Файл: Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов.pdf

производительного времени и высвобождения части обслуживающего персонала. Все это еще раз подчеркивает важность повышения ква­ лификации обслуживающего персонала.

1. О Б Ъ Е К Т Ы А В Т О М А Т И Ч Е С К О Г О Р Е Г У Л И Р О В А Н И Я

Автоматизация электропечей является важнейшим фактором тех­ нического прогресса, облегчает условия труда, способствует по­ вышению качества металла и улучшению основных технико-экономи­ ческих показателей работы печей.

В электропечи протекают сложные физико-химические процессы превращения исходных материалов в металл заданного состава. Для регулирования подобных процессов необходимо иметь регуля­ торы физико-химических процессов. Эффективность технологиче­ ских процессов зависит от режима подвода тепловой энергии, ее распределения и усвоения ванной. Следовательно, выбор рациональ­ ного теплового режима и его регулирование можно осуществлять при помощи регулятора теплового режима. Но поскольку электрическая энергия в печи преобразуется в тепловую, то необходимо устанавли­ вать еще и регуляторы электрического режима.

Система автоматического регулирования электрическим режимом печи должна обеспечивать:

а) автоматическое зажигание и устойчивое горение дуг, устра­ нение коротких замыканий;

б) автоматическое поддерживание заданной мощности раздельно по фазам;

в) возможность переключения любой фазы в случае выхода ее из строя на резерв;

г) исключение погружения электродов в жидкий металл при исчезновении тока;

д) возможность быстрого перехода с автоматического управления на ручное и обратно;

е) возможность подключения программных устройств; ж) минимальную инерционность системы, у которой время от

появления возмущения до начала движения электрода не' должно превышать 0,15 с.

В задачу регуляторов входит: обнаружение отклонения пара­ метров от оптимальных или заданных, анализ полученной информа­ ции и приведение в действие исполнительных устройств, устраня­ ющих эти отклонения. Для координации работы перечисленных выше регуляторов, а также последовательности выполнения отдель­ ных технологических операций возможно применение управляющей машины с программно-логическим устройством.

Схема автоматического регулирования технологического про­ цесса в дуговой электропечи представлена на рис. 105. Устройство 3 контролирует состав металла и шлака в печи 1, и сигналы на входе регулятора физико-химических процессов 4 сравниваются с сигналом, поступающим от программно-логического устройства 12. Регулятор 4 воздействует на исполнительное устройство, например на механизм

381

подачи кислорода 5. Температура металла и футеровки, замеренная термопарами 6, передается на вход регулятора теплового режима 7, где сравнивается с сигналом программно-логического устройства 12. Регулятор теплового режима подает сигнал на переключатель напря­ жения печного трансформатора 8 или подает задание регулятору электрического режима 10. Сигналы, пропорциональные силе тока

Рис. 105. Схема автоматического регулирования технологического процесса в дуговой элек­ тропечи:

1 —рабочее пространство; 2 —электроды; 3 — анализ металла и шлака; 4 —регулятор физико-химических процессов; 5 — механизм подачи кислорода; 6 — замер температуры; 7 —регулятор теплового режима; 8 —переключатель напряжения трансформатора; 9 — дат­ чики регулятора электрического режима; 10 — регулятор электрического режима; 11 —ме­ ханизм перемещения электродов; 12 — программно-логическое устройство

и напряжению фаз, через датчик 9 поступают на вход регулятора электрического режима 10, где сравниваются с заданными, заложен­ ными в программно-логическом устройстве 12. Регулятор воздей­ ствует на механизм перемещения 11 Электрода 2, меняя тем самым длину дуги.

Для обеспечения автоматического управления ведением плавки

вэлектропечи в программно-логическое устройство должно быть заложено математическое описание процесса плавки, его алгоритм,

вкотором описываются зависимости между различными параметрами процесса, например скоростью окисления углерода и скоростью

подвода кислорода и т. д.

2 . Р Е Г У Л И Р О В А Н И Е Ф И З И К О - Х И М И Ч Е С К И Х П Р О Ц Е С С О В ,

Т Е П Л О В О Г О И Э Л Е К Т Р И Ч Е С К О Г О Р Е Ж И М О В

В последние годы большое внимание уделяется разработке систем автоматического регулирования электропечей. Однако задачу авто­ матического управления электропечами нельзя считать решенной. Трудности автоматизации физико-химических процессов связаны с необходимостью непрерывного контроля многочисленных факторов, влияющих на протекание указанных процессов, и прежде всего со­ става металла и шлака, содержания в металле газов и неметалличе­

382

ских включений и т. д. Непрерывные способы анализа металла и шлака не вышли еще из стадий лабораторных и полупромышленных разработок. В большей степени разработаны методы периодического контроля состава металла и шлака. В этом случае разработанная ра­ циональная программа управления процессом плавки закладывается в программно-логическое устройство и периодически данные контроля сравниваются с заложенной программой. Однако и подобная система автоматического управления физико-химическими процессами по существу находится в стадии разработок.

