляется:

- преобразование поступающих результатов измерений параметров от блоков 2 (КИПТС), блока 3 измерительных преобразователей фазного тока на стороне ВН, блока 4 измерительных преобразователей линейного напряжения на стороне НН, блока 20 измерительных преобразователей напряжения на электроде и датчиков положения ПСН трансформаторов, в кодированные сигналы;

- определение номера ступени ПСН и соответствующего ему значения линейного напряжения на стороне НН;

- расчет уставок токов электродов в зависимости от значения уставки активной мощности печи и линейного напряжения на стороне НН;

- расчет текущих значений фазных токов на стороне НН по формуле,

учитывающей зависимость коэффициента трансформации от нагрузки:

I_фАнн=I_фАвн*U_лАвн/U_лАнн,

где I_фАнн, I_фВнн, I_фСнн - фазный ток на стороне НН трансформатора, соответственно, фазы А, В и С, кА;

I_фАвн, I_фВн, I_фСвн - фазный ток на стороне ВН трансформатора, соответственно, фазы А, В и С, А;

U_лАвн, U_лВвн, U_лСвн - напряжение линейное на стороне ВН трансформатора, соответственно, фазы А, В и С, А;

U_лАнн, U_лВнн, U_лСнн - напряжение линейное на стороне НН трансформатора, соответственно, фазы А, В и С, А;

- расчет текущих значений токов электродов согласно известной методике (Белан В.Д., Фишман А.Л., Годына В.В. и др. «Особенности измерения электрических параметров руднотермических печей», Сталь №2. 2001. с.25-27) с использованием расчетных значений фазных токов на стороне НН, полученных с учетом зависимости коэффициента трансформации от нагрузки;

- расчет текущих значений активной мощности и активного сопротивления электродов и активного сопротивления ванны печи согласно известной методике (Белан В.Д., Фишман А.Л., Годына В.В. и др. «Особенности измерения электрических параметров руднотермических печей», Сталь №2. 2001. с.25-27)

- расчет усредненных и сглаженных на заданном интервале значений активной мощности печи, активной мощности и токов электродов, активного сопротивления электродов и активного сопротивления ванны печи. При этом используются следующие формулы:

- для усреднения параметров:

Yn=Yn-1+(Xn-Yn-1)/n,

где Yn - усредненное значение параметра;

Yn-1 - усредненное значение параметра, вычисленное на предыдущем шаге;

Xn - значение измеряемого параметра на n-ном шаге усреднения.

на первом шаге (n=1) Yn=Xn;

- для сглаживания параметров:

Yn=a*Xn+(1-a)*Yn-1,

где а - коэффициент сглаживания, а=1/t;

t - период сглаживания;

Yn - сглаженное значение параметра;

Yn-1 - сглаженное значение параметра, вычисленное на предыдущем шаге;

Xn - значение измеряемого параметра на n-ном шаге сглаживания, на первом шаге (n=1) Yn=Xn.

В блоке 22 алгоритма защиты от перегруза непрерывно сравниваются кодированные сигналы фазного тока (I_фАвн, I_фВн, I_фСвн) на стороне НН и тока электрода (I_эА, I_эВ, I_эС), полученные от блока 21, с соответствующими уставками защиты I_фз и I_эз, определяется наибольшее отклонение и перемещают вверх электрод с наибольшим отклонением до устранения отклонения или достижения верхней границы положения электрода (признак ВКв=1) в ванне печи, при этом перемещают вверх электрод отстающей (по отношению к электроду с наибольшим отклонением) фазы электрода, а при наличии признака (ВКв=1) верхнего положения электрода отстающей фазы переключают в сторону снижения напряжения ступень ПСН печного трансформатора начало обмотки которого подключено к электроду с наибольшим отклонением. Для переключения ПСН этого трансформатора необходимо, чтобы он не находился в минимальном по напряжению положении (Nтек<Nmax), а разность напряжений с низкой стороны между другими трансформаторами и выбранным трансформатором была меньше dU (обычно dU=1 или 2). Если же ПСН этого трансформатора переключить невозможно, то переключают в сторону снижения напряжения ПСН трансформатора, конец обмотки которого подключен к электроду с наибольшим отклонением. Для переключения ПСН этого трансформатора также необходимо, чтобы он не находился в минимальном по напряжению положении (Nтек<Nmax), а разность напряжений с низкой стороны между другими трансформаторами и выбранным трансформатором была меньше dU. Если же ПСН и этого трансформатора переключить невозможно, то переключают в сторону снижения напряжения (с учетом аналогичных ограничений) ПСН трансформатора, который электрически не связан с электродом с наибольшим отклонением.

