книги из ГПНТБ / Пирожников, В. Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками

контролируется температура футеровки Тф и расход электроэнергии W3. В систему управления входят механизмы переключений ступе­ ней трансформатора ПСН, приводы дросселя ПД, приводы высоко­ вольтного разъединителя ПВР, а также регулятор перемещения электродов РПЭ.

Управляющее устройство АПЛУ имеет следующие функциональ­ ные блоки: блок регулирования электрического режима с вычисли­ тельным устройством 1, который рассчитывает задание регулятору электрического режима; блок регулирования теплового режима печи (с вычислительным устройством) 2, обеспечивающий выдачу сигнала, пропорционального необходимому изменению мощности для полу­ чения заданной температуры металла и исключения превышения до­ пустимых температур футеровки; блоки формирования и выдачи сигналов 3—5; связанных с технологией выплавки данной марки стали; блок управления высоковольтной аппаратурой 6; блок управ­ ления 7 световым табло. Световое табло 8 информирует цеховой пер­ сонал о ходе плавки и выдает команды для выполнения пока еще немеханизированных производственных операций.

На основании изучения технологии и статистического иссле­ дования процесса выплавки данной марки стали разработаны про­ граммы процесса. Управление плавкой осуществляется таким обра­ зом, чтобы минимизировать себестоимость стали.

Фактическая мощность учитывается счетчиком импульсов под­ счетом числа оборотов диска счетчика активной энергии за единицу времени. Период плавления завершается после нагрева металла до заданной температуры. В остальные периоды плавки мощность регу­ лируется по температуре металла, измеряемой механизированной тер­ мопарой, которая периодически в соответствии с программой вво­ дится в печь. По данным измерения температуры металла вычисли­ тельным устройством автоматического регулятора теплового режима рассчитывается мощность.

Устройства третьей группы являются более сложными, поскольку в них предусмотрено также частичное программирование техно­ логического режима работы дуговой сталеплавильной печи. На рис. 64 представлена структурная схема комплексного регулирова­ ния электрического, теплового и технологического режимов плавки стали в дуговой сталеплавильной печи1.

ЭП — для электромагнитного перемещения металла; 0 2 — для до­ зированного введения кислорода; ПЭ — привод электродов; ПВР —

130

плавки 3777; управления высоковольтной аппаратурой УВА; автоматического регулирования теплового режима печи АРТРП; автоматического регулирования электрического режима печиАРЭРП\

с этой программой по ходу плавки поступают команды исполнитель­ ным механизмам на выполнения производственных операций и ин­ формация автоматическим регулятором теплового режима АРТРП и технологического процесса АРФХП о заданных значениях различ­ ных технологических параметров (температуры и состава металла, предельно допустимых температур футеровки и др.)-

В программе указываются также основные управляющие приз­ наки (расход электроэнергии, достижение определенных значений температур металла и футеровки, завершение отдельных производ­ ственных операций или длительности интервалов плавки, по кото­

рым осуществляется переход от одной технологической операции к другой).

После окончания завалки металлической шихты оператор вклю­ чает систему автоматического управления, подается сигнал на при­ вод высоковольтного разъединителя, зажигаются дуги и начинается плавление металла.

В период плавления электрическим режимом управляют путем изменения в определенной заранее заданной последовательности напряжений и сил токов дуг, исходя из условия введения в печь наибольшей мощности, допустимой трансформатором (или токоподводом) и теплопоглощающей способностью футеровки. Ступени на­ пряжения трансформатора переключаются по достижении предельно допустимых температур футеровки при израсходовании заданного количества электроэнергии или по времени.

После израсходования определенного заранее заданного коли­ чества электроэнергии подается сигнал на начало введения в печь кислорода. Расход его регулируется системой дозированного вве­ дения кислорода [651.

Начиная с момента расплавления металлической шихты, цель регулирования теплового режима печи состоит в том, чтобы соблю­ дать заданный температурный график нагрева металла и предохра­ нять футеровку от перегрева. В соответствии с фактически измерен­ ной температурой металла и заданием вычислительным элементом АРТРП в каждый интервал плавки по приведенным выше уравне­ ниям (ІѴ-38) и (ІѴ-39) рассчитывается мощность, которая автомати­ чески устанавливается ПСН и АРЭРП и выдерживается АРЭРП. В случае превышения допустимого значения температуры футе­ ровки АРТРП подает команду ПСН для переключения вторичного напряжения на ближайшую низшую ступень или подает команду АРЭРП на уменьшение мощности. При окислительном пе­ риоде в печь в определенные моменты времени, регламентированные программой, вводятся дозированные стандартные порции руды и

физико-химического состояния достигается присадкой в ванну раз­ личных материалов и обработкой ее шлаком. Наиболее рациональ­ ный порядок выполнения этих операций также отрабатывается для каждого технологического процесса и регламентируется заранее (в технологической программе), а количество присаживаемых мате­ риалов рассчитывается вычислительным элементом АРФХП по дан­ ным контроля состава ванны (датчик КФХП). Тепловой режим печи при этом регулируется так же, как это описано выше.

