книги из ГПНТБ / Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов

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

в течение плавки проявляется в сильном загущении шлака в резуль­ тате всплывания магнезита. Подобные срывы подины и откосов обычно являются следствием затяжного характера плавки из-за высокого содержания углерода по расплавлении, задержки выпуска вследствие несвоевременной подготовки изложниц и т. д. В случае повторения срыва подины и откосов печи необходимо форсировать плавку, приняв меры к быстрейшему ее выпуску.

После выпуска металла из печи необходимо тщательно осматри­ вать подину и откосы. При обнаружении на подине ям следует принять меры к удалению из них металла и шлака.

В случае образования глубоких ям в любом месте пода и отсут­ ствии возможности очистки их гребками, металл в яме следует пол­ ностью окислить кислородом и выдуть. Кислород подается через трубку диаметром 19 мм. Очищенная таким образом яма заполняется магнезитовым порошком. При проведении плавки на поврежденной подине не следует допускать перегрева металла и образования излишне жидкоподвижного шлака. В этом случае необходимо огра­ ниченно пользоваться электромагнитным перемешиванием.

Для увеличения стойкости откосов печи их заправку следует производить после каждого выпуска плавки и перед подвалкой. Особенно эффективна заправка перед подвалкой, когда заправочный материал ложится по поясу, опираясь на нерасплавившуюся шихту. В качестве заправочного материала применяются магнезитовый порошок и обожженный доломит в смеси с каменноугольным пеком или жидким стеклом.

При тенденции к зарастанию подины следует включить на полную

ковым шпатом в смеси с ферросилицием. При сильном зарастании подины сразу после выпуска на нее забрасывают плавиковый шпат, чугун и металлическую стружку, затем включают ток. После обра­ зования в печи жидкого шлака присаживают песок и железную руду. Образующийся кислый шлак хорошо травит подину. После выдержки в течение 5—15 мин шлак сливают, а поврежденные участки подины и откосов заправляют.

Подину по мере ее износа наваривают. При большом углублении ванны подварка подины магнезитовым порошком осуществляется под током. После этого следует провести 2—3 плавки методом пере­ плава для закрепления подины.

В процессе эксплуатации печи иногда разрушаются стены. При выпадении кирпичей из стен кожух печи в этом месте быстро краснеет. На покрасневшее место кожуха направляется струя сжа­ того воздуха, а после выпуска плавки необходимо провести^частичный или полный ремонт стен.

Сравнительно редко в процессе плавки обваливается значитель­ ная часть свода. Чаще всего из него выпадают отдельные кирпичи.

В этом случае прогоревшее место необходимо немедленно заделать кирпичом и форсировать плавку.

Для предотвращения преждевременного включения печи после ремонта в цепи привода главного выключателя устанавливают кон­ трольную бирку—штепсельную вилку. После выключения печи де­ журный на пульте должен вынуть и передать ее сталевару. Только после этого сталевар разрешает работу на своде. После окончания работ сталевар проверяет отсутствие на своде печи людей и посторон­ них предметов, возвращает бирку дежурному на пульте и дает команду на включение печи.

Техника безопасности. Электросталеплавильное производство ха­ рактеризуется наличием высокотемпературных очагов, нагретых предметов, большого количества двигающихся машин и механизмов. Поэтому работающие в электросталеплавильных цехах должны строго соблюдать требования техники безопасности, которые раз­ работаны для каждого участка.

К выполнению работ нельзя допускать без сдачи норм техники безопасности и без проведения инструктажа для конкретно выполнен­ ной работы.

Подготовка металлического лома связана с разделкой крупных кусков на более мелкие под копром, взрывом, автогеном, ножницами и т. д. и должна осуществляться в специальных копровых цехах.

При автогенной резке основную опасность представляют взры­ воопасные куски. Поэтому весь поступающий на завод лом должны проверять специалисты-пиротехники.

Особое внимание необходимо уделять моменту выгрузки и по­ грузки лома; не следует находиться в зоне действия электрома­

его кусков были меньше ширины мульды. Надобность ручной под­ правки лома в мульдах отпадает также при использовании пакетов.

Впроцессе плавления шихты возможны ее обвалы, выбросы шлака

иметалла из рабочего пространства, сильное выбивание пламени. Поэтому в период плавления не следует находиться против рабочего окна. Выбросы металла и шлака особенно вероятны при подвалке шихты. Вторую порцию шихты, если это требуется, нужно заваливать на неполностью расплавленную шихту при закрытом окне.

Вокислительный период присаживают относительно большое количество шлакообразующих и твердых окислителей. Во избежание выбросов металла и шлака количество одновременно присаживаемой руды необходимо определять в зависимости от температуры металла. При подаче в печь сыпучих материалов лопатами рабочие должны подходить к окну сбоку и после забрасывания материалов быстро отходить в сторону. При этом следует строго соблюдать очередность подхода к печи и интервал между рабочими.

Вводимый в печь инструмент должен соприкасаться с ломиком, укладываемым на гребенку рабочего окна; несоблюдение этого тре­ бования может привести к поражению током. Кроме того, инстру­ мент должен быть тщательно просушен.

