Система автоматического управления руднотермической электропечью

 

О П И С А-Н-" И Е,;771913

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советски к

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 21.03.78 (21) 2614830/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (5l) М. Кл.

Н 05 В 7/148

F 27 D 19/00

Государственный комитет (53) УДК 621.365..21 (088.8) Опубликовано 15.10.80. Бюллетень № 38

Дата опубликования описания 25.10.80 по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

М. И. Лифсон, М. 3. Файницкий и Л. М. Воложин

Ленинградский государственный научна-исследовательский и проектный институт основной химической промышленности (7l ) Заявитель (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧЬ1О

Изобретение относится к электротермии, в частности к устройствам управления руднотермическими печами.

Известны устройства автоматического управления электрическим режимом руднотермических печей, воздействующие на управляющий элемент — электрод или переключатель ступеней напряжения, при отклонении регулируемого параметра, например тока электрода, напряжения, мощности, от заданного значения (1).

Недостатком этих устройств является невысокая точность управления из-за наличия статизма, поскольку одному и тому же значению регулируемого параметра может соответствовать различное положение управляющего элемента — электрода. Это приводит к отклонению технологического режима от оптимального и увеличению удельного расхода электроэнергии.

Известна также система автоматического управления руднотермической печью, которая наряду с регулированием электрического режима поддерживает оптимальное положение управляющего элемента — электрода, т. е. расстояние конец электрода — под, 2 путем загрузки шихты в реакционную зону (2). Система включает в себя регулятор электрического режима, к двум входам которого подключены датчики тока электрода и напряжения электрод — под, к двум другим входам — задатчики этих параметров, один из выходов регулятора соединен с механизмом перемещения электрода, другой — с переключателем ступеней напряжения, блок определения расстояния электродпод, два входа которого соединены с датчиками напряжения и тока, а выход через блок сравнения и усилитель — с входом блока управления положением электрода, выход которого подключен к загрузочному устройству. Второй вход блока сравнения через задатчик положения электрода соединен с выходом блока коррекции, связанного с выходами блоков контроля расхода шихты и качества продукта.

Недостатками этой системы являются невысокая точность определения расстояния электрод - под и ограниченная сфера его применения. Она, в основном, применяется для открытых печей или печей, оборудованных полыми электродами.

771913

Цель изобретения — повышение выхода готового продукта путем повышения точности контроля расстояния электрод-под.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая система автоматического управления снабжена блоком измерения удельного сопротивления расплава шихты, вход которого соединен с вторым выходом блока коррекции, а выход через блок усреднения— с третьим входом блока определения расстояния электрод-под, между выходами блоков контроля расхода шихты и качества продуктов и одним из входов блока коррекции включен логический элемент «И», а блок управления положением электрода имеет два дополнительных выхода, соединенные с соответствующими входами регулятора электрического режима.

На чертеже изображена схема системы автоматического управления руднотермической печью.

На схеме показаны руднотермическая печь 1 с электродом 2 (остальные электроды не показаны), заглубленным в шихту, печной трансформатор 3 с переключателем ступеней 4, являющимся датчиком напряжения, гоковые трансформаторы 5, которые служат датчиками тока электрода, регулятор 6 электрического режима, воздействующий на блок 7 перемещения электродов или на переключатель 4 ступеней напряжения при отклонении регулируемого параметра и два контура: контур А контроля и поддержания расстояния конец электрода-под и контур Б коррекции положения электрода.

Контур А включает последовательно-соединенные блок 8 определения расстояния электрод-под, блок сравнения 9, фазочувствительный усилитель 10, управляющий блок

11, выдающий управляющие сигналы Fq — Рз для восстановления оптимального положения электрода (Fq — сигнал изменения тока электрода, F — сигнал изменения напряжения электрод-под, Рз — сигнал загрузки шихты) .

На вход блока определения расстояния электрод-под поступают: ток электрода I> от трансформатора тока 5, напряжение электрод-под от печного трансформатора 3 (U> ) и усредненное значение удельного сопротивления расплава (Я ) от блока измерения 12 через блок усреднения 13. Второй вход блока сравнения 9 соединен с блоком задания 14 расстояния конец электрода-под.

В контур коррекции Б входят: блок 15 контроля расхода шихты, блок 16 контроля качества продукта, выходы которых подключены к входу логического элемента 17, выполненного по схеме «И». Выход логического блока 17 подключен к входу блока коррекции 18, выходы которого соединены с входом блока измерения 12 удельного расплава шихты и входом блока задания 14 положения электрода.

Система автоматического управления руднотермической печью работает следующим образом.

