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

кнопки отключения двигателя ДЭ (1КЭС, 2КЭС) нор­ мально замкнуты; ДЭ не перемещается вверх (элемент НЕ 67).

На элемент И (60) блока управления перемещением ИЭ вверх в исходном состоянии поступают следующие сигналы «/»: релейный элемент ЗРТ обесточен; ДЭ не перемещается вниз (элемент НЕ 30) ; отсутствует сигнал на выходе элемента времени \48) \ ИЭ не на верхнем кон­ цевом выключателе (6КВ1)\ кнопки 1КЭС, 2КЭС нор­ мально замкнуты.

Выходные сигналы элементов И (5, 27, 60) подготав­ ливают цепи включения трансформатора и ДЭ.

В режиме автоматического измерения операции вы­ полняются в следующей последовательности:

а) выходной сигнал элемента ИЛИ (39) подается на второй вход элемента И (40) и далее в ПАМЯТЬ (41). Запомненный сигнал через элементы 29, 30, 31 запускает ДЭ на перемещение ИЭ вниз;

б) при контакте ИЭ со шлаком на элемент И (27) прекращается подача сигнала от элемента НЕ (23), ИНВЕРТОР (28) опрокидывает ПАМЯТЬ (41) и ИЭ ос­ танавливается. Одновременно на цепочке 17, 18, 19, 12, 13, 14 включается трансформатор;

в) сигнал от релейного элемента напряжения PH по­ ступает также на вход элемента И (33) и далее через элемент И (35) запоминается в ПАМЯТИ (36). После выдержки времени элемента (37), необходимой для фик­ сации результата измерения уровня шлака, на элемент ИЛИ (39) поступает сигнал «1» и далее через элементы 40, 41, 29, 30, 31 ДЭ вновь запускается на перемещение ИЭ вниз;

г) при контакте ИЭ со штейном прекращается подача на элемент И (27) сигнала от элемента НЕ (24), ИНВЕР­ ТОР (28) опрокидывает ПАМЯТЬ (41) и ДЭ останавли­ вается. Одновременно сигнал от токового релейного эле­ мента 1РТ подается па элемент И (42) н первый контакт со штейном запоминается в ПАМЯТИ (45). Сигнал от элемента 1РТ поступает также на вход элемента И (62)

и далее через элементы 63—68 ДЭ запускается на пере­ мещение вверх;

д) движение ИЭ вверх прекращается по истечении выдержки времени элемента (48) после выхода ИЭ из штейна [сигнал от элемента 1РТ через элементы 46—49, 60, 61 опрокидывает ПАМЯТЬ (65) и ДЭ останавлива­ ется]. Одновременно от элемента времени (48) на вход элемента ИЛИ (39) подается сигнал «1», который запу­ скает ДЭ на перемещение ИЭ вниз для контрольного из­

вследствие чего ПАМЯТЬ (51) запоминает сигнал, кото­

е) при повторном контакте ИЭ со штейном вторично срабатывает релейный элемент 1РТ и двигатель привода ИЭ вновь осуществляет реверс. Поскольку на элементе И (42) отсутствует третий входной сигнал, ИЭ возвра­ щается до верхнего концевого выключателя.

Элемент времени (74) контролирует время пребыва­

Трансформатор отключается после возвращения ИЭ на верхний концевой выключатель или в случае нахож­ дения ИЭ в штейне более выдержки времени элемента

(70). При этом исчезает сигнал «1» на выходе элемента

И(5), из-за чего ИНВЕРТОР (5) опрокидывает ПАМЯ­ ТИ (2, 11, 19) и контактор трансформатора отключается.

Рассмотренные логические устройства прошли лабо­ раторные испытания и рекомендованы к промышленному внедрению.

'5. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ

ИВНЕДРЕНИЕ УРОВНЕМЕРА ЭМУР-1

Впроцессе наладки и промышленных испытаний уровнемера отработан электроконтактный метод измере­ ния уровня шлака и штейна, выбраны параметры элект­ рического режима уровнемера, выявлена погрешность измерения и степень износа измерительного электрода.

Уставки токовых реле и напряжения, входящие в схе­ му автоматики, выбирали исходя из следующих сообра­ жений.