В блоке 23 алгоритма стабилизации тока электродов выполняется сравнение усредненных и сглаженных на заданном интервале модулей тока электродов, поступающих от блока 21, с уставками и регулирование тока электродов Iэi в пределах зоны нечувствительности согласно условию:

Iэyi-zIэi<Iэi<Iэyi+zIэi,

где Iэyi - уставка тока электрода i-й фазы (i=A, B, C);

zIэi - зона нечувствительности по току электрода i-й фазы;

Iэi - усредненное и сглаженное на заданном интервале текущее значение тока электродов i-той фазы.

Если Iэi>Iэyi+zIэi и соблюдается условие для электрода i-той фазы: Rэi<Pэуmax и BKi=0,

где BKi=0 признак того, что соответствующий электрододержатель не находится в верхнем положении;

Rэi - активное сопротивление цепи электрода i-й фазы;

Rэymax - уставка максимального значения активного сопротивления цепи электрода,

то формируется управляющее воздействие (+dHэi) на перемещение вверх электрода i-той фазы с наибольшим отклонением тока электрода в сторону увеличения от значения уставки тока электрода с учетом зоны нечувствительности.

Если же Rэi>Rэуmax, или электрододержатель i-й фазы находится в верхнем положении (BKi=1), т.е. этот электрод поднимать нежелательно или невозможно, то поднимают электрод отстающей (по отношению к электроду с наибольшим отклонением тока) фазы, причем для подъема этого электрода также необходимо, чтобы выполнялось условие:

Rэо<Rэуmax и ВКо=0,

где Rэо - активное сопротивление цепи электрода отстающей фазы;

Rэуmax - уставка максимального значения активного сопротивления цепи электрода.

В случае если электрод отстающей фазы также поднимать нежелательно или невозможно, то формируется управляющее воздействие (-dUфi) на переключение в сторону снижения напряжения ПСН трансформатора, начало обмотки которого подключено к электроду с наибольшим отклонением тока электрода. Для переключения ПСН этого трансформатора необходимо, чтобы он не находился в максимальном по напряжению положении (Nтек<Nmax), а разность напряжений с низкой стороны между другими трансформаторами и выбранным трансформатором была меньше dU (обычно dU=1 или 2). Если же ПСН этого трансформатора переключить невозможно, то переключают в сторону снижения напряжения ПСН трансформатора, конец обмотки которого подключен к электроду с наибольшим отклонением тока электрода. Для переключения ПСН этого трансформатора также необходимо, чтобы он не находился в минимальном по напряжению положении (Nтек<Nmax), а разность напряжений с низкой стороны между другими трансформаторами и выбранным трансформатором была меньше dU. Если же ПСН и этого трансформатора переключить невозможно, то переключают в сторону снижения напряжения (с учетом аналогичных ограничений) ПСН трансформатора, который электрически не связан с электродом с наибольшей активной мощностью.

При Iэi<Iэyi-zIэi формируются управляющее воздействие (-dHэi) на перемещение вниз электрода с наибольшим отклонением тока электрода в сторону уменьшения от значения уставки тока электрода с учетом зоны нечувствительности или (+dUфi) на переключение в сторону снижения напряжения ПСН трансформатора начало обмотки которого подключено к электроду с наибольшим отклонением тока.