386

При продувке ванны кислородом с помощью металлических тру­ бок, вводимых через рабочее окно, необходимо пользоваться перенос­ ным предохранительным щитом с прорезью для трубки. В окислитель­ ный период необходимо следить за нормальным состоянием порога рабочего окна печи, предупреждая возможность ухода металла и шлака на рабочую площадку подсыпкой на порог сухого материала.

Одной из важных, но трудоемких операций в восстановительный период является скачивание шлака и перемешивание металла. При перемешивании металла и скачивании шлака вручную работающие, кроме закрытых очков, должны надеть густую металлическую сетку, которая предохраняет лицо от излучения, а также брызг металла и шлака. Операции скачивания шлака и перемешивания металла в по­ следние годы механизированы.

Шлаковые чаши для спуска шлака должны подаваться сухими. При обслуживании индукционных печей необходимо иметь в виду возможность появления разрядов. Поэтому прикосновение к индук­ тору или к наружному витку высокочастотного трансформатора может вызвать сильный ожог. Для предотвращения несчастных слу­ чаев и выхода из строя оборудования отдельные элементы индук­ ционных печей сблокированы. Ни в коем случае не следует забывать открывать краны, подающие воду на охлаждение конденсаторной

батареи, индуктора печи и высокочастотного трансформатора. При проведении ремонтных работ, требующих открывания дверей

шкафов или снятия обшивочных листов, установка должна быть пол­ ностью обесточена путем отключения главного рубильника. На ру­ бильнике на период ремонта вывешивается плакат «Не включать, работают люди!».

Кроме правил техники безопасности, которые необходимо соблю­ дать при эксплуатации высокочастотных установок, следует в целях безопасного обслуживания индукционных печей иметь в виду сле­ дующие моменты. Во избежание ожогов от проскакивающих искр инструмент сталевара (ломик для осаживания шихты, стержень для помешивания металла, ложка для отбора проб и т. д.) должен иметь изолирующие ручки. Во избежание выплесков металла материалы перед загрузкой в жидкую ванну нужно предварительно подогревать.

Втечение всей плавки необходимо следить за состоянием тигля.

Вслучае появления покраснения следует немедленно выпустить металл. Для охлаждения тигля и высокочастотной установки жела­ тельно, кроме основного источника водоснабжения, иметь резервный источник подачи воды. В случае прекращения подачи воды в индук­ тор и отсутствия резервного источника снабжения водой необходимо выключать установку и охлаждать индуктор компрессорным возду­ хом. Если металл в печи был жидким, то его следует либо выпустить, либо заморозить присадкой холодной шихты.

При работе печи возможно короткое замыкание между витками. Во избежание прожога индуктора при появлении короткого замыка­ ния печь необходимо отключить. Перед выпуском металла из печи следует убедиться в отсутствии посторонних предметов на каркасе печи, выключить ток и лишь после этого начинать наклон печи.

В основном величина простоев определяется уровнем организации ремонтных работ. В табл. 56 приведены данные, характеризующие отдельные виды простоев на печах разной емкости на одном из отечественных заводов.

Как видно, наибольшее различие наблюдается в величине холод­ ных простоев и простоев по организационным причинам. Малая величина холодных простоев на 40-т электропечах объясняется высокой организацией ремонтных работ и прежде всего применением разъемного кожуха. Простои по организационным причинам вклю-

388

чают простои из-за отсутствия шихты, ковша и подготовленных из­ ложниц, а также из-за отсутствия электроэнергии. Сокращение этих видов простоев определяется работой смежных участков и цехов.

При длительности всех простоев, равной 5%, число рабочих суток в невысокосном году составит 365 X 0,95 = 348.

Продолжительность плавки. В табл. 57 приведены фактические данные по продолжительности отдельных периодов и плавки в целом.

С увеличением емкости печи длительность периода заправки возрастает, так как увеличивается общая площадь подины и откосов, подлежащих ремонту. Механизация заправки позволяет сократить длительность этого периода в два и больше раза. Продолжительность завалки определяется способом загрузки шихты и при использовании

389

корзин практически не зависит от емкости печи и составляет в сред­ нем 5 мин, лишь на 100-т печи загрузка сверху продолжается 10 мин, что связано с меньшей скоростью открывания печи. Переход с мульдо-

установленной мощности трансформатора; с уменьшением удельной

рода в крупнотоннажных электропечах. Применение кислорода в качестве окислителя в этот период позволяет ускорить окисление углерода и нагрев ванны.

Продолжительность восстановительного периода наиболее строго регламентируется технологическими инструкциями и в значитель­ ной степени определяется марками выплавляемых сталей. В практике заводов сортамент выплавляемых сталей заметно упрощается с уве­ личением емкости печи. Это обстоятельство и обеспечивает умень­ шение длительности рассматриваемого периода с увеличением ем­ кости печи.

Применение электромагнитного перемешивания ванны и ком­ плексных раскислителей, переход при выплавке ряда сталей на одно­ шлаковый процесс — пути сокращения восстановительного периода.

Выход годных слитков. При выплавке конструкционных сталей при умеренном расходе кислорода (не более 10 м3/т) выход годных

3 9 0