Основным элементом схемы, определяющим методи­ ческую погрешность замера уровня штейна, является то­ ковое реле 1РТ. Его уставку выбирают исходя из двух условий:

1. Сила тока срабатывания реле должна быть больше максимального тока в шлаке (/щах.шл):

2. Токовое реле, сработавшее при контакте ИЭ со штейном, должно надежно возвращаться в исходное по­ ложение при выходе ИЭ из штейна. Сила тока возврата реле:

С учетом коэффициента трансформации трансформа­ тора тока, силу тока срабатывания реле 1РТ определяют по выражению:

Силу тока срабатывания реле ІРТ, выбранную из ус­ ловий максимальной силы тока в шлаке, проверяют по условию чувствительности к минимальному току в штей­ не (/шіпшт)- Коэффициент чувствительности

не должен быть ниже 1,3 [48].

Токовое реле ІРТ с уставкой /ірт= 3,1а, соответствую­ щей силе тока в цепи ИЭ, равной 950а, надежно срабаты­ вает при контакте со штейном. Коэффициент чувстви­ тельности схемы Кч= 1,35> 1,3. Выбранные мощность (75 ква) и вторичное напряжение (48 в) трансформатора

исключают влияние электрических помех на результаты замера.

Уставку реле напряжения PH, определяющего ме­ тодическую погрешность замера уровня шлака, выбира­ ют из условия, чтобы напряжение срабатывания реле бы­ ло меньше минимального потенциала Umin (по отноше­ нию к «земле») поверхности шлаковой ванны в точке за­ мера уровня:

где Klt — коэффициент надежности (2,0—3,0), учитываю­ щий различные переходные сопротивления при контакте ИЭ со шлаком.

Реле напряжения PH с уставкой Нрн= 1,0 в надежно срабатывает при контакте ИЭ с поверхностью расплава.

Уставки токовых реле 2РТ и ЗРТ выбирают из усло­ вий защиты электродвигателей приводов компенсации и электрода от перегрузки:

шлака и штейна при помощи уровнемера проводили через 1 ч, результаты замеров два раза в смену сверяли с дан­ ными замера замерочным ломиком. Максимальная по­ грешность измерения не превышала ±50 мм. Для про­ верки воспроизводимости показаний уровнемера прово­ дили несколько циклов замеров по три замера с интер­ валами 5 мин в период, когда не выдавали штейн, не за­ ливали конвертерный шлак, не выпускали отвальный шлак. Для проверки чувствительности уровнемера прово­ дили замеры до и после одного — двух ковшей штейна. Величина обгорания наконечника ИЭ за один замер со­

В результате промышленных испытаний установлено, что уровнемер ЭМУР-1 работает надежно и удовлетвори' ет требованиям контроля уровня шлака и штейна в РТП для плавки медно-никелевых руд.

Технико-экономической эффективности от внедрения уровнемера достигают в результате уменьшения времени простоя печи. Для замера уровня ванны ломиком отклю­ чают печь в среднем на 5 мин для каждого измерения, что составляет простой 50—60 ч в год. Кроме того, отк­ лючению печи предшествует постепенное снижение на­ грузки, а после включения печи 2—3 мин затрачивается на набор заданной мощности. Сокращение простоев од­ ной печи РПЗ-ЗЗ-ІІІ в результате внедрения уровнемера повышает производительность на 0,8%, что в денежном выражении составляет экономию 10,5 тыс. руб. в год. Кроме того, применение уровнемера улучшает техникоэкономические показатели плавки вследствие поддержа­ ния уровня шлака и штейна в печи в требуемых преде­ лах, а также повышает культуру производства и улучша­ ет условия труда.

За последние годы уровнемеры ЭМУР-1 внедрены на ряде руднотермических печей для плавки медно-никеле­ вых руд и концентратов

Г л а в а IX

АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕПЛОВОГО И ГАЗОВОГО РЕЖИМА ПЕЧИ

Среди разнообразных видов измерений, проводимых на электротермических установках, измерение темпера­ туры относится к наиболее важным. На действующих руднотермических печах осуществляется непрерывный контроль температуры отходящих газов, футеровки стен и подины печи, а также охлаждаемых деталей конструк­ ции печи. Температуру выданного штейна и отвального шлака контролируют периодически на выпуске из печи.

