SU1765650A1 - Способ автоматического управлени положением реакционной зоны в ванне руднотермической электропечи и система дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электрометаллургии , преимущественно к электропечам , выплавл ющим ферросплавы, и может быть использовано при выплавке фосфора, карбида, кальци , медноникеле- вых и др. сплавов. Цель изобретени  - повышение производительности электропечи, снижение удельного расхода электроэнергии и сырьевых материалов за счет стабилизации положени  реакционной зоны по высоте ванны печи. Изобретение характеризуетс  определением квадрата тока электрода и текущего значени  активного сопротивлени  под каждым электродом, ограничением величины этого сопротивлени  по верхнему пределу, усреднением его за установленный интервал времени и при одновременном увеличении против соответствующих заданий интегрального значени  квадрата тока, среднего и текущего значе- ний активных сопротивлений, выполнением перепуска электрода на установленную величину . 2 с.п. ф-лы, 1 ил. СЛ С

Description

Изобретение относитс  к области электрометаллургии , преимущественно к электропечам , выплавл ющим ферросплавы и может быть использовано при выплавке фосфора, карбида кальци , медноникеле- вых и др. сплавов.

При выплавке ферросплавов в рудно- термической электропечи положение реакционной зоны по высоте ванны, нар ду с вводимой мощностью и балансом углерода, в значительной степени определ ет технико-экономические показатели работы агрегата . Отклонение положени  реакционной зоны от оптимального положени  приводит к снижению скорости и полноты восстановительных реакций и, в конечном итоге, к снижению производительности печи, увеличению удельного расхода электроэнергии и сырьевых материалов.

Это объ сн етс  тем, что энергетический КПД электропечи имеет экстремальную зависимость от двух составл ющих

Сэн Сэ GT

где Сэн, Сэ и GT - энергетический, электрический и тепловой КПД электропечи соответственно .

При высоком положении реакционной зоны G3 велик, a GT- мал. При низком положении реакционной зоны наоборот Сэ - мал, a GT- велик. Дл  получени  высокого энергетического КПД процесса необходимо иметь оптимальное по отношению к Сэн расположение реакционной зоны, а следовательно

XI ON СЛ

а

СЛ

§

и положение конца электродов в ванне печи .

Задача сводитс  к определению отклонени  положени  конца электрода от оптимального значени  и выработке наиболее эффективного регулирующего воздействи  дл  ликвидации этого отклонени .

Известно устройство автоматического управлени  процессом электроплавки, предусматривающее контроль отклонени  по- ложени  электрода в расплаве от заданного значени  и компенсацию рассогласовани  заглублени  электрода посредством перемещени  его. В качестве показател  заглублени  электродов в расплав прин та величина

H0 l/(dl/dH3), где I - ток электрода;

Нэ - заглубление электрода в расплав.

При Н0 Нзад электрод заглубл етс  до установлени  Н0 Н3ад, а затем рассогласование по мощности компенсируетс  посредством переключени  ступеней напр жени  печного трансформатора.

При Но Нзад электрод перемещаетс  вверх до установлени  Н0 Нзад с последующей компенсацией рассогласовани  по мощности переключением ступеней напр жени . Применение этого метода возможно при линейной зависимости I от Но, что на- блюдаетс  только на многошлаковых электропечах цветной металлургии.

Исследовани  ферросплавных печей, например, выплавл ющих ферросилиций, показывают, что зависимость тока электро- да от его заглублени  неоднозначна, даже при однородной шихте. Отношение dl/dHa мен етс  в широких пределах и не может  вл тьс  основанием дл  определени  заглублени  электрода в шихте.

Т.о. устройство имеет ограниченное применение - на печах, где рабочий конец электрода погружен в расплав.

Известен способ управлени  процессом выплавки силикомарганца в руднотер- мической печи и система дл  его реализации.

По этому способу определ ют текущее значение квадрата тока электрода и активного сопротивлени  под электродом, огра- ничивают это сопротивление по верхнему пределу, после чего усредн ют за установленный интервал и при одновременном уве- личении по сравнению с заданными величинами среднего и текущего значений активного сопротивлени  и интегрального значени  квадрата тока выполн ют перепуск электрода на установленную величину.

