Электрометаллургия

Автоматизация электрического режима дуговых сталеплавильных печей

Главным источником тепловой энергии в ДСП является энергия, выделяемая в горящих дугах.

Электрические дуги представляют собой активные нагрузки, соединенные по схеме «звезда», где общей точкой является металлическая шихта или расплавленный металл.

Самым энергетически емким периодом плавки, когда потребляется до 65% всей потребляемой энергии, является период расплавления. Управление энергетическим режимом в этот период имеет решающее значение. Существуют следующие методы управления.

В ДСП для прямого контроля доступна только потребляемая дуговой печью (активная) мощность (рис.→)

график

Активная мощность, усваиваемая печью, делится на: Рд – мощность, выделяемая в дуге; Рпот – мощность электрических потерь.

Мощность дуги делится на полезную мощность и мощность тепловых потерь.

Прямое измерение активной мощности не дает возможность управления электрическим режимом, так как существует экстремальная зависимость (рис.→). В результате этого прямое контролируемое значение мощности дуги не используется при управлении, так как стабилизирующая система будет поддерживать затратный режим РВ (а не РА). Поэтому на практике существует два способа управления энергетическим режимом: с помощью токового регулятора или дифференциального регулятора.

график

Токовые регуляторы

Токовые регуляторы просты, надежны и эффективны. Так как текущее значение рабочего тока каждой фазы контролируется, то при управлении возможно использовать обычные стабилизирующие системы, в которых формирование сигнала рассогласования Е пропорционально разности заданного тока и текущего тока:

формула

Но, несмотря на простоту, данный метод обладает существенным недостатком, так как при автоматическом управлении при зажигании дуги возможна поломка электрода.

график

В момент включения печи в работу есть Iзр , но Iтекр = 0 . Электроды пойдут вниз. В какой-то момент один электрод первым коснется шихты. Так как ток короткого замыкания при соединении в звезду не возникнет, пока шихты не коснется другой электрод, то первый электрод будет продолжать двигаться до поломки.

Кроме того, зависимость величины тока дуги от длины дуги Lд имеет нелинейный вид, что затрудняет функционирование токового регулятора.

Дифференциальный регулятор

Управление осуществляется путем поддержания определённого соотношения между величиной тока дуги и напряжением, подаваемым на электрод Uф:

формула

где Z – сопротивление дуги (импеданс);
a/b = Z0 – заданная величина сопротивления дуги.

По сути, дифференциальный регулятор регулирует импеданс (полное сопротивление) дуги, которое пропорционально величине рабочего тока. Коэффициенты a и b определяют заданные параметры электрического режима (как бы заданное сопротивление дуги).

При выбранной ступени напряжения регулирование электрического режима осуществляется и в токовом регуляторе и в дифференциальном регуляторе перемещением электрода, то есть изменением длины дуги. Но длину дуги измерить очень сложно, а ток можно мерить с любой точностью.

Существует множество способов технической реализации управления электрическим режима. Наиболее простой метод управления электрическим режимом – метод с использованием электромашинных усилителей (ЭМУ), которые обеспечивают перемещение электродов с небольшой скоростью (до 30 мм в секунду), хотя современные тиристорные привода и электрогидравлические привода обеспечивают скорость до 300 мм/с при диаметре электродов 600 мм.

Принципиальная схема управления электрич. режимом с помощью дифференциального регулятораСигналы, пропорциональные силе тока, с трансформатора ТТ, и напряжению с трансформатора ТН, алгебраически суммируются как падения напряжений на сопротивлениях Rт и Rн. Положение движков на этих сопротивлениях определяет заданное значение коэффициентов а и b. Сигнал, пропорциональный величине разности, подается на обмотку управления ОУ электромашинного усилителя с поперечным магнитным полем, который вращается двигателем. При этом на выходе ЭМУ появляется сигнал, пропорциональный напряжению на обмотке ОУ. Этот сигнал подается в цепь якоря двигателя привода электрода. Обмотка возбуждения ОВ двигателя Д запитывается от постороннего источника напряжения.

Компенсирующая обмотка КО и стабилизирующая обмотка СО предназначены для улучшения характеристик электромашинного усилителя. ЭМУ обычно работают на маломощных печах и обеспечивают скорость перемещения электрода до 1,5 м/мин (25-30 мм/с). Использование дифференциальной схемы с введением реле отключения РО позволяет осуществить автоматический пуск печи в работу.

При подаче напряжения на электроды все они находятся в верхнем положении. Тока нет, а напряжение есть. Под действием этого сигнала электроды пойдут вниз. Так как длина их различна, то первый коснувшийся шихты электрод остановится, так как отключается реле РО. При касании электродов фазы шихты реле оказывается включенным параллельно цепи электрод-шихта. Переходное сопротивление электрод-шихта меньше, чем высокоомное сопротивление катушки РО, и она отключается. Электрод останавливается.

При касании вторым электродом шихты в обоих электродах возникает ток технологического короткого замыкания, и электроды начинают подниматься вверх (дуги горят). Третий электрод зажигается самостоятельно.

Все рубрики