Способ автоматического управления положением реакционной зоны в ванне руднотермической электропечи и система для его осуществления

(51)5 Р ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ний, выполнением становленйую венийактивных сопротивперепуска электрода нличину. 2 с.п, ф-лы, 1 ил схода электрв.я тем, чтоечи имеетдвух соста чению удельного ра сырьевых материало Это объясняетс ский КПД электроп ную зависимость от Оэн = (з где Сэн, бэ и 6 - эн ческий и тепловой ветственно, ергии энергетиче- экстремаль- вляющих в Яергетический, электр ПД электропечи соо кционной Ком ПОЛО- тбэ - мал, го энергеимо иметь располо- овательно зоны жени аЬ- тиче опти жени ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПОИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Научно-производственное объединениепо автоматизации горнорудных, металлургических предприятий и энергетическихобъектов черной металлургии "Днепрчерметавтоматика"(56) Авторское свидетельство СССРМ 1358535, кл. Р 27 О 19/00, 1980.(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛОЖЕНИЕМ РЕАКЦИОННОЙЗОНЫ В ВАННЕ РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙЭЛЕКТРОПЕЧИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к области электрометаллургии, преимущественно к электропечам, выплавляющим ферросплавы, и Изобретение относится к области электрометаллургии, преимущественно к электропечам, выплавляющим ферросплавы и может быть использовано при выплавке фосфора, карбида кальция, медноникелевых и др. сплавов.При выплавке ферросплавов в руднотермической электропечи положение реакционной зоны по высоте ванны, наряду с вводимой мощностью и балансом углерода, в значительной степени определяет технико-экономические показатели работы агрегата. Отклонение положения реакционной зоны от оптимального положения приводит к снижению скорости и полноты восстановительных реакций и, в конечном итоге, к снижению производительности печи, увелиможет быть использовано при выплавке фосфора, карбида, кальция, медноникелевых и др. сплавов, Цель изобретения - повышение производительности электропечи, снижение удельного расхода электроэнергии и сырьевых материалов за счетстабилизации положения реакционной эоны по высоте ванны печи. Изобретение характеризуется определением квадрата тока элеМ- трода и текущего значения активного сопротивления под каждым электродом, Ограничением величины этого сопротивления по верхнему пределу, усреднением его за установленный интервал времени и при одновременном увеличении против соответствующих заданий интегрального значения квадрата тока, среднего и текущего значери высоком положении реа Оэ велик, а От - мал. При низ и реакционной зоны наоборо велик, Для получения высоко кого КПД процесса необход мальное по отношению к Оэн е реакционной зоны, а следН = /(б/ОНэ),где- ток электрода;Нэ - заглубление электрода в расплав.При НоНэад электрод заглубляется до напряжения печного трансформатора,При НоНзэд электрод перемещается вверх до установления Н = Нэад с последующей компенсацией рассогласования по при линейной зависимостиот Н, что наблюдается только на многошлаковых электропечах цветной металлургии.Исследования ферросплавных печей, например, выплавляющих ферросилиций, показывают, что зависимость тока электрода от его заглубления неоднозначна, даже при однородной шихте, Отношение б/ОНА применение - на печах, где рабочий конец значение квадрата тока электрода и активного сопротивления под электродом, ограничивают это сопротивление по верхнему пределу, после чего усредняют за установленный интервал и при одновременном увеличении по сравнению с заданными величинами среднего и текущего значений активного сопротивления и интегрального и положение конца электродов в ванне пе- применения - на печах, работающих с нечи. подвижными электродами, На электропеЗадача сводится к определению откло- чах, например, выплавляющихнения положения конца электрода от апти- ферросилиций, перемещение электрода(измального значения и выработке наиболее 5 за ограниченных возможностей управленияэффективного регулирующего воздействия попереключениюступеней напряжения)чадля ликвидации этого отклонения, сто является основным регулирующим возИзвестно устройство автоматического действием. Это связано с тем, чтоуправления процессом электроплавки, пре- рассогласование ступеней напряжения печдусматривающее контроль отклонения по ных трансформаторов между собой, как праложения электрода в расплаве от заданного вило, не должно превышать 2 ступеней,значения и компенсацию рассогласования чтобы ограничить уравнительные токи перзаглубления электрода посредством пере- вичных обмоток, Поэтому при реализациимещения его. В качестве показателя заглуб- этого способа на этих печах создаются услоления электродов в расплав принята 15 виядля неоправданногоперепускаэлектровеличина дав, т,е. удлинения их с соответствующимипоследствиями; дополнительными потерями электроэнергии и снижением стойкостиэлектродов,20 Т.