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

Техническая характеристика СПУ-004 приведена ниже:

Типовой график теплового, электрического и технологического режимов выплавки стали в дуговой печи при автоматическом про­ граммном управлении процессом для жаропрочных марок стали показан на рис. 67. Результаты промышленных испытаний системы автоматического управления плавкой стали в дуговой печи показали, что система обеспечивает соблюдение заданной технологии выплавки стали и заданного температурного графика металла, следствием чего является улучшение качества стали, повышение производи­ тельности печи на 2,5%, уменьшение расхода электроэнергии на 2,5% и повышение коэффициента мощности на 0,02.

Система автоматического программного управления процессом выплавки литейных сталей

Стабилизация технологического режима и значительное сокраще­ ние числа контролируемых факторов позволили создать систему автоматического управления выплавкой литейных сталей [42 ].

Структурная схема системы (рис. 68) предусматривает ввод информации в считывающее устройство блока задания программы БЗП в числовой форме. Информация, содержащаяся в БЗП, разбита на группы, каждая из которых характеризует определенный период плавки. Для разработки информации, которая относится к теку­

сигнал о завершении предыдущего периода, счетчик выполняет переключение и на том выходе, который соответствует следующему периоду плавки, появляется потенциал. Номер этого выхода опре­ деляет адрес той группы директивной информации, содержащей^ в БЗП, которая определяет технологический режим данного периода плавки. Измерители датчика и счетчики электроэнергии СЭ, датчики температуры, тока, напряжения, времени дают информацию о ре­ зультатах управления, которая сравнивается в блоках сравнения с директивной информацией, поступающей из блока задания про­ граммы. Результаты сравнения используются для выработки сигна­ лов управления.

Схема предусматривает возможность управления процессом с пульта при помощи ручного набора величин директивной информа­ ции при частичном использовании элементов и устройств системы программного управления. Набор величин, характеризующих ход плавки, выполняется в этом случае при помощи декадных переклю­ чателей, являющихся при полуавтоматическом управлении про-

140

2S X

граммоносителями. Применение этого вида управления позволяет вести в автоматизированной печи опытные и нестандартные плавки. При использовании БЗП и СПО для каждого технологического пе­ риода задаются уставки регуляторов мощности, сигналы управле­ ния переключателем ступеней трансформаторов, а также последова­ тельность выполнения некоторых измерительных и технологических операций.

Система работает следующим образом.

После загрузки печи оператор нажимает кнопку «Пуск». При этом счетчик периодов переключает БЗП, задает величину мощности, номер ступени напряжения печного трансформатора, величины рас­ хода электроэнергии для первого периода. Переключатель ступеней напряжения ПСН при помощи позиционной следящей системы уста­ навливается в положение, заданное БЗП.

Заданная БЗП мощность в течение первого этапа периода плав­ ления поддерживается автоматическим регулятором мощности АРД, Одновременно с начала периода начинает отсчет цифровой датчик и счетчик электроэнергии СЭ. Измеряемая величина расхода элек­ троэнергии сравнивается с величиной, заданной БЗП, и в момент

141

совпадения их значения блок сравнения БС выдает сигнал на пере­ ключение счетчика периодов и операций СПО. Одновременно с пе­ реключением СПО сбрасываются показания счетчика расхода элек­ троэнергии. Второй и третий этапы периода плавления отличаются от первого только значениями заданных параметров.

По окончании третьего этапа периода измеряется температура стали автоматизированной термопарой погружения АТ, измеренная величина преобразуется в цифровую форму и вводится в устройство, моделирующее изменения температуры в печи Т. Устройство, рабо­ тающее в реальном масштабе времени, выдает сигнал, пропорцио­ нальный текущему значению температуры, в блок БС, где он сравнивается со значением температуры, достижение которой харак­ теризуется окончанием нагрева металла перед началом окисления.

