Автоматический регулятор мощности дуговой электропечи Советский патент 1984 года по МПК H05B7/148 

Изобретение относится к электротермии, в частности к автоматическим регуляторам положения электродов дуговых сталеплавильных электропечей.

По основному авт. св. № 924923 известен автоматический регулятор мощности дуговой электропечи, содержащий реверсивный тиристорный преобразователь, задатчик мощности, к выходу которого подключен вход элемента ограничения, соединенного выходом с первым входом сумматора, второй вход которого через управляемый ключ связан с источником постоянного напряжения, а выход подключен к тиристорному преобразователю, релейный элемент времени, вход которого через пороговый элемент соединен с выходом задатчика мощности, а выход связан с управляющим входом ключа, элемент ИЛИ, включенный между релейным элементом времени и управляющим входом ключа, и блок контроля напряжения питания на электродах печи, связанный через реле времени с вторым входом элемента ИЛИ 1.

В этом автоматическом регуляторе производится контроль напряжения на электродах печи и формирование импульсного сигнала на приподъем электродов при исчезновении на них напряжения питания, благодаря чему исключается науглероживание жидкой стали при отключении печи. Однако данный автоматический регулятор не исключает науглероживания жидкой стали при пуске печи с расплавленной шихтой. Так, при пуске печи с расплавленной щихтой, например, после наращивания или смены одного из электродов двигатели механизмов перемещения электродов под действием напряжения на выходе датчиков напряжения дуги перемещают электроды вниз. При соприкосновении одного из электродов печи, например, фазы А с жидким щлаком, находящимся на поверхности жидкого металла, исчезает переменное напряжение на выходе датчика напряжения дуги фазы /4, однако двигатель перемещения электрода фазы А продолжает перемещать его вниз за счет действия напряжения, обусловленного током разряда конденсатора выходного фильтра канала измерения напряжения дуги задатчика мощности, что приводит к погружению электрода в жидкий металл и следовательно, к его науглероживанию.

Целью изобретения является снижение инерционности для повыщения качества выплавляемой стали за счет исключения возможности науглероживания стали при пуске печи с расплавленной щихтой.

Указанная цель достигается тем, что автоматический регулятор мощности дуговой электропечи по авт. св. № 924923 дополнительно снабжен элементом ИЛИ-НЕ, элементом НЕ и элементом И, выход которого соединен с третьим входом сумматора, его первый вход через элемент НЕ соединен с выходом блока контроля напряжения питания на электродах печи, второй вход элемента И соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами задатчика мощности.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого автоматического регулятора; на фиг. 2принципиальная схема задатчика мощности

0 регулятора.

Выход задатчика 1 мощности соединен с входами порогового элемента 2 и элемента 3 ограничения, выход которого подсоединен к первому входу 4 сумматора 5. Выход порогового элемента 2 подключен через

5 релейный элемент 6 времени к первому входу 7 элемента ИЛИ 8, второй вход 9 которого соединен через реле времени 10 с выходом блока 11 контроля напряжения питания на электродах 12 печи 13. Выход элемента ИЛИ 8 подключен к первому вхо0 ду 14 управляемого ключа 15, второй вход 16 которого соединен с источником 17 постоянного напряжения. Выход управляемого ключа 15 соединен с вторым входом 18 сумматора 5, выход которого соединен с

5 управляющим входом реверсивного тиристорного преобразователя 19, к выходу которого подключен двигатель 20 перемещения электрода 12. Выход элемента И 21 подключен к входу 22 сумматора 5, а его вход 23 через элемент НЕ 24 соединен с выходом

0 блока 11 контроля напряжения питания на электродах 12 печи 13. Второй вход 25 элемента И 21 соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 26, входы 27 и 28 которого соединены соответственно с входами 29 и 30 задатчика 1 мощности. Задатчик 1 мощности содержит два разделительных трансформатора 31 и 32, два выпрямительных моста 33 и 34, два активноемкостных фильтра 35 и 36, на выход которых включены соответственно потенциометры 37 и 38 задания тока и напряжения дуги.

Регулятор работает следующим образом.

При наличии напряжения на электродах 12 печи 13 и отсутствии отклонения от заданного режима печи сигнал на выходе за5 датчика 1 мощности отсутствует. Напряжение на управляющем входе реверсивного тиристорного преобразователя 19 равно нулю, двигатель 20 перемещения электрода 12 неподвижен. Сигналы на выходе блока 11

Q контроля напряжения питания на электродах 12 печи 13 и на входе 9 элемента ИЛИ 8 отсутствуют. Отсутствуют также сигналы на выходе элемента ИЛИ-НЕ 26, на входе 25 элемента И 21 и на запрещающем входе 22 сумматора 5. Сигналы на выходе элемен5 та НЕ 24 и на входе 23 элемента И 21 присутствуют.