Основным недостатком этого способа и системы  вл етс  ограниченна  область

применени  - на печах, работающих с неподвижными электродами. На электропечах , например, выплавл ющих ферросилиций, перемещение электрода (из- за ограниченных возможностей управлени  по переключению ступеней напр жени ) часто  вл етс  основным регулирующим воздействием . Это св зано с тем, что рассогласование ступеней напр жени  печных трансформаторов между собой, как правило , не должно превышать 2 ступеней, чтобы ограничить уравнительные токи первичных обмоток. Поэтому при реализации этого способа на этих печах создаютс  услови  дл  неоправданного перепуска электродов , т.е. удлинени  их с соответствующими последстви ми: дополнительными потер ми электроэнергии и снижением стойкости электродов.

Т.о. известные способы и устройства стабилизации положени  реакционной зоны по высоте ванны не могут обеспечить необходимую точность на электропечах, использующих перемещение электродов дл  управлени  электрическим режимом плавки .

Цель изобретени  - повышение производительности электропечи, снижение удельного расхода электроэнергии и сырьевых материалов за счет стабилизации положени  реакционной зоны по высоте ванны печи.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что известными способами определ ют квадрат тока электрода и текущее значение активного сопротивлени  под каждым электродом, ограничивают величину этого сопротивлени  по верхнему пределу, усредн ют его за установленный интервал времени и при одновременном увеличении против соответствующих заданий интегрального значени  квадрата тока, среднего и текущего значений активных сопротивлений выполн ют перепуск электрода на установленную величину .

Новым  вл етс  то, что дополнительно измер ют положение электрододержател  и при готовности электрода к перепуску, но расположении электрододержател  выше заданного положени , вместо перепуска электрода выполн ют перемещение его электрододержател  вниз на установленную величину.

В системе дл  реализации способа выход датчика активного сопротивлени  соединен с первым входом первого блока сравнени  и со входом блока ограничени  и усреднени , выход которого соединен с первым входом второго блока сравнени , а выход задатчика сопротивлени  соединен со

вторыми входами первого и второго блоков сравнени , выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первой схемы совпадени , причем датчик квадрата тока, блок интегрировани  и третий блок сравнени  соединены последовательно , второй вход третьего блока сравнени  соединен с выходом задатчика ампер-квадрат часов, а выход - с третьим входом первой схемы совпадени , второй вход блока управлени  перепуском электрода соединен с выходом задатчика величины перепуска электрода, кроме того, выход первой схемы совпадени  соединен с первыми входами второй и третьей схем совпа- дени , а выход датчика положени  электрододержател  соединен со вторым входом третьей схемы совпадени , и через  чейку НЕ со вторым входом второй схемы совпадени , при этом выход третьей схемы совпадени  соединен с первым входом блока управлени  перепуском электрода и вторым входом блока интегрировани , а выход второй схемы совпадени  соединен с первым входом блока управлени  опусканием электрододержател , второй вход которого соединен с выходом задатчика величины перемещени  электрододержател .

На чертеже изображена блок-схема системы дл  реализации способа автоматиче- ского управлени  положением реакционной зоны в ванне руднотермиче- ской электропечи.

Система содержит датчик 1 активного сопротивлени , блок 2 ограничени  и усреднени , первый и второй блоки 3 и 4 сравнени , задатчик 5 сопротивлени , датчик 6 квадрата тока, блок 7 интегрировани , третий блок 8 сравнени , задатчик 9 ампер- квадрат часов, первую, вторую и третью схемы 10-12 совпадени , датчик 13 положени  электрододержател ,  чейку НЕ 14, блок 15 управлени  опусканием электрододержател , задатчик 16 величины перемещени  электрододержател , блок 17 управлени  перепуском электрода и задатчик 18 величины перепуска электрода.

Выход датчика 1 активного сопротивлени  соединен со входом блока 2 ограничени  и усреднени  и с первым входом первого блока 3 сравнени . Выход блока 2 соединен с первым входом второго блока 4 сравнени . Выход задатчика 5 сопротивлени  соединен со вторыми входами первого и второго блоков 3 и 4 сравнени . Датчик 6 квадрата тока, блок 7 интегрировани  и третий блок 8 сравнени  соединены последовательно . Выход задатчика 9 ампер-квадрат часов соединен со вторым входом третьего блока 8 сравнени .