Система отбора проб СОП автоматически отбирает пробу и пере­ дает ее по пневмопочте в экспресс-лабораторию ЭЛ. Из экспресслаборатории по коммутатору величина содержания углерода в стали вводится в устройство, предназначенное для моделирования процесса выгорания углерода в ванне печи С.

Во время периода окисления автоматизированное дозирующее устройство вводит в печь добавки по программе, заданной БЗП. При достижении температуры выпуска стали система выдает сигнал. Система содержит автоматический регистратор АР, собирающий данные для последующего анализа работы печи. В регистратор поступают и печатаются на специальном бланке данные, собранные датчиками, входящими в систему управления. Оперативная инфор­ мация о текущих значениях технологических параметров вводится на цифровой табло ЦТ, расположенное на пульте управления.

Система автоматического управления процессом плавки трансформаторной и других сталей в большегрузных печах

Система автоматического управления процессом выплавки транс­ форматорных и других марок стали в большегрузных дуговых стале­ плавильных печах (рис. 69) разработана ВНИИАчермет и НовоЛипецким металлургическим заводом [68].

Система позволяет поддерживать заданную мощность с точностью ±3% , технологические интервалы плавки с точностью ±0,5 мин, автоматически изменять мощность и вторичное напряжение транс­ форматора в соответствии с заданным электрическим режимом, вводить коррекцию электрической мощности при отклонении тем­ пературы металла от заданной и выдавать на световое табло команды сталевару на выполнения технологических операций.

Система управления включает следующие элементы:

а) датчики потребляемой активной мощности 1 температуры ме­ талла 2, времени работы печи под током;

б) регуляторы и исполнительные механизмы: тиристорный регу­ лятор положения электродов 3, привод воздушного выключателя 4, привод 5 переключателя ступеней напряжения печного трансфор­ матора 6\

142

в) программное регулирующее устройство 7; г) устройство сигнализации — световое табло 8.

Программное регулирующее устройство состоит из следующих блоков: программного регулирования БПР, регулирования мощ­ ности БРМ, переключения ступеней напряжения БСН; управле­ ния световым табло БТБ, регулирования температуры металла БРТ.

В блоке БПР хранятся директивные режимы для всех марок стали, выплавляемых в печи, и возможные методы их выплавки. Этот блок контролирует время работы печи под током на каждом технологическом интервале, осуществляет последовательную смену интервалов плавки и выдает предусмотренные программой задания управляющим блокам системы.

Блок БСН управляет переключением ступеней напряжения,

марной активной мощности трех фаз, стабилизирует вводимую в печь мощность, корректируя уставку тиристорного регулятора 3 положе­ ния электродов при отклонении мощности от заданной.

Блок-схема регулирования мощности представлена на рис. 70. Она включает в себя устройство контроля суммарной вводимой мощ-

143

Tpl

ности, состоящее из датчика мгновенной мощности ДМ, высокоста­ бильного усилителя постоянного тока УПТ и ДС-фильтра Ф, задат­ чика мощности ЗМ, связанного с переключателем ступеней напря­

мощности трехфазных электрических цепей, подключенный ко вто­ ричным цепям трансформатора тока и напряжения, установленных на стороне высокого напряжения печного трансформатора. Работа преобразователя основана на эффекте Холла [погрешность амплитуд­ ной характеристики датчика — зависимость £/вых = f (Ра) не пре­ вышает 2,5% ].

Напряжение, снимаемое с датчика, пропорциональное мгновен­ ной мощности трех фаз печи, усиливается усилителем УПТ и усред­ няется PC-цепочкой, имеющей постоянную времени, регулируемую в диапазоне 10—20 с. Напряжение, пропорциональное средней мощ­

рабочая точка усилителя, выбранная из условия обеспечения номи­ нальной силы тока печного трансформатора и заданная силой тока /3ад в основной управляющей обмотке, смещается по нагрузочной характеристике усилителя, при этом уставка регуляторов положе­ ния электродов API— АРЗ изменяется таким образом, что потреб­ ляемая мощность остается постоянной. Оптимальные значения сил

144

токов отдельных фаз печи с учетом имеющейся несимметрии токо­ подвода устанавливаются переменными сопротивлениями R 1—Р 3, включенными в цепи задания тиристорных регуляторов A P I—АРЗ.

