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

конец ИЭ, что затрудняет определение границы раздела между шлаком и штейном.

Для оценки электрических ’напряжений, создавае­ мых в расплаве электрическим полем печи и могущих воздействовать на измерительную схему, были осущест­ влены измерения потенциалов различных точек распла­ ва, лежащих на одной вертикальной прямой на расстоя­ нии 1100 мм от поверхности электрода печи:

Приведенные данные свидетельствуют о том, что по­ тенциал расплава относительно «земли» растет монотон­ но снизу до верхних слоев шлака, принимая максималь­ ное значение на расстоянии 30—40 см от поверхности расплава. На границе между шлаком и штейном ника­ ких нерегулярностей не обнаружено.

В связи с воздействием на ИЭ в работающей печи напряжения помех частотой 50 гц и амплитудой в не­ сколько десятков вольт применение мостовой схемы для измерения скачка сопротивления расплава неэффектив­ но. Использование в качестве импульса броска силы то­ ка в цепи ИЭ на границе шлак—штейн обеспечивает на­ дежное измерение уровня штейна. Напряжение и мощ­ ность питающего трансформатора следует выбирать с учетом исключения влияния электрических помех на ре­ зультаты измерений.

Требования к электроконтактному устройству

Электромеханический уровнемер расплава ЭМУР-1 разрабатывали с учетом выявленных в результате ис­ следований особенностей электроконтакного метода измерения уровня шлака и штейна в руднотермической печи:

1. Использование в качестве параметра контроля уровня шлака электрического потенциала на поверхно­ сти шлаковой ванны работающей печи обеспечивает до­ статочно надежную фиксацию момента касания ИЭ по­ верхности шлака независимо от состояния ванны (чис­ тое зеркало, наличие шихтовых куч и непроплавленной корки).

2.Привод измерительного электрода должен разви­ вать на конце ИЭ определенное усилие, достаточное для продавливания шлаковой корки на поверхности расп­ лава. В случае, если прочность шлаковой корки превы­ шает допустимые пределы, двигатель привода ИЭ дол­ жен автоматически отключаться.

3.При прохождении шлакового слоя и промежуточно­

го слоя грязи поверхность ИЭ покрывается охлажден­ ной пленкой с повышенным электрическим сопротивле­ нием, что снижает чувствительность и точность замера уровня штейна. Применение в качестве параметра кон­ троля уровня штейна броска силы тока в цепи ИЭ на границе шлак — штейн обеспечивает достаточно падеж­ ное измерение уровня штейна.

4.При работе печи через расплав протекают токи силой, составляющей десятки килоампер, в результате чего в различных точках расплава возникают различ­ ные потенциалы. Напряжение источника питания и си­ ла тока в цепи ИЭ должны быть выбраны с учетом ис­ ключения влияния электрических помех на результаты замера.

5.Материал ИЭ следует выбирать с учетом агрес­

обеспечивающие компенсацию обгорания ИЭ.

6.При выходе ИЭ из расплава на нем остается шла­ ковая корка, форма и размеры которой зависят от ряда факторов (температура, состав шлака и др.). Перед компенсацией обгорания и очередным замером нижний торец ИЭ должен быть очищен от корки налипшего шлака.

7.В мощных руднотермических печах с габаритами

по высоте 4—5 м общий ход ИЭ составляет 5—6 м. В то же время рабочий диапазон изменения измеряемых ве­ личин сравнительно невелик: уровень шлака в пределах 3—2 м, штейна от 1 до 0,5 м. Применение серийных дат­ чиков перемещения ИЭ не обеспечивает необходимой точности отсчета по шкале вторичного прибора.

3. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ и УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО УРОВНЕМЕРА РАСПЛАВА ТИПА ЭМУР-1

Блок-схема уровнемера

Электромеханический уровнемер расплава ЭМУР-1 предназначен для периодического измерения уровня шлака в РТП. Принцип действия уровнемера основан на электроконтактном методе измерения уровня с ис­ пользованием в качестве датчика одного измерительно­ го электрода (ИЭ), который запитывают от отдельного однофазного печного трансформатора. При опускании ИЭ в печь регистрируют два положения: первое соответ­ ствующее уровню шлака, в момент появления на ИЭ электрического потенциала поверхности ванны работа­ ющей печи (при отключенном трансформаторе уровне­ мера); второе — в момент резкого увеличения силы то­ ка в цепи ИЭ при контакте ИЭ со штейном (трансфор­ матор уровнемера включен).

