Способ оптимального регулирования

Союз Советова Социалистические Республикидетслытва Лд Зависимое от авт. Заявлено 21.1.1967 с присоединением хл. 211 т, 16/О 2111, 24,0( 112832(/24 ( аявкп А Комитет по делам изобретеииК и открыти при Совете Министров СССР. Н. Голубев Ленинградский политехнический институт имени М. явител линина СПОСОБ ОПТИМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА ДУГОВОЙ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОЙ ПЕЧИИзвестный способ регулирования электрического режима дуговой сталеплавильной печи с использованием сигналов, пропорциональных мощности электрических дуг, и сигналов, пропорциональных температуре металла, не позволяет для каждой конкретной плавки обеспечить наиболее рациональньш режим работы печи с наименьшей себестоимостью выплавки стали.Отличительная особенность описываемогоспособа состоит в том, что сигнал, пропорциональный температуре металла, получают путем измерения перепада температур в точках футеровки, расположенных по нормали к внутренней поверхности ее ниже уровня расплавленного металла; полученньш сигнал температуры вместе с сигналами, пропорциональными мощности дуг, преобразуют на модели в сигналы, пропорциональные теплоэнергетическому состоянию печи, и на основании полученных сигналов вычисляют, например на быстродействующей модели, оптимальные значения регулируемых параметров.Это отличие позволяет уменьшить себестоимость выплавки стали.На фиг. 1 дана электрическая модель печи;на фиг. 2 - схема устройства (оптимизатора) для осуществления данного способа; на фиг. 3 и 4 - графики для пояснения работы печи. Нестаццоцарньш тепловой поток в стенкепечи можно моделировать электрической одномерной цепочкой, состоящей цз резисторов и конденсаторов. Прц известном законе изменения температуры на внутренней границе стенки (подвергающейся тепловому воздействию) можно изучать нестаццонарные тепловые процессы на модели с любым, удобным для исследователя, масштабом времени.10 Если известна температура металла в области, близкой к внутренней границе стенки печи, с достаточной степенью точности можно сказать, что она соответствует температуре границы стенки (нцже об этом будет сказано 1 подробнее), поэтому граничное сопротивление(фиг. 1) следует взять равным нулю. Какизвестно, наружная поверхность печи пренебрежимо мало нагревается в течение кампании, поэтому сопротивление ги следует исклю чить.При более точном моделировании нужноучесть изоляционные слои кладки, поэтому необходимо построить модель многослойной стенки с различными постоянными времени 25 групп интегрирующих звеньев, На фиг. 1,вверху, показана одна такая группа, состоящая из трех звеньев, Число звеньев зависит от желаемой точности моделирования. Она тем точнее, чем больше количество звеньев.30 Износ кладки легко моделируется выключе.10 20 25 кускового 65 нием соответствующего количества звеньев(резистор закорачивается, конденсатор отключается).Температуропроводность кладки пе ш, соответствующая электр опроводности в модели,значительно падает с ростом температуры, поэтому изменение ее (температурогроводности)следует учитывать. Для этого удобно вос 1 Ользоваться падающим у пастком Обрагш 1 й вольтамперной характерис Гики полупроводниковыхдиодов в комбинации с линейными резисторами. В нижней цепочке (фиг. 1) вместо линейных резисторов в ячейках включены комбинации пары диодов и резистора. При изменениинаправления тока модели всегда ОдРш из диодов включен встречно, сопротивлением парного в прямом направлении ъОжно пренебречь.Шихта в дуговой печи может быть представлена (промоделирована) группой элементарных интегрирующих звеньев, На фиг. 1 такихзвеньев три.Под кривой разгона дуговой печи предлагается понимать зависимость температуры некоторой характерной точки (х на фиг. 1),лежащей в кладке в непосредственной близосги от металла и несколько ниже уровня егов расплавленном состоянии от лестницывводимой мощности. Под лестницей мошности следует понимать полезную мощность дуг,2 не Г 10 трсбляеььу 10 Р 3 сети, так как полезн 251мощность, идущая на нагрев металла, нелинейно и неоднозначно зависит от,потребляемой.