Способ регулирования плавкой трехфазной трехэлектродной карбидной печи и устройство для регулирования плавкой трехфазной трехэлектродной карбидной печи

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<»993491. (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12. 02. 81 (21) 3245520/24-07 (51)М. Кл. с присоединением заявки №

Н 05 В 7/148

F 27 О 19/00

Гвеудвретеешый кеантет

СССР (23)11риоритет ав денем нзебретеннй и втерытив

Опубликовано 30.01 ° 83 ° Бюллетень № 4

Дата опубликования описания 30.01,83

t53) УДК 6Z1.365..23(068.8) Л.Н. Реутович, И.З. Файницкий, Н.И. Лифсон, и А.Н, Рождайкин (72) Авторы изобретения

Ленинградский государственный научно-исследавакет ьскийи проектный институт основной химической промышленностй --==::.-,,. (71) Заявитель (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЛАВКОЙ ТРЕХфАЗНОЙ

ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙ КАРБИДНОЙ ПЕЧИ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПЛАВКОЙ

ТРЕХФАЗНОЙ ТРЕХЭЛЕКТРОДНОЙ КАРБИДНОЙ

ПЕЧИ

Изобретение относится к электратермии, s частности к способам автоматического управления руднотермическими печами, например карбидными и им подобными электропечными установ" ками.

Известны способы и устройства авто матического управления электрическим режимом руднотермической печи, осно» ванные на принципе отклонения регулируемого электрического параметра, например, мощности; тока электрода от заданного значения с последующим воздействием на управляющий элементэлектрод и/или переключатель ступе" ней напряжения 1 ).

Недостатком известных способов автоматического управления по электрическому режиму является наличие статйзма, поскольку одному и .тому же 20 значению управляемого параметра может соответствовать различное положение управляющего элемента - электрода. В итоге это приводит к отклоне2 нию технологических параметров от норм и .к увеличению удельного оасхода электроэнергии

Стабильное положение рабочего конца электрода и его рациональная дли" на обеспечивают нормальный технологический ход печи, облегчают ее обслуживание и поэтому являются показателями оптимальности процесса в печи.

При заданном распаде и других пара" метрах печи токораспределение апре" деляется глубиной посадки электродов.

Сложность измерения этого параметра связана с тем, что положение нижнего конца электрода в ванне печи определяется двумя независящими друг от дру" га факторами: заданным электрическим режимом, который наиболее удобно оценивать отношением тока к напряжению, и сложившимся на печи технологичес" ким режимом, который характеризуется удельным сопротивлением подэлектродного пространства.! электродной массы.

35 бований на стадии получения карбида в печи, а потери на последующих стадиях (охлаждение, измельчение и т.д.)

"О значительно выше, чем у карбида каль.ция более -низкого качества, например с литражом 270-300 л/кг.

Не учитываются и некоторые особенности работы карбидной печи, связан43 ные с их конструктивным исполнением.

Большинство карбидных печей имеют прямоугольную ванну с расположенными в ряд самообжигающимися электродами прямоугольного или эллиптического се3О чения. В печах открытого или полузакрытого типа слив карбида кальция осуществляют через одну центральную летку, Так как печные трансформаторы расположены с одной стороны печи, то короткая сеть не симметрична.

Вследствие различия в длине токопроводов собственные индуктивности фаз и их взаимные индуктивности не равны

3 99349

Перепус к осуществляют дискретно по специальной программе> а рабочую длину электрода определяют по косвенному параметру - зависимости угара электрода от рабочей мощности элект"

5 ропечи.

Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования плавкой трехфазной трехэпектродной кар бидной печи с центральным электродом у летки, при котором контролируют электрические параметры печи, положение торцов электродов, рабочую длину электродов и качество готового продукта, сравнивают их с заданными и при их отклонении изменяют указанные параметры путем перемещения и перепуска электродов и/или переключения ступеней напряжения печного трансформатора. Способ включает поддержание оптимального тока электрода путем перемещения в заданной зоне, осуществление автоматического перепуска электрода после операций определения: расхода электрода, глубины проникновения его в шихту и расстояния, отделяющего конец электрода от пода, причем перепуск осуществляют по определенной программе, определение качества получаемого карбида в зависимости от температуры по эмпирическим формулам и сравнение сигнальв. соответствующих расстоянию конец . электрода " под и качеству получаемого продукта, и в случае отклонения воздействуют на загрузочное устройство, которое через полость электрода подает внутрь секционной зоны мелочь, или на регулятор электрического режима с целью изменения тока электрода о

