книги из ГПНТБ / Рудницкий В.Б. Автоматизация процессов рудной электроплавки в цветной металлургии

водом перемещения электродов. Широкое внедрение гидравлических исполнительных механизмов повлекло за собой совершенствование систем автоматического регу­ лирования мощности на базе электрогидравлическпх ре­ гуляторов. При использовании гидропривода перемеще­ ния электродов возможны объемный и дроссельный спо­

собы регулирования мощности. В Советском Союзе и за рубежом создано несколько вариантов электрогпдравлпческих регуляторов, основанных на этих способах регу­ лирования [64—66]. Электрогидравлические регуляторы значительно лучше по своим статическим и динамиче­ ским характеристикам, чем устаревшие конструкции ре­ лейно-контакторных и электромашинных типов.

Ниже рассмотрен разработанный в Новосибирском СКВ ЭТО электрогидравлический регулятор ЭГР-6Р (АРРГ) [66], которым в последние годы снабжают руднотермические печи (рис. 36). Основным регулирующим звеном регулятора является электрогидравлический уси­ литель (ЭТУ), который состоит из электромеханического

преобразователя, двухступенчатого гидроусилителя и гид­ равлического реле времени.

Регулятор работает в дифференциальном режиме. Сигнал от трансформатора тока ТТ через задатчик. Р2 подается на магнитный усилитель МУі и далее на обмот­ ку управления микродвигателями тока ДТ. Напряжение электрод—под через трансформатор ТС подается на об­ мотки возбуждения и управления микродвигателями на­ пряжения ДН. Двигатели тока и напряжения работа­ ют на общий вал встречно. Движение от вала передает­ ся при помощи шестерни Ш к рейке Р, продолжением которой является управляющий золотник гидроуси­ лителя ГУ. Противодействующая пружина П обе­ спечивает установку управляющего золотника гидро­ усилителя на пуль при отсутствии сигнала рассогла­ сования.

При отклонении электрического режима печи на ве­ личину, достаточную для приведения регулятора в дей­

противление пружины, приводит в движение следящий золотник ЭГУ, который управляет силовым золотни­ ком. Сопротивлением /?4 задается перекос электро­ дов, что иногда необходимо по технологическим со­ ображениям.

В регуляторе предусмотрено устройство изменения режима УИР, предназначенное для поддержания посто­ янства мощности, вводимой в печь, перемещением одно­ го электрода фазы, если другой находится в крайнем нижнем или верхнем положении. При срабатывании кон­ цевого выключателя (ДВВ или КВН) регулятор перево­ дится в токовый режим.

В процессе промышленной эксплуатации первых об­ разцов регулятора ЭГР-6Р быт выявлен ряд недостат­ ков: а) гидравлическая аппаратура регулятора громозд­ ка, недостаточно надежна и требует частых профилакти­ ческих работ; б) изменение уставки реле времени осу­ ществляется на гидравлической панели регулятора, рас­

ладает достаточной стабильностью. В настоящее время разработчики принимают меры по устранению выявив­ шихся недостатков.

2. ОСОБЕННОСТИ РУДНОТЕРМИЧЕСКИХ ЭЛЕКТРОПЕЧЕЙ КАК ОБЪЕКТОВ РЕЕУЛ ИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ

Выбор регулируемого параметра

Электрическая мощность, вводимая в печь, является одним из основных параметров управления режимом электроплавки и состоянием печи. С увеличением коли­ чества введенной в печь электроэнергии производитель­ ность печи значительно возрастает. При этом, если за­ грузка печи шихтой соответствует скорости ее плавле­ ния, удельный расход электроэнергии снижается.

Задача регулирования электрического режима РТП заключается в поддержании постоянной электрической мощности, вводимой в печь, в соответствии с заданием. Для обеспечения лучших технико-экономических показа­ телей плавки задание устанавливают на уровне номи­ нальной мощности печного трансформатора. Указанное обстоятельство предъявляет повышенные требования к точности поддержания на заданном уровне электриче­ ских параметров, т. е. к чувствительности регулятора.

Известны три способа регулирования электрического режима: 1) перемещением электродов; 2) переключени­ ем ступеней напряжения печного трансформатора; 3) пе­ ремещением электродов и переключением ступеней на­ пряжения. Наиболее совершенным является третий спо­ соб. Однако его применение сдерживается недостаточной надежностью серийно выпускаемых устройств для пере­ ключения ступеней напряжения печных трансформато­ ров. В связи с этим в настоящее время в качестве регу­ лирующего воздействия используют перемещение элек­ тродов.