Выбранные параметры контроля уровня шлака и штейна обеспечивают с допустимой методической по­ грешностью фиксацию момента касания ИЭ поверхно­

Работа уровнемера ЭМУР-1 пояснена блок-схемой (рис. 57). Уровнемер представляет собой конструкцию, состоящую из устанавливаемой над сводом печи 1 вер­ тикальной стойки 2, по всей длине которой перемещает­ ся тележка 3 с винтовым держателем 4, к которому при­ креплен ИЭ 5, состоящий из штанги 6 и сменного нако­ нечника 7. Перемещение тележки осуществляется при помощи привода ИЭ 8. С редуктором привода 8 механи­ чески связано измерительное устройство 13, которое преобразует поступательное движение ИЭ в электри­ ческий сигнал, подаваемый во вторичный регистрирую­ щий прибор 14.

В цепь ИЭ включены: реле напряжения 10, которое срабатывает в момент появления электрического потен­ циала на ИЭ при контакте его со шлаком; токовое ре­ ле 11, которое срабатывает в момент резкого увеличе­ ния силы тока при контакте ИЭ со штейном. Сигналы

от реле напряжения и тока поступают в блок управле­ ния 12, который через силовой блок 18 управляет вклю­ чением и отключением электродвигателя привода ИЭ 8

итранформатора 9.

Вуровнемере предусмотрена система автоматиче­ ской компенсации обгорания ИЭ, включающая: привод компенсации обгорания. 15, который вращает гайку винтового держателя; винтовой держатель 4, обеспечи­ вающий вертикальное перемещение ИЭ относительно тележки 3, в результате чего при компенсации увели­ чивается длина ИЭ на величину его обгорания; кон­ трольную плиту (КП) с пневмоприводом 16, которая служит для контроля постоянной длины ИЭ при ком­ пенсации (при упоре ИЭ в КП процесс компенсации заканчивается и одновременно в результате усилия ниж­ ний торец ИЭ очищается от налипшей на него корки шлака); релейный блок компенсации 17, управляющий последовательностью работы узлов системы компенса­ ции. Блок сигнализации 19 осуществляет указательную

ипредупредительную сигнализацию.

Уровнемер работает следующим образом. В исход­ ном положении тележка находится в крайнем верхнем положении, КП выдвинута из-под ИЭ. Перед замером осуществляется компенсация обгорания ИЭ. Операцию

от КП для свободного возвращения ее в исходное по­ ложение; 4) КП возвращается в исходное положение.

При автоматическом измерении выполняются сле­ дующие операции: 1) ИЭ двигается вниз; 2) при кон­ такте со шлаком срабатывает реле напряжения и ИЭ останавливается; 3) результат замера уровня шлака запоминается, на ИЭ подается напряжение от транс­ форматора и ИЭ продолжает движение вниз; 4) при движении ИЭ вниз сила тока в цепи ИЭ медленно воз­ растает, а при контакте его со штейном происходит рез­ кое увеличение силы тока, срабатывает токовое реле, и двигатель привода ИЭ осуществляет реверс до выхода ИЭ из штейна на 10 см\ 5) для контрольного замера уровня штейна ИЭ повторно опускается до контакта со штейном, при этом срабатывает токовое реле и двига­

тель привода ИЭ вновь осуществляет реверс; б) ИЭ дви­ жется вверх до верхнего концевого выключателя.

Врежиме дистанционного и местного измерения пе­ речисленные выше операции не сблокированы.

Впроцессе исследований и макетирования были оп­ робованы ИЭ из графита и стали. Предполагали, что основным преимуществом графитового электрода перед металлическим будет его несмачиваемость шлаком. Од­ нако после погружения в расплав рабочая часть ИЭ ошлаковывалась. Это происходило, по-видимому, вслед­ ствие того, что поверхность электрода обгорала, ста­ новилась неровной и частицы шлака удерживались на ней. Основным недостатком графитового ИЭ оказалась его недостаточная прочность, при продавливании шлако­ вой корки ИЭ ломался в резьбовых соединениях.

Вдальнейшем графитовый электрод был заменен

стальным (диаметром 100 мм). Однако при прохожде­ нии шлакового слоя массивным электродом на его по­ верхности образовывалась охлажденная шлаковая плен­ ка, электрическое сопротивление которой было значи­ тельно выше сопротивления расплавленного шлака, что снижало чувствительность и точность замера уровня штейна. В ряде случаев бросок силы тока при дости­ жении ИЭ штейна наступал не сразу, а после некоторо­ го времени, нужного для расплавления указанной корки.

