книги из ГПНТБ / Пирожников, В. Е. Автоматизация контроля и управления электросталеплавильными установками

В.Е. Пирожников , АФ. Каблуковский

;1:3& II

В . Е . П и р о ж н и к о в , А . Ф . К а б л у к о в с к и й

АВТОМАТИЗАЦИЯ

КОНТРОЛЯ

И УПРАВЛЕНИЯ

ЭЛЕКТРОСТАЛЕ­

ПЛАВИЛЬНЫМИ

УСТАНОВКАМИ

к о н т р о л ь н ы й

Сэ к з е м п л я р ___

гМОСКВА «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1974

с к и й А. Ф. М., «Металлургия», 1974, с. 208.

Рассмотрены вопросы автоматизации дуговых сталеплавильных печей, установок электрошлакового переплава, вакуумных дуговых печей и установок обогрева прибыльной части слитка. Приведен ряд конструкционных разработок систем автоматического управления элек­ тросталеплавильными установками. Описаны системы управления тех­ нологическим процессом плавки в дуговых сталеплавильных печах и производством стали в электросталеплавильном цехе с применением вычислительной техники.

Книга рассчитана на научных и инженерно-технических работни­ ков, занимающіеся вопросами автоматизации электросталеплавильного

а также студентами соответствующих специальностей. Ил. 100. Табл. 19. Список лит.: 106 назв.

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОН ТРОЛЯ И У П РА В ЛЕН И Я Э Л Е КТРОСТАЛЕПЛАВ ИЛЬНЫ М И »УСТАНОВКАМИ

© Издательство «Металлургия», 1974.

3101 — 019 41—74

040 (01) — 74

ВВЕДЕНИЕ

XXIV съезд КПСС определил дальнейшие пути развития народ­ ного хозяйства страны на основе высоких темпов социалистического производства, повышения его эффективности, ускорения роста про­ изводительности труда, улучшения качества выпускаемой продук­ ции, научно-технического прогресса, в том числе механизации

иавтоматизации.

Впостановлении ЦК КПСС о ходе работ по автоматизации техно­ логических процессов в черной металлургии подчеркивается, что осуществление комплексной автоматизации технологических про­ цессов является одним из решающих факторов успешного выполне­ ния задач, поставленных XXIV съездом партии перед метал­ лургами. Поэтому большое значение автоматизация технологических процессов имеет для развивающейся отрасли черной металлургии — электрометаллургии. Рациональный уровень автоматизации электро­ сталеплавильного производства позволит стандартизировать техноло­ гические операции, обеспечить высокий уровень производительно­ сти труда, улучшить качество металлопродукции, повысить экономи­ ческую эффективность производства.

Применение современных систем автоматизации для управления процессами выплавки и разливки стали обеспечивает четкое соблю­ дение установленной технологии, минимальный разброс физиче­ ских и механических свойств готового проката конкретной марки стали от плавки к плавке и стабильную экономию материальных

иэнергетических ресурсов.

Вближайшее десятилетие в существующих, новых и строящихся электросталеплавильных цехах предстоит выполнить комплекс ра­ бот по усовершенствованию и реконструкции основного и вспомога­ тельного оборудования, повышению мощности трансформаторов, разработке и внедрению в производство новых технологических процессов, включающих обработку металла вне плавильного агре­ гата газами, их смесями и вакуумом, легирование расплавов жидкими лигатурами и ферросплавами, а также по созданию рациональных систем автоматического управления процессом выплавки, внепечной обработки и разливки стали.

Всвязи с повышением удельной мощности трансформатора до 800— 1200 кВА/т дуговые сталеплавильные печи будут использо­ ваться в основном для расплавления твердой садки. Рафинирование стали будет осуществляться вне печных агрегатов. Предусматри­ вается дальнейшее развитие вакуумной металлургии и электрошлакового переплава.

Исходя из перспектив развития электросталеплавильного про­ изводства представляется целесообразным обобщить проведенные работы по контролю и автоматизации технологического процесса плавки стали в дуговых печах и на установках вакуумного и электрощлакового переплава.

5

Г л а в а I

ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ

1.Условия регулирования электрического режима

вдуговых сталеплавильных печах

Процесс плавки в дуговой сталеплавильной печи состоит в ос­ новном из трех технологических этапов: плавления твердой шихты, окисления (кипения) ванны и ее раскисления (восстановитель! ый период). Период плавления шихты составляет свыше половины про­ должительности всей плавки, в этот период расходуется 60—80% электроэнергии, потребляемой на плавку. Загружаемая в печь шихта состоит обычно из стального лома, стружки, обрези прокат­ ных цехов, чугуна и т. д. До завалки шихты на подину печи подается некоторое количество извести.

Пуск печи происходит при включенных автоматических регуля­ торах трех фаз и поднятых электродах. Под воздействием автома­ тических регуляторов электроды начинают опускаться. В печах с непроводящей подиной при дифференциальной системе автомати­ ческого регулирования электрод, который первым касается шихты, немедленно останавливается. После соприкосновения с шихтой другого электрода возникает ток короткого замыкания. В резуль­ тате действия автоматических регуляторов электроды начинают перемещаться вверх, а между шихтой и электродами зажигаются дуги. После соприкосновения с шихтой третьего электрода зажи­ гается третья дуга.

