Способ ведения плавки в дуговой сталеплавильной печи Советский патент 1989 года по МПК H05B7/148 

Изобрет ение относится к электротермии, а именно к способам ведения плавки в дуговых сталеплавильных пе- : чах.

Цель изобретения - уменьшение влияния печи на сеть путем стабилизации гармонического состава напряжения.

Если напряжение и ток в электрической цепи синусоидальны, а напряжение опережает ток на некоторый угол If , то последний может быть определен как

Можно принять, что несинусоидальность U и i обусловлена изменением во времени угла сдвига фаз между ними. При этом для малых промежутков време-V arccos ui+ /()(u«-1) (1) ни At : Т - период питающего напря -..- « wiTim«. чтл vnnnnMP

жения можно допустить, что условие (1) выполняется, т.е.

где U - относительное мгновенное значение напряжения,

- относительное мгновенное значение тока.

UM.IM

и,1 - соответственно мгновенные значения напряжения и тока,

соответственно амплитудные значения напряжения и тока.

В практических случаях и и i несинусоидальны и условие (1) не выполняется.

Можно принять, что несинусоидальность U и i обусловлена изменением во времени угла сдвига фаз между ними. При этом для малых промежутков време-ни At : Т - период питающего напряСП

to СП

о ел

4ib

ни At : Т - период питающего напря -..- « wiTim«. чтл vnnnnMP

жения можно допустить, что условие (1) выполняется, т.е.

VK arccos (iK- I)(UK-I). (2)

Исходя из экспериментальных данных, полученных непосредственно на дуговых электропечах, благоприятный (желаемый) режим плавки поддерживается, если динамическая вольт-амперная характеристика имеет вид, приведенный на фиг.1. Этому режиму плавки соответствует зависимость , изображенная на фиг,2, полученная при благоприятном режиме электроплавки в печи ( 6 - угол наклона радиус-вектора, О arctR i/u). Эмпирическая зависимость v(6), изображенная на фиг.2, может быть заменена выражением

v(e) | VoSin (2е - J)

4- V

|, (3)

Ч г,

г V-1

У

Vi - f,

I

V. мгновенный сдвиг Фаз между i и U при в- nl п 1,2,3,. мгновенньп сдвиг фаз между i и U при е 1 /2+пТГ , ,2,3,....

за время периода переменного напряжения дуги серию прямоугольных импульсов, нулевой из которых синхронизирован с импульсом, вырабатываемым формирователем 2j счетчик 4 импульсов, на счетный вход которого подается серия импульсов с генератора 3, а на вход Сброс - импульс с формирователя 2, дешифратор 5, дающий на выходе сигнал l при поступлении на вход счетчика 4- заданного числа импульсов, схему И 6, формирователь 7, вырабатывающий два следующих друг за другом импульса, один из которых формируется по фронту импульса на выходе схе- NM И 6, а другой - после окончания этого импульса, но до прихода следующего. Схема также включает ячейку аналоговой памяти для измерения мгновенного значения напряжения дуги 8, аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 измерения амплитуды напряже20

Таким образом, задавая для опреде- 25 - аналого-цифровой преобразова- ленных моментов времени значения у(0Г, вычисляя для этих же моментов времетель 11 и блок 12 деления. С трансфор матором 13 тока соединен преобразовани значения v по формуле (2), сравнивая их между собой и в зависимости (JT рассогласования, корректируя ско™

одной стороны, вести процесс при благоприятном технологическом режиме (выполнение условия (3)) и, с другой стороны, повысить стабильность электрического режима, поскольку с помощью этого способа поддерживается постоянный спектр гармоник тока и напряжения.

Следует отметить, что способ не ликвидирует несинусоидальность, но обеспечивает постоянство набора по- Р.ЯДКОВ гармоник и их амплитуд и. тем самым облегчает борьбу с ними при помощи двух средств - либо с помощью встречно формируемой реактивности, либо на базе известных фильтров, установленных в различных точках питающей сети.

На фиг.З приведена блок-схема устройства, реализующего способ. Блок- схема содержит фильтр 1 первой гармоники напряжения электрической дуги, формирователь 2 короткого импульса, формулирующий короткий ( 2 мкс) импульс напряжения, в момент времени, когда мгновенное з 1ачение напряжения первой гармоники электрической дуги при возрастании равно нулю;ге,

10

)

.