Регулирование теплового режима печи должно обеспечить за­ данный температурный режим металла. Температура металла в ванне измеряется устройством 2 (см. рис. 69) по команде от светового табло.

В соответствии с заданными измеренными температурами ме­ талла блоком БРТ устанавливается требуемая мощность и ступень напряжения печного трансформатора.

Мощность Р для каждого технологического интервала рафинировки длительности At определяется по уравнению

Для своевременного выполнения операции, предписываемых технологией плавки, на световое табло 8 (см. рис. 69) выводятся сигналы для сталевара. Световым табло управляет блок БТБ.

Программа плавки представлена в виде определенной последо­ вательности временных интервалов, характеризующихся своими электрическим, тепловым и технологическим режимами (табл. 10). При этом на основании требований технологических инструкций и статистического анализа производственных данных регламенти­ рованы продолжительности технологических интервалов, время вве­ дения шлакообразующих и легирующих материалов, измерения тем­ пературы металла, включения электромагнитного перемешивания

идругих операций. Продолжительность работы до подвалки шихты

ипосле подвалки до момента снижения ступени напряжения опре­ делены на основании непрерывного измерения температуры внутрен­ ней поверхности кладки.

Врезультате применения данной системы управления значи­ тельно повысилась точность поддержания заданного электрического режима. Регистрограммы, приведенные на рис. 71, показывают характер изменения суммарной мощности трех фаз печи в начале периода плавления при работе системы (б) и без нее (а).

Стабилизация электрического режима позволила в 1,5—2,0 раза сократить колебания продолжительностей отдельных технологичес­ ких интервалов от плавки к плавке и расхода электроэнергии по интервалам, а также существенно уменьшить вариации продолжи­ тельности всей плавки и общего расхода электроэнергии.

146

Время от Включения печи, мин

\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \

Р и с . 71. Регистрограммы средней суммарной мощности в период плавления'твердой шихты

В табл. 11 приведены основные технико-экономические показа­ тели, характеризующие работу дуговой сталеплавильной печи с системой управления и без нее при выплавке трансформаторной стали ЭЗА. Как следует из табл. 11, применение системы управления позволяет сократить продолжительность плавки трансформаторной стали в среднем на 7 мин, или на 3,3%, снизить удельный расход электроэнергии на 12 кВт ч/т, или на 3,1%.

Т а б л и ц а 11

Технико-экономические показатели работы электропечи при выплавке стали ЭЗА

6. Применение вычислительной техники в электросталеплавильном производстве

Управление электрическим режимом

В последние годы производство электростали в наиболее разви­ тых странах характеризуется увеличением емкости печей, повыше­ нием мощности трансформаторов, совершенствованием технологии и методов управления рабочим процессом, причем для управления процессом электроплавки все большее применение получают средства вычислительной техники.

Из локальных систем наибольшее распространение получили специализированные системы управления введением электро­ энергии.

Фирма «Демаг» (ФРГ) разработала систему «Програмелт», пред­ назначенную для программированного контроля расхода электро­ энергии на отдельных стадиях плавки [69]. Эта система, суммируя на счетных декадах импульсы, поступающие от электрического счетчика, контролирует расход электроэнергии и по израсходовании заданного программой количества энергии сигнализирует плавиль­ щику об окончании очередной и необходимости перехода к следую­ щей стадии процесса; при этом на световом табло сообщаются необ­ ходимые ступень напряжения и расход электроэнергии. Требуемый на расплавление шихты расход электроэнергии рассчитывается вы­ числительным устройством по данным о массе садки. Расход энергии на различных стадиях доводки задается в зависимости от состава и температуры металла, а также от количества присадок.

