Способ управления работой фосфорной электропечи и устройство управления работой фосфорной электропечи Советский патент 1984 года по МПК H05B7/148 

.1ЮЛЯ активного.сопротивления, а выход - с вторым -входом блока содержания в шпаке, причём запрещаjogpft вход блока запрета соединен с третьим выходом блока управления положением электрода.

1. Способ управления работой фосф ;фной элек сропечи, при котором йэме$)яют ток электрода и напряжение на HtsM, поддерживают электрический JgigitHH путем перемещения электро;9ов,, 1тереключения ступеней напряжения печного трансформатора и перепус-г ка электродов/ поддерживают заданную , высоту подэлектродного прогстоанства, контролируют и поддерживают заданное содержание в шлаке и активное сопротивленйегванны печи, регулируя углеродистый режим ванны изменением количественного и гранулометрического состава кокса, от л и ч а ю щи и с я тем, что, с целью увеличения производительности печи путем повышения точности управления, дополнительно измеряют гармонические составляющие тока электрода; находят отнсшшние высшей гармоники к первой, сравнивают это отношение с заданным и регулируют углеродистый режим при одновременном отклонении от заданного значения .отнсхления высшей гармоники к первой и содержания Р Од в шпаке. i 2, Устройство управления работой фосфорной электропечи, содержащее (Л С регулятор электрического режима, к двум входам Которого подсоединены датчики тока электрода и напряжения электрод-под, к двум-доугим входам.задатчики этих . параметров, к первому выходу - управляющий вход блока перемещения электрода, а к второму управляющий вход переключателя ступеней напряжения печного трансфер- i , блок определения расстояния О электрод-под, два входа которого сое а динены с датчиками тока и напряжения а выход Через блок сЕ авнения и усида литель - с входом блока управления ; положением электрода, первый выход иЙь которого подключен к пятому входу регулятора электрического режима, i 00 а второй выход - к одному из входов ; блока коррекции шихты, блок перепуска и олоки контроля активного со- противления ванны и содержания PgOg 3 шлаке, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что они снабжено блоком контроля гармонических составляющих тока электрода, состоящим из последовательно соедин ных анализатора гар- : кюник, делителя и логического блока И, второй вход которого через блок запрета связан свыходом блока конт

Изобретение .относится к электротербши, в частности к способам и устройствам управления режимом работы электропечи для.прсжзводства фосфора. . Известны способы управления руднотермическими , в частности фОСфОрНШИИ, КарбИДНЫКО и Щ7УГИМИ, включающие поддержание оптимального электрического режима {тока электродов, напряжения и т .д.) путем перемещения электродов и/или переключения ступеней напряжения печноготрансформатора tl}. Однако указанные способы характеризуются недостаточной точностью, и низким качеством управления из-за от еутствия связи между электрическими и технологическими параметрами, что приводит к недобору мощности печной установки и, как следствие, к ;снижёнию производительности. Так, одному и тому же значению регулирования параметра может соответствовать различ ное Положение управляющего элементаэлектрода, а это приводит к на.ру1аекк .технологического режима,, к увеличению удельного расхода электроэнергии т.д. .. ; ; Известны также способы управления работой электропечей, которые сочетают регулирование электрического режима с контролем положения электро да - расстояния от нижнего конца электрода до зеркала расплава, приче оптимальное положение поддерживается путем корректировки шихты после формирования целого комплекса сигналов, а именно сигнала положения конца эле электрода в ванне печи, т.е. расстоя ния электрод-под; сигнала измерения раб0чей длины электрода; сигнала ка.чества продукта, выпускаемого из . печи) сравнения сигналов положения конца электрода и качества продукта, и только после этрго выдается сигнал управляющий загрузкой шихты в печь .t21. Недостатком данных способов управ ления является то, что они не учитывают зонной структуры строения ванны электротермических печей, в частнести влияния углеродистой зоны. Размер же углиродистой зоны и существующие в ней условия определяют ;режим работы печи в целом, т.е. как с точки зрения электрического, так и технологического режима. Углеродистая зона обеспечивает возможность растекания тока в области между электродами и подиной печи. Торцы электродов , как показала практика эксплуатации электротермических печей, в частности для производства фосфора и карбида, находятся в верхней части углеродистой зоны. Кроме того, данные способы не учитывают влияния размеров кусков углеродистого материала, что не позволяет точно определить оптимальные пределы перемещения торца электрода ;В ванне печи, обеспечивающие поддержание максимальной мощности. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления работой фосфорной электропечи, при ко :ором измеряют ток электрода и напряжение на нем, поддергэтвакп. электрический режим путем перемещения электродов, переклю-- четная ступеней напряжения печного тра НС форматора.и перепуска электродов поддерживают заданную высоту подэлектроднШ о прространства, контролируют и. поддерживают заданное содержание в .шлаке иактивное сопротивление ванны. печи, регулируя углеродисялй режим ванНи изменением количественного и гранулометрического состава кокса С 31.: Известно устройство управления ра. ботой фосфорной электропечи, содержащее регулятор электрического режима, к двум входам которого подсоеданенн датчики тока электрода и., напряжения электрод-под, к двум другим вхоДам задатчики этих параметров, к Первому выходу - управ:г1яющий вход блока перемещенйя электрода, а к второму - управляющий вход переключателяступе-) ней напряжения иечного трансформа- тора, блок определения расстояниям электрод-под, два входа которого соединены с датчиками тока и напряжения, а выход через блок сравнения и усилитель - ;Q.входом блока управления поло- жением элейтрода, первый выход которого подключен к пятому входу регу лятора электрического режима, а второй выход - к одному из входов блока коррекции шихты, блок перепуска и блоки контроля активного сопротивления ванны.и содержания в шлаке. Мощность печи и содержание %Оф в. шлаке определяются иэвестнь1ми :cnocot5aMH , усредненное удельное элёктчрическое сопротивление - на основании .обработки фактических данных работы печи за длительный пр|омежуток времени (не менее 1-3 NeeЛ с помощью статиЪтических методов и ЭШ til Дальнейшее поддержание отношения расстояния электрод-под .h к диамет ру электрода 1з, не отличается ,от данных способов, поэтому иэвестнойу способу присуши некоторые недо.статкй д именно электрические параметры фосфорной печи определяются практически постоянно или требуют сравнительно небольшого промежутка време ни. , ; -. , : Определение содержания %Оз в шла ке производят путем химического анализа только два раза в смену, а так как кооректировку шихты осуществляют по Р2,% и электрическому режиму Сточ нее по положению электрода, то происходит запаздывание по каналу отра. ботки возмущения, что снижает качество управления работой электропёчыб и ухуДиает .ее технико экономические показатели. Цель изобретения - повышение производительности и уменьшение расходных коэффициентов путём повышения точности и качества управления работой фосфорной печй. . Цель достигается тем, что согласно способу управления работой фосфОр ной электропечи, при котором изме ряют ток электрода и напряжение на нем, поддерживают электрический режим путем перемещения электродов, пе реключения ступеней напряжения печного трансформатора и перепуска электродов, поддерживают заданную высоту подэлектродного пространства, контролируют и поддерживают заданноё содержание в шпаке и активное сопротивление ванны печи, регулируя углеродистый режим ванны изменением количественного и гранулометрическог состава кокса, дополнительно измеряю гармонические составляющие тока элек трода, находят отношение высшей гармоники к первой, сравнивают это отношение с заданным и регулируют ,углеродастый режим при одновременном отклонении от Заданного значения отношения высшей гармоники к первой и содержания Pj,Од в шлаке. Устройство управления работой фо форной электропечи, содержащее регу ЛЯТ.ОР электрического, режима, к двум входам которого подсоединены датчики тока электрода и напряжения электрод под , к двум доугим входам - задатчи- ки этих параметров; к первому выходу управляющий вход блока пере мещения электрода, а к второму - управляющий . вход переключателя ступеней напряжения печного трансформатора, блок определения расстояния элек трод-под, два входа которого соединены с датчиками тока и напряжения, а выход через блок сравнения и усилитель - с входом блока управления положением электрода, первый выход которого подключен к пятому входу регулятора электрического режима, а выход - к ОДНОМУ из входов блока коррекции шихты, блок перепуска и блоки контроля активного coinpoтнвления ванны и содержания Pj,0f в шлаке, снабжено блоком контроля гармоническйх составляющих тока электрода, состоящим из последовательно соединенных анализатора гармоник, делителя и логического лока И, второй вход которого через-блрк запрета связан с выводом .