Устройство для осуществления спо.соба содержит для каждой фазы регулятор электрического режима, к входам которого подключены датчики и задатчики тока электрода этой фазы и датчики и задатчики напряжения электродпод, один из выходов подключен к входу механизма перемещения и/или перепуска электрода,,а другой - к переключателю ступеней напряжения печ ного трансформатора, блок определения рабочей длины электрода, блок определения расстояния электрод " под, два входа которого соединены с указанными датчиками тока и напряжения, а выход через блок сравнения и усилитель - с входом управляющего блока, связанного выходами с регулятором электрического режима и входом загрузочного устройства, и один для всех фаз блок определения качества готового продукта (2 ).

Однако при этом способе рабочую длину электрода определяют по косвенному параметру - угару электрода в зависимости от рабочей мощности печи с учетом величины перепусков и перемещений электрода. Такой метод не позволяет точно измерить длину электрода, так как расход электродно" массы зависит еще от ряда факторов, например состава шихты в подэлектродном прост-, ранстве, структуры, образовавшегося рабочего конца и т.д. Так, для карбидной печи наличие избытка извести в плавильном тигле увеличивает расход

Согласно этому способу определяют также расстояние конец электрода - под для полного электрода, что не нашло практического применения в мировой практи ке.

Кроме того, для определения качества получаемого карбида в зависи" мости от его температуры в момент слива приведены эмпирические формулы. Однако температура сливного карбида может превышать 2000 С. В этом случае формула для определения качества карбида не годна, так как получается карбид кальция с литражом свыше 400 л/кг, в то время как

1004, СаС2 соответствует литраж

372,3 л/кг. Такое управление накладывает ряд дополнительных жестких тре5 99349 между собой, следовательно, при одинаковой посадке .и равенстве длин электродов, мощности фаз сети и мощности, выделяющиеся в ванне печи у электродов, различны. Эти обСтоятель- 5 ства требуют различного подхода к управлению каждой фазой печи, что .не учитывается. при упомянутом выше спо" собе и в устройстве для его реализации.

1О

Цель изобретения - повышение точности управления и снижение удельного расхода электроэнергии.

Для достижения поставленной цели согласно способу регулирования плав" кой трехфазной трехэлектродной кар" бидной печи с центральным электродом у летки, при котором контролируют . электрические параметры печи, положение торцов электродов, рабочую длину 0 электродов и качество готового продукта, сравнивают их с заданными и при их отклонении изменяют указанные параметры путем перемещения и перепуска электродов и/или переключения ступеней напряжения печного трансформатора, в течение всего процесса -. плавки поддерживают положение торцов крайних электродов на 100-120 мм ниже положения торца центрального элект- 30 рода, а величину перепуска электро-. дов определяют по формуле (0,8-0,9)d (Hg+ "и QJH >: где с1 " эквивалентный диаметр электЭ рода (для печей с некруглым электродом вычисляют по площади, эквивалентной площади реального электрода), м;

НЭ - высота ванны печи, м;

9„ - расстояние от колошника до gg контактной плиты, м;

=К вЂ” - усредненная высота расстояЭП" -> 2 э ния торец электрода - под, м;.

Рср- активная мощность фазы, мВт;

3 - ток электрода, кА; г

К= » постоянный коэффициент; о,а р. показатель инерционности;

p - усредненное удельное электрическое сопротивление подэлектродного пространства,Омм.

8 устройстве дпя регулирования

55 плавкой трехфазной трехэлектродной карбидной печи, содержащем для каждой фазы регулятор электрического режима, к входам которого подключены дат"

1 6 чики и задатчики тока электрода этой фазы и датчики и задатчики напряже" ния электрод-под, один из выходов подключен к входу механизма перемещения и/или перепуска электрода, а дру" гой - к переключателю ступеней напряжения печного трансформатора, блок определения рабочей длины- электрода, блок определения расстояния электрод" под, два входа которого соединены с указанными датчиками тока и напряжения, а выход через блок сравнения и усилитель - с входом управляюцего блока, связанного выходами с регуля" тором электрического режима и входом загрузочного устройства, и один дпя всех фаз блок определения качества готового продукта, введены два допол" нительных блока сравнения, оба входа каждого из которых подключены к пер" вым выходам двух интеграторов, соеди" ненных входами с выходами блоков on" ределения расстояния электрод - под одного из крайних и центрального электродов, а выходами - с дополни" тельным входом управляющего блока указанного крайнего электрода, вторые выходы интеграторов соединены с входами блоков определения рабочей длины указанного крайнего электрода, а выход блока определе" ния качества готового продукта с дополнительным входом управляющего устройства центрального электрода.