Как известно, зависимость мощности печи от силы то­ ка, а следовательно, и от положения электрода имеет явно выраженный максимум, поэтому между перемеще­ нием электрода и мощностью нет однозначной связи. Следовательно, регулятор может поддерживать одну и ту же мощность как по левую, так и по правую сторо­ ну максимума. Поэтому мощность печи, как полезная, так и активная, не может быть использована в качестве регулируемого параметра [50, 55].

В качестве косвенного регулируемого параметра мо­ гут быть выбраны: сила тока, напряжение, cos ср, а так­

же различные соотношения этих величин. При неизмен­ ном напряжении в сети поддержание одной из указан­ ных величин однозначно определяет величину вводимой в печь мощности, к. и. д. и другие показатели работы печи. Выбор того или иного параметра регулирования определяется особенностью электропечной установки, возможностью измерения регулируемой величины, сте­ пенью влияния колебания напряжения питающей сети, обратным воздействием печи на питающую сеть в про­ цессе регулирования.

Следует отметить, что отклонения мощности, вноси­ мые изменениями напряжения сети, не ликвидируются регулятором, воздействующим на перемещение электро­ дов. Поэтому важным условием нормальной работы ре­ гулятора является обеспечение стабильности напряже­ ния печи. Этого достигают питанием печных агрегатов от достаточно мощных энергосистем или введением автома­ тических регуляторов напряжения в энергосистемы, пи­ тающие энергоемкие потребители.

Регулирование электрической мощности РТП для плавки медно-никелевых руд должно осуществляться по параметру, наиболее полно отражающему технологиче­ ский режим в печи. Характер теплового и технологиче­ ского режимов электроплавки требует минимального перемещения электродов. При этих условиях обеспечи­ вается стабильный ход процесса электроплавки, хими­ ческие реакции идут более полно, а конусы шихты во­ круг электродов не разрушаются. Следовательно, регу­ лируемый параметр САР следует выбирать с учетом требования минимального перемещения электродов.

В современных САР мощности ДСП и РТП обычно применяют токовые и дифференциальные регуляторы. При помощи токового регулятора регулируют силу тока

У дифференциального регулятора регулируемым па­ раметром является разность силы тока и напряжения, и он работает по уравнению статики:

р, п, т — коэффициенты пропорциональности.

Шестиэлектродные трехфазные РТП для плавки медно-никелевых руд получают питание от двух трех­ фазных или трех однофазных трансформаторов. При ре­ гулировании мощности шестиэлектродную электропечную установку можно рассматривать как две трехфазные или три однофазные практически независимые электри­ ческие системы. Рассматривая электрические схемы за­ мещения трехфазной и однофазной систем (рис. 37) можно количественно оценить степень взаимного влия­ ния фаз при перемещении электродов. Сопротивления

Рис. 37. Электрическая схема замещения руднотермической печи:

а - - трехфазной; б — однофазной

фаз (Яф і, Яф 2, Яфз) и электродов (Я эі, Яэг) в данных схе­ мах являются чисто активными и характеризуют сопро­ тивления растеканию тока по шлаковой ванне (Яс, Хс — соответственно активное и индуктивное сопротивление короткой сети и трансформатора).

В трехфазной РТП расстояние между электродами при проектировании печи обычно выбирают больше двух диаметров (в свету), электрические поля отдельных фаз являются изолированными и каждый электрод работает как уединенный. Печь практически работает на звезду, которая характеризуется трехфазной системой линей­ ных нагрузочных сопротивлений Яф і, Яфг, Яфз (рис. 37, а). Главная причина взаимного влияния фаз при переме­ щении электродов заключается в отсутствии связи меж­ ду нулевой точкой печи и трансформатора.

В работе [13] рассмотрены несимметричные режимы,

что при отклонении силы тока в одной из фаз, равном 100% (вследствие изменения сопротивления в этой фазе на величину AR), в двух других фазах отклонения тока в среднем составляют соответственно 50 и 25%. Это определяет степень взаимного влияния соседних фаз трехфазной РТП, токи которой (рассматриваемые как регулируемые переменные) воздействуют один на дру­ гой внутри объекта регулирования.

Регуляторы, построенные на принципе поддержания определенной силы тока в каждой из фаз, должны обес­ печивать условия устойчивости регулирования не только при отклонении электрического режима в данной фазе, но и при возмущениях, вносимых соседними фазами при перемещении соответствующих электродов. Известные системы регулирования по импульсу от тока печи не обеспечивают минимума перемещений электродов вслед­ ствие значительного взаимного влияния соседних фаз, что приводит к частым включениям регуляторов, умень­ шению запаса устойчивости системы.