о. известные способы и устройстваустановления Но= Нэд, а затем рассогласо- стабилизации положения реакционной зование по мощности компенсируется по- ны по высоте ванны не могут обеспечитьсредством переключения ступеней необходимуюточность на электропечах, использующих перемещение электродов для25 управления электрическим режимом плавки.Цель изобретения - повышение произмощности переключением ступеней напря- водительности электропечи, снижениежения. Применение этого метода возможно удельного расхода электроэнергии и сырье 30 вых материалов за счет стабилизации положения реакционной зоны по высоте ванныпечи,Поставленная цель достигается тем, чтоизвестными способами определяют квадрат35 тока электрода и текущее значение активного сопротивления под каждым электродом,ограничивают величину этого сопротивлеменяется в широких пределах и не может ния по верхнему пределу, усредняют его заявляться основанием для определения за- установленный интервал времени и при одглубления электрода в шихте. 40 новременном увеличении против соответстТ.о, устройство имеет ограниченное вующих заданий интегрального значенияквадрата тока, среднего и текущего значеэлектрода погружен в расплав. ний активных сопротивлений выполняютИзвестен способ управления процес- перепуск электрода на установленную велисом выплавки силикомарганца в руднотер чину.мической печи и система для его Новым является то, что дополнительнореализации, измеряют положение электрододержателяПо этому способу определяют текущее и при готовности электрода к перепуску, норасположении электрододержателя выше50 заданного положения, вместо перепускаэлектрода выполняют перемещение егоэлектрододержателя вниз на установленную величину,В системе для реализации способа вы 55 ход датчика активного сопротивления соединен с первым входом первого блокасравнения и со входом блока ограничения иусреднения, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, а высистемы является ограниченная область ход задатчика сопротивления соединен совторыми входами первого и второго блоков сравнения, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первой схемы совпадения, причем датчик квадрата тока, блок интегрирования и тре тий блок сравнения соединены последовательно, второй вход третьего блока сравнения соединен с выходом задатчика ампер-квадрат часов, а выход - с третьим входом первой схемы совпадения, второй 10 вход блока управления перепуском электрода соединен с выходом задатчика величины перепуска электрода, кроме того, выход первой схемы совпадения соединен с первыми входами второй и третьей схем совпа дения, а выход датчика положения электрододержателя соединен со вторым входом третьей схемы совпадения, и через ячейку НЕ со вторым входом второй схемы совпадения, при этом выход третьей схемы 20 совпадения соединен с первым входом блока управления перепуском электрода и вторым входом блока интегрирования, а выход второй схемы совпадения соединен с первым входом блока управления опусканием 25 электрододержателя, второй вход которого соединен с выходом задатчика величины перемещения электрододержателя.На чертеже изображена блок-схема системы для реализации способа автоматиче ского управления положением реакционной зоны в ванне руднотермической электропечи.Система содержит датчик 1 активного сопротивления, блок 2 ограничения и усред нения, первый и второй блоки 3 и 4 сравнения, задатчик 5 сопротивления, датчик 6 квадрата тока, блок 7 интегрирования, третий блок 8 сравнения, задатчик 9 ампер- квадрат часов, первую, вторую и третью 40 схемы 10 - 12 совпадения, датчик 13 положения электрододержателя, ячейку НЕ 14, блок 15 управления опусканием электрододержателя, задатчик 16 величины перемещения электрододержателя, блок 17 45 управления перепуском электрода и задатчик 18 величины перепуска электрода.