Способ управления режимом работы электропечи для производства фосфора

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК И Т ственныи научоектный инстиромышленности рный завод льник, М.И.ЛифА.Е.Полотовский, н, О,В.Шкарупэ о СССР 978. д ред,1979,РЕЖИМ ПРОИЗВ,А.Ер- ,71-76. ОМ РА- ВОДСТк электротермифосфора, в част- ения режимом ОИЗВОДСТВд фОСроте рмии ехнологира в рудЦелью ние эконо ния,На фиг управлени ров: конту го режима электрод -гических иГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗОБ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ленинградский госудано-исследовательский и пртут основной химической ии Новодкамбулский фосфо(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯБОТЫ ЭЛЕКТРОПЕЧИ ДЛЯВА ФОСФОРА(57) Изобретение относитсяческому способу полученияности к способам управлработы электропечи для пр Изобретение относится к эле в частности кспособамуправлени ческим процессом получения фос нотермических электропечах,изобретения является повышемичности и тОчнОсти регулировд,1 приведена блок-схема системы я, состоящая иэ четырех контуррегулирования электрическо; контурконтроля положения под; контурконтроля технолоараметров; контур / регулирова 1)5 Н 05 В 7/14, С 01 В 25/01, 0 05 О 27/00 фора. Целью изобретения является повышение экономичности и точности регулирования, Для увеличения надежности работы футеровки печи предложено контролировать процесс образования защитного слоя (гарнисажа) на внутренней стенке футеровки путем подачи воды на охлаждение кожуха ванны на уровне углеродистой и шлаковой зоны, причем расход воды на охлаждение кожуха на уровне углсродистой зоны определяется по усредненной рабочей мощности печи, а на уровне шлаковой зоны - по параметрам, полученным на модели ванны печи с последующей корректировкой на состав шлака, т.е. по модулю кислотности (Мк) и содержанию Р 2 ОБ в шлаке. Затем поддерживается заданный расход до следующего измерения, Использование изобретения позволяет увеличить активное сечение калошника, уменьшить потери фосфора со шламом и стабилизировать температурный и газодинамический режим в ванне электропечи. 1 з,п,ф-лы, 2 ил 1 табл,ния расхода охлаждающей воды; на фиг,2 - схема установки, реализующей способ.Система управления включает ванну 1 электропечи, самоспекающиеся электроды 2, токовые трансформаторы 3, являющиеся датчиками тока электрода, печной трансформатор 4, снабженный переключателем 5 ступеней напряжения под нагрузкой, автоматический регулятор б электрического режима(АРЭР), блок 7 перемещения электрада, На входы регулятора б поступают сигналы от датчиков тока, напряжения (,Ч) и сигналы с выхода контуровисоответственно р И,и 2 об отклонении положенияэлектрода или температуры под крышкойпечи от заданного, а выходы указанного регулятора 6 соединены с блоком 7 перемещения электрода (сигнал Р 1) и переключателем5 ступеней напряжения (сигнал Г 2), 5Контур 1 включает блок 8 учета потребляемой электроэнергии, два вычислительных блока 9 и 10, делитель 11, блок 12сравнения фактического положения электрода с заданным и усилитель 13. 10Контур 11 включает датчик 14 температуры под сводом печи, блок 15 сравнения -фактической и заданной температуры, усилитель 16, блок определения содержанияР 205 в шлаке 17 и модуля кислотности его 1518 блоки 19 и 20 усреднения указанныхвеличин, вычислительный блок 21, выход которого соединен с дозаторным отделением(сигнал Гз),Контур И состои из двух коллекторов 2022, установленных соответственно на высоте 0,25 - 0,3 Н (высоты ванны печи) и 0,5 -0,55 Н соответственно регуляторов 23.Регулятор включает в себя преобразователь 24, блок 25 сравнения фактического 25и задан ного (блок 26) расхода охлаждающейводы. Блок 26 сравнения для разных коллекторов не идентичен. Так, задатчик расходаводы для верхнего коллектора может бытьвыполнен в виде дисплея, на котором изображение зависимости Св = 1(Ра) или задание выдается в табличной форме, а задатчикдля нижнего коллектора представляет вычислительное устройство типа миниЭВМ.