525954

нератор 3 импульсов, вырабатывающий

за время периода переменного напряжения дуги серию прямоугольных импульсов, нулевой из которых синхронизирован с импульсом, вырабатываемым формирователем 2j счетчик 4 импульсов, на счетный вход которого подается серия импульсов с генератора 3, а на вход Сброс - импульс с формирователя 2, дешифратор 5, дающий на выходе сигнал l при поступлении на вход счетчика 4- заданного числа импульсов, схему И 6, формирователь 7, вырабатывающий два следующих друг за другом импульса, один из которых формируется по фронту импульса на выходе схе- NM И 6, а другой - после окончания этого импульса, но до прихода следующего. Схема также включает ячейку аналоговой памяти для измерения мгновенного значения напряжения дуги 8, аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 измерения амплитуды напряже15

20

- аналого-цифровой преобразова-

тель 11 и блок 12 деления. С трансформатором 13 тока соединен преобразова

тель напряжение-ток 14, блок 15 аналоговой памяти, блок 16 измерения амплитуды тока, аналого-цифроБые преобразователи 17 и 18, блок 19 деления. Блок 20 после каждой смены информации на выходе устройств 12 и 19 производит вычисление по формуле

9 arctg -

Схема содержит ключи 21 и 22, открывающиеся по поступлению импульсов с формирователя 7, регистр 23, блок 24, вычисляющий по сигналу от формирователя 7 абсолютную величину разности содержимого регистра 23 и выхода вычислителя 20, блок 25 сравнения, блок 26 задания максимально числа, которое допустимо на выходе схемы 24, чтобы подать 1. на счетньй вход счетчика 27.

- максимальное допустимое значение абсолютной величины разности, при которой можно считать, что вольт-амперная характеристика на периоде j не изменилась по сравнению с периодом J-1. Вольт-амперная характеристика находится в состоянии изменения,если

55

где

с кабсолютная велис, i

чина разности значений параметра 6 на к-м измерении j-1 и j-м периодах переменного напрял ения электрической дуги

,,K-e,,

Схема включает блок 28 формирования сигнала Разряжение управления при условии, что число на выходе счечика 27 не меньше содержимого регистра 29, которое устанавливается оператором, блок 30 вычисления, двухрегист- poBbrfi блок 31, блок 32 вычисления.

С выходом блока 28 и генератора 3 соединена схема И 33, сигнал с выхода которой подается на счетный вход счетчика 34, сброс с которого осуществляется по срезу импульса с выхода формирователя 2.

Блок 35 вычисления после прохождения импульса с выхода формирователя 2, при появлении импульса со схемы И 33 производит суммирование раз- ности чисел на выходах блоков 30 и 32, после чего при появлении следующего импульса с формирователя 2 проиводится деление этой суммы на содержимое счетчика 34.

Кроме того, блрк-схема содержит ключ 36, счетчик 37 с автоматическим сбросом при заданном количестве входных импульсов, дешифратор 38, блок 3 формирования, выдающий два следующих друг за другом импульса: один - по переднему фронту сигнала с выхода дешифратора 38, другой - после его окочания, но до прихода следующего, ключ 40, регистр 41, блок 42 вычисле ния разности, блок 43 инверсии знака скорости, блок 44 задания нечувствительности для блока 43 инверсии направления (знака) скорости, регистр 45, блок 46 задания скорости подачи электродов, которое производит операцию V А. , где а - содержимое регистра 45, регистр 47 для хранения задаваемого оператором коэффициента пропорциональности А; цифроаналого- вьгй преобразователь 48.

При работе устройства задаются. Значение частоты следования и длительность импульсов серии К при наладке генератора 3 во время наладки блок-схемы, изображенной на фиг.З; значение числа , допускаемое на выходе блока 24, при помощи блока 26 задания; значение мгновенных сдвигов между безразмерными величинами у и у при помощи блока 31 задается один раз во время наладки системы. При помощи блока 44 задается зона нечувствительности блока

43, т.е. задается минимальное значение абсолютной величины ff , начиная с которого 6 считается не равным нулю

с ю

15

20 25

30 -jдо дз

0

5

где 6j т j.| - t,

Регистр 29 задает количество периодов при (/, достаточное, чтобы блок 28 выдал сигнал Разряжение управления. Настраивается один раз при наладке системы. Также задается значение параметра А при помощи блока 47 для вычисления скорости движения электродов V АЧ . Число периодов напряжения дуги L, через которое осуществляется контроль направления движения электродов, задается блоком 39, один раз при наладке системы.