При нарущении заданного режима в печи на выходах задатчика 1 мощности, элемента 3 ограничения, порогового элемента 2 и сумматора 5 появляются сигналы, величина и полярность которых зависит от величины и характера возмущения. При этом двигатель 20 разгоняется, перемещая электрод 12 в направлении компенсации рассогласования. Если сигнал рассогласования, поступающий с задатчика 1 мощности, небольщой величины (меньще порога насыщения элемента 3 ограничения), то двигатель 20 разгоняется до пониженной скорости, величина которой пропорциональна величине напряжения на выходе сумматора.

В случае дальнейшего роста сигнала рассогласования скорость двигателя 20 возрастает, а при достижении им величины порога .насыщения элемента 3 ограничения дальнейшее увеличение скорости двигателя 20 прекращается. Электрод 12 перемещается с пониженной скоростью, при этом появляется сигнал на выходе порогового элемента 2 и на входе релейного элемента 6 времени, выдержка времени которого обратно пропорциональна величине возмущения. По истечении выдержки времени релейного элемента б появляется сигнал на входе 7 элемента ИЛИ 8 и на входе 14 управляемого ключа 15, при этом на втором входе 18 сумматора 5 появляется напряжение от источника 17. Сигнал задания скорости перемещения электрода на выходе сумматора резко возрастает, и двигатель 20 разгоняется до максимальной скорости.

После уменьщения возмущения до величины, меньшей порога срабатывания порогового элемента 2, исчезает сигнал на его выходе, на входе 7 элемента ИЛИ 8 и на входе 14 управляемого ключа 15. Источник 17 постоянного напряжения отключается от входа 18 сумматора 5. Напряжение задания скорости вращения двигателя 20 снижается до величины порога насыщения элемента 3 ограничения, и скорость двигателя 20 снижается от максимальной до пониженной. При уменьщении возмущения до нуля двигатель 20 останавливается.

В случае исчезновения напряжения питания на электродах 12 печи 13, например, за счет отключения высоковольтного выключателя печного трансформатора по сигналу устройства защиты, сигналы на входах 29 и 30 задатчика 1 мощности, входах 27 и 28 элемента ИЛИ-НЕ 26, пропорциональные току и напряжению дуги, исчезают. При этом появляется сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 26 и на входе 25 элемента И 21. Исчезает сигнал и на входе блока И контроля напряжения питания на электродах 12 печи 13, при этом появляется сигнал на его выходе, на выходе реле времени 10, входе 9 элемента ИЛИ 8, входе 14 управляемого ключа 15 и на входе элемента НЕ 24, сигнал на входе 23 элемента И 21 исчезает. При появлении сигнала на входе 14

управляемого ключа 15 появляется напряжение на втором входе 18 сумматора 5 от источника 17. При этом двигатель 20 разгоняется в направлении подъема электрода 5 12, приподнимая его на определенное расстояние. Выдержка времени реле времени 10 (время наличия сигнала на выходе реле времени) выбирается такой, чтобы к моменту исчезновения сигнала на выходе реле вреJJ мени 10 переходный процесс в выходной цепи задатчика 1 мощности закончился и сигнал на его выходе, обусловленный током разряда конденсаторов его выходных фильтров, исчез. При исчезновении сигнала на выходе реле времени 10 исчезают сигналы на входе 5 9 элемента ИЛИ 8 и на входе 14 управляемого ключа 15. Источник 17 постоянного напряжения отключается от входа 18 сум. матора 5. Напряжение задания скорости вращения двигателя 20 снижается до нуля, и двигатель 20 останавливается. После пода0 чи напряжения на электроды 12 регулятор запускается в работу.

При пуске печи с расплавленной шихтой, например, после наращивания или смены одного из электродов 12 дуга еще не 5 горит, сигнал на входе 29 задатчика 1 мощности отсутствует, отсутствует также сигнал на выходе блока 11 контроля напряжения питания на электродах 12 печи 13. Сигнал на входе 23 элемента И 21 присутствует, присутствует также сигнал на входе 30 0 задатчика 1 мощности и входе 28 элемента ИЛИ-НЕ 26. Сигналы на входе 25 элемента И 21 и запрещающем входе 22 сумматора 5 отсутствуют.

В это время двигатель 20 под действием напряжения на входе 30, поступающего че5 рез задатчик 1 мощности, элемент 3 ограничения и сумматор 5 на управляющий вход реверсивного тиристорного преобразователя 19, перемещает электрод 12 вниз. При соприкосновении электрода 12 с жидким 0 шлаком, находящимся на поверхности жидкого металла, исчезают сигналы на входе 30 задатчика 1 мощности, на входе 28 элемента ИЛИ-НЕ 26, и появляются сигналы на входе 25 и выходе элемента И 21, а также на запрещающем входе 22 сумматора 5 5. При появлении сигнала на запрещающем входе 22 сумматора 5 исчезают сигналы на выходе сумматора 5 и управляющем входе реверсивного тиристорного преобразователя 19. При этом двигатель 20 останавливается, прекращая опускать электрод 12. В 0 это время конденсатор выходного фильтра 36 канала измерения напряжения дуги задатчика 1 мощности разряжается через потенциометр 38. При подходе второго электрода 12 к жидкому металлу появляются сигналы на входе 29 задатчика 1 мощности