Кроме того, регулятор 23 включает усилитель 27, выход которого соединен с исполнительным устройством 28 (регулирующийклапан), Вход регулятора 23 соединен с датчиком 29 расхода.Выходы обоих регуляторов 23 соединены с суммирующим блоком 30, фиксирующихобщий расход воды на охлаждение кожухаванны, э расход воды по периметру ванныизменяется с помощью вентилей 31,На фиг.1 контуры 1 и 11 показаны для 45одного электрода, но для двух других онианалогичны.Первоначально в печь подавали шихту сдоменным коксом со средним размером куска 1,40 см. Сопротивление ванны составляло 4,11 МОм, рабочая мощность 50,7 мВт,Вначале были опробованы режимы работыс низкими токами в электродах (плотностьтока 2,7 - 2,85 А/см ) средний ток электрода2составлял 63-64 кА, сов р= 0,912, Полезноенапряжение выбиралось, исходя из известной формулы Оп = СРп(В) и соответствено,ззно было равно 490 В при С = 1,05, т,е,работали на 14 ступеней напряжения печного трансформатора. Таким образом, нэ входы регулятора 6 электрического режима, в качестве которого применяют САУ "Фоскар", поступают соответственно сигналы: 1, = 64 кА, Ч = 486,5 В,На выходе. контура 1 (блок 12 сравнения) величина относительного положения электродов Ьзл,зад = 0,65 0,9, а на выходе контура 11 (соответственно блок 15, 17, 19) значение температуры под сводом печи в пределах Таад. = 280 - 500 С, содержание Р 20 б в шлаке 1,0-2 и модуль кислотности Мк = 0,76 - 0,85.Первоначально воду нэ охлаждение кожуха подавали только на верхний коллектор Ообщ= 200 м /ч.зВ процессе работы печи регулятор 6 по известному способу поддерживает заданный электрический режим перемещением электродов Г 1(блок 7) и в исключительных случаях (отсутствует возможность перемещения электрода) переключением ступеней напряжения (Р 2 в блок 5), Кроме того, переключением ступеней отрабатывается сигнал М 2 об отклонении температуры под сводом. печи и М при выходе электрода из допустимой зоны, но как только появляется возможность регулятор 6 возвращает заданную ступень напряжения, При этом, если напряжение увеличилось, например перешли на 13-ю ступень, то для поддержания заданной мощности ток электрода несколько снижают до 62 кА, а если напряжение уменьшают (ступень 15), то ток увеличивают до 66 кА,В блоке 8 определяется количество потребленной активной электроэнергии по формулеЯ = Ка 10 Ь Иа, (1) где Ьйа - разность показаний счетчиков активной электроэнергии зэ рассматриваемый период;К - постоянный коэффициент трансформации, равный 16,5 МВт/ч.усл,В вычислительном блоке 9 реализуется уравнение для определения рабочей длины электрода, имеющее вид:Ь = 1-о - ЗУПоЮа 1+ Пь(2) где Ы - первоначальная длина рабочего конца электрода (определяется при пуске печи);В/а - расход электроэнергии на фазу, МВтч;УПО - норма удельного расхода электрода, определяемая статистическим методом и равная 0,032 см/МВтч для печей РКЗФ и РКЗФ;П - суммарный перепуск электрода за рассматриваемый период, см.В блоке 10 определяется фактическое расстояние электрод - под, т.е, реализуется уравнение.эп = Нв Ь+ Пт 2, (3)где Нв - высота ванны печи, см;Ь - длина электрода, определенная вблоке 9;Пт - среднее положение траверс электрододержателя за рассматриваемый период, см;2 - конструктивная постоянная, соответствующая заглублению контактной плиты электрододержателя под сводом печипри крайнем нижнем положении его, которая составляет для фосфорных печей 73 см.