Электрический сигнал, пропорциональный напряжению дуги, снимаемьп4 с резистора 49, поступает на фильтр 1 первой гармоники напряжения. При возрастающем напряжении первой гармоники, в момент, когда оно равно нулю, блок 2 генерирует импульс Начало периода. Генератор 3 прямоугольных импульсов на протяжении периода первой гармоники сигнала напряжения дуги выдает серию импульсов- К, нулевой импульс которой (серии)синхронизирован с импульсом Начало периода.

Счетчик 4 ведет счет импульсов серии К и сбрасывается D начале каждого периода импульсом, вырабатываемым формирователем 2.

На каж,дом периоде при одном и том же значении К (например, К 5) дешифратор 5 выдаст импульс С, который через схему И 6 поступает на блок 7, формирующий два следуюгр } друг за другом импульса С-и С :, , первый из которых формируется по переднему фронту импульса С, а второй - после окончания импульса серии К, но до появления следующего.

С резистора 49 сигнал, пропорциональный напряжению электрической дуги, одновременно поступает на ячейку 8 аналоговой памятки,на выходе которой устанавливается напряжение, равное входному в момент прохождения импульса серии К, и на преобразователь напряжение - цифровой код 9. Тот же сигнал, пропорциональный напряжению дуги, поступает на блок 10 измерения амплитуды, с выхода которого постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде напряжения электрической дуги, поступает на преобразователь напряжение - цифровой код 11. Цифровые коды мгновенного напряжения дуги и амплитуды напряжения дуги поступают на блок 12 деления, который вычисляет безразмерную величину U U/UJ,.

От трансформатора то ка 13 сигнал тока электрической дуги I поступает на преобразователь ток-напряжение 14, с выхода которого сигнал напряжения, пропорциональный току дуги, поступает на блок 15 аналоговой памяти и, од- новременно, на 16 блок измерения амплитуды тока. С выхода блока сигнал, пропорциональный напряжению на входе блока 15 в момент прохождения импульса серии К, поступает на преобра- зователь напряжение - код 17, ас выхода измерителя 16 амплитуды сигнал напряжения, пропорциональный амплитуде тока дуги 1, поступает на преобразователь напряжение - код 18.

С выходов преобразователей 17 и 18 цифровые коды поступают на блок 19 деления, где вычисляется безразмерна величина i ) 1/1,. Значения безразмерных величин i и U в виде циф- роного кода поступают на блок 20, г;1с производится вычисление значения 0 для к-го измерения j-ro периода напряжения по формуле

,- arctg i/u ,

По импульсу с , формируемому блоком 7, ключ 22 пропускает значение и j j, j- в виде цифрового кода в регистр 23, а по сигналу Cj ключ 21 пропускает значение 0jv (в виде цифрового кода) на блок 24 вычисления разности, на который также поступает

код 6- . . с регистра 23. Блок 24 вы- J,-.

числяет по сигналу С j абсолютную величину разности значений 6 , и б.у) углов в полярной системе координат при К-м измерении, мгновенных сдвигов фаз предыдущего j-1-го и настоящего j-ro периодов переменного напряже- Лия.

Чие,.,,,-0,1

(эта операция всегда производится при одном и том же состоянии счетчика 4 (например, при ),

В блоке 25 сравнивается значение Sy со значением, заданным оператором при помощи блока 26 задания.

и вырабатывается для счетчика 27 импульс Счет, если с/ и Сброс, если tT 7 . При появлении на входе блока 28 числа, превьпиающего или равного заданному оператором при помощи регистра 29, блок 28 (схема совпадения) формирует сигнал Разряжение управления. При наличии этого сигнала блок 30 вычисляет значение сдвига фаз между безразмерными величинами U и i

,.) 1--Ч- - 2«Р

(6)

значения v, и у заданы оператором при помощи блока 31. Индекс К означает, что вычисление производится для К-го импульса.

f При наличии этого же сигнала разряжение управления блок 32 для каждого импульса серии К j-ro периода вычисляет значение

Vjk arccos .H( i 1)(u, i)j,

(6а)

Q

5

.

... 4Ь

При этом вычислитель 35 производит непрерьшное вычисление суммы вида ),-Vv(0)| до прихода с блока 2 импульса Начало периода (схема И 33 пропускает импульсы серии К на блок 34 при наличии сигнала Разрежение управления).

j-й импульс Начало периода йы- зывает деление полученной суммы ha содержимое счетчика 34.

