Система автоматического управления руднотермической электропечью Советский патент 1980 года по МПК H05B7/148 F27D19/00 

Цель изобретения - повышение выхода готового продукта путем повышения точности контроля расстояния электрод-под.

Поставленная цель достигается тем, что предлагаемая система автоматического управления снабжена блоком измерения удельного сопротивления расплава шихты, вход которого соединен с вторым выходом блока коррекции, а выход через блок усреднения - с третьим входом блока определения расстояния электрод-под, между выходами блоков контроля расхода шихты и качества продуктов и одним из входов блока коррекции включен логический элемент «И, а блок управления положением электрода имеет два дополнительных выхода, соединенные с соответствуюш.ими входами регулятора электрического режима.

На чертеже изображена схема системы автоматического управления руднотермической печью.

На схеме показаны руднотермическая печь 1 с электродом 2 (остальные электроды не показаны), заглубленным в шихту, печной трансформатор 3 с переключателем ступеней 4, являюшимся датчиком напряжения, токовые трансформаторы 5, которые служат датчиками тока электрода, регулятор 6 электрического режима, воздействуюШ.ИЙ на блок 7 перемешения электродов или на переключатель 4 ступеней напряжения при отклонении регулируемого параметра и два контура: контур А контроля и поддержания расстояния конец электрода-под и контур Б коррекции положения электрода.

Контур А включает последовательно-соединенные блок 8 определения расстояния электрод-под, блок сравнения 9, фазочувствительный усилитель 10, управляюш.ий блок 11, выдаюший управляюш.ие сигналы Ft-РЗ для восстановления оптимального положения электрода (Fi- сигнал изменения тока электрода, Fs - сигнал изменения напряжения электрод-под. Fa - сигнал загрузки шихты).

На вход блока определения расстояния электрод-под поступают: ток электрода /з от трансформатора тока 5, напряжение электрод-под от печного трансформатора 3 (Un ) и усредненное значение удельного сопротивления расплава ( р ) от блока измерения 12 через блок усреднения 13. Второй вход блока сравнения 9 соединен с блоком задания 14 расстояния конец электрода-под.

В контур коррекции Б входят: блок 15 контроля расхода шихты, блок 16 контроля качества продукта, выходы которых подключены к входу логического элемента 17, выполненного по схеме «И. Выход логического блока 17 подключен к входу блока коррекции 18, выходы которого соединены с входом блока измерения 12 удельного расплава шихты и входом блока задания 14 положения электрода.

Система автоматического управления руднотермической печью работает следующим образом.

Основное управление осуществляется путем поддержания электрического режима известным способом, т.е. путем перемещения электродов в оптимальной зоне и переключения ступеней напряжения, осуществляемого регулятором 6.

Однако, как показала практика работы руднотермических печей, расстояние конец электрода-под должно быть оптимальным. При положении электрода выще оптимального увеличивается удельный расход электроэнергии, и повышается температура отходлщих газов и затрудняется регулирование.

При положении электрода ниже оптимального уменьшается удельный расход электроэнергии, но при этом весь ток идет на подину, под фазами образуются отдельные тигли, слив шлака из печи затрудняется, возможно разрушение подины за счет диффузии, углерода в расплав.

Поэтому одновременно с регулированием электрического режима осуществляется контроль положения электрода в оптимальной зоне, которое задают в зависимости от активной мощности печи.

Происходит это следующим образом. В блок 8 определения расстояния конец электрода-под поступают сигналы о действительном токе электрода /з от токового трансформатора 5, напряжение электрод-под U от печного трансформатора 3 и сигнал, пропорциональный усредненному значению удельного электрического сопротивленияр расплава щихты от блока усреднения 13.

Удельное электрическое сопротивление расплава периодически измеряется блоком 12, причем при измерении его устанавливается расстояние электрод-под, равное 0,9-1,1 диаметра электрода, оптимально равное диаметру электрода.

В блоке 8 определяется действительное значение расстояния электрод-под по формуле:

Н

(О

Д 0,21.

эР1

действительное расстояние конец

5 где электрода-под (ж), напряжение электрод-под (В);

Un1 - ток электрода (Л);

р - усредненная величина удельного электрического сопротивления расплава шихты (ом-м);

В -диаметр электрода (м);

(Ь - показатель инерционности печи, зависящий от типа печи (ток для многошлаковых с погруженной дугой , для малошлаковых /i 0,7, а для печей с открытой дугой f.i 0,6).