Таким образом, сочлсппв эти две группызвеньев, получим полную модель нсчи в радиальном одномерном измерении с критериемколичества в характерной точке,Как известно, кладка рекунерирует 20 - 30",Оепла по отношешпо к теплу, необходимомудля раа 1 лавлсн 11 я мегалла, и поэтому емкостьконденса Гора левой Яст х 10 дс,1 и должнасоставл 5 ггь тОжс 20 - 30 о От см кос 1 и конденсаторов правои часги модели. Это имеет и физический смысл, Энергия конденсаторовуЭ2 где СУ - напряжение;С - емкость.Теплосодержание ванны (илиматериала) где С - теплоемкость металла;61 - вес м еталл а 1-той зоны;1 - температура 1-той зоны.В модели С соответствует О, но логически ясно, что увеличение веса завалки влечет за собой увеличение емкости конденсаторов правой группы. Это ясно, так как мгновенное значение напряжения на конденсаторе зависит от крутизны характеристики интегрирования, определяемой постоянной времени ячейки, в свою очередь зависящей от емкости конденсатора при постоянном сопротивлении, а оно 30 35 40 45 50 55 60(сопротивление) постоянно, потому что тепловое сопротивление шихты в радиальном одномерном измерении не изменяется при изменении веса завалки. Итак, напр 5 кение на конденсаторе имитирует и температуру и вес ншхты. Таким образом, емкости модели имптируют энергетические соогнопСНН 51, а сопро- ИВЛЕН 5ВРСМЕННЫЕ.Сопротивлен 115 левой и правой групп модели следует выбирать соотвегствующими тсмпсратуропроводностлм металла и кладки в желаемом масштабном соотношении, а емкости груш конденсаторов левон и право половин должны относиться как 2: 10 (3: 10).Дать точный расчет модели нецелесообразно, так как нри этом необходимо учитывать изменения параметров печи и многих других трудно контролируемых величин. Тем не менее,эти изменени 5 косвенно войдут в кривую, модел ирующую реальную, при совпадении иххотя бы в точках экстремумов и перегибов. Необходимо показать, как отстроить модельпо приближенным расчетам длл того случал,когда качество шихты, укладка сс и технология плавки стандартны и последняя ведется без продувки кислородом (хотя можно моделировать и последнее введением дополнительного количества энергии в определенное время):1. В точке х реальной дуговой печи снимастся температурная кривал в зависимости от лестницы полезной мощности.2. Ступени мощности за определенныс промеРкутки времени записываются запомшаюцИм устройством, которое может выдавать периодически накопленную информацшо за всю плавку в течение небо,чьшого времени, зависящего от разрешающей способности имеюшсгосл,в наличии осциллографа.3, Предварителшо рассчитав модель, к точке сс, соответствующей характерной точке 11 ечи, подключается осциллограф,4, На экране осциллографа укрепляетсл калька с графиком температуры в точке х, а на вход модели периодически подается лестница мощности с запоминающего устройства.5. Подстраивая параметры левой и правой половин схемы, добиваются того, чтобы экспериментяльно сн 5 тяя крив 25 и кривая, снимаемая с выхода модели, совпали.После этого можно приступать к любым МЯНИПУЛЯ 1 Ц 151 М На МОДСЛИ.Для отражения энергетических соотношений в печи удобнее пользоваться натуральным масштабом, так как в этом случае имеется возможность корректировать модель постоян.ной подачей сигнала с термопары, вмонтированной в характерной точке печи на стык левой и правой половин модели, и только для отыскания экстремума пользоваться гомо.хронной моделью с меньшим масштабом времени.Оптимизатор должен установить рациональное соотношение между величинами, соответствующими оптимальному времени плавленияи оптимальной мощности одновременно, Д,55 я этого необходимо изменить ток печи в большую или меньшую сторону и выбрать наименьшее значение суммы.Рациональное значение тока 1(фиг. 3), отвечающего наименьшему денежному расколу на тонну выплавл 5 темо стали, лежит между значениями токов 1 ц 1 п соответствующих наименьшему расходу электроэнерпи 5 г 7 и наименьшему времени плавления 1,Однако величина сме ценця отрезков О - О прц этом методе не может быть определена для каждой конкретной плавки, так как линии 1 и Ф практически являются средними некоторых областей, и олнозцачньш выбор в этом случае исключен.