ДСП как объект автоматического контроля и регулирования

Автоматизация дуговых сталеплавильных печей

Автоматизация электросталеплавильных печей

Электросталеплавильные печи (дуговые, дуговые вакуумные, индукционные, электрошлакового переплава) применяются в основном для выплавки сталей, прецизионных сплавов и особо чистых металлов. Автоматизация этих печей во многом определяет их производительность, получение металла необходимых свойств и экономические показатели.

В дуговых сталеплавильных печах (ДСП) осуществляется одна из разновидностей процессов выплавки стали. Отличительной особенностью этого плавильного процесса является то, что генерация рабочего вида энергии процесса - тепловой энергии происходит за счет электроэнергии посредством горящих между электродами и металлом электрических дуг. В связи с этим системы автоматического контроля и управления дуговых печей имеют ряд сторон, общих для всех сталеплавильных процессов, а также и существенные различия в задачах и построении систем автоматики.

Дуговая электросталеплавильная печь является мощным трехфазным агрегатом с соответствующим силовым электрическим оборудо­ванием. Высокотемпературные дуги обеспечивают расплавление шихты и нагрев ванны до нужной температуры. Каждая плавка может быть подразделена на три основных периода:

- расплавление загруженной в печь твердой шихты;

- окисление (кипение) жидкой ванны;

- раскисление ванны (восстановительный период).

Периоды плавки обусловливаются особенностями протекания физико-химических процессов и определяют различия задач системы автоматического контроля и управления.

В период расплавления дуги прожигают в твердой шихте колодцы и горят в них, не облучая существенно и не перегревая кладку печи. В этот период в печь может подводиться максимальная мощность. Дуги горят крайне нестабильно, перебрасываясь с одного куска шихты на другой. Обвалы кусков шихты приводят к коротким замыканиям, исчезновению дуг и прекращению выделения полезной мощности. Регулятор электрического режима должен быстро ликвидировать возмущения такого рода. По мере расплавления твердой шихты дуги обнажаются и температура футеровки начинает быстро повышаться, заставляя снижать мощность, подаваемую в печь.

Во втором и третьем периодах дуги горят над поверхностью ванны и интенсивно облучают кладку. Для предотвращения ее перегрева мощность снижается до 0,5-0,6 номинального значения. Дуги горят относительно спокойно и регулятор электрического режима должен поддерживать мощность на требующемся уровне и исключать соприкосновение электродов с ванной, чтобы избежать науглероживания последней.

Управляющими воздействиями на процесс плавки в дуговой печи являются:

1) электрическая мощность;

2) напряжение питающего тока (длина дуги);

3) состав шихты, количество и состав присадок;

4) расход кислорода на продувку металла;

5) электромагнитное перемешивание ванны.

Возмущающие воздействия прежде всего можно подразделить на две группы: а) возмущения электрического режима и б) возмущения технологического и теплотехнического режима. Возмущения электрического режима возникают из-за обвалов шихты в период плавления, кипения металла в периоды с жидкой ванной, обгорания электродов, подъема уровня металла по мере плавления, колебаний сопротивления дугового промежутка, вызванных изменениями температурных условий в зоне дугового разряда. Возмущения технологического и теплотехнического характера связаны с нестабильностью состава шихты, нестационарностью протекания физико-химических реакций в ванне, введением, присадок, износом кладки, выбиваниями и подсосами газов в печь.

Исследованиями установлено, что для мощных разрядов напряжение на луге U_д мало зависит от силы тока дуги I_д и связано с длиной дугового промежутка I_д соотношением

(12.1)

где а, b — коэффициенты, постоянные для данной печи.

Соотношение () не может быть непосредственно использовано для регулирования длины дуги в связи с тем, что в дуговых печах не поддается измерению напряжение на дуге. Измеряется лишь напряжение печи, представляющее собой сумму падений напряжений на дуге, электроде, электрододержателе и части короткой сети. Это напряжение не связано однозначно с напряжением дуги и характеризует длину дуги только приблизительно.

Мощность, выделяемая в дуге, равна

(12.2)

Следовательно, управление мощностью может осуществляться путем изменения U_д и I_д, но при этом следует учитывать, что напряжение дуги определяет также длину дуги - параметр, от которого зависят теплообмен в рабочем пространстве печи и нагрев футеровки.

Главной целью управления процессом плавки является получение металла заданного состава и заданной температуры при высокопроизводительной и экономичной работе агрегата. Эта цель может быть достигнута при успешном решении системой управления следующих задач:

1) согласованного изменения параметров плавильного процесса, т.е. температуры и состава металла и шлака с обеспечением заданных конечных значений параметров на выпуске;

2) поддержания рационального и экономичного электрического режима печи;

3) предотвращения перегрева и разрушения футеровки и других конструктивных элементов печи.

Трудности, характерные для всех разновидностей сталеплавильных процессов, связанные с недостатком средств автоматического контроля и с отсутствием достаточно точного математического описания объекта управления, исключают возможность автоматической синхронизации нагрева металла и изменения его состава и реализацию оптимального управления плавкой.

В существующей практике управление ведется оператором по заранее определенным опытным путем рациональным программам. Эти программы рекомендуют значения мощности и напряжения по периодам, момент ввода и количество присадок и другие параметры и операции. Развитие элементов электронной управляющей техники и углубление знаний о физико-химических закономерностях процесса позволяют создать системы автоматического программно-логического управления с элементами оптимизации.

Дата добавления: 2015-03-29