Способ контроля длины рабочей части электрода Советский патент 1993 года по МПК H05B7/144 

. Изобретение относится к электротермии, в частности к способам контроля длины рабочей части самообжигающихся электродов закрытых руднотермических печей, на- пример, фосфорных, карбидных, ферросплавных и им подобных.

Длина рабочей части электродов является одним из важнейших параметров, с которым связаны технико-экономические показатели процесса плавки. Оптимальному ведению электротехнологического процесса для каждого из полученных продуктов соответствует своя целесообразная величина длины рабочей части электрода.

Положение рабочего конца электрода (основной параметр для определения длины) и его длины определяют: - по скорости или затуханию ультразвуковых колебаний (через электрод, стенку или снизу); - по интенсивности радиоактивного излучения; - по весу электрода; - по зависимости температуры отходящих газов в зоне электрода; - по величине реактивного сопротивления на

участке электрод-под; - по величине ЭДС, наведенной на кожухе печи. - по угару электродов, определяемому по количеству потребленной электроэнергии;- на основании определении смещения синусоиды тока во времени при отклонении электродов от нормального исходного положения. Как правило, устройства, реализующие эти способы, измеряют расчетным или косвенным методами расстояние от нижнего конца электрода до подины печи или до контактных плит, или длину электрода в целом.

Определив один из этих параметров, можно непосредственными измерениями рассчитать размеры печной установки относительно нижнего конца электрода.

Предположение о том, что для поддержания оптимальной длины электрода достаточно перепускать электрод на величину угара, на практике неосуществимо. В некоторых ситуациях допускается производить перепуск чаще или реже на заданную велиел

с

00

XI

N5 О

чину, при этом, угар будет меньше или больше этой величины.

Возможно существенное увеличение разового перепуска, например, в случае облома или скола электрода, для восстановления его нормальной длины, а в случае упора электрода, для предотвращения его облома целесообразно перепуск не производить, Кроме того, определение расхода (угара) электрода только в зависимости от количества потребляемой электроэнергии очень неточно, т.к. он зависит от множества и других факторов, например, качества электродной массы, электрического режима, содержания Р205 в шлаке, заглубления электродов в расплав и т.п., поэтому при длительной работе печи, даже относительно малая первоначальная ошибка за счет ее накопления резко снижает достоверность определения длины рабочей части электрода.

Прототипом изобретения является способ определения длины электрода, изложенной в литературе. Алгоритм контроля длины рабочей части электрода фосфорной печи основан на ряде расчетных формул, полученных по результатам моделирования ванны печи и уточнения параметрических коэффициентов при исследованиях на действующих печах.

Интервал наблюдения и сбора информации для расчета длины электродов составляет 120-240 часов, при этом, Кв 0,6, Км 0,7, где Кв, Км-козффициент использования времени и мощности соответственно.

Основная расчетная формула для определения длины рабочей части электрода имеет вид:

U Loi-3yn0Wai + ni(1) где Loi - длина электродов к началу рассматриваемого периода, см;

УП0 - норма удельного расхода электрода, определенная на основании статистической обработки результатов работы действующих печей, см/МВт -ч;

Wai - расход активной электроэнергии для каждого электрода, за заданный промежуток времени, МВт ч.

П| - суммарный Перепуск каждого электрода за заданный промежуток времени, см.

Тогда положение электродов в ванне печи определяют, рассчитывая расстояние электрод-под по уравнению:

Нэгп - Нв-Li + Птг2(2) где Нв - высота ванны печи, см;

ПТ| - среднее положение траверс элект- рододержателей, см,

Z - конструктивная постоянная, соответствующая заглублению контактной плиты по сводом печи при крайнем нижнем положении электрододержателя, которая составляет для фосфорных печей 73 см. Если отсутствуют данные о длинах рабочих концов электродов и усредненных за заданный промежуток времени электротехнологических параметров, рассчитывают диаметр тигля, высоту рабочей зоны, расстояние электрод-под и т.д.