Кроме того., качество карбида. каль" ция определяют по формуле

11 = 0,313Т " 34",1, где Q - литраж СаС>, л/кг;

Т - температура сливаемого карби" да кальция в случае, если она находится в диапазоне 1950"

2200О, при чем поддерживают качество карбида кальция, образующегося под крайними, электродами „нес кол ько ниже

1например на 54), а под центральным электродом «выше расчетной формулы.

Необходимость поддержания торца крайних электродов ниже центрального объясняется конструктивными особен" ностями карбидной печи, так как слив происходит через центральную летку и это способствует сливу карбида кальция из-под крайних электродов. Ао этой же причине качество карбида под центральным электродом должно быть не" сколько выше, чем под крайними, так

9934 как в основном им определяется ка« чество сливаемого карбида кальция.

Правильный перепуск электрода для карбидных печей является основным фактором, обеспечивающим нормальную работу печи, так как в отличие от фос« форных печей, где перепуск производят каждый час, на карбидных печах перепускают электроды значительно режераз в смену или несколько раз в сут- >g ки, но на значительно большую величину. При черезмерно больших перепусках увеличивается время работы печи на неполной токовой нагрузке, возрас« тают потери энергии в электроде. При недостаточном перепуске рабочий конец электрода будет коротким и электрод работает с открытой дугой. В обоих случаях технико-экономические показатели работы печи снижаются.

Практически точность определения этого параметра зависит от точности определения расстояния торец элект" рода - под.

В расчетную формулу для определения этого расстояния внесены некоторые изменения, которые больше соответствуют особенностям работы карбидной печи. Так как мощности каждой фа-. зы карбидной печи различны, то этот параметр точнее характеризует ее работу, чем напряжение электрод - под.

Кроме того, в формуле используют усредненную величину удельного элект« рического сопротивления подэлектрод35 ного пространства вместо удельного электр ического сопротивления расплава, так как это связано с трудностями измерения последней.

Величину удельного электрического сопротивления подэлектродного пространства определяют на основе статической обработки результатов работы

)конкретной печи за срок не менее одного месяца нормальной работы печи (наиболее оптимальный срок " три ме" сяца ). Величину перепуска определяют. как разность заданной (оптимальной). длины рабочего конца электрода, которая должна быть равна (0,8-0,9)dz минус фактическая длина электрода.

Для повышения точности определения рабочей длины электрода полученные значения расстояния электрод " под усредняют за определенный промежуток времени. Качество готового продукта определяют по эмпирическим формулам, при этом при температуре сливаемого карбида кальция 1640 -1900

91 8 можно использовать известные формулы, но полученные значения уменьшить на

104, так как экономически более целе" сообразно поддерживать качество готового продукта в пределах 275-310 л/

/кг. Следовательно

Я = (О . 291 Т-20 1,, 5) х0,9 при

Т = 1690-1900 С ф = (0,446T-.470) х0,97-0,95 при

1640 1760 С, причем во второй формуле для начала диапазона К = 0,97, а для конца диапазона К = 0,95.

Для определения качества карбида кальция при более высоких температурах используют следующую формулу: ь1 = 0,313Т-344.1 при . Т = 1950-2200 С.

На чертеже приведена блок-схема устройства, реализующего способ регулирования плавкой трехфазной трехэлектродной карбидной печи.