При Iэi<Iэуi-zIэi,

определяют электрод с наибольшим отклонением в сторону уменьшения тока электрода и, если соблюдаются условия:

Rэi>Rэуmin и НК=0,

то формируется управляющее воздействие (-dHэi) на перемещение вниз электрода i-й фазы с наибольшим отклонением тока электрода в сторону уменьшения от значения уставки тока электрода с учетом зоны нечувствительности,

где НК=0 признак того, что электрододержатель отстающей фазы не находится в нижнем положении;

Rэi - активное сопротивление цепи электрода i-й фазы;

Rэуmin - уставка минимального значения активного сопротивления цепи электрода.

Если же Rэi<Rэуmin, или соответствующий электрододержатель находится в нижнем положении (НК=1), или ток электрода (Iэi) фазы больше тока (Iэу), т.е. электрод i-й фазы опускать нежелательно или невозможно, то опускают электрод отстающей (по отношению к электроду с наибольшим отклонением в сторону уменьшения тока электрода) фазы, причем для опускания этого электрода также необходимо, чтобы выполнялось условие:

Rэо>Rэуmin и НК=0 и Iэо<Iэз-zIэ и Iфв<Iфз-zIф.

где Rэо - активное сопротивление цепи электрода отстающей фазы;

Rэуmin - уставка минимального значения активного сопротивления цепи электрода;

Iэo и Iэз - текущий ток электрода отстающей фазы и ток защиты электрода;

zIэ - зона нечувствительности по току электрода;

Iфо и Iфз - текущее значение и уставка защиты фазного тока на стороне ВН;

ZIф - зона нечувствительности по фазному току на стороне ВН.

В случае если и этот электрод опускать нежелательно или невозможно, то перепускают электрод с наибольшим отклонением в сторону уменьшения тока электрода на величину уставки разового перепуска, причем для перепуска этого электрода необходимо, соблюдение условия:

(I²эi*t)≥Wэy и Rэi>Rэymin и НК=0 и Iэi<Iэз-zIэ, а при отсутствии этого условия перепускают электрод отстающей фазы, причем для перепуска этого электрода также необходимо, чтобы выполнялось условие:

(I²эо*t)≥Wэу и Rэо>Rэymin и НК=0 и Iэо<Iэз-zIэ.

В случае если и этот электрод перепускать нет необходимости или невозможно, то формируется управляющее воздействие (+dUфi) на переключение в сторону повышения напряжения ПСН трансформатора, начало обмотки которого подключено к электроду с наибольшим отклонением в сторону уменьшения тока электрода. Для переключения ПСН этого трансформатора необходимо, чтобы он не находился в минимальном по напряжению положении (Nтек>Nmin), разность напряжений с низкой стороны между выбранным и другими трансформаторами была меньше dU, а токи электродов, подключенных к этому трансформатору, были меньше уставки с учетом зоны нечувствительности (Iэi≤Iэу-k*zIэ), где k=0.1…1,0 - коэффициент, учитывающий динамические свойства канала «ток электрода - перемещение электрододержателя в пределах верхней (hmin) и нижней (hmax) границ расположения электродов в ванне печи. Если же ПСН этого трансформатора переключить невозможно, то переключают в сторону повышения напряжения ПСН трансформатора, конец обмотки которого подключен к электроду с наименьшей активной мощностью. Для переключения ПСН этого трансформатора также необходимо, чтобы он не находился в максимальном по напряжению положении (Nтек>Nmin), разность напряжений с низкой стороны между выбранным и другими трансформаторами была меньше dU, а для токов электродов, подключенных к этому трансформатору, соблюдалось условие Iэi≤Iэу-k*zIэ. Если же ПСН и этого трансформатора переключить невозможно, то переключают в сторону повышения напряжения (с учетом аналогичных ограничений) ПСН трансформатора, который электрически не связан с электродом с наибольшим отклонением в сторону уменьшения тока электрода, а при невозможности его переключения, если соблюдаются условия для электрода с наименьшим током электрода: Rэi<Rэymin и ВК - 0, то поднимают этот электрод.