в этом случае начальная длина электрода вычисляется по формуле:

Ц, - Нв-Нэгп nTi-Z,(3) при этом расстояние электрод-под определяется по формуле:

К-0,03

а

-F)1/3 d,

(4)

где А - 0,08 () |; + 0,035 В 2,59(Н рзУ°-279-0,41 F- 0.091 -0,036 Нрз Нрз Нрз/d

К RB УШЛ d - активное сопротивление ванны на один электрод в критерильном ви- де;

а - соотношение усредненных удельных проводимостей шлаковой и рабочей зон ванны печи, Нзр - высота рабочей зоны, см. Точность определения длины рабочей части

электрода, по мнению авторов, составляет 8-10%, однако на практике она ниже, т.к. не учитывает обрыва и скала электрода, вероятность которого достаточно высока, а алгоритм определения, контроль за этими

параметрами не предусматривает.

Цель изобретения - повышение точности определения длины электрода и опреде- ления величины скола или обрыва электрода.

Технический результат достигается за счет того, что в известный способ контроля длины рабочей части электрода закрытой руднотермической печи, при котором измеряют рабочую мощность печи, ток электрода, потребление активной электроэнергии, величину перепусков электродов, определяют положения электрододержателя и усредняют измеренные параметры за выбранный промежуток времени, последозательно определяют высоту рабочей зоны и расстояние электрод-под, а по полученным величинам определяют начальную длину электрода, дополнительно рассчитывают суммарный угар электрода по формуле:

у а + b Wai + с Wai2,(5) где Wai - потребление активной электроэнергии печыо, кВтч,

а, Ь, с - эмпирические коэффициенты, зависящие от качества электродной массы, определяют расчетную длину рабочей части

электрода с фактической и, если они отличаются более чем на 10% фиксируют скол или облом соответствующего электрода.

Кроме того расстояние электрод-под определяют по формуле: пэп В| 3-пРзп4-Р1 -(6) где в, пз; ги; ns: ne-эмпирические коэффициенты, зависящие от типоразмера печи и получаемого продукта. .

г - средневзвешенный размер куска восстановителя (см)

Rb - активное сопротивление ванны на один электрод (мОм)

hpa высота рабочей зоны (см)

da - диаметр электрода п(см), а высоту рабочей зоны определяют по зависимости, имеющий вид:

h -AhW m

где PC -усредненная рабочая мощность печи, МВт;.

г - средневзвешенный размер куска восстановителя (Ом);

Ск - остаточное содержание оксида в шламе, %;

Dp - диаметр распада электродов в ванне печи, (см);

n; m - эмпирические постоянные, зависящие от типа печи и получаемого продукта;

АЬ - эмпирический коэффициент, зависящий от отношения рабочей мощности к максимальной для конкретной печи

Для фосфорных печей: для Рс 0,67РМах AN - 161 104 для 0,475 Рмах : Рс 0,67 Рмах Ah - 187 10 для 0,41 Р„ах РС 0,475 Рмах Аь 220 -104

Изобретение осуществляется в следующей последовательности операций:

1. Исследуется период работы рудно- термической печи за выбранный промежуток времени (12-16 смен) при этом регулярно измеряются и фиксируются в пультовом журнале, самописцах и др. измерительных приборах следующие электротехнологические параметры работы печи: - потребление активной и реактивной электроэнергии (Wai; Wri МВт.ч.МВар.ч); - рабочая (активная) мощность лечи (общая и если есть возможность по отдельным фазам) МВт; - токи электродов (э), кА; - ступень напряжения печного трансформатора (NCM) - положение электрододержателя (ПТ|), см - перепуск каждого электрода (П|), см, - остаточное содержание оксидов в шлаках (Ск,%), для фосфорных печей PaOs. - средний размер куска восстановителя (г), см.

2. Усредняют полученные значения параметров за выбранный промежуток времени.

3. Определяют активное сопротивление ванны по формуле:

Рб Рс/312Э|(8)

4. Определяют значение Ап исходя из 5 условия:

0,4 Рмах S Рср :Ј 0,67Рмах

5. Определяют высоту рабочей зоны (hpai) по формуле (7).

6. Исходя из полученных значений опре- 0 деляют величину расстояния электрод-под (пэш) по формуле 6.