Выходы первого, второго и третьего блоков 3, 4 и 8 сравнени  соединены соответственное первым, вторым и третьим входами первой схемы 10 совпадени , выход

которой соединен с первыми входами второй и третьей схем 11 и 12 совпадени .

Выход датчика 13 положени  электрододержател  соединен со вторым входом третьей схемы 12 совпадени , а через  чей0 ку 14 НЕ со вторым входом второй схемы 11 совпадени .

Выход второй схемы 11 совпадени  соединен с первым входом блока 15 управлени  опусканием электрододержател ,

5 второй вход которого соединен с выходом задатчика 16 величины, перемещени  электрододержател .

Выход третьей схемы 12 совпадени  соединен со вторым входом блока 7 интегри0 ровани  и с первым входом блока 17 управлени  перепуском электрода, второй вход которого соединен с выходом задатчика 18 величины перепуска электрода.

Система работает следующим образом.

5 Сигнал R от датчика 1 активного сопротивлени  поступает в блок 2, где его величина ограничиваетс  по верхнему пределу и усредн етс  на заданном интервале. Усредненное значение Rep сравниваетс  в блоке

0 4 с величиной R3, устанавливаемой задатчи- ком 5 и при RCp Rs сигнал dRcp поступает на второй вход схемы 10 совпадени . Параллельно сигнал R датчика 1 поступает в блок 3, где он сравниваетс  с заданием R3 и при

5 R R3 сигнал dR поступает на первый вход схемы 10 совпадени . Одновременно сигнал I2 датчика 6 квадрата тока электрода интегрируетс  (I2 t) в блоке 7. затем сравниваетс  в блоке 8 с величиной (I2 t)3, уста0 новленной задатчиком 9 ампер-квадрат часов и при I21 (I2 t)3 сигнал d(l t) поступает на третий вход схемы 10 совпадени . При одновременном поступлении всех трех сигналов на выходе схемы 10 совпадени 

5 по витс  сигнал С, который одновременно поступает на первые входы схем 11 и 12 совпадени . При расположении электрододержател  выше заданного нижнего положени  (Si 0) на второй вход схемы 11

0 совпадени  через  чейку 14 НЕ поступает инверсный сигнал (S2 1) датчика 13 положени  электрододержател . При одновременном поступлении на входы схемы 11 совпадени  обоих сигналов С и $2 на ее

5 выходе формируетс  сигнал S, который поступает на первый вход блока 15 управлени  опусканием электрододержател , на второй вход которого от задатчика 16 поступает задание dS величины разового переме- щени  электрододержател . При

расположении электрододержател  в зада- ном нижнем положении (Si 1) сигнал датчика 13 положени  электрододержател  поступает на второй вход схемы 12 совпадени . При одновременном поступлении на входы схемы 12 совпадени  обеих сигналов С и Si на ее выходе формируетс  сигнал L, который поступает на первый вход блока 17 управлени  перепуском электрода, на второй вход которого поступает задание dl ве- личины разового перепуска электрода от задатчика 18. Одновременно сигнал выхода схемы 12 совпадени  поступает на второй вход блока 7 интегрировани  и обнул ет его значение.

При увеличении значений R и RCp против R3, a I-1 против (I t)3 система перед выполнением перепуска электрода осуществл ет проверку расположени  электрододержател  относительно заданного нижнего поло- жени  и, в зависимости от этого, формирует управл ющий сигнал на перепуск электрода или на опускание электрододержател  вместе с электродом.

Таким образом, использование четырех параметров - величина текущего значени  активного сопротивлени  под электродом, усредненное значение этого сопротивлени  за интервал, величина ампер-квадрат часов, израсходованных от начала предыдущего перепуска и положение электрододержател  относительно заданного нижнего значени , позвол ет обеспечить необходимое качество спекани  электродного блока, подлежащего перепуску и стабилизировать по- ложение реакционной зоны в ванне печи.

Дл  отстройки от возмущений, св занных с неравномерностью выхода сплава и шлака из печи, текущее значение активного сопротивлени  под электродом ограничивав етс  по верхнему пределу, равному 1,1-1,3 величины сопротивлени  Кз, установленной дл  выполнени  перепуска.

