СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ РЕЖИМОМ РУДОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ ПО ОТКЛОНЕНИЯМ ОТ МАКСИМУМОВ ПОЛЕЗНОЙ МОЩНОСТИ (НАИБОЛЬШЕЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ) Российский патент 2010 года по МПК G05F1/66 H05B7/148 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к рудовосстановительным электропечам ферросплавного производства, и может быть использовано в электротермии при получении любой продукции, технологические процессы которых осуществляются в плавильных агрегатах, оснащенных трансформаторами переменного тока.

Известен способ управления электрическим режимом рудовосстановительных печей по токам электродов и заданной мощности, предельные значения которых выбирают по электрическим параметрам трансформаторов [1, 2].

В табл.1 (фрагмент) приведены электрические характеристики трансформаторов действующей рудовосстановительной печи мощностью 27,6 МВА.

Таблица 1 № ступени Полная мощность, кВА Сторона ВН Сторона НН Напряжение, В Ток, А Напряжение, В Ток, А 1 27600 10000 1593 225 70822 3 27600 « « 216 73772 5 27600 « « 207 76980 7 27600 « « 197 80888 9 27300 « 1576 188 83840 11 26000 « 1500 179 « 13 24700 « 1425 170 « 15 23400 « 1350 161 « 17 21940 « 1266 151 «

Выбор рабочих ступеней напряжения производят из числа первых, обеспечивающих постоянную полную мощность. При этом полагают, что работа на токах и мощностях, выбранных таким способом, обеспечивает повышенную производительность печи и пониженный удельный расход электроэнергии. Но в способе отсутствует регистрация полезной мощности, величина которой обеспечивает пропорциональное производство сплава.

В табл.2 приведены расчеты фактических значений активной и полезной мощности по ступеням напряжения табл.1 и возможности их увеличения при токах, соответствующих максимумам полезной.

Таблица 2 № ступени Мощности Ток, А Мощности при max полезной Полная, кВА Активная, кВт Полезная, кВт Активная, кВт Полезная, кВт Ток, А 1 27600 23330 20622 70822 25308 21512 83840 3 27600 22488 19549 73772 23324 19825 80486 5 27600 21406 18206 76980 21420 18208 77133 7 27600 19792 16259 80888 19401 16491 73406 9 27300 17839 14043 83840 17669 15019 70053 11 26000 15766 11971 « 16017 13615 66699 13 24700 13503 9708 « 14447 12280 63345 15 23400 10933 7137 « 12958 11014 59992 17 21940 7331 3535 « 11398 9688 56266

Недостатками известного способа управления электрическим режимом рудовосстановительной печи являются отсутствие регистрации полезной мощности и ориентации относительно ее максимума по ходу выплавки, что приводит к пониженной ее производительности относительно максимально возможной (см. табл.2). По всем ступеням электрического режима (за исключением пятой) полезные мощности, выбранные по их максимумам, превышают фактические по характеристикам действующих трансформаторов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению, выбранным в качестве прототипа [2], является способ управления электрическим режимом рудовосстановительных печей, предусматривающий стабилизацию мощности фаз по токам электродов и активному сопротивлению. По сути, мощность фаз, определяемая произведением квадратов токов электродов на активное сопротивление под ними, является полезной мощностью, которая прямо пропорциональна производительности печи.

Недостатки прототипа заключаются в отсутствии регистрации полезной мощности и положения ее максимумов по токам электродов и вторичного напряжения по ходу выплавки, а также отсутствует и оценка производительности печи.

Целью изобретения является определение положения максимумов полезной мощности по ходу выплавки и управления электропечью по отклонениям от ее максимумов по регистрируемым параметрам электрического режима.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе управления электрическим режимом рудовосстановительной печи дополнительно регистрируют изменяющееся отношение активной к реактивной составляющих вторичного фазного напряжения по ходу выплавки, выраженное в виде комплекса электрических параметров: , и определяют положение максимумов полезной мощности по соотношению электросопротивлений активных потерь и реактивного фазы:;

где U_ф - вторичное фазное напряжение, В; I_э - ток электродов, кА; x - реактивное электросопртивление фазы, мОм; r - электросопротивление активных потерь фазы, мОм.

Сущность управления электрическим режимом заключается в том, что по ходу выплавки регистрируемое отношение активной к реактивной составляющих фазного напряжения поддерживают равным соотношению электросопротивлений активных потерь и реактивного фазы. Это равенство можно выразить следующим тождеством:

Установлено, что правая часть тождества для конкретной печи является величиной постоянной вследствие постоянных значений электросопротивления фаз (r и х) на всех ступенях трансформаторов. Левая часть тождества в процессе работы печи не постоянна вследствие изменений напряжения по ступеням трансформатора, колебаний его с высокой стороны и токов электродов. При этом левая часть может быть больше или меньше правой. При равенстве левой части правой электрический режим соответствует максимуму полезной мощности.

На фиг.1 приведена зависимость полезной мощности от отношения активной к реактивной составляющих фазного напряжения. Максимумы полезной мощности при 80 и 100 В и возможных других напряжениях ступеней трансформатора приходятся на значение аргумента

равного 1,20, что соответствует рудовосстановительной печи с электросопртивлениями фазы: активных потерь 0,18 и реактивного 0,98 мОм.

Зависимость производительности печи от того же аргумента получают делением полезной мощности на удельный расход полезной электроэнергии. В понятие удельный расход полезной электроэнергии включают все теплотехнические процессы, протекающие в ванне электропечи: нагрев и плавление шихты, восстановление элементов, разделение продуктов плавки, тепловые потери через кожух и колошник, приведенные на тонну сплава. Установлено, что при использовании близких по качеству шихтовых материалов удельный расход полезной электроэнергии остается постоянным в электропечах различной мощности и конструктивного исполнения.