Основное управление осуществляется путем поддержания электрического режима известным способом, т. е. путем перемеще$ ния электродов в оптимальнои зоне и переключения ступеней напряжения, осуществляемого регулятором 6.

Однако, как показала практика работы руднотермических печей, расстояние конец

1о электрода-под должно быть оптимальным.

При положении электрода выше оптимального увеличивается удельный расход электроэнергии, и повышается температура отходящих газов и затрудняется регулирование.

При положении электрода ниже оптимального уменьшается удельный расход электроэнергии, но при этом весь ток идет на подину, под фазами образуются отдельные тигли, слив шлака из печи затрудняется, возможно разрушение подины за счет диффузии. углерода в расплав.

Поэтому одновременно с регулированием электрического режима осуществляется контроль положения электрода в оптимальной зоне, которое задают в зависимости от активной мощности печи.

Происходит это следующим образом. В блок 8 определения расстояния конец электрода-под поступают сигналы о действительном токе электрода 1 от токового трансформатора 5, напряжение электрод-под Ц зо от печного трансформатора 3 и сигнал, пропорциональный усредненному значению удельного электрического сопротивления р расплава шихты от блока усреднения 13.

Удельное электрическое сопротивление и расплава периодически измеряется блоком

12, причем при измерении его устанавливается расстояние электрод-под, равное 0,9 — 1,1 диаметра электрода, оптимально равное диаметру электрода.

В блоке 8 определяется действительное значение расстояния электрод - под по формуле:

1-1 и dý

Нд, 02 z р р (1) где Н - действительное расстояние конец электрода-под (м), и - напряжение электрод-под (В);

- ток электрода (А); р — усредненная величина удельного электрического сопротивления расплава шихты (ом м);

Й - диаметр электрода (м); (- показатель инерционности печи, зависящий от типа печи (ток для многошлаковых с по."..уженной дугой 3 = 1, для малошлаковых

3= 0,7, а для печей с открытой дугой /1 = 0,6).

Эта формула является модификацией известной формулы Шварца фон Бергкап771913

1S го гь зо зю ао

SO

5 фа, которая была уточнена на основании исследований вероятностей математической модели ванны руднотермической печи и проверена на ряде реальных печей.

Учитывая, что в формулу (1) входят постоянные величины: диаметр электрода, показатель инерционности, численный коэффициент, а также то, что удельное электрическое сопротивление расплава шихты изменяется только при изменении состава шихты, в блоке 8 реализуется уравнение: н*=к — " н =к Р

0п (1,„

* э Д 1 ю з 2 ъ где. э э

oz pP т. е. для определения действительного расстояния конец электрода-под достаточно измерить напряжение 1)п и ток электрода 1э.

Сигнал, пропорциональный действительному значению расстояния электрод-под, поступает в блок сравнения 9, где сравнивается с заданным значением (Н, точнее, с двумя крайними значениями оптимальной зоны, задаваемой блоком 14, в зависимости от активной мощности печи.

Блок задания 14 выполнен в виде дискретного квантователя, причем ширина h оптимальной зоны для каждой мощности печи одинакова и равна 0,2 d> а крайние значения зависят от заданной активной мощности. Так, например, при P> — — 30 — 40 Мвт

h = 0,5 — 0,7 d>, при Р 1 — — 40 — 50 Мвт

h = (0,6 — 0,8) с1э, при Рс1 — — 50 — 60 Мвт

h = (0,7 —:0,9) d и при P „= 60 — 70 Мвт

1 1) (э.

В процессе работы печи положение электрода изменяется, и если оно выходит за пределы оптимальной зоны, то на выходе блока сравнения 9 появляется сигнал рассогласования + hH или - ЛН (в зависимости от знака рассогласования), который усиливается фазочувствительным усилителем 10 и поступает в управляющий блок 11.

Так как ширина оптимальной зоны, в которой должен находиться электрод, равна

0,2 d, то для повышения надежности контроля положения электрода на выходе блока сравнения имеется пороговое устройство, не пропускающее на выход блока сигнал, пропорциональный ЛН 0,2 д .

В управляющем блоке решается задача, за счет какого восстанавливающего воздействия (F1, или Fz, или Ро) вернуть электрод в оптимальную зону.

Следует отметить, что при небольших отклонениях положения электрода предпочтительным является изменение тока электрода, благодаря которому осуществляется плавное перемещение электрода, т. е. реализация сигнала Р1.

Сигнал Р является менее предпочтительным, потому что напряжение из."сняется дискретно, при этой происк,.ит значительное pi ремещение электрода и большое отклонения тока электрода от заданного, поэтому во избежание колебательного режима одновременно с выдачей сигнала Fa необходимо изменить задание тока электрода, т. е. выдать сигнал г1.