блока контроля активного сопротивления, а выход - с вторым входом блока содержания P, в шлаке, причем запрешаюищй вход блока запрета соединен с третьим выходом блока управления положением электрода. ; На основании исследований установлена взаимосвязь спектрального состава тока электрода с технологическими параметрами фосфорной печи, что позволяет использовать высшие гармЬники в качестве дополнительного параметра при автоматизации фосфорных печей. , . : , . : ; : ; . i. ,. Наиболее тесная связь установлена между спектральным составом тока и углеродистьпу режимом. Средний коэффициент парной корреляции между величиной тока третьей гармоники и активным сопротивлением ванны фосфорной печи составляет 0,582, а .между величиной тока третьей гармоники и содержанием в шлаке - 0,772. Это позволяет корректировать дозировку кокса с обеспечением стабильного поддержания Pj Од в шлаке. Известно, что недостаток восстановителя (кокса) в ванне печи приводит к увеличению содержания в шпаке., а его избыток - к науглерожй-г ванию ванны. Основными параметрами, характеризующими углеродистый режим, являются активное сопротивление ванны и содержание . В общем случае сопротивление sSa-. ны характеризуется еще положением электрода, но так как оно в зависимости от мбщнОсти печи поддерживается в определенных режимах, то в этом случае оно зависит только от гранулометрического состава шихты. При нормальном углеродистом режиме величина третьей гармонической тока находится в пределах 1,0-2,0% от первой гармоники, поэтому при превышении этого значения по величине фактического сопротивления ванны печи можно однозначно суДить о п1рогнозируемс 1 содержании в шпаке. Суть предлагаемого способа управления легко пояснить на примере работы фосфорной печи типа РКЗ-72Ф, а вопее подробно - на примере работы устройства/ реализующего предлагаемый способ. Печь РКЗ-72Ф имеет три самоспекающихся электрода диаметром 1700 мм, расположенных по треугольнику с диаметром распада 4800 мм, и круглую ванну с внутре1 ним диаметром i 10500 мм и высотой 5650 мм. Печь, оборудована тремя однофазными печными трансформаторами общей мсшно стью 80 MB. В соответствии с регламентными требованиями технологии производства фосфора содержание в шлаке должно находиться в пределах 0,5-,0%, плотность тока в электроде не должна превышать 3,8 , т.е. линейный ток не должен ейлть более 86 кА. Температура реакционных газов под сводом печи должна находит Си в диапазоне 280-500°С. Первоначально в печь подают шихту с доменным коксом со средним размеро куска г 1,55 см. Активное сопротив ление ваншл (КЪ) составляет 3,27 МОм Эти величины были получены исходя из заданного электротехнол.огического режима, -а. йм1енно мощности печи Ь. - 65-66 МВт, фока электрода не более 86 кЛ, отношения расстояния торец электрода-под к диаметру электрода () равносо 0,8 и содержания PIОдв шлаке.(CK.) равно -о 2%.. Заданное г и R . определяют.по эмпирическим формулам г (l,75fl,80) 10 % 2,25 (0,205 hgn +0,07), (2) . где г - средний размер кусков углеродистого материала, cMf Сц - содержание Р20д в шлаке, %; Р - активная рабочая мощность п печи, МВт;. Re - активное сопротивлениефазы печи, МОм; Р - усредненное удельное электри ческое сопротивление подэлектродного пространства. Ом,- см; d - диаметр электрода, см; Ьэп - отношение высоты нодэлектро ного пространства и диаметру электрода; hgn - расстояние между торцом электрода и подиной, см. В процессе работы печи регулятором элек1рического режима поддерживается заданный э; ектрический режим и постоянным h0 0,8. Однако Е том случае, если ток электрода снижается до 65-70 кА и соответственно hjf, 0,9, активное, сопротивление ванны увеличивается до 4,15-4,45 МОм, а температура под сйодом печи возрастает до 600-700 С, т.е. была больше допустимой величины, а содержание в шлаке превышает 3%. Это подтвер;кдает, что4т1зл 0,65-0,9 является оптимальным и Обеспечивает оптимальное значение активного сопротивления ван{}ы. При Ьдп 0,65 увеличиваются потери, снижается cosf печной установки, температура под сводом печи , что приводит к конденсации паров фосфора На колошнике и своде печи, при этом происходит интенсивное разрушение футеровки подины печи, затрудняется слив шлака. Активное сопротивление ванны не соответствует оптимешьнсячу значению. При Ьда 0,9 температура под сводом печи превьвяает допустимую величину (.), увеличивается количество пыли в отходящих газах, что ухудшает работу, электрофильтров и приводит к уменьшению рабочей мощности печи. . . Поддержание h постоянным для заданной мощности печи обеспечивает оптимальные параметры электротехнологического процесса получения фосфора. Величина h для разных печей/ мощностей, концентраций в шлаке будет изменяться, однако поддержание Ь 0,65-0,90 обеспечивает соблюдение регламент№лх норм технологического процесса.