В делителе 11 определяется относйтельная величина расстояния электрод - подкэпи = Ьэп/дэ, где бэ - диаметр электрода(см), которое сравнивается в блоке 12 сравнения с заданным значением,Электротехнологические параметрыпечи в рассматриваемом примере, определенные по методическим рекомендациям,за сутки были следующие; высота реакционной (рабочей) зоны йр э = 154 см, расстояниеэлектрод - под (пэп) = 147 см, что составляет0,81 бэ, т.е. в допустимом пределе.Содержание пятиокиси фосфора в шлаке находилось в пределах регламентных - .1,5 - 2,0 е , модуль кислотности М = 0,81, атемпература под крышкой печи находиласьв пределах 440-520 С.Содержание пыли в печном газе на выходе из печи составляло 92 г/Нм, остаточзное содержание пыли в газе послеэлектрофильтра составило 0,368 г/Нм, т,е,зКПД электрофильтра равно 0,96. ПотерифОСфОРа СО ШЛаМОМ (Опф) ОПРЕДЕЛЯЮТСЯ ПОформулеОпф = п 1 М 2 ех(1 - ), (4)где а - коэффициент пересчета, учитывающий образование шлама из остаточного после очистки в электрофильтрах количествапыли при содержании в шламе 50% фосфора и 30 нерастворимого остатка (Н.О,) равен 0,013 кг/т;М - выход газа на 1 т фосфора, Н мз;2 вх - ПЫЛЕСОЗДЕРжаНИЕ На ВХОДЕ В ЭЛЕКтрофильтр, г/Нм;- КПД электрофильтра.Опф =0,013 х 3200, 92(1 - 0,96) = 149,1 кгВыход товарного фосфора составил 700,1 кг.Аналогичный процесс управления осуществлялся на второй печи РКЗ. Заданные электротехнологические параметры, т,е. ток электрода, активная мощность, ступень напряжения и т.д, были идентичны.Отличие заключалось в том, что воду на охлаждение пддавали в оба коллектора: верхний. и нижний, причем расход воды вверхний коллектор осуществлялся в соответствии с изобретением в зависимости отусредненной рабочей мощности и поддерживалось регулятором 22,5 В таблице приведены заданные значения расхода воды в верхний коллектор взависимости от рабочей мощности печи.Для данного случая относительная величина рабочей (активной). мощности равна10 Раф 51 о- = - = 65%, следовательно, расходРа ном 80составил Об = 0,125 О 0 бщ = 0,125 200 ==25 м /ч.В нижний коллектор подавали осталь 15 ное, т.е. 175 м /ч воды на охлаждение кожуха.При этом были получены следующие показатели: высота реакционной зоны 157 см,расстояние электрод - под 150 см, что со 20 ставляет 0,88 дэ.Содержание пятиокиси фосфора (Р 20 б)в шлаке находилось в пределах 1,2 - 1,80 ,модуль кислотности М = 0 80, а температура под крышкой печи в пределах 380 -25 470 иС.СОДЕЗОжаНИЕ ПЫЛИ В ПЕЧНОМ ГаЗЕ 2 е ==82 г/Нм,Потери фосфора со шламом составят;Опф = 0,013 х 3200,82 (1 - 0,96) = 136,5 кг,30 Выход товарного фосфора составил716 кг,Затем проконтролировали расход водына охлаждение кожуха с учетом зависимостей, полученных на тепловой молели печи,35 Из зависимости Он = (Ра ) определяем, что расход воды по модели составит 52 л/ч.Переход к реальным условиям осуществляется следующим образом:40п м иО"= Ка хх " (5)и п иРа8 б Сгде Он - расход воды на Охлаждение шла 45 ковои зоны, м /ч 13Ра" и Ра" - рабочие мощности печная ина модели, кВт;О - расход воды на модели при мощности Рам, м /ч;Яб и Яб - Охлаждаемая боковая поверхность ванны печи и модели соответственно, м,(для модели Яб" =0,42 м, адля печи2РКЗОФ или РКЗФ Яб = 70,5 м );С, С" - соответственно содержаниеР 205 в шлаке, усредненные за период между корректировками в печи и принятое примоделировании, %;К - поправочный коэффициент, принятцй равным 1,8, так как физические свойст 162470640 50 55 ва расплава фосфорных печей и солевого раствора, применяемого на модели, характеризующиеся критерием Прандтля ему соответствуют рН фосфорных печей Рч = 118, а для модели Рч = 65),Индексы М и П относятся соответственно к модели и фосфорной электропечи.