Система «Програмелт» испытывалась на трех заводах на электро­ печах при изменении ступени напряжения трансформатора меняется задание регулятору положения электродов с тем, чтобы на каждой ступени вторичного напряжения поддерживалась оптимальная сила тока, определенная из электрической характеристики печи (диаграммы Рике).

Применение системы программированного контроля позволило заметно сократить расход электроэнергии (до 70 кВт-ч/т стали) и продолжительность плавки при существенном уменьшении вариа­ ций этих показателей на разных плавках [70].

Широкое применение за рубежом, особенно р США, получили счетно-решающие устройства для контроля и регулирования на­ грузки электропечей в соответствии с установленным лимитом энер­ гии, а также для оптимизации коэффициента нагрузки, представ­ ляющего собой отношение среднего потребления энергии за конт­ рольный период к максимальному потреблению. Так как нагрузка выше лимита, установленного договором между заводом и электри­ ческой кампанией, обходится обычно очень дорого (от 1,25 до 3,50 долл/кВт), а стоимость 1 кВт ч энергии с повышением коэффи­ циента нагрузки в пределах установленного лимита значительно снижается, регулирование нагрузки электропечей вычислительными устройствами оказывается очень эффективным. Так, повышение коэффициента нагрузки с 0,75 до 0,80 на установке с лимитом

148

энергии 6000 кВт при неизменной производительности дает эко номию 5500 долл, в месяц, а при повышении коэффициента нагрузки

сталеплавильном цехе с установками мощностью 20 МВт при коэф­ фициенте нагрузки 0,85 стоимость электроэнергии снижается на 10 тыс. долл/месяц. При этом расходы на установку вычислительной машины «Продак-50» окупаются в течение 7 месяцев [72].

Фирма «Атлантик Стил» (США) для регулирования нагрузки в цехе с двумя электропечами с кожухом диаметром 5,5 м использо­ вала счетно-решающее устройство, которое наряду с минимизацией стоимости потребляемой электроэнергии регулирует мощность дуг

стем, чтобы уменьшить износ футеровки, инструктирует плавильщика

орациональном ведении плавки, регистрирует данные о процессе. Коэффициент нагрузки максимален, когда плавки идут «вразбивку»,

т.е. когда на одной печи идет расплавление, а на другой — рафини­ рование, выпуск, очистка, заправка, и минимален, когда плавки идут параллельно. Зависимость коэффициента нагрузки от графика работы печей показана на рис. 72.

Фирма «Атлантик Стил» разработала метод регулирования на­ грузки, обеспечивающий оптимальное чередование плавок на двух печах в результате распределения между ними подаваемой мощности. По этому методу в одной из печей (ведущей) происходит распределе­ ние мощности, а другая печь получает только ту энергию, которую не может использовать ведущая печь.

Нагрузка регулируется следующим образом. Счетно-решающее устройство на основании составленных предварительно для каждой плавки графиков энергия—время рассчитывает требуемый на бли­ жайшие 30 мин суммарный расход энергии, сравнивает его с имею­ щейся энергией и в случае необходимости рассчитывает величину кор­ рекции электрической мощности для отстающей печи таким обра­ зом, чтобы расход энергии по двум печам не превысил установлен­ ного лимита. При этом мощность корректируется только в период плавления шихты, в период же рафинирования, а также во время проплавления колодцев в шихте предусмотрены стандартные расходы энергии. Ведущая печь также может быть ограничена в потреблении энергии, если требуемое сокращение расхода не может быть покрыто за счет энергии отстающей печи.

Вместе с тем вычислительная машина следит за тем, чтобы коэф­ фициент нагрузки не уменьшался ниже определенного уровня, обусловленного соответствующим контрактом с фирмой-поставщи- ком энергии.

Эффективность регулирования коэффициента нагрузки на заводе фирмы «Атлантик Стил» ясно иллюстрируется рис. 73, из которого видно, что увеличение коэффициента нагрузки на 0,1 повышает производительность цеха на 10—12% и снижает стоимость электро­ энергии на 5—6% [73, 74].

149