Существенной особенностью рассматриваемых печей является то, что процесс плавления шихты при ее непре­ рывной загрузке обеспечивает в определенных пределах саморегулирование температуры ванны печи. В резуль­

тате управление тепловым режимом печи при непрерыв­ ной загрузке практически осуществляется путем регули­ рования электрической мощности, вводимой в печь. Ха­ рактер распределения температуры в ванне печи и ее ве­ личина при неизменной мощности определяются в основ­ ном следующими параметрами: величиной заглубления электродов, уровнем шлаковой и штейновой ванн, распо­ ложением и погружением в ванну шихтовых массивов, химическим составом шлака.

Как было отмечено выше, движение газов, образую­ щихся в процессе плавления шихты, а также вследствие горения электродов и подсосов воздуха, органически не связано с тепловым режимом электропечи, но оказывает существенное влияние на ее эксплуатацию.

Вследствие отсутствия герметизации рассматривае­ мых руднотермических печей и значительных подсосов воздуха работа запроектированных схем регулирования разрежения в печи часто оказывается малоэффективной. В результате, на ряде действующих РТП автоматизация газового режима ограничивается измерением разреже­ ния в печи, газоходной системе и дистанционным управ­ лением дроссельными заслонками.

В настоящей главе приведено краткое описание при­ боров для измерения температуры и давления в электро­ термических установках. Рассмотрены вопросы регулиро­ вания разрежения в руднотермических печах. Более под­ робные сведения по указанным вопросам можно получить из соответствующей литературы [103, 104, 20, 22, 41].

1. АВТОМАТИЧЕСКОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Т е м п е р а т у р о й называют величину, характеризу­ ющую степень нагретости вещества. Для измерения темпе­ ратуры используют косвенные методы, основанные на из­ мерении таких физических свойств тел, которые одно­ значно связаны с температурой и могут быть сравнитель­ но просто измерены. Для этой цели используют объемное или линейное расширение тел при нагревании (термомет­ ры расширения), измерение их электрического сопротив­ ления (электрические термометры сопротивления), изме­ рение развиваемой ими термоэлектродвижущей силы (термоэлектрические пирометры), измерение свойств излучаемого ими потока (пирометры излучения).

Температуру измеряют в условных единицах — граду­ сах различных температурных шкал. В Международной системе единиц СИ за единицу температуры принят гра­ дус Кельвина (°К) по термодинамической температурной шкале, в которой в качестве единственной реперной точ­ ки принята тройная точка воды, равная +273,16° К, а на­ чало отсчета установлено от абсолютного нуля темпера­ тур. Для практических целей на основе термодинамиче­ ской шкалы установлена Международная практическая температурная шкала в градусах Цельсия (°С), в кото­ рой в качестве основных реперных точек приняты темпе­ ратура таяния льда (0°С) и температура кипения воды (100°С).

Для измерения температуры в настоящее время име­ ется много методов и приборов. Все методы можно раз­

т о д ы (измеряющее устройство находится на расстоянии от измеряемой среды).

Контактные методы

К приборам, измеряющим температуру контактным методом, относятся термометры и термоэлектрические пирометры.

Работа термометров расширения основана на явлении расширения твердых и жидких тел при нагревании. В металлургии наибольшее применение нашли жидкост­ ные термометры расширения со стеклянной оболочкой и ртутным наполнением. Их выпускают с пределом из­ мерения до +500° С. Для предохранения ртутных термо­ метров от механических повреждений применяют метал­ лические защитные оправы. Недостатком ртутных термо­ метров являются их хрупкость, невозможность дистанци­ онной передачи показаний, большая термическая инер­ ция.

Работа манометрических термометров основана на из­ мерении при помощи пружинного манометра давления жидкости, газа или пара, заключенного в термобаллоне, соединенном с манометром соединительным капилляром. Их выпускают показывающими, самопишущими и кон­ тактными с пределами измерения от —120 до +600° С.

Класс точности газовых манометрических термометров

— 1,5 и 2,5. Недостатками этих термометров являются большой размер и тепловая инерция термобаллона, а также возможная деформация баллона и капилляров, приводящая к нарушению градуировки.

