Автоматический регулятор мощности дуговой электропечи

(А.с. 1103367 H05 B7/148)

Изобретение относится к электротермии, в частности к автоматическим регуляторам положения электродов дуговых сталеплавильных электропечей.

По основному авт. св. № 924923 известен автоматический регулятор мощности дуговой электропечи, содержащий реверсивный тиристорный преобразователь, задатчик мощности, к выходу которого подключен вход элемента ограничения, соединенного выходом с первым входом сумматора, второй вход которого через первый управляемый ключ связан с источником постоянного напряжения, а выход подключен к тиристорному преобразователю, релейный элемент времени, вход которого через пороговый элемент соединен с выходом задатчика мощности, а выход связан с управляющим входом ключа, элемент ИЛИ, включенный между релейным элементом времени и управляющим входом ключа, и блок контроля напряжения питания на электродах печи, связанный через реле времени со вторым входом элемента ИЛИ [1].

В этом автоматическом регуляторе производится контроль напряжения на электродах печи и формирование импульсного сигнала на приподъем электродов при исчезновении на них напряжения питания, благодаря чему исключается науглероживание жидкой стали при отключении печи.

Однако данный автоматический регулятор не исключает науглероживание жидкой стали при пуске печи с расплавленной шихтой. Так, при пуске печи с расплавленной шихтой, например, после наращивания или смены одного из электродов, двигатели механизмов перемещения электродов печи под действием напряжения на выходе датчиков напряжения дуги перемещают электроды вниз. При соприкосновении одного из электродов печи, например фазы А, с жидким шлаком, находящимся на поверхности жидкого металла, исчезает переменное напряжение на входе датчика напряжения фазы А, однако двигатель перемещения электрода фазы А продолжает перемещать его вниз за счет действия напряжения, обусловленного током разряда конденсатора выходного фильтра канала измерения напряжения дуги задатчика мощности, что приводит к погружению электрода в жидкий металл и, следовательно, к его науглероживанию.

Целью изобретения является снижение инерционности для повышения качества выплавляемой стали за счет исключения возможности науглероживания стали при пуске печи с расплавленной шихтой.

Указанная цель достигается тем, что автоматический регулятор мощности дуговой электропечи по авт. св. № 924923 дополнительно снабжен элементом ИЛИ-НЕ, элементом НЕ и элементом И, выход которого соединен с третьим входом сумматора, его первый вход через элемент НЕ соединен с выходом блока контроля напряжения питания на электродах печи, второй вход элемента И соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым входами задатчика мощности.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого автоматического регулятора, на фиг.2 принципиальная схема задатчика мощности.

Выход задатчика 1 мощности соединен с входами порогового элемента 2 и элемента 3 ограничения, выход которого подсоединен к первому входу 4 сумматора 5. Выход порогового элемента 2 подключен через релейный элемент 6 времени к первому входу 7 элемента ИЛИ 8, второй вход 9 которого соединен через реле времени 10 с выходом блока 11 контроля напряжения питания на электродах 12 печи 13. Выход элемента ИЛИ 8 подключен к первому входу 14 управляемого ключа 15, второй вход 16 которого соединен с источником 17 постоянного напряжения. Выход управляемого ключа 15 соединен со вторым входом 18 сумматора 5, выход которого соединен с управляющим входом реверсивного тиристорного преобразователя 19, к выходу которого подключен двигатель 20 перемещения электрода 12. Выход элемента И 21 подключен к входу 22 сумматора 5, а его вход 23 через элемент НЕ 24 соединен с выходом блока 11 контроля напряжения питания на электродах 12 печи 13. Второй вход 25 элемента И 21 соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ 26, входы 27 и 28 которого соединены соответственно с входами 29 и 30 задатчика 1 мощности. Задатчик 1 мощности содержит два разделительных трансформатора 31 и 32, два выпрямительных моста 33 и 34, два активно-емкостных фильтра 35 и 36, на выход которых включены соответственно потенциометры 37 и 38 задания тока и напряжения дуги.

Фис.1

Фиг.2

Автоматический регулятор работает следующим образом. При наличии напряжения на электродах 12 печи 13 и отсутствии отклонения от заданного значения режима печи сигнал на выходе собственно устройства сравнения 1 отсутствует. Напряжение на управляющем входе реверсивного преобразователя 19 равно нулю, двигатель 20 перемещения электрода 12 неподвижен. Сигналы на вы­ходе блока контроля, напряжения питания 11 на электродах 12 печи 13 и на втором входе 9 элемента ИЛИ отсутствует. Отсутствует также сигналы на выходе элемента ИЛИ-НЕ 26, на втором входе 25 элемента И 21 и на запрещающем входе 22 сумматора 5. Сигналы на выходе элемента НЕ 24 и на первом входе 23 элемента И 21 отсутствуют.