Устройство содержит карбидную ,печь 1 (объект регулирования), самообжигающиеся электроды 2, токовые трансформаторы 3, являющиеся датчиками тока электрода, печной трайсформатор (ПТ ) 4 с переключателем ступеней напряжения (ПСН) 5, являющимся датчиком напряжения (показаны для одной фазы ), регуляторы 6 электрического режима, воздействующие на исполнительные механизм 7 (перемещения электрода или перепуска), блоки 8 определения расстояния электродпод, блоки 9 сравнения фактического и заданного расстояния электрод - под, усилитель 10 и управляющие блоки 11, выдающие сигналы управления в регуляторы 6, интеграторы 12, блоки 13 сравнения положения электрод — под центрального и крайних электродов,.усилители 14 сигнала рассогласования, соединенные с регулятором 6, устройством 15 загрузки и блоком 16 определения рабочей длины электрода, выход которого соединен через регулятор 6 с механизмам перепуска электрода, блок 17 измерения температуры сливаемого карбида кальция и блок 18 определения качества СаС2.На чертеже и.„,,ы., ц, обозначают управляющие сигйалы, поступающие в ре,гулятор электрического режима, устройство загрузки и llCH, а Е1, Е, У соответствующие управляющие воздействия исполнительных органов.

9 ..-9934

Устройство (на примере карбидной печи мощностью 60 МВ А 1 работает следующим образом.

В период работы между двумя перепусками регулятор 6 электрического режима поддерживает заданную активную мощность на электродах путем контроля величины тока электрода согласно известному способу. Сигнал от датчи" ка 3 тока поступает в регулятор 6.

Сюда же поступает и сигнал от ПСН, ПТ 4, пропорциональный напряжению на электроде.

В регуляторе происходит сравнение этих сигналов с заданными и В слу» чае отклонения выдается сигнал f на исполнительный механизм 7 на перемещение или перепуск электрода, если заданную мощность нельзя поддержать за счет переключения ступеней напря- 2О .жения.

В блоке 8 происходит реализация уравнения

Рф эп - 2

Э так как в результате статистической обработки были определены значения удельного электрического сопротивления подэлектродного пространства печи, например, р = 8 ° 10 З Ом .м. Размеры . зо электрода составляют 2,8Х0,65-м, что соответствует эквивалентному диаметру- d = 1,5 м, при этом постоянная К = 1410, P> = 16 мВт Зэ = 125 кА. — В результате получаем Ъз„= 1,4 м. 55

Эта величина сравнивается в блоке 9 сравнения с заданной величиной, которая должна находиться в диапазоне (0,7-0,9)c33. S случае отклонения от

40 заданного диапазона сигнал рассогла" сования усиливается усилителем 10 и поступает на управляющий блок 11, который выдает сигналы в регулятор б и устройство 15 загрузки для изменения

45 соотношения кокс"известь или прекращение увеличение ) подачи извести из устройства 15.

Устройство 15 состоит из двух по" лостей. В левой части находится сме50 шанное сырье, а в правои «известь, которую непрерывно подсыпают в зону реакции. Исходя из этого смешанное сырье составляют с некоторой нехваткой извести. Такая загрузка шихты в . печь позволяет более оперативно воз- 5» действовать на ход технологического процесса и влияет на качество готового продукта.

91 10

Одновременно с окончанием определения расстояния электрод - под в блоке 8 на выходе этого блока появляются сигналы, поступакщие в интегратор 12, где происходит усреднение зна" чения Ъ „за определенный промежуток времени, после чего этот сигнал поступает в блок 13 сравнения, где сравнивается с аналогичным сигналом Вто» рой фазы (центральный электрод 1, ко" торая является задатчиком для крайних фаз, В случае отклонения, превышающего заданное значение 100-120 мм, на выходе блока сравнения появляется сигнал рассогласования, который усиливается усилителем 14 и поступает также в регулятор 6 и систему дозировки шихты.

В блоке 16 происходит определение рабочей длины электрода, т.е, реали" зуется уравнение

1" з Нз зй+

Высота ванны печи НЭ = 2,5 м, рас" стояние n= 1,4 м, а усредненное значение расстояния электрод - под поступает в блок 16 с выхода интегратора 12. Оптимальная величина рабочей длины электрода должна составлять

1"э = (0,8+0,9) дэ

В случае отклонения необходимо произвести перепуск электрода или изменить электрический режим.

В рассматриваемом случае

= 2,5+1,4-1,4 = 2,5 м, т.е.Ьэ>И. оп, которая должна составлять 1,2- 1,4 м.

Это.означает, что электрод-длинный и перепуск производить не надо. Так как.

h = 1,4 м, что несколько превышает оптимальное значение (0,7-0,9) с)з, то электрод необходимо несколько опустить.

