Устройство автоматического управления процессом плавки губчатого железа

(51) М. Кл.". С 21 С 5,52 Госрсрствоииый комитет Соерте Уцусурое СССР во деягм иоооротеиийи открытий.011,56 (088.8) Дата опубликования описания 23.05.77(72) Аьторы изобретения Л. С. Фридлянд, В, Е. Пирожников, В, Б, Филимонов и Д. Ф. Гладкий Всесоюзный научно-исследовательский институт автоматизации черной металлургии(54) УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПЛАВКИ ГУБЧАТОГО ЖЕЛЕЗАИзобретение относится к области сталеплавильного производства, преимущественно электросталеплавильного, и может быть использовано для управления процессом плавки губчатого железа в электросталеплавильных агрегатах.Известно устройство автоматического управления процессом плавки губчатого железа в дуговой сталеплавильной печи, содержащее датчик активной энергии, датчик скорости загрузки губчатого железа, регулятор мощности и регулятор скорости загрузки губчатого железа (1. Устройство обеспечивает регулирование скорости загрузки губчатого железа в печь в функции потребляемой мощности путем сравнения фактической потребляемой мощности с мощностью, соответствующей заданной удельной скорости загрузки губчатого железа (кг/МВт мин), и автоматического изменения задания регулятору скорости загрузки губчатого железа при наличии сигнала рассогласования,Недостатки известного устройства заключаются в невозможности точного поддержания заданного температурного режима нагрева металла из-за нестационарности условий работы печи, а также в невозможности управления температурным режимом металлической ванны при заданном постоянном уровне мощности. Кроме того, в устройстве не предусмотрепа возможность автоматического определения момента начала загрузки губчатого железа,Наиболее близким к описываемому изобре 5 тению по технической сущности и достигаемому результату является устройство автоматического управления процессом плавки губчатого железа, содержагцее датчик и регулятор температуры металла, датчик и регуля 10 тор скорости загрузки губчатого железа, датчик и регулятор потребляемой мощности, блокопределения начала плавления металла ипрограммное устройство (2. В данном устройстве скорость подачи губчатого железа15 корректируется в зависимости от температуры металла во время каждого технологического интервала, а положение электрода регулируется в зависимости от потребляемоймощности и технологического интервала.Недостаток известного устройства - в частности, отсутствие учета влияния температурыфутеровки при регулировании процесса ц прогнозпрования температуры металла в печи,Целью изобретения является повышениеточности поддержания заданного температурного режима металлической ванны, сокращение продолжительности плавки и повышениепроизводительности электросталеплавильцыхагрегатов при плавлении губчатого железа.30 Это достигается тем, что устройство дополни(3) тельно содержит датчик температуры футеровки, блок управления переключением ступеней напряжения печного трансформатора и прогнозирующий фильтр, причем задающее устройство своим входом подсоединено к датчику температуры футеровки, а выходом - к входу блока управления переключением ступеней напряжения печного трансформатора, второй вход регулятора температуры связан с выходом прогнозирующего фильтра, входы которого соединены с выходами датчиков температуры металла, активной энергии и скорости загрузки губчатого железа,На фиг. 1 показана структурная схема устройства автоматического управления процессом плавки; на фиг. 2 - блок-схема прогнозирующего фильтра; на фиг. 3 - блок-схема задающего устройства.Устройство автоматического управления процессом плавки губчатого железа в агрегатах электросталеплавильного производства содержит датчик 1 активной энергии, датчик 2 скорости загрузки губчатого железа, регулятор 3 мощности, вход которого связан с выходом датчика 1, а выход - с приводом перемещения электрода 4 дуговой сталеплавильной печи 5, регулятор 6 скорости загрузки губчатого железа, один вход которого соединен с выходом датчика 2, а выход - с механизмом подачи губчатого железа дозирую- щего устройства 7, блок 8 начала загрузки губчатого железа, датчик 9 температуры металла, датчик 10 температуры футеровки, прогнозирующий фильтр (блок 11), входы которого связаны с выходами датчиков 1, 2, 9 и 10, а выход - с одним из входов регулятора 12 температуры металла, выход которого подключен к второму входу регулятора 6, и задающее устройство 13, входы которого связаны с выходами блока 8 и датчика 10, а выходы - со вторым входом регулятора 12 и блоком 14 управления переключением ступеней напряжения печного трансформатора 15.Устройство работает следующим образом.При наличии сигнала от блока 8 начала загрузки задающее устройство 13 выдает команду блока 14 управления переключением ступеней напряжения трансформатора 15 на установку заданной ступени напряжения, а также задания регуляторам 3 и 12 мощности и температуры металла. При этом в печи 5 устанавливаются заданный уровень мощности, поддерживаемый регулятором мощности путем перемещения электрода 4, и скорость подачи губчатого железа, соответствующая заданной температуре металла, которая поддерживается регулятором 6, воздействующим на механизм подачи дозирующего устройства 7.