В рассматриваемом примере определим расход воды на нижний коллектор: х - - = 74,62.1,81,5Из таблицы следует, что на верхний коллектор необходимо подавать 12,5; от общегооасхода воды на охлаждение, следовательно,полученное значение соответствует 87,50общего расхода воды, а общий расход соста 7462 3вит Ообщ = = 85,3 м /ч.,Это значение принимается, как минимально допустимое, поэтому на практикедля надежности работы печи рекомендуетсяна 25 - 50/, его увеличить,Таким образом, расход воды на охлаждение значительно превышал допустимуювеличину,Учитывая, что при значительно длительных промежутках работы печи, содержаниеР 2 Об в шлаке колеблется в широких пределах от 0,5 до 4,0и более, это значениепринимается как предельно допустимое иобЩий РасхоД Устанавливают (О,бщ) Равным 100 м /ч, из них 12,5 м /ч на верхнийи остальное количество на нижний коллектор.Периодически контролируют расход воды, при необходимости корректируют расход,Осуществляется это следующим образом, Сдатчика расхода и вторичного прибора 28сигнал поступает на преобразователь 24регулятора 23, который преобразует его вэлектрический сигнал, пропорциональныйрасходу воды, подаваемой на нижний коллектор. Пусть например, он равен 75 м /ч, ана верхний 15 м /ч, Полученные значениясравниваются в соответствующих блоках 25сравнения с сигналами, пропорциональнцми заданным значениям, соответственно87,5 и 12,5 м /ч, которые поступают в блок25 сравнения от соответствующих блоков 26задания, Так как фактические значения находятся в допустимых пределах 0 нп = 82 мз/ч,т,е, более 75 м /ч, а 00 бщ = 92 м /ч большез85 м /ч, то на выходе блока сравнения нетсигнала рассогласования и, следовательно,на выходе регулятора 23 нет регулирующеговоздействия Г 4 на изменение положенияклапана исполнительного устройства 29. Обработка данных опытной проверкипредлагаемого способа на одной из печейРКЗФ показала, что температура под сводом печи не превышала 300 - 380 С; пылесо- .держание в отходящих газах составляло54-64 г/Нм, потери фосфора со шламамиз,составляли от 90 до 106,5 кг, При этом средняя рабочая мощность изменялась от 37 до68 МВт; содержание Р 2 Об в шлаке от 1,0 до4,00 Д, модуль кислотности Мк = 0,78 - 0,81.Использование предлагаемого способапозволяет снизить температуру под сводомпечи с 440 - 520 до 320 - 400 С, уменьшитьколичество обвалов шихты под электрод,что нарушает электротехнологический режим и уменьшить потери фосфора со шламом в среднем на 20 - 400,Об изменении топограммы образования настылей судить трудно, но уменьшениеколичества обвалов шихты свидетельствуетоб улучшении газодинамического режима,Кроме того, количество воды на охлаждениев среднем сокращается в 1,5 раза и повышается коэффициент использования мощности,Формула изобретения 1. Способ управления режимом работыэлектропечи для производства фосфора,включающий регулирование электрического режима путем перемещения электродов и/или изменения потребляемой мощности, контроль температуры отходящих газов под крышкой печи, содержания пятиокиси фосфора в шлаке и модуля его кислотности, а также подачу хладагента на кожух ванны печи для образования гарнисажа, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения экономичности и точности регулирования,толщину гарнисажа по высоте печи соответственно в углеродистой и шлаковой ее зонах регулируют перераспределением температурного поля путем изменения расходов хладагента на уровне углеродистой эоны в зависимости от усредненной рабочей мощности печи за период между двумя последовательными корректировками расхода хладагента и на уровне шлаковой эоны по определенной зависимости между толщиной гарнисажа и относительной мощностью печи с учетом усредненных фактических значений содержания пятиокиси фосфора в шлаке и модуля его кислотности за тот же промежуток времени.2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что сравнивают фазную мощность со средней мощностью и при отклонении ее более +30 ь перераспределяют расход хлад- агента по периметру печи пропорционально отношению фазовых отношений - фактической и средней, 1624706