Применение ПСН выполняется при соблюдении условия для текущих значениях активного сопротивления цепи электрода (Rэ):

Rэymin≤Rэ≤Rэymax и Nтек≥Nmin.

В блоке 24 алгоритма стабилизации мощности печи выполняется сравнение усредненных и сглаженных на заданном интервале значения мощности печи, поступающих от блока 21, с уставками и регулирование мощности печи Рп в пределах зоны нечувствительности согласно условию:

Рпу-Zpп<Рп<Рпу+Zpп.

Последовательность операций при реализации приведена выше при при описании первой задачи предлагаемого изобретения (с.9).

В блоке 25 алгоритма расчета параметров и уставок режима перепуска электродов осуществляется:

- преобразование поступающих результатов измерений параметров от датчиков 8, 9, 10 перепуска и датчиков 14, 15, 16 положения электрода, а также расчетные значения токов электродов от блока 21;

- определение положения электрододержателей;

- учет величины перепуска и проскальзывания электродов;

- определение рабочей длины электрода по формуле:

где L_Бi - базовая длина соответственно электрода i-й фазы;

L_эi - разовый перепуск электрода i-й фазы;

mi - количество операций перепуска соответственно электрода i-й фазы; от момента ввода базовой длины электрода i-й фазы;

k_yi - коэффициент угара электрода i-й фазы;

W_Бi=(I²эi*t) - расход энергии на угар с момента ввода базовой длины электрода i-й фазы;

k_Бi - коэффициент проводимости цепи электрода i-й фазы.

В блоке 26 алгоритма управления перепуском электрода осуществляется формирование последовательности команд операции выдачи их через блок 28 устройству управления перепуском.

В блоке 27 определения баланса восстановителя в ванне печи, сравниваются усредненные и сглаженные на заданном интервале значения активных сопротивлений (Rэi) цепи электрода и ванны (Rв) печи, полученные от блока 21 с уставками и с учетом данных о положении электрододержателей, полученных от блока 25, формируются рекомендации на подачу корректирующих добавок 35 к электродам 34 на колошник ванны печи 33 или/и изменение на заданную дискрету (dKш) соотношения восстановителя и кварцита в шихте.

В блоке 28 собираются, анализируются и ранжируются на базе установленного приоритета функционирования алгоритмов все управляющие воздействия электротехнологических режимов, выбирается наиболее эффективное для текущего состояния процесса плавки с последующим разрешением его исполнения. Наивысший приоритет имеет алгоритм защиты от перегруза (блок 22), затем алгоритм стабилизации тока электродов (блок 23), после него алгоритм регулирования активной мощности (блок 24), затем алгоритм перепуска электродов (блок 26) и алгоритм определения баланса восстановителя в ванне печи.

Способ регулирования энерготехнологическим режимом восстановительной плавки технического кремния и система, реализующая этот способ, внедрены как подсистема, интегрированная в АСУТП РТП-1, функционирующей на промышленной открытой печи №1 мощностью 16,5 MB*А ЗАО «Кремний» (РФ, г. Шелехов), выплавляющий технический кремний в 2013 г. Видеокадры интерфейса оператора этой подсистемы приведены на рисунках 3 и 4. Программно - технический комплекс подсистемы реализован на компонентах фирмы SIEMENS согласно идеологии создания АСУ ТП РТП-1. Используется:

- операционная система Windows 7 Professional SP1;

- Microsoft Internet Explorer (версия не ниже 6.0 SP1);

- программное обеспечение WinCC, включающее компоненты:

- SQL Server 2005 SP3;

- SIMATIC WinCC V7.0 SP2 Upd6.

Опытно-промышленная эксплуатация системы, реализующей этот способ, подтвердила эффективность применения как способа, так и системы, интегрированной в АСУ ТП РТП-1.