Промышленный образец ИЭ выполнен из секцион­ ной штанги и сменного наконечника. Верхняя секция штанги изготовлена из трубы, нижняя рабочая секция — из стального стержня диаметром 100 мм. Наконечник изготавливают из прутка жаропрочной стали диамет­ ром 40 мм, длиной 400 мм. Диаметр наконечника под­ бирали .экспериментально, длину выбирали из условий механической прочности и приемлемых сроков смены наконечника. Применение составного ИЭ с диаметром наконечника, в 2,5 раза меньшим диаметра штанги, обеспечивает быстрое нагревание наконечника (по сравнению со штангой) под действием тепла, получае­ мого им от расплава, и тепла, выделяемого в электри­ ческом контакте наконечник электрода — шлак (при прохождении через ИЭ электрического тока от транс­ форматора), в результате чего предотвращается обра­ зование охлажденного шлакового слоя на нижнем тор­ це ИЭ к моменту замера уровня штейна.

Измерительное устройство уровнемера

В датчике (рис. 58) измерительного устройства по­ ступательное движение тележки преобразуется в элек­ трический сигнал при помощи стандартной катушки 1. Сердечник катушки приводится в движение от вала тросового барабана через безлюфтовую цилиндрическую

Рис. 58. Общий вид датчика измерительного устройства

пару шестерен 2 и кулачковый диск 6 с закрепленны­ ми на нем двумя секторами 3 и 7 лекального типа. Пре­ дусмотрена возможность перемещения сектора соответ­ ственно рабочим участкам хода ИЭ.

Индукционная катушка (ИК) датчика соединяется со вторичным прибором ДС. Двигатель привода диаграм­ мной ленты СД включается автоматически на время цикла измерения, когда ИЭ сходит с верхнего концевого выключателя. Для запоминания результатов замера уровня шлака разрывается цепь обмотки возбуждения двигателя РД. Для передачи показаний на местный щит используют показывающий логометр Л, подклю­

ченный к реохорду дистанционной передачи вторичного прибора.

Конструкция секторного лекала обеспечивает пол­ ный ход сердечника индукционной катушки при про­ хождении ИЭ рабочих диапазонов измерения уровней шлака и штейна (соответственно от 3 до 2 ж и от 1 ж до 0). Каждому рабочему диапазону соответствует

Рис. 59. Диаграмма регистрации уровня шлака и штейна

100% шкалы вторичного прибора, в результате чего уменьшается цена деления шкалы, повышается точность отсчета.

Работа секторного лекала поясняется диаграммой, изображенной на рис. 59. Полному ходу ИЭ (6 м) со­ ответствует поворот лекала на 330°. Когда ИЭ находится в крайнем верхнем положении, ролик 1 рычага сердеч­ ника 2 индукционной катушки 3 находится в точке А секторного лекала 4. Перемещение ИЭ от крайнего верх­ него положения до отметки + 3 ж не изменяет положе­ ния сердечника катушки, при этом на диаграмме запи­ сывается линия аб. Перемещению ИЭ от отметки + 3 ж (точка Б лекала) до уровня шлака (точка В) соответ­ ствует линия бв диаграммы. Выдержке времени запо­ минания уровня шлака соответствует линия вв'. При опускании ИЭ от отметки % 1 ж до первого контакта со штейном на ленте записывается линия де. Точки е и е' соответствуют первому и второму замерам уровня

штейна. Уровень шлака отсчитывается (рис. 59) по шка ­ ле / (3—2 м) и определяется линией вв' (в данном случае 2400 мм), а уровень штейна — по шкале II (1 м — 0) и определяется точкой е (в данном случае он составляет 720 мм).

Схема электрооборудования и автоматики

Силовое электрооборудование уровнемера (рис. 60) состоит из однофазного трансформатора ТО, электро­ двигателя компенсации обгорания электрода Д К , элек­

тродвигателя перемещения электрода ДЭ (их запиты­ вают через автоматы, контактор 1К и магнитные пуска­ тели ПКН-ПКВ, ПЭН-ПЭВ).

Схема управления приводом компенсации (рис. 61) предусматривает следующие режимы работы: замену наконечника и компенсацию. В режиме «замена нако­ нечника» управление КП и приводом компенсации не сблокировано. Электромагниты ЭВП и ЭПП пневмопри­ вода КП включают кнопками КВП и КПП, отключают­ ся концевыми выключателями 1КВ1 и 2КВ1 пневмопри­ вода. Магнитными пускателями Д К управляют ККН, ККВ, ККС. Д К может быть включен вниз, когда КП подана под ИЭ (н. о. контакт 2РП2).