Влинии датчика КФХП для скоростного анализа состава металла могут быть применены, например, фотоэлектрический спектрометр, пневмопочта для передачи проб, радиосвязь для передачи резуль­ татов и др.

Воснову методики автоматизации расчета количества присажи­ ваемых легирующих материалов положены результаты статистичес­

132

кого исследования трех различных технологических режимов, пред­ ставляющих три обширные группы марок сталей: шарикоподшип­ никовые, хромоникелевые и нержавеющие.

Уравнение, связывающее необходимое конечное количество леги­ рующего элемента с его исходным содержанием и массой металли­ ческой ванны, имеет вид

Коэффициенты К и Р могут изменяться от плавки к плавке в за­ висимости от состава и окисленности шихты, вариаций расхода кислорода, температуры и раскисленности металла, состава шлака и др. В процессе исследования установлено, что с приемлемой для практики точностью для расчета могут быть использованы средне­ статистические значения указанных коэффициентов, рассчитываемые для достаточно большого числа плавок.

Поскольку для подавляющего числа марок сталей количество вводимых легирующих добавок невелико (не превышает 2—3% от массы завалки) и соизмеримо с величиной угара металла, для этих сталей произведение N ^ G i можно не учитывать. Расчетное уравне­

ние, положенное в основу автоматизации процесса расчета легирую­ щих добавок, имеет вид

По ходу плавки в соответствии с заданной технологической про­ граммой подаются команды исполнительным механизмам на введе­ ние материалов G и выполнение механических операций М. Эти

133

команды дублируются световой сигнализацией на световом табло, что позволяет также синхронизировать выполнение отдельных про­ изводственных операций (например, присадку в печь материалов, скачивание шлака и др.) в отсутствие на печах необходимых меха­ низмов.

5. Системы автоматического управления процессом выплавки стали

Система автоматического управления тепловым и технологическим режимом выплавки стали

Увеличение производительности дуговых печей и требуемое дальнейшее повышение качества стали могут быть достигнуты только при автоматизированном управлении процессом. Функцио­ нальная схема системы автоматического управления тепловым и технологическим режимом приведена на рис. 65 (66].

Управление плавкой начинается с периода расплавления шихты, т. е. с режима, обеспечивающего соблюдение регулятором мощности 8 на наивысшей ступени напряжения условия минимального расхода

Р и с . 65. Структурная схема системы автомати­ ческого управления теп ­ ловым и технологическим

режимом выпларки стели

134

электроэнергии на 1т выплавляемой стали. Одновременно включается аналоговое вычислительное устройство 9, рассчитывающее энталь­ пию ванны и выдающее команду об окончании периода расплавления согласно уравнению

кВт ч;

tnp — длительность простоев печи без тока в период рас­ плавления, ч;

[Ср] — содержание углерода в ванне, %; А, В, С и D — статистические коэффициенты.

По мере нагревания внутреннего слоя футеровки, температура которой измеряется термопарой 4, в соответствии с допустимыми значениями температуры, управляющее устройство 14 ведет ступен­ чатое снижение вторичного напряжения печного трансформатора. Напряжение изменяется переключателем 1.

После выдачи команды вычислительным устройством 9 об окон­ чании периода расплавления шихты управляющее устройство 14 подает команду на ввод термопары 5 в ванну печи. Ввод термопары осуществляется механизмом 6. С этого момента управление мощно­ стью ведется по температуре металла в ванне печи. Данные о темпе­ ратуре металла поступают в вычислительное устройство 10, которое

где Т3, Тф — соответственно заданная и фактическая температура

металла;

/., U{ — сила тока и падение напряжения между электродом

и ванной для каждой фазы печи; __ скорость изменения температуры металла.

Заданная температура металла непрерывно рассчитывается на протяжении всего окислительного периода плавки вычислительным устройством 12. В восстановительный период плавки величина тем­ пературы металла вводится по программе в соответствии с режимом присадки легирующих и раскисляющих сплавов.