Разброс характеристик 1 и Г обьясняется многими факторами, отличающими плавки одну от другой (вес шихты, состав ее, состояние кладки, перерыв между плавками, перерывы в течение плавки и т. л.), Задача оцтцлального регулирования состоит в том, чтобы лля каждой конкретной плавки выполнялось ус- ловие Я 1 "г+ Яа, Рд 1 - )- п 11 П, (1)огде Я - стоимость эксплуатации печной установки в руб/час;Я 2 - стоимость электроэнергии в ргб 1 квтч; т - время до расплава,Время ло расплава (точка Л ца фцг. 4) следует брать потому, что в дальнейшем течении плавки доминирующее значение имеет температурный режим, обеспечивающий надлежащее качество стали, и расход энергии в этот период не может быть лимитирован экогомпческими соображениями.Оптимизатор (см. фцг, 2) представляет собой две модели дуговой печи: в верхней части - тихоходная с масштабом времени печи, в нижней - бйстроходна 5 г, предназначенная для совершения определенных манипуляций на ней, На тихоходную модель с измерительного блока (ИБ) непрерывно посту. пает ингрормация о величине мощности дуг, перерывов в горении последних, о перерывах между плавками, о толщине кладки (вручную изменяется количество ячеек в левой половине модели), и, что особенно важно, модель корректируется по истинной температуре 1, характерной точки посредством ввода на модель напряжения, пропорционального температуре в этой точке (предполагается наличие термопары, постоянно замеряющей температуру в характерной точке).Тихоходная модель отличается от быстроходной только тем, что ее параметры в гг раз меньше, и, следовательно, меньше постоянная времени,Блок выравнивания (БВ) прекратит работу и выдаст напряжение, пропорциональное времени его работы в точке А. Сигналом лля его остановки является вырдвццванцс напряжения, снимаемого с модели и опорного Г соответствующего орлцнате точки Л . За это же время интегрирующим 5 звеном (ИЗ) производится цнтегрированцеГ= - Р, С соответствующими коэффициентами пропорциональности Я ц Я) этц величины сложатся в сумматоре " ц сл 5 ма запомнится в мцнцмцзяторе (.И). После этого коцтакты 10 К, включатся и разрядят быстроходную модель. Контакты К станут в положение 1. Тепсрь прц замкнутых контактах К (положение 2) и разомкнутых К, модель снова готова к работе.15 При изменении рабочего тока печи получится новое значение суммы и т. д.И, наконец, будут найдены минимумы.Если при увеличении рабочего тока печиэкстремум не находится, это значит, что сис ема находится правее точке О (фиг. 3). Следовательно, нужно повысить вторичное напряжение печного трансформатора, Этот сигнал голает бчок произвочноц (БП 1), который сцг:алцзцрует о переходе рабочего тока вправо 25 от точки О.Блок производной (БП 2) служит для исклочеця ложного срабатьванця БВ в точке Лгг.ЗО Здесь используется тот фдкг, что ток в модели меняет свое пацпавлснце ца мцццмумс температурно кривой. Следст сказать, то злесь огтцмал.цяя залачд решается в прелположеццц, что рабочий ток в псчц ц ступень 35 трансформатора в дальнейшем течении плавц изец 5 ься цс оулут. В лествцтелгцОс Гц это це так. Поэтому такие поцскц слслуст производить ловольно часто.1 хлоч х, служцг лля цмцгацц износа клад кц. Таких клочей слслуст поставггь це 11 рслм ет цзооре гснцяСпособ оптимального регулирования элек трцческого режима дуговоц сталеплавильнойпечи с использованием сигналов, пропорциональных мощцосп электрических Луг, ц сцг:.ялов, пропорциональных техпердтуре металла, от,ггцшоир 1 сл тем, что, с целью умепьше пця себестоимости выплавки лали, указанныйсигнал, пропорциональный температуре металла, получаот путем измерения перепада температур в точках футеровкц, расположенных по нормали к внутренней поверхности ее 55 пцжс уровня расплдвленцого металла: полу:снный сигнал температуры вместе с сигналамп, пропорциональными мощности Луг, преобразуют на модели в сигналы, пропорциональные теплоэнергстцчсскому состоянию пе чц, и на основании полученных сигналов вычисляют, например на быстродействующей модели оптимальные значения регулируемых и ар ам етр ов.253962 Составитель А. ОбухРсдакгор К, Опенченко Техред А. А, Камышникова Корректор Г. И, Тарасова Типография, ир. Сапуноваи Ит час час т таказ 39116 Тираж 4801 НИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий ири СМосква Ж, Раушская наб., д. 45 Подписное стс Министров СССР