7. Определяют длину рабочей части электрода по формуле (3) и присваивают индекс Lou

5 8. Определяют фактическую длину рабочей части электрода по формуле (1).

9. Сравнивают фактическую длину рабочей части с расчетной и если они отличаются на 10% и более фиксируют скол или облом 0 электрода.

10. Величину скола или облома электрода определяют: а) если момент аварии установить не удалось;

Д ЦрН-эф|(9)

5 б) при фиксации в момент аварии положения электрододержателей по формуле: А ni-VrioWai + АПТ|(Ю) П| - суммарная величина перепусков электродов за контролируемый период, см.

0 УПо-норма удельного расхода электрода, СМ/М8ТЧ

А ПТ| (10) разница в положении электрододержателя в момент контроля и фиксации скола или облома, см.

5 11, В зависимости от степени аварии корректируют электротехнологический режим работы печи.

Конкретный пример реализации изобретения приведен ниже, для фосфорной

0 печи РКЗ-48ФМ2. Геометрические размеры печи следующие: Диаметр электрода (d3)- 140 см; Диаметр распада электродов (Др)- 400 см; Диаметр ванны печи (Дв)-850 см; Высота ванны (Нв)-435 см; Значение конст5 рукционного параметра Z 50 см. Исследовался период работы печи РКЗ-48ФМ за 12 смен (трое суток), причем начальная длина электрода (Lou) к началу периода контроля была неизвестна.

0 Значения измеренных параметров, приведенных в п. 1 алгоритма реализации после усреднения были следующие: средняя рабочая мощность 29.6 МВт; средневзвешенный размер восстановителя

5 (кокса)-12 мм; остаточное содержание PaOg в шлаке-1,21 %; средний ток электрода (э)- 58 кА; Определяем сопротивление ванны по формуле (8) „ „

R8 Po/3lV29,6- Ю3/3-582 2,93мОм

Проверяем условие: 0,4 РМах S Рс. 0,67 Рмах, которое равно: 29,6/48,0 0,658 Рмах, следовательно АН 187 -10 Определяем высоту рабочей зоны по формуле (7):

Прз;

Ah

Pgr 29.6

0.74

1,2

СС1 D

,0,97

,р 1, -4№ 143 см

Определяем расстояние электрод-под (НЭП) по формуле (6)

Ж

Brw- hp3n4 -R

,1,22 .P1430,8f

n5 -d9n6 2,98 -10

i.35

x1. -2,931да -1401 00 74 см Определяем начальную длину электрода, на момент начала контроля его длины, получаем

Нв-пэп + -435-50-74 + 44 « 355 см.

Подробно описано определение длины среднего электрода. Аналогично были определены длины рабочих частей левого и правого электродов, которые соответственно равны: 347 см, 358 см.

Дальнейший контроль за длиной рабочей части электродов осуществлялся по угару и перепуску, т.е. по формуле (5), не реже одного раза в смену (6 часов). Значения коэффициентов а, Ь. с и удельного расхода электродов (УПо) для фосфорных печей приведены в табл.1.

Определяем угар электродов по формуле®

у а + b Wai + с Wai2 - 0,42 + 0,144- 203-4,28 10 5 41209 27,8см.,тогдасред- ний угар на один электрод составит: у/з - 9,2 см. Фактическую величину каждого электрода определяли по формуле (1), например, для среднего электрода:

Loic-У/З + Hi 355-9+12 358 см. Соответственно, фактическая длина левого и правого электрода, через смену были равны: 350 ми и 361 см. Через 12 смен, которые приняты за контролируемый промежуток времени, фактические длины электродов были равны соответственно:

t-мф 460 см 428 см, Уф 387 см, что является нереальным для среднего и правого электрода, т.к. высота ванны Нв - 435 см. По электротехнологическим параметрам работы печи за эти 12 смен определяют расчетную длину электрода, как это было приведено выше. В результате получаем, что расчетные длины электродов соответственно равны;

1-рМ 360 см, LPR 361 см, Lpi 368 см Сравниваем фактическую длину электрода, полученную по формуле (1) с расчетными значениями, определяемыми, по формуле (3), получаем:

для среднего электрода

б„

460-360 360

100 27,

соответственно дк 18,6% и di 5% Анализ полученных результатов показал, что за рассматриваемый (контролируемый) период времени (12 смен) имели место обломы элек- тродов-среднего и правого. Определим величину обломов исходя из полученных

результатов, тогда Дм 460-360 100 см, Дн 67 см. Для более точного определения, величины облома, по данным пультового журнала определяют момент аварии. Было установлено, что авария произошла в четвертую смену, а далее последствия ее усугубились, т.к. злектротехнологический режим не был бо-время скорректирован. Величину облома электродов определялось по формуле (9) и она соответственно была равна:

Дм 120см Дя 81см

Практикой установлено, что в случае когда не учитывается положение траверс электро- додержателя, получаются несколько заниженные результаты, а по формуле (9)

несколько завышены, т.к. в пультовом журнале фиксируется положение траверсы в момент регистрации (1 раз в час), поэтому полученные значения усредняются и получаем: Днср 110 см, Д RCp 74 см.

После этого определяют истинные длины электродов и им присваивается индекс Loi, т.е. первоначальная длина для следующего периода контроля,

В результате получаем, следующие длины рабочих длин электродов

LOH 1-фн- Д нср 460-110 350 см соответственно: UR 354 см Ц 364 см

В табл. 2 приведены данные за длительный период контроля до момента остановки

печи и замера фактических длин рабочей части электрода

Таким образом, относительная погрешность не превышает 3%, в то время как по прототипу 8-10%.

в результате реализации изобретения за счет повышения точности определения длины рабочей части электродов, а также фиксации обломов и сколов электродов и определения их величины улучшены технико-экономические показатели работы, печи и экономический эффект на одну печь составит 40-80 тыс. рублей.

Формул а изобретен и я

1. Способ контроля длины рабочей час5

ти электрода закрытой рудно-термической печи, при котором измеряют рабочую мощность печи, ток электрода, потребление активной электроэнергии, величину перепусков электрода, определяют положение электрододержателя и усредняют измеренные параметры за выбранный промежуток времени, последовательно определяют высоту рабочей зоны и расстояние электрод-под, а по полученным величинам определяют начальную длину электрода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения длины электрода и определения величины скола или обрыва электрода, дополнительно рассчитывают суммарный угар электрода по формуле

у - а + b Wa| + с Wa|2,

где Wai - потребление активной электроэнергии печью, МВт-ч;

а, Ь, с - эмпирические коэффициенты, зависящие от качества электродной массы, определяют фактическую длину электрода с учетом полученных значений угара и величины перепусков, определяют расчетную длину рабочей части электрода на этот же момент времени, сравнивают расчетное значение длины рабочей части электрода с фактической и, если они отличаются более чем на 10%, фиксируют скол или облом соответствующего электрода.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что расстояние Иэп электрод-под определяют по формуле:

Ьэп Brn3hn% Rn5dn63l см, .

где В, пз, ПА, ns, пе - эмпирические коэффициенты, зависящие от типоразмера печи и получаемого продукта;

г - средневзвешенный размер куска восстановителя, см;

R - активное сопротивление ванны на один электрод, МОм;

Ьрэ - высота рЪбочей зоны, см;

da - диаметр электрода, см.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что высоту hps рабочей зоны определяют по зависимости Рог

где PC усредненная рабочая мощность печи, МВт;

г - средневзвешенный размер куска восстановителя, см;

Ск - остаточное содержание оксида в шлаке, отн.ед;

Dp-диаметр распада электродов в ванне печи, см;

щ,п - эмпирические постоянные, зависящие от типа печи и получаемого продукта;

An - эмпирический коэффициент, зависящий от отношения рабочей мощности к максимальной для конкретной печи.

Сущность изобретения: Разработан алгоритм контроля, позволяющий установить наличие скола или облома самообжигающегося электрода и определить величину его. Уточнены расчетные формулы для определения длины электрода, в частности высота рабочей зоны, расстояние электрод-под, угар электродов и удельный расход электрода в зависимости от качества электродной массы. 2. з.п. ф-лы, 2 табл.

Таблица

Таблица2