Значение содержания углерода в металле вводится задатчиком 13. С вычислительного устройства 10 сигнал, пропорциональный ^АРпол, поступает на корректирующий регулятор 11, воздействующий через

напряжения управляющее устройство 14 выдает команду на пере­

ключение ступени напряжения.

Программа значений мощности РПолтах и Р ПОлт1п Для каждой ступени напряжения заложена в память управляющего устройства 14.

135

После переключения ступени напряжения корректирующим р е г у ­ лятором 11 подается команда регулятору мощности 8 для оконча­ тельного корректирования мощности Рпол. Данные о напряжении Ut и силе тока / г каждой фазы снимаются и формируются в виде элек­ трических сигналов с устройств информации напряжения 2 и силы тока 3. Устройство электромагнитного перемешивания 7 включается управляющим устройством по заданной программе. Для своевре­ менного выполнения технологических операций, согласно заложен­ ным в программу управляющего устройства, в необходимые моменты времени выдаются команды по операциям на световое табло 15.

Исследование эффективности от внедрения системы показало возможность снижения количества брака на 25%. Годовой экономи­ ческий эффект для 60-т дуговой печи составит 38 000 руб.

Система автоматического программного управления процессом плавки жаропрочных сталей

ВНИИАчерметом разработана система типа СПУ-004, предназна­ ченная для автоматического управления процессом плавки жаро­ прочных сталей и сталей других марок в дуговых сталеплавильных печах [67 ]. Структурная схема системы управления СПУ-004 при­ ведена на рис. 66.

136

Система СПУ-004 содержит следующие функциональные блоки: блок управления электрическим режимом печи /; блок регулирования теплового режима печи 2\ блок регулирования продолжительности технологических интервалов плавки 3\ блок задания технологичес­ кой программы плавки 4; блок управления высоковольтной аппара­ турой 5; блок управления световым табло 6.

Блок 1 предназначен для автоматического регулирования потреб­ ления электроэнергии печью по заданному графику. Для осуществле­ ния программы потребления электроэнергии предусмотрен автома­

и Л2\ счетчики электроэнергии, введенной в печь в течение очеред­ ного цикла ЭЦ1 и ЭЦ2, построенные на нереверсивных двоичных счетчиках; регулятор мощности РМ, усилитель У и устройство из­ менения задания УИЗ автоматическим регулятором РПЭ.

На входы этих устройств поступают следующие команды: на счетчик ЭЦ2 и ЭЦ1 от регулятора длительности технологических интервалов блока <5 — сбросить ранее накопленную информацию; на счетчик ЭЦ2 через ЭЦ1 и Л2 — не начинать счет (т. е. команда «запрет») до тех пор, пока счетчик ЭЦ1 не завершит счет заданного расхода электроэнергии; на счетчик ЭЦ2 через вход 4 — задание, ко­ торое должно быть отсчитано этим счетчиком; на вход РМ от РДТИ — систематически через равные, наперед заданные, интер­ валы времени — управляющий сигнал окончания цикла; на усили­ тель У сигнал, изменяющий задание автоматическим регулято­ рам РПЭ\ на элемент логики Л1 от блока 4 — разрешение на счет со второго датчика ДРЭ2.

Если система СПУ-004 работает в режиме регулирования темпе­ ратуры металла (период рафинирования), то в этом случае на вход счетчика ЭЦ1 подается от регулятора температуры P T М блока 2 команда на изменение начального значения ЭЦ1.

После введения в начале каждого технологического интервала указанных выше заданий рассматриваемые устройства работают следующим образом.

При каждом обороте диска трехфазного счетчика образуется сигнал, который поступает через элементы логики Л1 и Л2 на ЭЦ1 и ЭЦ2. Счетчик ЭЦ2 вступает в действие, когда счетчик ЭЦ1 отсчи­ тывает заданное ему число. После этого Л2 снимает запрет и счет­ чик ЭЦ2 начинает подсчитывать число оборотов диска, характери­ зующее количество электроэнергии, вводимой в печь. По истечении очередного времени (например, 30 с цикла), для которого определяется фактическое количество электроэнергии, введенной в печь, на вход счетчика РМ поступает импульс, который суммируется с цифрой, ранее накопленной счетчиком. Показания счетчика РМ увеличи­ ваются, и ток, подаваемый на обмотку управления усилителя У, дискретно изменяется. После этого на вход ЭЦ1 и ЭЦ2 подается команда — сбросить накопленную информацию, и цикл работы блока 1 повторяется. Если в счетчике ЭЦ2 заданное число накоплено

137

раньше заданной длительности цикла измерения, то РМ переклю­ чается в режим вычитания, и очередной импульс на У приводит к уменьшению задания регулятору РПЭ.