Для оперативного управления корректировкой шихты необходимо знать текущее значение содержания в шлаке, рднако по регламенту такой анализ производят два раза в смену, поэтому на основании ранее установленной зависимости А 1ежду величиной высшей, например третьей, гармоники тока и содержанием в шлаке производят прогноз этой величины. Установлено, что при соблюдении заданны оптимальных режимов величина; третьей гармоники тока не правышает 1,6-2,0% от основной первой гармоники. ПОРОТОМУпри отклонении ее от этой величины с учетом фактического отношения торец электрода-под, приведенного к диаметру электрода (ь|ц), и активного сопротивления ванны печи (Rg) изменяют количество и гранулометрию углеродистого матери-. ала. . Так, сгшжение среднего размера кокса, подайаемого в печь, до г « 1,1 см.позволяет поддерживать мощность печи 70 МВт при Кб 3,6 МОм, : 1 содержании в шлаке (С)1,5% причем cos«f колеблется в пределах 0,9-0,92, если корректировкой шихты это сделать не удается, то иэме{)яют режим перепуска.. . На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ для бдной фазы. Устройство содержит ванну,печи 1 :саьюспекакяци1ся электрод2,заглубленный в шихту, печной трансформатсф 3 с переключателем 4 ступеней, являющимся датчиком напряжения, ТОКОВЁЮ трансформатс ы 5, котс ые являются датчиками тока электрода, регуляз ор 6 электрического режима, воздействующий на блок 7 перемещения электродо или переключатель 4 ступеней напряже ния при отклонении регулируемог(о параметра, блок 8 определения расстояний электрод-под, блоки 9 деЯййия, блоки 10 сравнения, фазочувствительный усилитель 11, задатчик 12 блок 13 упргшления, анализатор 14 гармоник,логический блок 15, блокх 16 деления, ёйок 17 контроля активного сопротивления ванны печи, блок 18 сравнения, блок 19 контроля содержания P,Qg в шлаке, блок 20 срав нения, блок 21 запрета, включенный между блоком 18 сравнения, и входом логического, блока 15, блок 22 коррек ции шихты, а также блок 23 запрета, вкпюченю Ш между блоком управления и блоком 22 коррекции ишхты, блок 2 пейепускй и блок 25 коррекции перепуска. На чертеже представлен один из возможных вариантов устройства, но возможны некоторые модификации его, например объединение блоков контроля и сравнения, блока сравнения и уси« лйтеля и т. д. некоторые из возможных вариантов объединения блоков показа ны пунктирными линиями). Устройство управлейия фосфорной электропечью работает следующим образом . Задается электрбтехнологический режим работы печи, т.е. мощность, ток электрода, напряжение, содержание в шлаке, значение , и т.п. . В соответствии с выбранным техно логичес1сим и электрическим режимом определяют размер кусков кокса г по формуле (1), загружаемого в печь, и оптимальное активное сопротивление ванны R& по формуле (2). Основное управление осуществляется путём поддержания электрического режима известным способомj т.е./ путем перемещения электрода в оптимальной зоне и переключения ступеней напряжения, осуществляемого регулятором 6 Сна чертеже полностью схема регулятора не раскрыта ; . Регулятор работаетследующим образом. , На вход регулятора поступают сигналы от датчиков 5 и 4 тока и напряжения, которые сравниваются с згщанными значениями 1э.(тока .электрода) и Upx (напряжения), is случае отклонения регулируемых-параметров регуля-. тор 6 выдает сигнал FH или F на блок 7 перемещения электродов или переключатель 4 ступеней напряжения печного трансформатора 3 для отраротки возмущения. Одновременно по сигналам, поступающим от управляющего блока 13, регулятор 6 поддерживает оптимальное положение электрода. Происходит это следующим образом. На блок 8 определения положения торца электрода в ванне печи (расстояние электрод-под hgr,.) поступают три сигнала: от датчиков 5 и тока электрода {1э ) . н 1пряжения (Ufi), и усреднейное значение угара электрода за заданный промежуток времени, т.е. сигналы от блоков 7 перемещения и перепуска. В блоке 8 реализуется уравнение .ьЭЛ k - - kили h 19 где hgn - расстояние электрод-под, м К - постоянный коэффициент для фосфорной печи одной и той же мощности, определяемый по результату статистической обработки фактической работы печи за длительный промежуток времени; t3 средняя мощность за заданное время, МВт; Оп - полезное напряжение. В; 1э - среднеквадратичный ток электрода за заданное время, А., В блоке 9 деления реализуется урав уравнение Ьда { т.