Результаты опытно-промышленной эксплуатации приведены в таблице 2.

Анализ данных таблицы 2 показывает, что способ регулирования энерготехнологическим режимом восстановительной плавки технического кремния и система, реализующая этот способ, обеспечивает по всем показателям достижение цели изобретения: увеличение производительности электропечи, снижение удельного расхода электроэнергии и повышение степени извлечения кремния.

Оптимальный диапазон уставок, выявленный при испытаниях способа и системы:

а) для активной мощности печи: Рпу=(от 12,5 до 12,7) МВт;

Zpп=(от 0,2 до 0,4) МВт;

б) для тока электродов Iэу=(от 52,0 кА до 53,0) кА;

zIэ=(от 1,5 кА до 3,0) кА;

в) для активного сопротивления:

Rэmin=(от 0,4 до 0,55) мОм;

Rэmax=(от 1,35 до 1,55) мОм.

д) для номера ступени ПСН трансформатора:

Nmin=5 или 6;

Заявленные способ и система могут в ближайшее время найти широкое применение на 5-ти электропечах ЗАО «Кремний», а также других предприятиях производства кремнистых ферросплавов, поэтому соответствует критерию Промышленная применимость.

1. Способ управления электротехнологическими режимами восстановительной плавки технического кремния в руднотермической электрической печи, включающей один или три печных трансформатора с вторичными обмотками, соединенными с электродами по схеме ′′треугольник на электродах′′, и ванну печи, образующую совместно с электродами электрическую нагрузку по схеме ′′звезда с изолированной ′′нейтралью′′, при котором измеряют линейные токи и напряжения на стороне высокого напряжения печных трансформаторов и напряжения на электродах, дополнительно измеряют фазные токи на стороне высокого напряжения, линейное и фазное напряжение с низкой стороны трансформатора, задают значения активной мощности печи, верхней и нижней границ положения электродов в ванне печи, наименьший и наибольший номер ступени переключения ступеней напряжения (ПСН) печного трансформатора, соответствующий максимальному для ведения процесса напряжению с низкой стороны трансформатора в соответствии с заданными по технологии параметрами, базовую длину электрода, энергетическую уставку угара электрода, величину разового перепуска и проскальзывания электрода, величину расхода активной электроэнергии печи на плавку, вычисляют активную, реактивную и полную мощность печи, уставки токов электродов и активной мощности электродов на основе заданной активной мощности печи и напряжения рабочей ступени ПСН трансформатора, текущие значения токов электродов на основе фазных токов на стороне высокого напряжения и отношения линейного напряжения на стороне высокого напряжения к линейному напряжению на стороне низкого напряжения трансформатора, сравнивают расчетные уставки и вычисляемые текущие значения токов электродов и при наличии отклонений текущих значений токов электродов от расчетных уставок выбирают электрод с наибольшим отклонением и, в зависимости от знака отклонения, перемещают выбранный электрод вверх или вниз в пределах заданных границ положения электродов в ванне печи до момента уменьшения рассогласования текущего и заданного значений тока электрода, не превышающего заданной зоны нечувствительности, или заданных границ зоны расположения электродов в ванне печи, причем при достижении нижней границы зоны расположения электрода возмущенной фазы или невозможности его опускания сравнивают текущее и заданное значение угара электрода отстающей фазы и при превышении текущего значение угара электрода над заданным перепускают электрод на заданную величину перепуска или перепускают электрод возмущенной фазы при превышении текущего значения угара этого электрода над заданным значением, после чего сравнивают заданное и текущее значения активной мощности печи и при наличии отклонений выбирают электрод с наибольшим отклонением текущих значений активной мощности и переключают ступень напряжения печного трансформатора, начало обмотки которого подключено к электроду с наибольшей или наименьшей активной мощностью, кроме того, сравнивают заданное и текущее значения расхода активной электроэнергии на плавку печи и при превышении текущего значения этой величины над заданной сравнивают отклонение текущего усредненного и сглаженного значения активного сопротивления ванны печи с заданным значением и при наличии отрицательного отклонения осуществляют выпуск продуктов плавки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что расчет текущего значения фазного тока на стороне ВН выполняется по формуле:
I_фАнн=I_ФАвн*U_лАвн/U_лАнн,
где I_ФАнн, I_фВнн, I_фСнн - фазный ток на стороне НН трансформатора, соответственно, фазы А, В и С, кА;
I_фАвн, I_фВн, I_фСвн - фазный ток на стороне ВН трансформатора, соответственно, фазы А,В и С, А;
U_лАвн, U_лВвн, U_лСвн - напряжение линейное на стороне ВН трансформатора, соответственно, фазы А,В и С, А;
U_лАнн, U_лВнн, U_лСнн - напряжение линейное на стороне НН трансформатора, соответственно, фазы А,В и С, А;