Для сохранения точности поддержания заданной мощности в пе­ риод рафинирования (в этот период мощность резко снижается) блок 4 через элемент Л1 разрешает проходить импульсам на ЭЦ1

и ДЭР1.

Блок 2 разрешает автоматически регулировать температуру ме­ талла по рациональной программе, обеспечивающей получение стали заданного качества, он состоит из датчиков температуры ме­ талла ДТМ и окончания замера температуры ДОЗ, встроенных в бы­ стродействующий потенциометр, измеряющий температуру металла; устройства ввода термопары УВТ и регулятора температуры ме­ талла РТМ корректирующего мощность, вводимую в печь через ЭЦ1.

По команде блока 4 измеряется температура металла, причем от датчика ДТМ поступает в РТМ информация об измеряемой темпе­ ратуре. Одновременно от блока 4 в РТМ в двоичном коде вводится сигнал о заданной температуре металла. При отклонении темпера­ туры металла от заданного значения на ± 10° С или более РТМ изме­ няет (увеличивает или уменьшает) величину заполнения счет­ чика ЭЦ1. Так как число, накапливаемое ЭЦ1, изменяется, общее число импульсов, заданное обоим счетчикам ЭЦ1 и ЭЦ2, также изме­ няется на эту величину и РМ будет «тонко» корректировать задание регуляторам из условия соблюдения заданного нового значения

мощности.

Блок 3 содержит датчик импульсов ДИ и регулятор длительности технологических интервалов РДТИ. В качестве датчика импульсов использован синхронный двигатель, на валу которого закреплен диск с прорезью, вращающийся со скоростью 2 об/мин. При прохождении прорези диска через зазор магнитной головки происходит срыв ге­ нерации, и на выходе формируется прямоугольный импульс, который поступает в РДТИ, где сравнивается с импульсами, поступающими от блока 4. При равенстве отсчитанного и заданного времени РТДИ выдается команда в блок 4 для перехода на следующий интервал плавки. Команда на включениеДИ подается в момент включения ПВР. В течение каждого технологического интервала плавки РДТИ перио­ дически через 30 с выдает команды на ЭЦ1 и ЭЦ2 — сбросить нако­ пленную информацию и РМ внести коррекцию мощности.

Блок 4 предназначен для ручного ввода требуемой программы выплавки стали любой марки, автоматической выдачи в начале каж­ дого технологического интервала заданий и управляющих команд всем функциональным блокам, а также анализа в течение всей плавки условий окончания очередного технологического интервала и выдачи в соответствующий момент команды на переход к следующему тех­ нологическому интервалу плавки вплоть до момента слива металла из

печи.

Блок 5 обеспечивает последовательную выдачу команд на подъем электродов до обрыва дуг, отключение ПВР печи, переключение ступеней напряжения на заданную ступень и включение печи.

138

Для управления процессом плавки в ДСП с использованием си­ стемы СПУ-004 необходимо на основе исследований определить ра­ циональную программу выплавки стали каждой марки и заложить ее в виде перфокарты П в блок 4. В программе указаны заданные гра­ фики электрического и температурного режимов, порядок выполне­ ния производственных операций, программа измерения температуры металла (по времени или в связи с технологическими опера­ циями).

Перед началом плавки оператор устанавливает в блок 4 перфо­ карту П, задающую программу выплавки стали требуемой марки, а затем при помощи кнопки К — программу в исходное положение — начало плавления. После этого блок 5, воздействуя на переключа­ тель ступеней напряжения ПСН, устанавливает исходную ступень напряжения трансформатора Тр, а устройство ПВР включает разъ­ единитель Р.

Блок задания технологической программы плавки 4, воздействуя на блоки 1, 3 и 5 по заданному режиму, изменяет ступени напряже­ ния трансформатора, отключает дроссель и определяет график вве­ дения электроэнергии в печь. После расплавления металла блок 4 выдает команды на измерение температуры металла и задает блоку 2 требуемое значение температуры металла. Последний, воздействуя на блок 1 и изменяя количество электроэнергии, вводимой в печь, регулирует температуру металла.

t„,°C J

139