Способ автоматического управления положением реакционной зоны в ванне руднотермической электропечи и система для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК F27B3/28 F27D19/00 

Изобретение относится к области электрометаллургии, преимущественно к электропечам, выплавляющим ферросплавы и может быть использовано при выплавке фосфора, карбида кальция, медноникеле- вых и др. сплавов.

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

Это объясняется тем, что энергетический КПД электропечи имеет экстремальную зависимость от двух составляющих

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. Для получения 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 сводится к определению отклонения положения конца электрода от оптимального значения и выработке наиболее эффективного регулирующего воздействия для ликвидации этого отклонения.

Известно устройство автоматического управления процессом электроплавки, предусматривающее контроль отклонения по- ложения электрода в расплаве от заданного значения и компенсацию рассогласования заглубления электрода посредством перемещения его. В качестве показателя заглубления электродов в расплав принята величина

H0 l/(dl/dH3), где I - ток электрода;

Нэ - заглубление электрода в расплав.

При Н0 Нзад электрод заглубляется до установления Н0 Н3ад, а затем рассогласование по мощности компенсируется посредством переключения ступеней напряжения печного трансформатора.

При Но Нзад электрод перемещается вверх до установления Н0 Нзад с последующей компенсацией рассогласования по мощности переключением ступеней напряжения. Применение этого метода возможно при линейной зависимости I от Но, что на- блюдается только на многошлаковых электропечах цветной металлургии.

Исследования ферросплавных печей, например, выплавляющих ферросилиций, показывают, что зависимость тока электро- да от его заглубления неоднозначна, даже при однородной шихте. Отношение dl/dHa меняется в широких пределах и не может являться основанием для определения заглубления электрода в шихте.

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

Известен способ управления процессом выплавки силикомарганца в руднотер- мической печи и система для его реализации.

По этому способу определяют текущее значение квадрата тока электрода и активного сопротивления под электродом, огра- ничивают это сопротивление по верхнему пределу, после чего усредняют за установленный интервал и при одновременном уве- личении по сравнению с заданными величинами среднего и текущего значений активного сопротивления и интегрального значения квадрата тока выполняют перепуск электрода на установленную величину.

Основным недостатком этого способа и системы является ограниченная область

применения - на печах, работающих с неподвижными электродами. На электропечах, например, выплавляющих ферросилиций, перемещение электрода (из- за ограниченных возможностей управления по переключению ступеней напряжения) часто является основным регулирующим воздействием. Это связано с тем, что рассогласование ступеней напряжения 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 создаются условия для неоправданного перепуска электродов, т.е. удлинения их с соответствующими последствиями: дополнительными потерями электроэнергии и снижением стойкости электродов.

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

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

Поставленная цель достигается тем, что известными способами определяют квадрат тока электрода и текущее значение активного сопротивления под каждым электродом, ограничивают величину этого сопротивления по верхнему пределу, усредняют его за установленный интервал времени и при одновременном увеличении против соответствующих заданий интегрального значения квадрата тока, среднего и текущего значений активных сопротивлений выполняют перепуск электрода на установленную величину.

Новым является то, что дополнительно измеряют положение электрододержателя и при готовности электрода к перепуску, но расположении электрододержателя выше заданного положения, вместо перепуска электрода выполняют перемещение его электрододержателя вниз на установленную величину.

В системе для реализации способа выход датчика активного сопротивления соединен с первым входом первого блока сравнения и со входом блока ограничения и усреднения, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, а выход задатчика сопротивления соединен со

вторыми входами первого и второго блоков сравнения, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первой схемы совпадения, причем датчик квадрата тока, блок интегрирования и третий блок сравнения соединены последовательно, второй вход третьего блока сравнения соединен с выходом задатчика ампер-квадрат часов, а выход - с третьим входом первой схемы совпадения, второй вход блока управления перепуском электрода соединен с выходом задатчика величины перепуска электрода, кроме того, выход первой схемы совпадения соединен с первыми входами второй и третьей схем совпа- дения, а выход датчика положения электрододержателя соединен со вторым входом третьей схемы совпадения, и через ячейку НЕ со вторым входом второй схемы совпадения, при этом выход третьей схемы совпадения соединен с первым входом блока управления перепуском электрода и вторым входом блока интегрирования, а выход второй схемы совпадения соединен с первым входом блока управления опусканием электрододержателя, второй вход которого соединен с выходом задатчика величины перемещения электрододержателя.

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

Система содержит датчик 1 активного сопротивления, блок 2 ограничения и усреднения, первый и второй блоки 3 и 4 сравнения, задатчик 5 сопротивления, датчик 6 квадрата тока, блок 7 интегрирования, третий блок 8 сравнения, задатчик 9 ампер- квадрат часов, первую, вторую и третью схемы 10-12 совпадения, датчик 13 положения электрододержателя, ячейку НЕ 14, блок 15 управления опусканием электрододержателя, задатчик 16 величины перемещения электрододержателя, блок 17 управления перепуском электрода и задатчик 18 величины перепуска электрода.

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

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

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

Выход датчика 13 положения электрододержателя соединен со вторым входом третьей схемы 12 совпадения, а через ячей0 ку 14 НЕ со вторым входом второй схемы 11 совпадения.

Выход второй схемы 11 совпадения соединен с первым входом блока 15 управления опусканием электрододержателя,

5 второй вход которого соединен с выходом задатчика 16 величины, перемещения электрододержателя.

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

Система работает следующим образом.