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что для вычисляемых параметров электротехнологического режима выполняется:
- усреднение расчетных величин на заданном интервале по формуле:
Yn=Yn-1+(Xn-Yn-1)/n,
где Yn - усредненное значение параметра;
Yn-1 - усредненное значение параметра, вычисленное на предыдущем шаге;
Xn - значение измеряемого параметра на n-м шаге усреднения.
На первом шаге (n=1)Yn=Xn;
- сглаживание расчетных величин на заданном интервале по формуле:
Yn=a*Xn+(1-a)*Yn-1,
где а - коэффициент сглаживания, а=1/t;
t - период сглаживания;
Yn - сглаженное значение параметра;
Yn-1 - сглаженное значение параметра, вычисленное на предыдущем шаге;
Xn - значение измеряемого параметра на n-м шаге сглаживания;
На первом шаге (n=1)Yn=Xn.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что переключение ступеней напряжения выполняется при соблюдении условия для текущих значениях активного сопротивления цепи электрода (Rэ):
Rэymin≤Rэ≤Rэуmax и Nтек≥Nmin,
где Nтек, Nmin - текущий и наименьший номер ступени ПСН печного трансформатора, соответствующий максимальному для ведения процесса напряжению на стороне НН трансформатора в соответствии с заданными по технологии параметрами;
Rэymin - уставка минимального значения активного сопротивления цепи электрода;
Rэуmах - уставка максимального значения активного сопротивления цепи электрода.

5. Система автоматического управления электротехнологическим режимом руднотермической электропечи, содержащая устройства перемещения электродов, один или три печных трансформатора, оснащенных переключателем ступеней напряжения (ПСН) печного трансформатора, комплексный измеритель параметров трехфазной сети (КИПТС), датчики тока и напряжения, подключенные к высокой стороне печного трансформатора и к КИПТС; программируемый логический контроллер (ПЛК), вводы которого подключены к КИПТС, а управляющие выходы - к устройствам управления механизмами переключения ПСН трансформатора и перемещения электрододержателей, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена измерительными преобразователями фазного напряжения на стороне НН (ИФЭ1 …ИФЭ3), входы которых подключены к электродам, включенным по схеме ′′треугольник на электродах′′ на стороне НН печного трансформатора и замкнуты на ванну с металлом по схеме ′′звезда′′ с изолированным нулем; измерительными преобразователями линейного напряжения (ИПЛ1 …ИПЛ3), входы которых подключены к выводам обмоток на стороне НН трансформатора; устройством управления перепуском электродов, измерительными преобразователями напряжения на электродах (ИПЭ1 …ИПЭ3), входы которых подключены непосредственно к электродам относительно нулевой точки заземления кожуха ванны печи, датчиками положения ПСН и электрододержателей, датчиками перепуска электродов, выходы которых совместно с выходами ИПЛ1 …ИПЛ3, ИФЭ1 …ИФЭ3 и ИПЭ1 …ИПЭ3 подсоединены к входам УСО ПЛК, соответствующие управляющие выходы которого подключены к устройствам управления перепуском электродов.