Прогнозирующий фильтр (блок 11) представляет собой вычислительное устройство, служащее для получения оценки температуры металла в момент времени 1. по данным о состоянии системы в предшествующий момент времени 1 и результатам замера тем 10 5 23 25 ЗЭ 35 ао 45 ,Э 55 60 б 5 пературы в момент времени 1 ь а также для формирования входного сигнала регулятору 12 температуры металла,Алгоритм работы блока 11 основан на реализации следующей математической модели технологического процесса, позволяющей рассчитывать температуру металла в момент времени 1+ по данным о поведении системы в предыдущий момент времени 1.х ==Ах +в(с - ад, (1)где 1=0, 1, 2, 3, ; Х+ и Х - температура металла в момент времени 1. и 1 соответственно; Р и У - соответственно мощность и скорость загрузки в момент 1 д, А, В, С, д - коэффициенты, определяемые статистическим путем.Уравнения фильтра для этой модели имеют вид: где Х,+ - среднее значение температуры (оценка) в момент времени 1., 2 ц+ - измеренное значение температуры в момент вреЛмени 6., ХХд. - улучшенные оценки температуры в моменты времени 1 и 1 ю., Рд+ -лдисперсия ошибки оценки Х,+, Р - дисперсия ошибки измерения температуры.Г 1 ри поступлении в момент 1 ь соответствующий началу загрузки губчатого железа, информации о мощности Р, и скорости загрузкивычислительное устройство по уравнению (2) фильтра рассчитывает оценку Х температуры металла, которая будет достигнута к моменту 1 первого замера температуры Ль Необходимые для расчета данные, и в частЛ ности улучшенная оценка температуры Хс, определяемая экспериментально или расчетом, хранятся в памяти устройства.После проведения замера по формуле (3) рассчитывается улучшенная оценка темпералтуры металла Хь которая в двоичном коде подается на вход регулятора 12 температуры, где сравнивается с заданием. Кроме того, оценка Х используется для расчета оценки Х, к моменту 1 второго замера температуры. Процесс продолжается аналогичным образом до окончания загрузки губчатого железа. Информация на выходе фильтра, сформированная в момент 1 хранится в течение времени Л 1= 1,. - 1 ь предшествующего формированию в момент 1. новой информации.Структурная схема блока 11 приведена на фиг, 2.Основным элементом фильтра является арифметическое - логическое устройство 16, в котором рассчитываются оценки температуры. Программа расчета и необходимая априорная информация хранятся в запоми5нающем устройстве 17. Работой устройств 16 и 17 управляет устройство 18 управления. Фильтр начинает работать по команде от датчика 9 температуры, При этом устройство 18 вырабатывает необходимую для расчета оценки последовательность сигналов, обеспечивающих выборку из устройства 1 б соответствующей информации и выполнение команд.Задающее устройство 13 представляет собой (см. фиг. 3) запоминающее устройство, в котором записаны временная программа мощности (ступени напряжения и уставки регулятора перемещения электродов), программа регулирования температуры, а также программа аварийного изменения электрического режима при превышении заданной температуры футеровки. При поступлении команды от блока 8 начала загрузки из запоминающего устройства 19 выбирается информация, соответствующая во временных программах начальному (нулевому) моменту времени, Эта информация в виде соответствующих команд поступает на вход блока 14, и в печи устанавливаются заданный уровень мощности и скорость загрузки, соответствующая заданной температуре. Одновременно запускается счетчик времени 20 и, начиная с этого момента, указанные программы реализуются по командам этого счетчика. Г 1 ри превышении заданной температуры футеровки с датчика 10 поступает команда, по которой происходит программное изменение электрического режима. Формул а из о бр етен ия Устройство автоматического управления процессом плавки губчатого железа в агрегатах электросталеплавильного производства,5 1 О 15 20 25 зо 35 содержащее датчик активной энергии, датчик скорости загрузки, датчик температуры металла, регулятор мощности, регулятор скорости загрузки губчатого железа, блок определения начала загрузки, регулятор температуры металла и задающее устройство, причем задающее устройство своим входом подсоединено к блоку определения начала загрузки, а выходами - к одному из входов регулятора мощности и одному из входов регулятора температуры металла, выход которого соединен с входом регулятора скорости загрузки губчатого железа, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности поддержания заданного температурного режима металлической ванины, сокращения продолжительности плавки и повышения производительности электросталеплавильных агрегатов, оно дополнительно содержит датчик температуры футеровки, блок управления переключен 1 лем ступеней напряжения печного трансформатора и прогнозирующий фильтр, причем задающее устройство своим входом подсоединено к датчику температуры футеровкп, а выходом - к входу блока управления переключением ступеней напряжения печного трансформатора, второй вход регулятора температуры подсоединен к выходу прогнозирующего фильтра, входы которого соединены с выходами датчиков температуры металла, активной энергии и скорости загрузки губчатого железа.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Яа 1 л 1 ипй ЕЬеп, 1974,1 б, с. 719 - 721.2. Заявка СССР211 б 988, М. Кл.- С 21 С 5/52, 28.03.75, по которой принято решение о выдаче авторского свидетельства.554294 г.2 оставитель А. АбросимовТехред И. Карандашова Корректор А, Степанов едактченк каз 1107/2 Изд.420 Тираж 690 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5ография, пр. Сапунова, 2