Эта формула является модификацией известной формулы Шварца фон Бергкапфа, которая была уточнена на основании исследований вероятностей математической модели ванны руднотермической печи и проверена на ряде реальных печей. Учитывая, что в формулу (1) входят постоянные величины: диаметр электрода, показатель инерционности, численный коэффициент, а также то, что удельное электрическое сопротивление расплава шихты изменяется только при изменении состава шихты, в блоке 8 реализуется уравнение: , dl - (b т.е. для определения действительного расстояния конец электрода-под достаточно измерить напряжение Un и ток электрода 7. Сигнал, пропорциональный действительному значению расстояния электрод-под, поступает в блок сравнения 9, где сравнивается с заданным значением (H.j(,J, точнее, с двумя крайними значениями оптимальной зоны, задаваемой блоком 14, в зависимости от активной мощности печи. Блок задания 14 выполнен в виде дискретного квантователя, причем ширина h оптимальной зоны для каждой мощности печи одинакова и равна 0,2 d, а крайние значения зависят от заданной активной мощности. Так, например, при f 30-40 Мвт h 0,5-0,7 dg, при Ра 40-50 тМвт h - (0,6-0,8) d,, при Pa 50-60 Мвт - -- -- (0,7-ЬО,9) dg и при Р„, 60-70 Мвт h (0,9-М,1) dg. В процессе работы печи положение электрода изменяется, и если оно выходит за пределы оптимальной зоны, то на выходе блока сравнения 9 появляется сигнал рассогласования + АЯ или - АЯ (в зависимости от знака рассогласования), который усиливается фазочувствительным усилителем 10 и поступает в управляющий блок 11. Так как ширина оптимальной зоны, в которой должен находиться электрод, равна 0,2 dj, то для повышения надежности контроля положения электрода на выходе блока сравнения имеется пороговое устройство, не пропускающее на выход блока сигнал, пропорциональный АЯ ,2 d. В управляющем блоке решается задача, за счет какого восстанавливающего воздействия (F, или р2, или РЗ) вернуть электрод в оптимальную зону. Следует отметить, что при небольших отклонениях положения электрода предпочтительным является изменение тока электрода, благодаря которому осуществляется плавное перемещение электрода, т.е. реализация сигнала Р-). Сигнал FZ является менее предпочтительным, потому что напряжение изл еняется дискретно, при этом происходит значительное тфемещение електрода и большое отклонения тока электрода от заданного, поэтому во избежание колебательного режима одновременно с выдачей сигнала Fj необходимо изменить задание тока электрода, т. е. выдать сигнал Fi. Эти команды выдаются при значительном отклонении положения электрода от оптимального значения и когда нет возможности регулировать ток электрода (например, электрод находится в одном из крайних положений зоны перемеш1ения). В этом случае, если необходимо поднять электрод, можно применить сигнал Р,з, т. е. добавить в печь восстановителя. Если электрод находится в оптимальной зоне, т. е. расстояние конец электрода-под не отклоняется от заданного значения, то регулирование осуществляется регулятором 6 электрического режима. При изменении состава шихты величина усредненного удельного электрического сопротивления расплава, корректируется, так как иначе точность определения расстояния конец электрода-под становится недостаточной. Коррекция осуществляется следующим образом. Одновременно с изменением состава шихты в блок 15 контроля расхода шихты поступает сигнал Р,пропорциональный количеству шихты, оставшейся в печных бункерах, до изменения состава шихты. На второй вход блока 15 поступает сигнал, пропорциональный текущему расходу шихты (Qy). Этот сигнал вычитается из предыдущего, т. е. AQ Qjag- Q-,-- На выходе блока 15 появляется сигнал только тогда, когда AQ О, т.е. вся щихта, оставщаяся до ее изменения, не израсходуется. Он поступает на один из входов логического элемента 17, выполненного по схеме «И, На второй вход логического элемента поступает сигнал об изменении сливаемого продукта Аи Этот сигнал формируется в блоке 16 контроля качества продукта, где происходит сравнение текущего значения его ( сц.) с заданным ( ) Логический блок 17 работает по схеме совпадения, т. е. на его выходе появляется сигнал (f) на осуществление коррекции только тогда, когда на обоих его входах имеются сигналы AQ и А а от блоков 15 и 16. Блок коррекции 18 осуществляет коррекцию в следующей последовательности. Вначале он выдает блоку 14 задания расстояния конец электрода-под команду на установку расстояния электрод-под, равного 1,0 dg. После отработки контуром А этого задания блок 8 выдает команду в блок 12 на измерение у тыльного электрическоп сопротивления pacii.iaBn шихты в течение определенного времени, результаты измерения усредняются блоком 13 и выдаются в качестве постоянной величины (до следующего изменения состава шихты) в блок 8 и т. д.