При нарушении заданного режима в печи на выходах собственно устройства сравнения 1, элемента ограничения 3, порогового элемента 2 и сумматора 5 появляются сигналы, величина и полярность которых зависит от величины и характера возмущения. При этом двигатель 20 разгоняется, перемещая электрод 12 в направлении компенсации рассогласования. Если сигнал рассогласования, поступающий с выхода собственно устройства сравнения 1, небольшой величины (меньше порога насыщения элемента ограничения 3), то двигатель 20 разгоняется до пониженной скорости, величина которой пропорциональна величине напряжения на выходе сумматора.

В случае дальнейшего роста сигнала рассогласования скорость двигателя 20 возрастает и при достижении им величины порога насыщения элемента ограничения 3 дальнейшее увеличение скорости двигателя 20 прекращается. Электрод 12 перемещается с пониженной скоростью, при этом появляется сигнал на выходе порогового элемента 2 и на входе релейного элемента времени 6, выдержка времени которого обратно пропорциональна величине возмущения. По истече­нии выдержки времени релейного элемента 6 появляется сигнал на первом входе 7 элемента ИЛИ 8 и на первом входе 14 управляемого ключа 15, при этом на втором входе 18 сумматора 5 появляется напряжение от источника 17. Сигнал задания скорости перемещения электрода на выходе сумматора резко возрастает и двигатель 20 разгоняется до максимальной скорости.

После уменьшения возмущения до величины, меньшей порога срабатывания порогового элемента 2, исчезает сигнал на его выходе, на первом входе 7 элемента ИЛИ 8 и на первом входе 14 управ­ляемого ключа 15. Источник постоянного напряжения 17 отключается от второго входа 18 сумматора 5. Напряжение задания скорости вращения двигателя снижается до величины порога насыщения элемента ограничения 3 и скорость двигателя 20 снижается с максималь­ной до пониженной. При уменьшении возмущения до нуля двигатель останавливается.

В случае исчезновения напряжения питания на электродах 12 печи 13, например, за счет отключения высоковольтного выключателя печного трансформатора по сигналу устройства защиты, сигналы на входах 29 и 30 собственно устройства сравнения 1, входах 27 и 28 элемента ИЛИ-НЕ 26, пропорциональные току и напряжению фазы, исче­зают. При этой появляется сигнал на выходе элемента ИЛИ-НЕ 26 и на втором входе 25 элемента И 21. Исчезает сигнал и на входе блока 11 контроля напряжения питания на электродах 12, при этом появляется сигнал на его выходе, на выходе реле времени 10, втором входе 9 элемента ИЛИ 8, первом входе 14 управляемого ключа 15 и на входе элемента НЕ 24, сигнал на первом входе 23 элемента и 21 исчезает. При появлении сигнала на первом входе 14 управляемого ключа 15 появляется напряжение на втором входе 18 сумматора 5 от источника 17. При этом двигатель 20 разгоняется в направлении подъема электрода 12, приподнимая его на определенное расстояние. Выдержка времени реле времени 10 (время наличия сигнала на выходе реле времени) выбирается такой, чтобы к моменту исчезновения сигнала на выходе реле времени 10 переходной процесс в выходной цепи собственно устройства сравнения 1 закончился и сигнал на его выходе, обусловленный током разряда конденсаторов его выходных фильтров, исчез. При исчезновении сигнала на выходе реле времени 10 исчезает сигналы на втором входе 9 элемента ИЛИ 8 и на первом входе 14 управляемого ключа 15. Источник постоянного напря­жения 17 отключается от входа 18 сумматора 5. Напряжение задания скорости вращения двигателя 20 снижается до нуля и двигатель останавливается. После подачи напряжения, на электроды 12 регулятор запускается в работу.

При пуске печи с расплавленной шихтой, например, после наращивания или смены одного из электродов печи дуга еще не горит. Сигнал на входе 29 собственно устройства сравнения 1 отсутствует, отсутствует также сигнал на выходе блока контроля напряжения питания 11 на электродах 12. Сигнал на входе 23 элемента И 21 присутствует, присутствует также сигнал на втором входе 30 собственно устройства сравнения 1 и втором входе 28 элемента ИЛИ-НЕ 26. Сигнал на втором входе 25 элемента И 21 и запрещающем входе 22 сумматора 5 отсутствуют.