5 и входе 27 элемента ИЛИ-НЕ 26. При появлении сигнала на входе 27 элемента ИЛИ-НЕ 26 исчезают сигналы на его выходе, на входе 25 элемента И 21 и запрещающем входе 22 сумматора 5. При исчезновении сигнала на запрещающем входе 22 сумматора 5 сигнал с выхода задатчика 1 мощности через элемент 3 ограничения и сумматор 5 поступает на управляющий вход реверсивного тиристорного преобразователя 19, при этом двигатель 20 разгоняется в противоположном направлении, приподнимая электрод 12 на расстояние, соответствующее заданию, и зажигая электрическую дугу. При зажигании дуги появляются сигналы на входе 30 задатчика 1 мощности и входе 28 элемента ИЛИ-НЕ 26. В дальнейщем работа устройства повторяется в описанном порядке.

Таким образом, предлагаемый регулятор положения обеспечивает автоматический приподъем электродов печи при исчезновении на них напряжения питания, а также отключается задатчик мощности от управляющего входа реверсивного тиристорного преобразователя при соприкосновении электрода с жидким щлаком и отсутствии сигнала, пропорционального току дуги, на входе задатчика мощности, благодаря чему исключается возможность погружения электродов в жидкий металл и, следовательно, его науглероживание.

Для выполнения функции регулирования положения электродов многофазной дуговой сталеплавильной печи система регулирования должна содержать каналы измерения напряжения и тока дуги (для каждой фазы), которые представляют собой преобразователи однофазного переменного напряжения и тока в сигнал постоянного напряжения и обычно включают в себя согласующие разделительные трансформаторы, однофазные полупроводниковые выпрямители и сглаживающие фильтры, на выход которых включены потенциометры задания напряжения и тока дуги. Применение сглаживающих фильтров является соверщенно необходимым при управлении быстродействующим тиристорным электроприводом механизма перемещения электрода (без них пульсации сигнала рассогласования будут отрабатываться быстродействующим тиристорным электроприводом как полезный сигнал и нормальная работа системы регулирования будет невозможной). Наличие же фильтров вносит известную инерционность в систему регулирования, так как каналы измерения напряжения и тока дуги с позиций теории автоматического регулирования в данном случае представляют собой апериодические звенья, что снижает показатели качества регулирования системы в целом (быстродействие, перерегулирование, время регулирования, динамическая ощибка).

С другой стороны инерционность каналов измерения напряжения и тока дуги задатчика мощности в значительной мере влияет на качество выплавляемой стали и производительность агрегата. Так, при пуске печи на жидкую сталь электроды под действием напряжения на выходе потенциометра задания канала измерения напряжения дуги перемещаются вниз. При соприкосновении одного из электродов с жидким щлаком переменное напряжение на входе канала измерения напряжения дуги становится равным нулю. Однако сигнал постоянного тока на выходе канала измерения напряжения дуги достигнет нулевого значения с некоторой задержкой, определяемой постоянной времени звена измерения напряжения дуги. Под действием этого спадающего напряжения электрод продолжает перемещаться вниз, погружаясь в жидкий металл, науглероживая последний. Кроме того, как показала практика эксплуатации регуляторов положения, большое погружение одного из электродов в жидкую сталь затрудняет пуск печи с расплавленной щихтой (чем-больще погружение, тем больше время отработки регулятором коротких замыканий при касании вторым электродом жидкого шлака). Если время отработки коротких замыканий больше времени срабатывания защиты печного трансформатора, то зажигание электрических дуг не происходит, так как в этом случае раньще произойдет отключение печного трансформатора по сигналу токовременной защиты. На практике повторный пуск печи обычно осуществляется после перевода системы в ручной режим работы и приподъема электродов печи на небольщое расстояние над жидкой сталью. Это обстоятельство снижает производительность сталеплавильного агрегата.

В предлагаемом регуляторе положения для исключения возможности опускания электродов в жидкий металл при пуске печи на жидкую сталь формируется запрещающий сигнал, отключающий задатчик мощности от управляющего входа реверсивного тиристорного преобразователя. При снятии сигнала с управляющего входа реверсивного тиристорного преобразователя электродвигатель перемещения электрода останавливается за счет действия рекуперативного торможения, прекращая перемещать электрод. При подходе второго электрода к жидкому шлаку запрещающий сигнал снимается и в дальнейшем не влияет на процесс регулирования.

Таким образом, использование предлагаемого регулятора положения позволяет не только предотвратить науглероживание жидкой стали и тем самым повысить ее качество, но и повысить производительность электропечного агрегата в целом.

АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР МОЩНОСТИ ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ по авт. св. № 924923, отличающийся тем, что. с целью снижения инерционности для повышения качества выплавляемой стали путем исключения возможности науглероживания жидкой стали при пуске печи с расплавленной шихтой, он дополнительно снабжен элементом ИЛИ-НЕ, элементом НЕ и элементом И, выход которого соединен с третьим входом сумматора, его первый вход через элемент НЕ соединен с выходом блоIca контроля напряжения питания на электродах печи, второй вход элемента И соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами задатчика мощности. (Л