5 Сигнал R от датчика 1 активного сопротивления поступает в блок 2, где его величина ограничивается по верхнему пределу и усредняется на заданном интервале. Усредненное значение Rep сравнивается в блоке

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

5 R R3 сигнал dR поступает на первый вход схемы 10 совпадения. Одновременно сигнал I2 датчика 6 квадрата тока электрода интегрируется (I2 t) в блоке 7. затем сравнивается 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 совпадения. При одновременном поступлении всех трех сигналов на выходе схемы 10 совпадения

5 появится сигнал С, который одновременно поступает на первые входы схем 11 и 12 совпадения. При расположении электрододержателя выше заданного нижнего положения (Si 0) на второй вход схемы 11

0 совпадения через ячейку 14 НЕ поступает инверсный сигнал (S2 1) датчика 13 положения электрододержателя. При одновременном поступлении на входы схемы 11 совпадения обоих сигналов С и $2 на ее

5 выходе формируется сигнал S, который поступает на первый вход блока 15 управления опусканием электрододержателя, на второй вход которого от задатчика 16 поступает задание dS величины разового переме- щения электрододержателя. При

расположении электрододержателя в зада- ном нижнем положении (Si 1) сигнал датчика 13 положения электрододержателя поступает на второй вход схемы 12 совпадения. При одновременном поступлении на входы схемы 12 совпадения обеих сигналов С и Si на ее выходе формируется сигнал L, который поступает на первый вход блока 17 управления перепуском электрода, на второй вход которого поступает задание dl ве- личины разового перепуска электрода от задатчика 18. Одновременно сигнал выхода схемы 12 совпадения поступает на второй вход блока 7 интегрирования и обнуляет его значение.

При увеличении значений R и RCp против R3, a I-1 против (I t)3 система перед выполнением перепуска электрода осуществляет проверку расположения электрододержателя относительно заданного нижнего поло- жения и, в зависимости от этого, формирует управляющий сигнал на перепуск электрода или на опускание электрододержателя вместе с электродом.

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

Для отстройки от возмущений, связанных с неравномерностью выхода сплава и шлака из печи, текущее значение активного сопротивления под электродом ограничивав ется по верхнему пределу, равному 1,1-1,3 величины сопротивления Кз, установленной для выполнения перепуска.

Для представительности величины ак- тивного сопротивления под электродом, при выработке сигнала на перепуск, усреднение ее выполняется за время 4-10 ч. Оптимальное значение интервала, принятое при проверке способа в промышленных ус- ловиях Запорожского (ЗФЗ)и Ермаковского (ЕФЗ) ферросплавных заводов для плавки ферросилиция составило 6-8 ч. При интервале усреднения менее 4 часов сказываются колебания активного сопротивления, вы- званные неравномерностью выхода сплава и шлака из печи. При интервале более 10 часов ухудшаются динамические свойства системы и снижается представительность параметра.

Величина активного сопротивления под электродом, установленная для формирования сигнала на перепуск электрода принимается равной 0,8-1,4 мОм. Оптимальное значение этой величины при выплавке ферросилиция для печей 21-27 составляет 1,2-1,3 мОм, а для печей 63 - 0,9-1 мОм. При задании активного сопротивления менее 0,8 мОм электроды удлиняются и реакционная зона опускается ниже оптимального положения, что приводит к замедлению восстановительных реакций и, в конечном итоге, к снижению технико-экономических показателей работы печи. При задании активного сопротивления более 1,4 мОм, электроды укорачиваются, что приводит к повышению тепловых потерь, а следовательно увеличению удельного расхода электроэнергии.

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

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

Экспериментальные исследования, проведенные на электропечах ЗФЗ и ЕФЗ, показали возможность следующего улучшения 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%.

Формула изобретения

1. Способ автоматического управления положением реакционной зоны в ванне руд- нотермической электропечи, включающий измерение текущего значения квадрата тока электрода и активного сопротивления под электродом, ограничение этого сопротивления по верхнему пределу, усреднение его за установленный интервал времени и при одновременном увеличении против соответствующих заданий интегрального значения квадрата тока, среднего и текущего значений активного сопротивления, выполнение перепуска электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности электропечи, сниже- ния удельного расхода электроэнергии и сырьевых материалов, дополнительно измеряют положение электрододержателя и при готовности электрода к перепуску при расположении электрододержателя выше заданного положения перемещают электро- додержатель вниз на заданную по технологии величину.

2. Система автоматического управления положением реакционной зоны в ванне руднотермической электропечи, содержащая датчик активного сопротивления, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения и с входом блока ограничения и усреднения, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, задатчик сопротивления, выход соединен с вторыми входами первого и второго блоков сравнения, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первой схемы совпадения, последовательно соединенные датчик квадрата тока, блок интегрирования и третий блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика ампер-квадрат часов, а выход - с третьим входом первой схемы совпадения, блок управления перепуском электрода, второй вход которого соединен с выходом задатчика величины перепуска

электрода, и ячейку НЕ.отличающая- с я тем, что, с целью повышения производительности электропечи, снижения удельного расхода электроэнергии и сырьевых

материалов, она снабжена датчиком положения электрододержателя, второй и третьей схемами совпадения, блоком управления опусканием электрододержателя и задатчиком величины перемещения электрододержателя, причем выход первой схемы совпадения соединен с первыми входами второй и третьей схем совпадения, выход датчика положения электрододержателя соединен с вторым входом третьей схемы совпадения и через ячейку НЕ с вторым входом второй схемы совпадения, выход третьей схемы совпадения соединен с первым входом блока управления перепуском электрода и вторым входом блока интегрирования, а выход второй схемы совпадения соединен с первым входом блока управления опусканием электрододержателя, второй вход которого соединен с выходом задатчика величины перемещения электродо держателя.

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