Способ контроля выплавки стали в дуговой печи Советский патент 1982 года по МПК C21C5/52 

(54) СПОСОБ К Й1ТЮЛЯ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ

Г

Изобретение относится к металлургии я может быть использстано в электро-металлур ГИЛ, в частности при получении выаясолегированных сталей.

Известен оюсоб контроля вьтлавки стали, основанный на выделе ши и последующем сравнении с эталонными з йа енйями высотах гармоник тока или напряжения в рутавоъя промежутке 1.

Однако для периода раошавления данный способ имеет недостатки. Содержание и соотношение уровней высших га|мою1к тока дуги кроме стадий плавки зависит от многих факторов: характера и состояния скрапа,. химического состава присадок и т. д. Поэтому для разных плавок спектральный состав кривой тока различный. Это сшокяет точноаь контроля. Кроме того, для реализации данного способа необходим сложный прибор - анализатор спектра.

Цель изобретения - повышение производительности..

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля выплавки стали В ДУГОВОЙ ПЕЧИ

В дуговой печи, оснвванному на спектральнам анализе тока или на1фяжения в дуговом промежутке, вьщеояют боковые компоненты высших гарм(:«ик тока дуги, кратных основной тастоте питаюшей сети, суммируют Их и по моментам резкого уменьшения этой определяют .стадии плавкн, причем в оервьш момент определяют окончание прорези колодцев, во второй - свсончание стадии о(Ж(вого расплавления, а в третий - окончание- ста--, дни доплавления остатков шихты.

На фиг. 1 (а-д) показаны спектральные диaгpaмtvlы, поясняницие щюдлагаеяплй способ; на фиг. 2 - устройство, реализующее его.

Для пояса{ения сути изобретения рассмотрим процесс расплавления от мсАкнта пуска печи до окончания расплавления остатков . шихты.

После опускания злектродов на шихту возникает электрическая дуга. Дуга, особенно когда она торт над холодной шнхтой, является нелинейным элементом, поэтому кривая тока искажена и имеет место гармошпси, кратные основной частоте. Отличитель 393 ной особенностью электрической дуги в начале плавки является ее неустойчивость. Это вызвано неоднородным характером шихты, а также ее низкой температурой. Вследствие этого кривая тока не является периодической и высшие гарл1оники модулированы по амплитуде, фазе и частоте. Любой вид .модуляции приводит к появлению боковых компонент около модулируемой частоты. Чем более неспокойно горит дуга, тем шире боксвые компоненты (фиг. ,а). Вскоре после пуска печи дуга прожигает верхшою часть uikxTbi и полностью в нее погружается. Начинается прорезка колодцев. При этом дуга также горит на твердой шихте и также носит неустой чивый характер. По мере опускания электродов на подине постепенно накапливается жидки металл и в момент, когда электроды доходят до крайних нижних положений, дуга начинает гореть под жидким металлом. В этой стадии условия, в которых горит дуга, резко меняются, так как она горит в контакте с жидким металлом. Она косит, более устойчивый характер и боковые KOMIIOненты высших гармоник существенно (примерно вдвое) уменьшаются. Неустойчивость дуги в это время определяется тем ,что она горит в окружении холодной шихты, образующей стенки колодцев, поэтому уровень боковых компонент еще достаточно высок (фиг. 1, б). По мере накопления жидкого металла происходит оседание шихты (обвалы), которые также вызывают неустойчивость дуги и появление боковых компонент. После окончания расплавления основной массы шихты обвалы прекращаются и вновь происходит существенное уменьшение боковых компонент, так как дуга горит, в основном, над жидкой ва}1ной (фиг. 1, в). В это время твердый металл остается в основном на откосах печи. Нестабильность дуги определяется случайными попаданиями в ее область твердых остатков шихты. После доплавления остатков шихты дуга стабилизируется, кривая тока носит характер, близкий к периодическому и боковые компоненты гармоник практически исчезают (фиг. 1, г). Таким образом, измеряя боковые компоненты высших гармоник, можно определить моменты окончания трех важных этапов плавки. Преимущество данного способа в том, что он более универсален, чем известный (речь идет только о периоде расплавления), так как он основан на косвенном контроле за физическим состоянием шихты, следовательно мало зависит от ее Х1шического состава. В зависимости от химического состава шихты меняются и электрические свойства дуги, в частности нелинейность. Поэтому высшие гармоники от плавки к плавке могут вести себя по разному. Кроме того, с окончанием расплавления они не исчезают полностью, а сохраняют заметный уровень. Боковые же компоненты ведут себя более динамично и практически исчезают с окончанием стадии расплавления, когда дуга стабилизируется. Следовательно данный способ позволяет более точно Ьпределить стадии плавки. Исследования проводились двумя способами: предлагаемым и с помощью анализатора спектра согласно известного способа. В таблице приведены результаты обработки 12 плавок.

Период прорезки

колодцев

Период горения дуг в

крайнем нижнем положении

электродов (формирование

жидкой ванны)

Основной период плавления (период расплавления основной массы шихты)

Доплавление остатков срапа

Окончательное расплавление шихты и нагрев

40 41,75

96,2

97,0

36,5

98,4 86,5 34,75

67,8

12,0 Как видно из таблицы, уровень боковых компонент в период расплавления меняется намного более резко, чем любая из гармоник Для реализации способа достаточно подавить все гармоники, кратные основной часто те сети. Это просто достигается с помощью режекторного синхронного фильтра, который широко применяется в технике измерений и связи. Для подавления резких бросков тока и исключения кратковременных изменений сумм боковых компонент, которые могут привести к ложным выводам о состоянии плавки, необ ходимо усреднить выходной сигнал фильтра. Для этого можно применить фильтр 1шжних частот, например интегрирующую PC-цепь с постоянной времени в несколько секунд. На выходе устройства можно поставить ряд схем сравнения и соответствующее число источников эталонных сигналов. Тогда по индикаторам можно непосредственно наблюдать, какая стадия плавки протекает в данный момент. Измерение лучще всего проводить между федней точкой трансформатора и подиной печи (для напряжения). При симметрии (речь идет о трехфазной сети) первая гармоника основной частоты в этой цепи отсутствует, подавлять ее не надо и реализация способа ещ более упр нцается. Блок -схема устройства, реализующего предлагаемый способ (фиг. 2), содержит синхронный фильтр 1, фильтр 2 нижних, частот, схемы 3 сравнения, эталонные сигналы 4 и индикаторы 5. Частотная характериАика ош хронного режекторного фильтра изображена на фиг. 1, д. Тактовая частота опорного генератора (он подразумевается в блоке 1) выбирается такой, чтобы частоты, которые подавляет фильтр, точно соответствовали частотам гармоник в сети . Для этого достаточно выполнить опорный генератор управляемым и связать его с сетью. В этом случае синхронный фильтр подавляет все кратные гармоники и выделяет только сумму их боковых компонент (заштрихованные области на фиг. 1а-г). Приведенная блок-схема показывает, что данный способ более прост в реализации. Формула изобретения Способ контроля выплавки сгалн в дуговой печи, прешлущественно в период расплавлення, основанный на спектральном разложении тока или напряжения в дуговси л промежутке и последуницем анализе совокупности спектральных компонент, отличающийся тем, что, с целью повышения производательности, выделяют боковые компоненты гармоник, кратных основной часТоте питающей сети, суммируют их и по моментам резкого уменьшения этой суммы определяют стадии плавки, причем в первый момент определяют окончание прорезки колодцев, во второй момент - окончание стадии основного расплавления и в третий - окончание доплавления остатков шихты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 358796, кл. Н 05 В 7/00, 1970.

Фиг.1