Работа электрических термометров сопротивления

основана на свойстве различных материалов изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от тем­ пературы. Комплект измерительного прибора состоит из тепловоспринимающего элемента-датчика и измеритель­ ного прибора, определяющего электрическое сопротивле­ ние датчика. Датчики выполняют в виде тонкой медной или платиновой проволоки или ленты, намотанной на изолирующий каркас. Для защиты от механических пов­ реждений и воздействий агрессивной среды, в которую помещают термометр, чувствительный элемент помеща­ ют в защитный газонепроницаемый кожух. Промышлен­ ные платиновые термометры сопротивления типа ТСП применяют для измерения температуры от —200 до +650° С, медные типа ТСМ — о т —50 до +180° С. Термо­ метры сопротивления отличаются высокой точностью (классы точности от 1,0 до 0,1).

В качестве измерительных приборов для термометров

с подвижной системой, состоящей из двух жестко связан­ ных рамок (обмоток), поворачивающихся на общей оси в зазоре между полюсами постоянного магнита и цилинд­ рическим сердечником. Обе рамки подключены к одно­ му источнику питания, причем одна через постоянное сопротивление, а в цепь другой рамки включен термо­ метр сопротивления. Токи, проходящие по рамкам, созда­ ют вращающие моменты, стремящиеся повернуть рамки перпендикулярно оси полюсов, причем моменты их нап­ равлены встречно. При температуре, принятой за начало шкалы прибора, токи в рамках равны и система уравно­ вешена. При изменении температуры и соответственно сопротивления термометра нарушается соотношение то­ ков в рамках и подвижная система логометра отклоня­ ется па угол, пропорциональный изменению сопротивле­ ния термометра. Шкалу логометра градуируют непосред­ ственно в градусах.

Принцип действия уравновешенного моста для изме­ рения температуры поясняется схемой (рис. 65). Призна­ ком равновесия моста является отсутствие электрическо­ го тока в диагонали моста. Для уравновешивания моста,

движок, отградуировать в граду­ сах, то положение движка по шкале определит измеряе­ мую температуру.

В автоматических электронных уравновешенных мо­ стах уравновешивание осуществляется при помощи асин­ хронного реверсивного двигателя, управляемого автома­ тически и непрерывно электронным усилителем. На вход усилителя поступает напряжение разбаланса измери­ тельной диагонали моста, преобразованное при помощи вибрирующего преобразователя в напряжение перемен­ ного тока, фаза которого зависит от полярности напря­ жения разбаланса. Реверсивный двигатель связан с пол­ зунком реохорда, а также с показывающей стрелкой, пе­ ремещающейся вдоль шкалы прибора, и с кареткой с пе­ ром, производящей регистрацию показаний на диаграмм­ ной ленте. В момент уравновешивания электродвигатель и ведомые им ползунок реохорда, а также стрелка и перо останавливаются

Наибольшее распространение в цветной металлургии получили термоэлектрические пирометры, обеспечиваю­ щие измерение в широком диапазоне температур. Термо­ электрический пирометр состоит из термопары, соедини­ тельных проводов и измерительного прибора.

Действие термопары основано па том, что в цепи, со­ ставленной из двух металлических проводников из раз­ личных материалов при неодинаковой температуре точек их соединения (спаев), возникает термоэлектродвижу­ щая сила, величина которой зависит от температуры спа­ ев. Термопара является преобразователем температуры в электрическую величину — разность потенциалов и служит датчиком температуры. Спай термопары, поме­ щаемой в среду, температура которой подлежит измере­

стоящее время допущены к применению в качестве стан­ дартных термопары следующих типов: платинородийплатиновая термопара (градуировка ПП); платиноро- дий-платинородиевая термопара (ПР 30/6); хромельалюмелевая термопара (ХА); хромель-копелевая тер­ мопара (ХК); термопара из сплавов НК-CA (градуиров­ ка НС).

Градуировочные характеристики стандартных термо­ пар показаны на рис. 66. Термопары градуируют при температуре свободных концов, равной 0°С.

В конструкторском бюро «Термоприбор» разработана конструкция термопары типа ТПР-0475, предназначен­ ной для измерения температуры расплавов медных шла­ ков и штейнов [105]. В термопаре использован защитный металлокерамический чехол из самосвязанного карбида кремния. Для защиты термоэлектродов от воздействия газов применен дополнительный внутренний чехол из оки­ си алюминия (рис. 67). Собранную термоэлектродную