, v )1. (7)

где J+N - содержание счетчика 34 (индекс J + 1 обозначает что t вычисляется на j-м перирде напряжения дуги для j+1 периода управления). При каждом импульсе Начало периода значение через ключ 36 поступает в регистр 45, по содержимому которого множителем 46 вычисляется значение задания скорости движения электрода по V , если есть сигнал Разряжение управления, и , если нет сигнала разрежение управления, (к задано оператором при помощи регистра 47).

9

Направление скорости дпижсния электрода устанавливается блоком ДЗ инверсии знака таким образом, чтобы при движении электрода h уменьшалос Это реализуется следующим образом: серия импульсов j (Начало периода пересчитывается счетчиком 37 с автоматическим сбросом при насчете заданого количества периодов L; при на- счете L-1 импульсов дешифратор 38 врабатывает сигнал Л, при появлении (Которого Формирователь 39 вырабатывет два сигнала, причем Г- вьфабатывается по переднему фронту сигнала D, а Dpv, проходит после окончания сигнала D, но до прихода следующего Сигнал Dр+1разрешает прохождение через ключ 40 значения t - в регистр AI. Таким образом, в.регист- ре AI всегда находится значение 1 ,,1, которое было вычислено блоком 35 на L периодов переменного напряжения электрической дуги раньше,чем

текущее значение

По сигналу Dp в блоке 42 сравнения производится вычисление разности

-Чл

Если , блок 43 оставляет без изменения знак при значении, задваемом скорости движения электродов, которое вычисляется блоком 46 умножения. Если , то блок 43 изменяет знак при значении скорости на проти- воположный (схема инверсии знака). При помощи блока 44 задается зона нечувствительности блока 43, т.ё, задается минимальное значение абсолютной величины 6 , начиная с которого 6 считается не равным нулю.Сигнал задания скорости V формируется цифро- аналоговым преобразователем 48 (код- ток) .

Таким образом, после проплавления колодцев в шихте и выработки устройством, реализующим предлагаемьвЧ способ, сигнала Разрежение управления электроды заглубляются до минимизации отклонения зависимости v(6) от установленной, причем при возникновении неповторяемости значения

6 arctg i/U по периодам напря- лсения дуги, сигнал Разряжение управления исчезает и скорость электро- дов становится равной нулю до дальнейшего проплавления шихты (состояние ожидания).

10

,Q

5 0

5

Таким образом, устройство позволяет вести процесс при оптимальньк технологических и энергетических показателях. Формула изобретения

Способ ведения плавки в дуговой сталеплавильной печи, при котором зажигают дуги, фиксируют стадии плавления шихты, измеряют в каждой фазе печи мгновенные значения тока, напряжения и параметры динамической вольт-амперной характеристики (ДВАХ), определяют рассогласование между текущим и заданным значениями контролируемого параметра и перемещают электрод в сторону уменьшения этого рассогласования, отличающий- с я тем, что, с целью уменьшения влияния печи на сеть путем стабилизации гармонического состава напряжения, с момента окончания стадии проплавления колодцев для каждой фазы печи в каждый j -и период питающего напряжения для k-ro момента времени вычисляют значение угла сдвига фаз у ( между напряжением и током, который служит контролируемым параметром

V jk arccos .j + Vdji- 1)(u|i где I- Ic соответственно относительные мгновенные значения тока и напряжения фазы печи, измеренные в k-й момент времени j-ro периода,

в качестве параметра ДВАХ используют угол наклона 6 радиус-вектора динамической вольт-амперной характеристики и определяют заданное значение угла сдвига фаз V j

заА- jirl - i

где ш

,

,v .

v

V - сдвиг фаз между напряжением и током при е ri ifi ,2,3,...;

V. - сдвиг фаз между напряже- ним и током при0:/Г/2 п1Г , ,2,3,... ,

и в каждом J-M периоде формируют сигнал управления скоростью перемещения электрода в (j+l)-M периоде

lj., ,,.e.v),

причем в процессе управления направление движения электрода не изменяют, если rj уменьшается и меняют на противоположное, если ч растет.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - уменьшение влияния печи на сеть путем стабилизации гармонического состава напряжения. Исходя из экспериментальных данных, установлено, что благоприятный режим плавки поддерживается при определенном оптимальном виде динамической вольт-амперной характеристики (ДВАХ). Корректируя скорость движения электрода, поддерживают определенный оптимальный вид ДВАХ и повышают стабильность электрического режима, поскольку при этом поддерживается постоянный спектр гармоник тока и напряжения, что облегчает борьбу с ними. 3 ил.

Фм.г

47 -f

ю