Дифференциальные регуляторы также не исключают взаимного влияния соседних фаз, так как реагируют на разность фазного тока и соответствующего напряжения и поддерживают заданное полное сопротивление фазы только в статическом режиме.

Электрические режимы трехфазной и однофазной си­ стем различны. Как следует из рис. 20 для однофазной системы токовые регуляторы не могут быть применены, так как при изменении сопротивления расплава под од­ ним из электродов изменяется сила тока в цепи обоих по­ следовательно включенных электродов. Дифференциаль­ ные регуляторы позволяют работать только на уставках, соответствующих симметричному режиму по напряже­ нию на электродах фазы. При перекосах напряжений на электродах или остановке одного электрода регулятор должен быть отключен.

Неравномерность выделения энергии по электродам, вызванная неодинаковым заглублением электродов в рас­ плав, ухудшает технологический режим, что предъявля­ ет к САР мощности требование обеспечения симметрич­ ной работы электродов при определенном заглублении их в расплав. Кроме того, в процессе эксплуатации печи по технологическим и другим причинам возникает необ­ ходимость работы при несимметричном заглублении

электродов (один электрод фазы находится в предель­ ном нижнем положении пли остановлен по причине не­ исправности), поддерживая заданную мощность фазы одним из электродов. Указанное обстоятельство предъ­ являет определенные требования к конструкции регуля­ тора.

Следовательно, для исключения взаимного влияния соседних электродов одной фазы в процессе регулирова­ ния и уменьшения числа перемещений электродов необ­ ходимо обеспечить автономную работу регуляторов по электродам.

Как показано в работе [67], причиной отклонения электрической мощности является изменение фазного сопротивления (проводимости) печи при постоянстве напряжения на зажимах печного трансформатора. Для шестиэлектродной руднотермической печи следует рас­ сматривать изменение проводимости шлака под каждым электродом. Таким образом, регулирование электриче­ ской мощности с воздействием на перемещение электро­ дов сводится к регулированию электродной проводимо­ сти печи.

Электрическая проводимость шлаковой ванны отра­ жает изменения технологического режима плавки (воз­ мущения по загрузке и химическому составу шихты, ко­ лебания уровня ванны и пр.).

Следовательно, при разработке САР электрической мощности в качестве регулируемого параметра может быть выбрана электрическая проводимость под электро­ дом, реагирующая на отклонения как электрического, так и технологического режима плавки.

При использовании в качестве регулируемою пара­ метра проводимости под электродом в процессе регули­ рования электрической мощности реализуется уравнение

Регулирование по проводимости имеет определенные преимущества перед методом регулирования по задан­ ной силе тока или разности силы тока и напряжения, особенно для шестиэлектродных РТП.

Использование в качестве регулируемого параметра электродной или фазной проводимости позволяет по­ строить автономные системы регулирования, учитываю­ щие различные отклонения технологического и электри­ ческого режимов по электродам. Регулирование по про­ водимости наиболее полно отвечает также процессам, происходящим внутри печи, и причинам их отклонений. Оно обеспечивает поддержание заданной проводимости не только в статическом, но и в динамическом режиме, так как импульс на регулирование поступает пропорцио­ нально отклонению этой проводимости.

Требования к САР электрической мощности РТП

1. Рассматриваемые печи относятся к многошлако­ вым. Преобразование электрической энергии в тепловую проходит непосредственно в шлаке, в котором протекают также все физико-химические процессы и посредством которого осуществляется передача энергии остальным частям расплава. Переходное сопротивление электрод— шлак в этих печах, в отличие от дуговых печей, близко к линейному. При нормальном режиме ток и напряже­ ние печи синусоидальны, дуговой разряд практически от­ сутствует, что позволяет выбирать САР мощности без учета специфических свойств дуги.

2. Характер теплового и технологического режима РТП для плавки медно-никелевых руд требует мини­ мального перемещения электродов. При этих условиях обеспечивается стабильный ход процесса электроплавки, конусы шихты вокруг электрода не разрушаются. С целью исключения взаимного влияния соседних элек­ тродов одной фазы в процессе регулирования и умень­ шения числа перемещений электродов необходимо обес­ печить автономную работу регуляторов по электродам. Регулирование должно быть апериодически сходящимся.

3. Регулирование электрической мощности РТП для плавки медно-никелевых руд должно производиться по параметру, наиболее полно отражающему технологиче­ ский режим в печи. Использование в качестве регули­ руемого параметра электрической проводимости под электродом позволяет построить автономные системы регулирования, реагирующие на отклонения как электри­ ческого, так и технологического режима плавки.