Эти команды выдаются при значительном отклонении положения электрода от оптимального значения и когда нет возможности регулировать ток электрода (например, электрод находится в одном из крайних положений зоны перемещения). В этом случае, если необходимо поднять электрод, можно применить сигнал Fç, т. е. добавить в печь восстановителя.

Если электрод находится в оптимальной зоне, т. е. расстояние конец электрода-под не отклоняется от заданного значения, то регулирование осуществляется регулятором

6 электрического режима.

При изменении состава шихты величина усредненного удельного электрического сопротивления расплава корректируется, так как иначе точность определения расстояния конец электрода-под становится недостаточной.

Коррекция осушествляется следующим образом. Одновременно с изменением состава шихты в блок 15 контроля расхода шихты поступает сигнал Q ïðîïîðöèîíàëüный количеству шихты, оставшейся в печных бункерах, до изменения состава шихты.

На второй вход блока 15 поступает сигнал, пропорциональный текущему расходу шихты (Я ). Этот сигнал вычитается из предыдущего, т. е. ЛЯ = (,) — (,) . На выходе блока 15 появляется сигнал только тогда, когда AQ = О, т. е. вся шихта, оставшаяся до ее изменения, не израсходуется.

Он поступает на один из входов логического элемента 17, выполненного по схеме «И».

На второй вход логического элемента поступает сигнал об изменении сливаемого продукта Ла. Этот сигнал формируется в блоке 16 контроля качества продукта, где происходит сравнение текущего значения его (а ) с заданным (а ). Логический блок 17 работает по схеме совпадения, т. е. на его выходе появляется сигнал (f„) на осушествление коррекции только тогда, когда на обоих его входах имеются сигналы Л(,) и

Л а от блоков 15 и 16.

Блок коррекции 18 осуществляет коррекцию в следующей последовательности. Вначале он выдает блоку 14 задания расстояния конец электрода-под команду,О на установку расстояния электрод-под, равного 1,0

d . После отработки контуром А этого заданйя блок 18 выдает команду р в блок 12 на измерение у -,,".льного электрического сопротивления рас.пав;:. шихты в течени. определенного врем:ни, р«зультаты измерения усредняются блоком 13 и выдаются в качестве постоянной величины (до следующего изменения состава шихты) в блок 8 и т. д.

771 9 1 3

ВНИИПИ Заказ 6722/73 Тираж 885 Подписное

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Наличие логического элемента позво- ляет уменыпить количество коррекций и повысить устойчивость системы, так как без него сигнал Ла раскачивал бы систему, потому что изменение качества сливаемого продукта может быть вызвано случайными фактами, например увеличением восстановителя в месте отбора пробы или тем, что отработка отклонения положения электрода от оптимального происходила за счет добавления в расплав восстановителя и т. п.

За счет более точного определения и под- 1о держания расстояния конец электрода-под повышается точность управления и уменьшается удельный расход электроэнергии, а следовательно, увеличивается выход готово-1 го продукта.

Область применения предлагаемой системы автоматического управления расширяется за счет более точного и надежного определения положения электрода, которое можно осуществить на лн>бой руднотермической печи, как открытой, так и закрытой, оборудованной самообжигающимися электродамии.

Фор иула изобретения

Система автоматического управления руд- нотермической электропечью, содержащая регулятор электрического режима, к двум

BxoJIàì которого подсоединены датчики тока электрода и напряжения электрод-под, к двум другим входам — задатчики этих же параметров, один из выходов регулятора соединен с механизмом перемещения электрода, другой — с переключателем ступеней напряжения, блок определения расстояния электрод-под, два входа которого соединены с указанными датчиками тока и напряжения, а выход через блок сравнения и усилитель — с входом блока управления положением электрода, выход которого предназначен для подключения к загрузочному устройству; второй вход блока сравнения через задатчик положения электрода соединен с выходом блока коррекции, связанного с выходами блоков контроля шихты и качества продукта, отличающаяся тем, ч;о, с целью повышения выхода готового продукта путем повышения точности контроля расстояния электрод-под, система снабжена блоком измерения удельного сопротивления расплава шихты, вход которого соединен с вторым выходом блока коррекции, а выход через блок усреднения — с третьим входом блока определения расстояния электрод-под, связь блоков расходов шихты и качества продуктов с входом блока коррекции осуществлена через логический элемент «И», а блок управления положением электрода снабжен вторым и третьим выходами, соединенными с пятым и шестым входами регулятора электрического режима.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сидоренко М. Ф., Косырев А. И. Автоматизация и механизация электросталеплавильного и ферросплавного производства.

М., «Металлургия», 1975.

2. Патент Франции Ко 2110972, кл. F27 D 19/00, 1972 (прототип).