Устройство управлением электрическим режимом плавки в дуговой электропечи Советский патент 1980 года по МПК C21C5/52 

1

Изобретение относится к черной ме- . таллургии.

Известно устройство управления электрическим режимом плавки в дуговой электропечи, содержащее дозатор 5 электрической энергии, выходы которого подключенык печному трансформатору, датчики тока и напряжения, включенные в цепь короткой сети печи, и расположенные между дозатором и дат- 10 чиками блоки сравнения и исполнительный iQ. В качестве основной величины управления электрическим режимом плавки используется мощность, вводимая в рабочий объем электропечи. |5

Недостатком устройства управления электрическим режимом плавки в дуговой печи является отсутствие возможности поддержания дуги в заглубленном в расплав состоянии в конце пе- 20 риода расплавления и при доводке расплава до заданного состояния. Поэтому в конце периода расплавления с момента открытия дуг известное устройство дает сигнал на переключение 25 печного трансформатора на более низкую ступень, чтобы снизить уровень облученности футеровки электропечи. При этом значительно снижается мощность дуг, вследствие чего увеличивается 30

время доплавления твердой глихты и нагрева жидкой ванны, снижается коэффициент полезного действия печи.

Цель изобретения - повьиаение КПД печи.

Для достижения поставленной цели устройство управления электрическим режимом плавки в дуговой электропечи, содержащее датчики тока и напряжения электроэнергии, подаваемой в печь, и блок сравнения, соединенный последовательно через исполнительный блок с дозатором электроэнергии, снабжено совокупностью блоков для поддержания динамической вольт-амперной характеристики в виде овалов Кассини с талией, расположенных между датчиками тока и напряжения и блоком сравнения, при этом датчики напряжения и тока подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора, третий вход которого соединен с датчиком интервалов времени квантования, а выходы подключены к входам блоков вычитания напряжения и тока и одновременно к входам блоков задержки напряжения и тока, выходы которых также подключены к входам блоков вычитания напряжения и тока, соединенных выходами с блокаи ш возведения в квадрат

напряжения и тока, выходы которых через последовательно соединенные блок сложения, блок извлечения квадратного корня и блок суммирования, связанный с выходом задатчика времени, подключены ко входу блока сравнения.

Устройство предназначено для того чтобы с момента открытия электрических дуг вводить электрическую мощность в дуговую печь при поддержании вольт-амперной характеристики в виде овала Кассини с талией. При этом длина периметра динамической вольтамперной характеристики поддерживается в пределах заданных значений, соответствующих указанному виду кривой вольт-амперной характеристики. Такой режим электроплавки объясняется тем, что, когда динамическая вольт-амперная характеристика имеет форму овалов Кассини с талией, то дуга полностью заглублена в жидкую ванну, которая в этом случае получает макси.мум энергии дуг, а тепловая нагрузка на футеровку печи снижается до минимумй.

На фиг. 1 -приведена вольт-амперная характеристика, имеющая вид овалов Кассини с талией ; на фиг. 2 - структурная схема предлагаемого устройства.

Заявляемое устройство включает в себя включенные в цепь короткой сети печи датчики 1 и 2 напряжения и тока выходы которых подключены к входам коммутатора 3, управляемого от датчиков 4 интервала времени квантования. Выходы коммутатора 3 подключены к входам блоков 5 и б задержки напряжения и тока и блоков 7 и 8 вычитания. К входам блока 7 вычитания напряжения подключены также выходы с блока 5 задержки напряжения, а к входам блока 8 вычитания тока подключены выходы с блока б задержки тока. Выходы блоков 7 и 8 вычитания напряжения и тока подключены к входа блоков 9 и 10 возведения в квадрат напряжения и тока, выходы которых подсоединены к входу блока 11 сложения. Выход блока 11 сложения подключен на вход блока 12 извлечения квадратного корня, выход которого включе на вход.блока 13 суммирования, управляемого задатчиком 14 времени. Выход блока 13 суммирования подключен ко входу блока 15 сравнения, в который введено згщание от блока 16 на опредленную величину периметра вольт-амперной характеристики. Выход блока 15 сравнения связан с входом исполнительного блока 17, выход которого соединен с входом дозатора 18 электроэнергии; выход дозатора электроэнергии соединен с.печным трансформатором, например,с переключателем 19 ступеней напряжения.

Элементарную длину периметра вольтамперной характеристики L, можно получить, зная в каждом отдельном отрезке времени квантования значения напряжения U и тока i: предыдущие JK--. UM и текущие Uj,, i по формуле

(и,,-и)чо,-.;:у

Текущие значения U, и1 определяются с помощью датчиков 1 и 2 напряжения и тока, а предшествующие с помощью блоков 5 и 6 задержки напряжения и тока.

Суммируя элементарные длины динамической вольт-амперной характеристики, определяют ее периметр, который в блоке сравнения 14 сравнивают с заданным значением и в случае их несовпадения подают сигнал разногласия на исполнительный блок 17.

Устройство управления электрическим режимом плавки в дуговой печи работает следующим образом.