На фиг. 2 показана зависимость часовой производительности рудовосстановительной печи при 80 и 100 В от

которая повторяет характер изменения полезной мощности, поскольку делится на постоянную величину.

Вертикальные линии, на которых расположены максимумы полезной мощности и производительности печи, делит поле фигур на две части. Электрические режимы, расположенные в левом поле, характеризуются перерасходами электроэнергии, в правом поле - сокращением ее расхода.

Управление электрическим режимом рудовосстановительной печи по отклонениям от максимумов полезной мощности (наибольшей производительности) по приведенному тождеству и фиг.1 и 2 заключается в следующем:

- при меньше 1,20, что соответствует отклонению от максимума полезной мощности (наибольшей производительности) в энергозатратную область электрических режимов, - уменьшают токи электродов или повышают фазное напряжение до устранения отклонения;

- при больше 1,20, что соответствует отклонению от максимума полезной мощности (производительности) в энергосберегающую область электрических режимов, - увеличивают токи электродов или уменьшают фазное напряжение до устранения отклонения.

Из результатов испытаний электрических режимов на выплавке силикомарганца (табл.3) следует, что при уменьшении или увеличении аргумента от максимума полезной мощности происходит понижение производительности электропечи. Удельный расход электроэнергии увеличивается при уменьшении аргумента и снижается при его увеличении.

Для управления электрическим режимом рудовосстановительной печи по отклонениям от максимума полезной мощности (наибольшей производительности) принимают пределы отношений активной к реактивной составляющих фазного напряжения 1,20-1,40, увеличение которых на 0,2 не приводит к существенному уменьшению производительности печи.

Таблица 3 Параметры и показатели Отношение активной к реактивной составляющих фазного напряжения 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 Активная мощность, МВт 13,0 13,3 13,2 13,1 12,4 11,7 Полезная мощность, МВт 10,4 11,3 11,5 11,4 11,0 10,5 Производительность, т/сут 70,7 76,6 81,2 80,5 77,6 74,1 Изменение производительности, % -12,9 -5,7 0 -0,9 -4,4 -8,8 Удельный расход электроэнергии, кВт·ч/т 4415 4165 4015 3915 3840 3785 Изменение удельного расхода электроэнергии: + перерасход; 400 150 0 -100 -175 -230 - экономия             Соотношение электросопротивлений фазы: 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20 1,20

Способ опробован на промышленной силикомарганцевой электропечи мощностью 23 МВА. Отношения активной к реактивной составляющих фазного напряжения на опытной электропечи выдерживали на уровне 1,36, против 0,93 на электропечи, принятой в качестве базы для сравнения. Опытная электропечь была оснащена мнемосхемой, на которой была изображена кривая полезной мощности с энергозатратными и энергосберегающими полями. Реальный электрический режим был представлен перемещающейся точкой в поле мнемосхемы. При отклонении точки за пределы максимума полезной мощности в энергозатратную область: меньше 1,2 - уменьшали токи электродов до устранения отклонения. При отклонении точки за пределы максимума полезной мощности в энергосберегающую область: больше 1,4 - увеличивали токи электродов до устранения отклонения. Результаты испытаний: увеличение производительности печи на 6,3% и экономия электроэнергии около 270 кВт·ч/баз.т.

Использование данного способа управления электрическим режимом рудовосстановительных печей позволит с высокой точностью определять положения максимумов полезной мощности по ходу выплавки с энергозатратными и энергосберегающими полями и оперативно устранять отклонения от ее максимумов, что обеспечит наибольшую производительность и снижение удельного расхода электроэнергии.

Источники информации

1. Гаврилов В.А., Поляков И.И., Поляков О.И. Оптимизация режимов работы

ферросплавных печей. - М.: Металлургия, 1996. - 176 с.

2. Величко Б.Ф., Гаврилов В.А., Гасик М.И. и др. Металлургия марганца Украины. - К.: Техника, 1996. - 472 с.

Использование: в области металлургии, в частности в электротермии при получении любой продукции, технологические процессы которых осуществляются в плавильных агрегатах, оснащенных трансформаторами переменного тока. Техническим результатом изобретения является увеличение производительности электропечей и снижение удельного расхода электроэнергии. В способе управления электрическим режимом рудовосстановительных печей, включающем измерение вторичного фазного напряжения и токов электродов, дополнительно регистрируют отношение активной к реактивной составляющих фазного напряжения, определяют положение максимумов полезной мощности по электросопротивлениям активных потерь и реактивного фазы, энергозатратные и энергосберегающие поля относительно электрических режимов и изменяют токи электродов и напряжения до устранения отклонений от максимумов полезной мощности. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.

1. Способ управления электрическим режимом рудовосстановительных печей по отклонениям от максимумов полезной мощности (наибольшей производительности), при котором измеряют вторичные фазные напряжения и токи электродов, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют отношение активной и реактивной составляющих фазного напряжения и определяют положение максимумов полезной мощности по равенству вышеуказанного отношения и соотношения между электросопротивлением активных потерь и реактивным электросопротивлением фазы:
,
где U_ф - вторичное фазное напряжение, В;
I_э - ток электродов, кА;
х - реактивное электросопротивление фазы, мОм;
r - электросопротивление активных потерь фазы, мОм,
при этом область левее максимума полезной мощности соответствует энергозатратному электрическому режиму печи, а область правее максимума - энергосберегающему режиму, токи электродов и фазные напряжения изменяют до устранения отклонений от максимумов полезной мощности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение активной и реактивной составляющих фазного напряжения принимают равными соотношению электросопротивления активных потерь и реактивного электросопротивления фазы в пределах: от до .