Температура металла и футеровки является одним из важнейших факторов, определяющих протекание процессов плавки в электро­ печи. Для замера температуры применяют термопары. Осваиваются также термопары непрерывного замера температуры металла в те­ чение всего жидкого периода. Однако чаще приходится ограничи­ ваться лишь периодическими замерами температуры, по данным которых не представляется возможным наладить автоматическое управление плавкой.

Легче решается вопрос непрерывного замера температуры фу­ теровки. Поэтому неоднократно создавали системы регулирования теплового режима по температуре футеровки печи: при достижении температуры кладки выше предельного значения регулятор переклю­ чает трансформатор на ступень ниже. Когда температура кладки опускается ниже предельного значения, регулятор переключает трансформатор на ступень выше. Однако необходимо иметь в виду, что футеровка печи имеет определенную тепловую инерцию и по­ этому не всегда выявляется точная зависимость между температурой металла и температурой футеровки. Регулирование электрического режима предусматривает изменение подводимой полезной мощности чаще всего путем изменения длины промежутка между торцом элек­ трода и металлом в печи, что приводит к изменению сопротивления в цепи. Изменение длины электродного промежутка достигается пере­ мещением электродов.

3 . А Л Г О Р И Т М П Р О Ц Е С С А

В качестве примера алгоритма можно привести алгоритм управ­ ления периодом плавления в электропечи. Основные параметры про­ цесса выбирают исходя из установленных зависимостей по серии плавок. Для периода плавления основным управляющим сигналом может быть принято время с корректировкой по расходу электро­ энергии. В этом случае разрабатываемый алгоритм имеет следующую схему. После включения печи через определенное время происходит переключение трансформатора на максимальную ступень напряже­ ния. Также через определенное время происходит поворот печи, а затем печь отключается для подвалки оставшейся части шихты, если это необходимо. Отключение фурм для подачи кислорода также осуществляется через определенное время после начала плавления и подвалки шихты. Замер температуры футеровки производится спустя некоторое время после начала плавления. Если замеренная темпера­

383

тура оказалась выше допустимой, то производится переключение трансформатора на подвод меньшей мощности. По прошествии задан­ ного времени от начала плавления с учетом расхода электроэнергии дается сигнал на замер температуры металла термопарой погруже­ ния. Замеренная температура сравнивается с заданной в программе и если значение первой оказывается выше или равной второй, то дается сигнал на отбор проб металла и шлака и переход к окислитель­ ному периоду. Если температура металла оказывается ниже задан­ ной, то ванна подогревается.

Подобные алгоритмы разрабатывают для Каждого периода плавки. Проведение плавки по заданному алгоритму облегчается с исполь­ зованием электронно-вычислительных машин (ЭВМ).

Внастоящее время проводятся многочисленные исследования по разработке и внедрению алгоритмов электроплавки на отечественных

изарубежных заводах.

4.КОМПЛЕКСНАЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

Вполной мере требованиям автоматизации отвечает комплексная автоматизация дуговой сталеплавильной печи, при которой преду­ сматривается механизация и автоматизация отдельных процессов и операций, составление программы плавки и применение программно­

логических устройств, собирающих и анализирующих информацию воздействия на ход процесса таким образом, чтобы обеспечить опти­ мальные условия его проведения. Комплексная автоматизация электропечей является первоочередной задачей, стоящей перед ме­ таллургами. В настоящее время отработаны или находятся в стадии исследования отдельные узлы подобной системы. Некоторые дуговые электропечи оснащены в настоящее время установками для непре­ рывного замера температуры металла, квантометрами для химиче­ ского анализа металла и шлака, экспресс-анализаторами для опре­ деления содержания углерода, системами автоматического регули­ рования мощности и т. д. Все сказанное вызывает необходимость использования ЭВМ в электросталеплавильных цехах, выполня­ ющих расчет шихты и расхода кислорода, легирующих и шлакооб­ разующих материалов. Кроме того, общецеховая ЭВМ должна вы­ давать и корректировать задания системам управления каждой печи, осуществлять контроль основных технико-экономических показате­ лей работы электропечей цеха.

5 . П Р А В И Л А Т Е Х Н И Ч Е С К О Й Э К С П Л У А Т А Ц И И Д У Г О В Ы Х Э Л Е К Т Р О П Е Ч Е Й И В О П Р О С Ы Т Е Х Н И К И Б Е З О П А С Н О С Т И

Правила технической эксплуатации дуговых электропечей. Нор­ мальная высокопроизводительная работа дуговых электропечей во многом определяется правильной технической их эксплуатацией. Особое внимание необходимо обращать на состояние огнеупорной кладки. В процессе плавки возможно нарушение состояния рабочего слоя подины, откосов и стен электропечи. Срыв подины и откосов

384