Дл  представительности величины ак- тивного сопротивлени  под электродом, при выработке сигнала на перепуск, усреднение ее выполн етс  за врем  4-10 ч. Оптимальное значение интервала, прин тое при проверке способа в промышленных ус- лови х Запорожского (ЗФЗ)и Ермаковского (ЕФЗ) ферросплавных заводов дл  плавки ферросилици  составило 6-8 ч. При интервале усреднени  менее 4 часов сказываютс  колебани  активного сопротивлени , вы- званные неравномерностью выхода сплава и шлака из печи. При интервале более 10 часов ухудшаютс  динамические свойства системы и снижаетс  представительность параметра.

Величина активного сопротивлени  под электродом, установленна  дл  формировани  сигнала на перепуск электрода принимаетс  равной 0,8-1,4 мОм. Оптимальное значение этой величины при выплавке ферросилици  дл  печей 21-27 составл ет 1,2-1,3 мОм, а дл  печей 63 - 0,9-1 мОм. При задании активного сопротивлени  менее 0,8 мОм электроды удлин ютс  и реакционна  зона опускаетс  ниже оптимального положени , что приводит к замедлению восстановительных реакций и, в конечном итоге, к снижению технико-экономических показателей работы печи. При задании активного сопротивлени  более 1,4 мОм, электроды укорачиваютс , что приводит к повышению тепловых потерь, а следовательно увеличению удельного расхода электроэнергии.

Величина разового перепуска электрода и перемещени  электрододержател  вниз принимаютс  равными 20-30 мм. Оптимальное значение - 25 мм. При большем значении этой величины возможен перегруз по току электрода, а при меньшем значении - повышаетс  частота перепуска и перемещений , что снижает ресурс электроконтактных щек и исполнительных механизмов.

Система может быть реализована на серийных средствах ВТ и приборах ГСП.

Экспериментальные исследовани , проведенные на электропечах ЗФЗ и ЕФЗ, показали возможность следующего улучшени  технико-экономических показателей работы печей: увеличение производительности на 2-3%; снижение удельного расхода электроэнергии на 1,5-2%; снижение удельного расхода кок- сика на 1,5-2%.

Claims (2)

1. Способ автоматического управлени  положением реакционной зоны в ванне руд- нотермической электропечи, включающий измерение текущего значени  квадрата тока электрода и активного сопротивлени  под электродом, ограничение этого сопротивлени  по верхнему пределу, усреднение его за установленный интервал времени и при одновременном увеличении против соответствующих заданий интегрального значени  квадрата тока, среднего и текущего значений активного сопротивлени , выполнение перепуска электрода, отличающийс  тем, что, с целью повышени  производительности электропечи, сниже- ни  удельного расхода электроэнергии и сырьевых материалов, дополнительно измер ют положение электрододержател  и при готовности электрода к перепуску при расположении электрододержател  выше заданного положени  перемещают электро- додержатель вниз на заданную по технологии величину.

2. Система автоматического управлени  положением реакционной зоны в ванне руднотермической электропечи, содержаща  датчик активного сопротивлени , выход которого соединен с первым входом первого блока сравнени  и с входом блока ограничени  и усреднени , выход которого соединен с первым входом второго блока сравнени , задатчик сопротивлени , выход соединен с вторыми входами первого и второго блоков сравнени , выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первой схемы совпадени , последовательно соединенные датчик квадрата тока, блок интегрировани  и третий блок сравнени , второй вход которого соединен с выходом задатчика ампер-квадрат часов, а выход - с третьим входом первой схемы совпадени , блок управлени  перепуском электрода, второй вход которого соединен с выходом задатчика величины перепуска

электрода, и  чейку НЕ.отличающа - с   тем, что, с целью повышени  производительности электропечи, снижени  удельного расхода электроэнергии и сырьевых

материалов, она снабжена датчиком положени  электрододержател , второй и третьей схемами совпадени , блоком управлени  опусканием электрододержател  и задатчиком величины перемещени  электрододержател , причем выход первой схемы совпадени  соединен с первыми входами второй и третьей схем совпадени , выход датчика положени  электрододержател  соединен с вторым входом третьей схемы совпадени  и через  чейку НЕ с вторым входом второй схемы совпадени , выход третьей схемы совпадени  соединен с первым входом блока управлени  перепуском электрода и вторым входом блока интегрировани , а выход второй схемы совпадени  соединен с первым входом блока управлени  опусканием электрододержател , второй вход которого соединен с выходом задатчика величины перемещени  электродо держател .