С выходов датчиков 1 и 2 напряжения и тока снимают электрические сигналы, пропорциональные напряжению и току в дуговой электропечи. Коммутатор 3, управляемый от датчика 4 интервалов времени квантования, подает электрические сигналы, снятые с датчиков 1 и 2 напряжения и тока, с величинами, пропорциональными напряжению и,, и току 1 ,j в дуговой печи, имеющими место в данный момент квантования коммутатором 3, соответственно на блоки задержки по напряжению 5 и току 6 и на блоки 7 и 8 вычитания напряжения и тока.

В блоках 7 и 8 вычитания напряжения и тока формируются электрические сигналы, пропорциональные разности текущего и предшествующего значения напряжения UR,-1) и тока 1к ч-1 о абсолютной величине (амплитуде).

Сигнал, пропорциональный предшествующим значениям (}к-{ и if подается с блоков 5 и 6 задержки понапряжению и току, которые с приходом новых сигналов U( и if;, стираются. С блоков 7 и 8 вычитания сигналы подаются в блоки 9 и 10 возведения в квадрат, формирующие электрические сигналы, пропорциональные квадратам разностей (и|,) и (к-ц-д) С выходов блоков 9 и 10 возведения в квадрат электрические сигналы поступают на блок 11 сложения, с выхода которого электрический сигнал, пропорциональный сумме () + (iK-itt-A) поступает на вход блока 12 извлечения квадратного корня.

Электрический сигнал, пропорциональный величине

4(и,.,(-.,)% поступает на вход второго блока 13 суммирования, управляемого задатчиком 14 времени. Накопленный электрический сигнал (например, напряжение), пропорциональный сумме и соответствующий периметру динамической вольт-амперной характеристики за заданный задатчико 14 времени отрезок времени, поступае на вход блока 15 сравнения, где срав нивается с аналогичной заданной величиной периметра динамической вольт амперной характеристики, и при появлении разности электрический управля ющий сигнал (например, напряжение) дает команду исполнительному блоку 17, который переключает ступень тока в дозаторе 18 электроэнергии в сторо ну увеличения или уменьшения в зависимости от того больше или меньше измеренная длина периметра динамической вольт-амперной характеристики по сравнению с заданной в блоке срав нения, величина которой соответствует характеристике в виде овала Кассини с талией, при которой имеет место полное заглубление электрической дуги в расплав. При этом обеспечиваются оптимальные условия для передачи энергии в расплав при минимуме облученности футеровки стен печи. Все блоки, входящие в. схему предлагаемого устройства для управления электрическим режимом плавки в дуговой электропечи, выполняются по известным микросхемам и не требуют зна чительных затрат. Так, например, бло ки 5 и 6 задержки напряжения и тока могут быть выполнены в виде фильтра, постоянная времени которого определяется по известной методике. Схема блоков 11 и 13 и блоков 7 и 8 вычитания напряжения и тока реализуются на операционных усилителях серийно выпускаемых микросхем К553 УД1. Применение устройства управления электроплавкой в дуговой печи позволит поддерживать динамическую вольтамперную характеристику в виде овалов Кассини с талией, что соответствует расплавлению шихты и нагреву металлической ванны на оптимальных электрических и тепловых режимах, характеризующихся максимумом . энергии, отдаваемой расплаву, и минимумом энергии, идущей на облучение футеровки. Все это приведет к увеличению коэффициента полезного действия электропечи к как следствие, к увеличению .ее производительности fj улучшению технико-экономических показателей печи за счет сокращения периодов плавления и доводки расплава до заданного состава. Кроме того, вследствие снижения облученности футеровки увеличится ее стойкость, что снизит количество простоев печи на ремонт футеровки и удельный расход огнеупоров на тонну выплавляемого металла. Все это позволит снизить себестоимость выплавляемого металла. Формула изобретения Устройство управления электрическим режимом плавки в дуговой электропечи , содержащее датчики тока и напряжения электроэнергии, подаваемой в печь, и блок сравнения, соединенный последовательно через исполнительный блок с дозатором электроэнергии, отличающееся тем, что, с целью повышения КПД электропечи, оно снабжено совокупностью блоков для поддержания динамической вольтамперной характеристики в виде овалов Кассини с талией, расположенных между датчиками тока и напряжения и блоком сравнения, при этом датчики напряжения и тока подключены соответственно к первому и второму входам коммутатора, третий вход которого соединен с датчиком интервалов времени-квантования, а выходы подключены к входам блоков вычитания напряжения и тока и одновременно к входам блоков задержки напряжения и тока, выходы которых также подключены к входам блоков вычитания напряжения и тока, соединенных выходами с блоками возведения в квадрат напряжения и тока, выходы которых через последовательно соединенные блок сложения, блок извлечения квгщратного корня и блок суммирования, связанный с выходом задатчика времени подключены ко входу блока сравнения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Эдемский в. М. Автоматика и экономика дуговых печей. - Электротехническая промышленность. Электротермия, 2, 1976, с. 22 (прототип)

19

18