е. определяется отношение расстоявия электрод-под к диаметру электрода, которое в блоке 10 сравнения сравнивается с заданным значением h, которое задается в зависимости от рабочей активной мощности печи и должно находиться в пределах 0,65-0,9. Так, например, при мощности 65-70 МВт оно должно находиться в пределах О,, 75-0,85 и соотвёт ственно с уменьшением мощности уменьшает ся, с увеличением мощности нао- борот. Допустим, что 0,8. В случае отклонения от этого значения сигнал разбаланса через фазочувствительнь й усилитель 11 поступит в управляющий бло 13, который выдаст управляющий сигнал в регулятор 6, где , и решается вопрос, за счет какого возвоздействия F/J; или F, восстановить оптимгшьное h). В случае невозмож ости восстановления оптимального от ношения hgjij регуляторам 6; запрет f с входа блока 23 запрета снимается 41 сигналй поступит в блок 22 коррек ции шихш (F ). Корректировка шихты может быть осуществлена как за счет изменения количества восстановителя KOKca), так и путем изменения его гранулометрического состава, поэтому она осуществляется- с учетом илход ных сигналов блока 17 контроля актив ного сопротивления, ванны (Re).и блока 19 контроля содержания в шяа ке (Ctt). Формирование этих д1гналов осуществляется сл.едующим образом. Активное сопротивление ванны можно получить методом прямого измерения с Псмощью R-метра или по эмпирической формуле Oil99J5 ;- J где Нф - активное сопротивление . ванны, MOMf . Р - среднее значение удельного . сопротивления подэлектродно го пространства. Ом.СМ} d - диаметр электрода, см;. - показатель эксцесса пуассоновского распределения плот , нести энергии, В этом случае в блоке 17 реализуется выражение (4). Полученное значе ние R сравнивается в блоке 18 с заданным значением R, которое получено по формуле (2)/ и в случае разбаланса сигнал поступает на вход логического блока 15. Однако этот сигнал не всегда проходит. Это объясуняется тем, что величина активного сопротивления ванны печи зависит не только от состава шихты, но и от по ложения электрода, поэтому, чтобы не было ошибки, сигнал Ьб отклонении ак тивного сопротивления поступает в блок 15 через блок 21 запрета, только .в том случае, если на запрещающем входе блока запрета отсутствует сигнал f об отклонении положения электрода от оптимального значения. На второйвход логического блока 15 непрерывно поступает сигнал по каналу контроля величины высших например третьей , гармоники . Для их определения в анализатор гармонических составляющих тока поступает сигнал от датчика тока. Если в качестве датчика тока используются пояса Роговского, то этот сигнал пропорционален производной тока электрода. Сигнал, соответствующий третьей гармонике, в делителе 16 сравнивается с сигналом/пропорциональным току основной гармоники, и в случае отклонения от згмканной величины сигн разбаланса поступит в логический блок-15. Логический блок выполнен по схеме И, т.е. только при наличии на его входах двух сигнгшов (отклонения отношения гар юники тока и активного сопротивления ванны) на его Выходе формируется сигнал, пропорциональнь1й прогнозируемому значению содержания %Од в шлаке. Этот сигнал поступает на второй вход блока 20 сравнения, где сравнивается с заданным значением, что позволяет непрерывно осуществлять контроль качества сливаемого шлака. С пс№1О1Цью блока 19 измеряют фак- тичедкое содержание в шлаке, но эти измерения осуществляют- только два раза в смену (j5 ч Уи сравнение этих сигналов с заданшм в блоке 29 позволяет оценить качество прогноза содержания в шлаке. Сигнал разбаланса с выхода .блока сравнения поступает на вход блока 22 коррекции шихты. Корректировка осуществляется как за счет изменения количества, так и гранулометрии ших.ты. , , . : В том случае, если необходимо повысит.ь мощность печи, то кроме количества уменьшают средневзвешенный размер куска восстановителя. На практике возможно регулирование осуществлять не по отношению расстояния электрода-под к диаметру электрода а непосредственно по расстоянию в этом случае на блок 10 сравнення поступит.заданное значение h 0,8, d 0,8.1,7 1,36 м CB соот ветствиис рассмотренным щэимером). Можнов блоке 8 получать сразу значениеh r 5 т.е. тогда в нем .удет реализоваться уравнение -h «-kiyQ j -k. . Jj у где /k.-o и блок 9 деления не ну::;.;/W жен. . .. - / Предлагаемое, устройство рациональ нее, так как для осуществления нормаль ной работы печи возникает часто необходимость определять рабочую длину электрода, для чего нужно знать расстояние. Применение предлагаетх способа и устройства управления работой фосфорной печи позволяет повысить точность поддержания углеролдастого режима, путем повышения качества и опера.тивности регулирования контролируемых параметров. . Изобретение позволяет получить повышение активного сопротивления ванны печи на 10%, снизить содержание в. шлаке на 12-15%.и стабилизировать рабочую мощность печи и электропечной установки.