Выход датчика 1 активного сопротивления соединен со входом блока 2 ограничения и усреднения и с первым входом 50 первого блока 3 сравнения. Выход блока 2 соединен с первым входом второго блока 4 сравнения. Выход задатчика 5 сопротивления соединен со вторыми входами первого и второго блоков 3 и 4 сравнения, Датчик 6 55 квадрата тока, блок 7 интегрирования и третий блок 8 сравнения соединены последовательно. Выход задатчика 9 ампер-квадрат часов соединен со вторым входом третьего блока 8 сравнения. Выходы первого, второго и третьего блоков 3, 4 и 8 сравнения соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами первой схемы 10 совпадения, выход которой соединен с первыми входами второй и третьей схем 11 и 12 совпадения.Выход датчика 13 положения электрододержателя соединен со вторым входом третьей схемы 12 совпадения, а через ячейку 14 НЕ со вторым входом второй схемы 11 совпадения.Выход второй схемы 11 совпадения соединен с первым входом блока 15 управления опусканием электрододержателя, второй вход которого соединен с выходом задатчика 16 величины, перемещения электрододержателя.Выход третьей схемы 12 совпадения соединен со вторым входом блока 7 интегрирования и с первым входом блока 17 управления перепуском электрода, второй вход которого соединен с выходом задатчика 18 величины перепуска электрода.Система работает следующим образом. Сигнал В от датчика 1 активного сопротивления поступает в блок 2, где его величина ограничивается по верхнему пределу и усредняется на заданном интервале, Усредненное значение Вср сравнивается в блоке 4 с величиной Вз, устанавливаемой задатчиком 5 и при йсрВз сигнал бйср поступает на второй вход схемы 10 совпадения. Параллельно сигнал й датчика 1 поступает в блок 3, где он сравнивается с заданием Вз и при ВВз сигнал бй поступает на первый вход схемы 10 совпадения. Одновременно сиггналдатчика 6 квадрата тока электрода интегрируется ( т) в блоке 7, затем сравгнивается в блоке 8 с величиной ( г)э, установленной задатчиком 9 ампего-квадрат часов и прит( 1) сигнал б( т) постуг гпает на третий вход схемы 10 совпадения. При одновременном поступлении всех трех сигналов на выходе схемы 10 совпадения появится сигнал С, который одновременно поступает на первые входы схем 11 и 12 совпадения. При расположении электрододержателя выше заданного нижнего положения (31= О) на второй вход схемы 11 совпадения через ячейку 14 НЕ поступает инверсный сигнал (Яг = 1) датчика 13 положения электрододержателя, При одновременном поступлении на входы схемы 11 совпадения обоих сигналов С и Зг на ее выходе формируется сигнал Я, который поступает на первый вход блока 15 управления опусканием электрододержателя, на второй вход которого от задатчика 16 поступает задание бЯ величины разового перемещения электрододержателя. При5055 расположении электрододержателя в заданом нижнем положении (31 = 1) сигнал датчика 13 положения электрододержателя поступает на второй вход схемы 12 совпадения, При одновременном поступлении на входы схемы 12 совпадения обеих сигналов С и 31 на ее выходе формируется сигнал 1, который поступает на первый вход блока 17 управления перепуском электрода, на второй вход которого поступает задание б величины разового перепуска электрода от задатчика 18. Одновременно сигналс выхода схемы 12 совпадения поступает на второй вход блока 7 интегрирования и обнуляет его значение.При увеличении значений й и Кр против Вз, а т против( )з система перед выполнением перепуска электрода осуществляет проверку расположения электрододержателя относительно заданного нижнего положения и, в зависимости от этого, формирует управляющий сигнал на перепуск электрода или на опускание электрододержателя вместе с электродом.Таким образом, использование четырех параметров - величина текущего значения активного сопротивления под электродом, усредненное значение этого сопротивления за интервал, величина ампер-квадрат часов, израсходованных от начала предыдущего перепуска и положение электрододержателя относительно заданного нижнего значения, позволяет обеспечить необходимое качество спекания электродного блока, подлежащего перепуску и стабилизировать положение реакционной зоны в ванне печи,Для отстройки отвозмущений, связанных с неравномерностью выхода сплава и шлака из печи, текущее значение активного сопротивления под электродом ограничивается по верхнему пределу, равному 1,1-1,3 величины сопротивления Вз, установленной для выполнения перепуска,Для представительности величины активного сопротивления под электродом, при выработке сигнала на перепуск, усреднение ее выполняется за время 4 - 10 ч, Оптимальное значение интервала, принятое при проверке способа в промышленных условиях Запорожского (3 ФЗ) и Ермаковского (ЕФЗ) ферросплавных заводов для плавки ферросилиция составило 6 - 8 ч, При интервале усреднения менее 4 часов сказываются колебания активного сопротивления, вызванные неравномерностью выхода сплава и шлака из печи. При интервале более 10 часов ухудшаются динамические свойства системы и снижается представительность параметра. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Величина активного сопротивления под электродом, установленная для формирования сигнала на перепуск электрода принимается равной 0,8 - 1,4 мОм. Оптимальное значение этой величины при выплавке ферросилиция для печей 21 - 27 МВА составляет 1,2 - 1,3 мОм, а для печей 63 МХА - 0,9 - 1 мОм. При задании активного сопротивления менее 0,8 мОм электроды удлиняются и реакционная зона опускается ниже оптимального положения, что приводит к замедлению восстановительных реакций и, в конечном итоге, к снижению технико-экономических показателей работы печи. При задании активного сопротивления более 1,4 мОм, электроды укорачиваются, что приводит к повышению тепловых потерь, а следовательно увеличению удельного расхода электроэнергии.Величина разового перепуска электрода и перемещения электрододержателя вниз принимаются равными 20 - 30 мм. Оптимальное значение - 25 мм. При большем значении этой величины возможен перегруз по току электрода, а при меньшем значении - повышается частота перепуска и перемещений, что снижает ресурс электроконтактных щек и исполнительных механизмов.Система может быть реализована на серийных средствах ВТ и приборах ГСП.Экспериментальные исследования, проведенные на электропечах ЗФЗ и ЕФЗ, показали возможность следующего улучшения технико-экономических показателей работы печей: увеличение производительности на 2 - З ; снижение удельного расхода электроэнергии на 1,5 - 2;4; снижение удельного расхода коксика на 1,5 - 2 ф .Формула изобретения 1, Способ автоматического управления положением реакционной зоны в ванне руднотермической электропечи, включающий измерение текущего значения квадрата тока электрода и активного сопротивления под электродом, ограничение этого сопротивления по верхнему пределу, усреднение его за установленный интервал времени и при одновременном увеличении против соответствующих заданий интегрального значения квадрата тока, среднего и текущего значений активного сопротивления, выполнение перепуска электрода, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения производительности электропечи, сниже- ния удельного расхода электроэнергии и сырьевых материалов, дополнительно измеряют положение электрододержателя и при готовности электрода к перепуску прирасположении электрододержателя выше заданного положения перемещают электрододержатель вниз на заданную по технологии величину. 2. Система автоматического управления положением реакционной зоны в ванне руднотермической электропечи, содержащая датчик активного сопротивления, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения и с входом блока ограничения и усреднения, выход которого соединен с первым входом второго блока сравнения, задатчик сопротивления, выход соединен с вторыми входами первого и второго блоков сравнения, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами первой схемы совпадения, последовательно соединенные датчик квадрата тока, блок интегрирования и третий блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом задатчика ампер-квадрат часов, а выход - с третьим входом первой схемы совпадения, блок управления перепуском электрода, второй вход которого соединен с выходом задатчика величины перепуска электрода, и ячейку НЕ, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью повышения производительности электропечи, снижения удельного расхода электроэнергии и сырьевых 5 материалов, она снабжена датчиком положения электрододержателя, второй и третьей схемами совпадения, блоком управления опусканием электрододержателя и задатчиком величины перемещения элект рододержателя, причем выход первой схемы совпадения соединен с первыми входами второй и третьей схем совпадения, выход датчика положения электрододержателя соединен с вторым входом третьей схе мы совпадения и через ячейку НЕ с вторымвходом второй схемы совпадения, выход третьей схемы совпадения соединен с первым входом блока управления перепуском электрода и вторым входом блока интегри рования, а выход второй схемы совпадениясоединен с первым входом блока управления опусканием электрододержателя, второй вход которого соединен с выходом задатчика величины перемещения электро додержателя,