В это время двигатель 20 под действием напряжения на втором входе 30, поступающего через собственно устройство сравнения 1, элемент ограничения 3 и сумматор 5 на управляющий вход реверсивного тиристорного преобразователя 19, перемещает электрод 12 вниз. При соприкосновении электрода 12 с жидким шлаком, находящимся на поверхности жидкого металла, исчезают сигналы на втором входе 30 собственно устройства сравнения 1, на втором входе 28 элемента ИЛИ-НЕ 26 и появляются сигналы на втором входе 25 и выходе элемента И 21, а также на запрещающем входе 22 сумматора 5. При появлении сигнала на запрещающем входе 22 сумматора 5 исчезают сигналы на выходе сумматора 5 и управляющем входе реверсивного тиристорного преобразователя 19. При этом двигатель 20 останавливается, прекращая опускать электрод 12. В это время идет процесс разряда конденсатора выходного фильтра канала измерения напряжения дуги собственно устройства сравнения 1. При подходе второго электрода к жидкому шлаку появляются сигналы на первом входе 29 собственно устройства сравнения 1 и первом входе 27 элемента ИЛИ-НЕ 26. При появлении сигнала на первом входе 27 элемента ИЛИ-НЕ 26 исчезают сигналы на его выходе, на втором входе 25 элемента И 21 и запрещающем входе 22 сумматора 5. При исчез­новении сигнала на запрещающем входе 22 сумматора 5 сигнал с выхода собственно устройства сравнения 1 через элемент ограниче­ния 3 и сумматор 5 поступает на управляющий вход реверсивного тиристорного преобразователя 19, при этом двигатель 20 разгоняется в противоположном направлении, приподнимая электрод 12 на расстояние, соответствующее заданию, и зажигая электрическую дугу. При зажигании дуги появляются сигналы на втором входе 30 собственно устройства сравнения 1 и втором входе 28 элемента ИЛИ-НЕ 26. В дальнейшем работа устройства повторяется.

Таким образом, предлагаемый регулятор положения обеспечивает автоматический приподъем электродов печи при исчезновении на них напряжения питания, а также отключает задатчик мощности от управляющего входа реверсивного тиристорного преобразователя при соприкосновении электрода с жидким шлаком и отсутствии сигнала, пропорционального току дуги на входе задатчика мощности, благодаря чему исключается возможность погружения электродов в жидкий металл и, следовательно, его науглероживание.

Для выполнения функции регулирования положения электродов многофазной дуговой сталеплавильной печи система регулирования должна содержать каналы измерения напряжения и тока дуги (для каждой фазы), которые представляют собой преобразователи однофазного переменного напряжения и тока в сигнал постоянного напряжения и обычно включают в себя согласующие разделительные трансформаторы, однофазные полупроводниковые выпрямители и сглаживающие фильтры, на выход которых включены потенциометры задания и регулирования напряжения и тока дуги. Применение сглаживающих фильтров является совершенно необходимым при управлении быстродействующим тиристорным электроприводом механизма перемещения электрода (без них пульсации сигнала рассогласования отрабатываются быстродействующим тиристорным электроприводом, как полезный сигнал и нормальная работа системы регулирования будет невозможной).Наличие же фильтров вносит известную инерционность в систему регулирования, так как каналы измерения напряжения и тока фазы печи с позиций теории автоматического регулирования представляют собой апериодические звенья, что снижает показатели качества регулирования системы в целом (быстродействие, перерегулирование, время регулирования, динамическая ошибка).

С другой стороны, инерционность каналов измерения напряжения и тока дуги задатчика мощности в значительной мере влияет на качество выплавляемой стали и производительность электропечного агрегата.Так, при пуске печи на жидкую сталь электроды печи под действием напряжения на выходе потенциометра канала измерения напряжения дуги перемещаются вниз.При соприкосновении одного из электродов с жидким шлаком переменное напряжение на входе канала измерения напряжения фазы становится равным нулю.Однако сигнал постоянного тока на выходе канала измерения напряжения дуги достигает нулевого значения с некоторой задержкой, определяемой постоянной времени звена измерения напряжения дуги. Под действием этого спадающего напряжения электрод будет продолжать перемещаться вниз, погружаясь в жидкий металл, науглероживая последний.

Кроме того, как показала практика эксплуатации регуляторов мощности, большое погружение одного из электродов в жидкую сталь затрудняет пуск печи с расплавленной шихтой (чем больше погружение, тем больше время отработки регулятором коротких замыканий при касании вторым электродом жидкого шлака).Если время отработки коротких замыканий больше времени срабатывания защиты печного трансформатора, то зажигание электрических дуг не происходит, так как в этом случае раньше произойдет отключение от сети печного трансформатора по сигналу токо-временной защиты.На практике повторный пуск печи осуществляется после перевода системы в ручной режим работы и приподъема электродов печи на небольшое расстояние над жидкой сталью. Это обстоятельство снижает производительность сталеплавильного агрегата.

В предлагаемом регуляторе положения для исключения возможности опускания электродов в жидкий металл при пуске печи на жидкую сталь формируется запрещающий сигнал, отключающий задатчик мощности от управляющего входа реверсивного тиристорного преобразователя. При снятии сигнала с управляющего входа реверсивного тиристорного преобразователя электродвигатель перемещения электрода останавливается за счет действия рекуперативного торможения, прекращая перемещать электрод. При подходе второго электрода к жидкому шлаку запрещающий сигнал снимается и в дальнейшем не влияет на процесс регулирования.

Таким образом, использование предлагаемого регулятора положения позволяет не только предотвратить науглероживание жидкой стали и тем самым повысить ее качество, но и повысить производительность электропечного агрегата в целом.