Сигнал разбаланса 11 усиливается усилителем 10 и поступает в управляющих блок 11, где решается задача за счет какого воздействия (<или pg). вернуть электрод в оптимальное поло" жение.

Аналогичным образом решается во» прос при расстоянии электрод - под меньше оптимального значения.

Таким образом, необходимость ocy" ществления перепуска электрода on" ределяется невозможностью поддержа" ния заданной электрической мощности, невозможностью поддержания оптималь" ного расстояния электрод - под, т.е.

Ь >Ь T и условием, когда рабочая зя эп опт

11 99349 длина электрода меньше оптимальной (4 у < у опт ) .

Сигнал качества карбида кальция формируется в блоках 17 и 18, причем блок 17 измеряет температуру сливае"

% мого карбида кальция, а в блоке 18 реализуется одно из приведенных вы" ше уравнений, в зависимости от величины сигнала на выходе блока 17 и сравнивается с заданным качеством продукта (275-310 л/кг ). В случае отклонения от заданного диапазона a управляющий блок 11 центральной фазы поступает сигнал на изменение электрического режима или шихты.

Предлагаемый способ и устройство регулирования карбидной печи позволя" ют улучшить качество управления благодаря более точному определению рабочей длины электрода, расстояния электрод - под и момента осуществления перепуска, а также изменению электрического режима и дозировки шихты.

Оптимальный энергетический режим обеспечивает снижение удельного рас хода электроэнергии и повышает выход качественного карбида кальция.

Формула изобретения

1. Способ регулирования плавкой трвхфазной трехэлектродной карбидной печи с центральным электродом у летки, при котором контролируют электрические параметры печи, положение тор" цов электродов, рабочую длину электродов и качество готового продукта, сравнивают их с заданными и при их отклонении изменяют указанные параметры путем перемещения- и перепуска электродов и/или переключения ступеней напряжения печного трансформа40 тора, отли чающий ся тем-, что, с целью снижения удельного расхода электроэнергии, в течение всего процесса плавки поддерживают положение торцов крайних электродов на 100120 мм ниже положения торца централь" ного электрода, а величину перепуска электродов определяют по формуле

-п= аа-09>а,- н,+%„-%,„1т, где - эквивалентный диаметр электрода, м;

Н - высота ванны печи,м; э

bп - расстояние от колошника до контактной плиты, м;

Р, } = — - усредненная высота расстоя р 2 . э ния терец электрода -„под„ м

1 12 активная мощность фазы, мВт, ток электрода, кА; ф

К= з постоянный коэффициент;

0,2 3 ф - показатель инерционности; р - усредненное удельное электрическое сопротивление подэлектродного пространства, Ом м, 2. Устройство для регулирования булавкой трехфаэной трехэлектродной . карбидной печи, содержащее для каждой фазы регулятор электрического режима, к входам которого подключены датчики и задатчики тока электрода этой фазы и датчики и задатчики напряжения;. ( электрод - под, один из выходов подключен к входу механизма перемещения и/или перепуска электрода, а другойк .переключателю ступеней напряжения печного трансформатора, блок определения рабочей длины электрода, блок определения расстояния электрод - под, два входа которого соединены с укаэанными датчиками тока и напряжения, а выход через блок сравнения и усилитель, - с входом управляющего блока, связанного выходами с регулятором электрического режима и входом загрузочного устройства, и один для. всех фаз блок определения качества готового продукта, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью сниже" ния удельного расхода электроэнергии, оно содержит два дополнительных блока сравнения, оба входа каждого из которых подключены к первым выходам двух интеграторов, соединенных входами с выходами блоков определения расстояния электрод - под одного из крайних и центрального электродов, а выходами - с дополнительным входом управляющего блока указанного крайнего электрода, вторые выходы интеграторов соединены с входами блоков определении рабочей длины указанного крайнего электрода, а выход блока определения качества готового продукта - с дополнительным входом управляющего устройства центрального электрода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Автоматическое управление руднотермическими электропечами. И., НИИТЗХИН 1977, с. 6-14.

2. Патент Франции Н 2 110972, кл.F 27 9 19/00, 1972.

Составитель О. Турпак

Редактор А. Огао Texpeg. О.Неце !(орректор А. Гриценко

Заказ 510/77 Тираж оч3 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, Г