9 Билет Автоматизация теплового режима

1. ДСП используется как агрегат для расплавления шихты, основной задачей управления является ввод максимально возможной мощности в печь с целью быстрейшего рас­плавления шихты и нагрева до заданной температуры при соблюдении определенных ограничений.

На высокомощных печах огнеупорная футеровка подвергается силь­ному износу из-за отсутствия в электрическом режиме ограничения ввода электрической мощности. В связи с этим с 70-х годов в верхней части корпуса печи в качестве охлаждающих стены элементов начали устанавливать вместо огнеупорной футеровки водоохлаждаемые трубы (холодильники стен).

Следует различать две системы охлаждения. Водяное охлаждение (холодной или горячей водой), при котором мощность, затраченная на нагрев стен, отводится в результате повышения температуры протека­ющей через холодильники охлаждающей воды. Испарительное охлаж­дение (горячее охлаждение), при котором протекающая через холодиль­ники вода испаряется и забирает тем самым с собой излучение электри­ческой дуги.

Термические перегрузки (перегревы) холодильников стен вызыва­ют высокие перепады температур в стенке трубы, которые приводят к механическим напряжениям и в конечном счете могут вызвать трещи­ны в трубах. Повреждения холодильников стен угрожают нарушения­ми процесса плавки, поскольку существует опасность прорыва воды в печь. В подобном случае требуется срочный ремонт, что связано с оста­новкой производственного процесса на несколько часов.

Для уменьшения тепловой нагрузки холодильников стен уже в кон­це 70-х годов на дуговой электропечи переменного тока завода Зиген-Гайсвайд в то время фирмы Krupp Sudwestfalen AG была внедрена си­стема автоматического снижения ступеней напряжения на электродах, расположенных вблизи термически нагруженных холодильников. В результате такого целенаправленного снижения напряжения длина и мощность дуги уменьшается, а следовательно, снижается и излучение на стены. Однако это возможно лишь в том случае, если ступени напря­жения трансформатора можно изменять раздельно по трем токоотводам, т. е. несимметрично.

Во многих электропечах такая регулировка отсутствует и напряже­ние во всех трех токоотводах будет снижаться равномерно, даже если тепловая нагрузка будет ограничена областью излучения дуги. В этом случае можно организовать работу с заранее асимметричным распре­делением мощности по фазам, используя различие полного сопротив­ления по отдельным фазам. Такой режим был введен в персональный компьютер под названием динамического управления процессом плав­ки и опробован на электропечи переменного тока завода Бохум фирмы Krupp Thyssen Nirosta GmbH.

Тепловую нагрузку на стены при использовании двух различных систем охлаждения определяют различными способами.

При водяном охлаждении оценивают повышение температуры охлаждающей воды, т. е. разность ее температур на входе в систему и выходе из нее. Правда, при этом не удается определить местные пики нагрузок, а определяется только среднее значение по всему охлаждаю­щему элементу.

При испарительном охлаждении температура при тепловой нагруз­ке стен изменяется незначительно, поскольку отвод энергии осуществ­ляется в результате испарения воды. В результате парообразования объемный поток на выходе из охлаждающего элемента значительно увеличивается. Такое увеличение объема препятствует протеканию охлаждающей воды через холодильник, в результате чего уменьшается поток воды. Эти изменения можно использовать для определения на­грузки на стены. Разность объемных потоков на выходе и подаче при постоянном давлении прямо пропорциональна мощности испарения. Уже по снижению подачи охлаждающей воды можно сделать вывод о тепловой нагрузке: необходима соответствующая компенсация колеба­ний давления охлаждающей воды на входе.

При измерениях по обоим принципам для каждого холодильника стен получают сигнал о нагрузке на стены. Затем сигналы нормируют так, что значение сигнала 0 соответствует работе без тепловой нагруз­ки, а значение 1 — максимально допустимой нагрузке. Для надежного уменьшения тепловой нагрузки на стены решающим условием является предварительное опрелеление нагрузки. Поэтому наряду со значением сигнала учитывают и скорость его возрастания. По значению сигнала и скорости его возрастания можно определить значение, которого сиг­нал достигнет примерно через минуту после указанного измерения, если ситуация не изменится.

При достижении тепловой нагрузки на стены критического значе­ния излучение дуги на данный холодильник необходимо снизить. В ка­честве эмпирической характеристики излучения используют произведение напряжения дуги на ее мощность. Учитывая, что напряжение дуги примерно пропорционально ее длине, считают, что чем большая часть мощности дуги может излучаться на стены, тем длиннее дуга. Согласно этому утверждению излучение дуги можно снизить как уменьшением ее длины (соответственно напряжения), так и уменьшением ее мощности.

Обычно излучение дуги следует уменьшать неравномерно по всем трем электродам. Как правило, тепловая нагрузка появляется только на отдельных, расположенных рядом холодильниках; часто нагрузку снижают даже на холодильники, которые находятся в зоне действия одного электрода. Тогда на этом электроде интенсивность излучения целенаправленно снижают путем временного перевода печи на несим­метричный режим эксплуатации.

В качестве регулирующих параметров являются ступени напряже­ния печного трансформатора и заданные значения полного сопротив­ления (импеданса) регулирования электродов. При соответствующем оснащении трансформатора можно снижать напряжения на электродах несимметрично, чтобы снизить мощность и тем самым излучение дан­ной дуги. На напряжение и мощность дуги влияют также импедансы, снижение одного импеданса особенно способствует уменьшению дли­ны дуги. Таким образом, динамические регулирования заданных зна­чений импеданса позволяют (насколько это можно в условиях реально­го текущего производства) уменьшать излучение дуги.

Влияния изменений регулирующих параметров дуговой электропе­чи переменного тока на ее электрические параметры, например значе­ния силы тока, мощности и излучения дуги, можно с достаточной точ­ностью рассчитать по линеаризованной модели среднего значения.

Билет 10