В первый период плавления вследствие холодного металла и остывшей печи дуги имеют очень малую длину (несколько милли­ метров), горят беспокойно, перебрасываются с одного куска металла на другой. В небольшом объеме под электродами выделяется мощ­ ность, измеряемая тысячами киловатт. В шихте образуются «ко­ лодцы», в которые опускаются электроды. Обвал стенок этих колод­ цев вызывает частые толчки тока и короткие замыкания, в резуль­ тате чего возникают резкие колебания мощности. Частота этих колебаний достигает 10—20 в 1 мин.

Каждое короткое замыкание приводит к резкому уменьшению или прекращению полезного выделения мощности при максимальных потерях и значительном снижении коэффициента мощности печи. Так продолжается до тех пор, пока колодцы не достигнут подины, а электроды — своей наинизшей точки. После этого происходит расплавление окружающей шихты. В этот период вместо требуемых постоянных во времени величин тока и мощности возникают непре­ рывные толчкообразные нарастания и сбросы нагрузки и мощности,

7

превышающие по амплитуде заданные нормальные значения. Это приводит к затягиванию периода расплавления, понижению произ­ водительности печи, увеличению расхода электроэнергии и электро­ дов и снижению коэффициента мощности. Поэтому в этот период от регулятора печи требуется особенно большое быстродей­ ствие.

Период окончания плавления является непродолжительным и характеризуется тем, что основная часть шихты уже расплавилась и остались только небольшие остатки шихты на откосах, а также тем, что электрические дуги горят открыто, излучая значительное количество энергии на футеровку стен и свода печи. При этом тепловосприимчивость жидкого металла очень низка, а жидкий шлак, покрывающий металл, отражает значительное количество энергии на футеровку печи. В этот период плавки необходимо снижать мощ­ ность и величину питающего напряжения печи. Работа регуляторов в этот период облегчается, так как длины дуг, как уже было сказано, увеличиваются, а короткие замыкания и обрывы дуг становятся ред­ кими.

В период окисления потребляемая мощность идет в основном на восполнение части тепловых потерь, нагрев металла (80— 120° С) и протекание физико-химических процессов.

Введение руды или газообразного кислорода для окисления углерода, фосфора и других элементов вызывает энергичное кипение металла. Изменение уровня металла и шлака может привести к пери­ одическим и непрерывным изменениям величины токов печи до ±20—30% номинальной величины. Частота этих колебаний на­ столько велика, что обычно регулятор не успевает следить за отдель­ ными колебаниями тока, да в этом нет и необходимости, поскольку колебания весьма кратковременны. Длина дуги в этот период до­ стигает нескольких десятков миллиметров.

В восстановительный период плавки вся масса металла расплавлена, происходит удаление серы, кислорода, добавляют соответствующие легирующие элементы. Весь период за исключением моментов наведения шлака, характеризуется весьма спокойным электрическим режимом. Дуги имеют значительную длину. Металл покрыт толстым слоем шлака. Регулирование в этот период, как правило, не сопровождается существенными колебаниями. Потре­ бляемая мощность снижается и достигает 0,3—0,6 номинального значения, одновременно уменьшается напряжение примерно до 0,6 номинального. От регулятора в этот период требуются высокие чувствительность и точность регулирования для точного соблюдения положения концов электродов относительно верхней границы слоя шлака, чтобы избежать науглероживания металла.

Помимо указанных выше колебаний силы тока и мощности в ду­ говых печах, наблюдаются высокочастотные колебания, вызванные воздействием дуг отдельных фаз друг на друга.

Таким образом, задачи автоматического регулирования режима дуговой сталеплавильной печи заключаются в следующем:

1) автоматическое зажигание дуг;

8

2) регулирование с заданной точностью вводимой в печь мощ­ ности, причем процесс регулирования не должен сопровождаться колебаниями;

3) изменение питающего печь напряжения в течение плавки

всоответствии с задаваемой оператором программой;

4)возможна более быстрая ликвидация всех нарушений режима, вызванных проходящими в ванне печи процессами.

2. Силовая часть дуговой сталеплавильной печи

Электрическая схема трехфазной дуговой сталеплавильной печи представлена на рис. 1. Отдельные элементы схемы выполняют следующие функции. Воздушный разъединитель 1 служит для созда­ ния видимого разрыва силовой цепи дуговой сталеплавильной печи. Высоковольтный масляный выключатель 2 совместно с аппаратурой защиты предохраняет печь от опасных коротких замыканий. Масля­ ный выключатель служит также для оперативного включения и от­ ключения печи под нагрузкой. Дроссель 3 включается последова­ тельно на стороне высокого напряжения перед печным трансформа­ тором 5. Дроссель ограничивает броски тока при эксплуатационных коротких замыканиях и стабилизи­ рует горение дуги. По окончании расплавления шихты дроссель шун­ тируется высоковольтным масляным выключателем 4. Печной трансфор­ матор служит для понижения напря­ жения и регулирования его величи­ ны. Масляный выключатель 6 позво­

тока ТТ и напряжения ТН уста­ навливают для измерительных при­ боров на стороне высокого напря­ жения (амперметра, вольтметра, ватт­ метра, счетчика активной и реак­ тивной энергии) и для защитных устройств (реле максимального тока мгновенного действия, реле мини­ мального напряжения). Реле мак­

ключатель 2, имеет выдержку вре­ мени, величина которой снижается

9