CS201166B1 - Způsob řízení odporově-obloukové pece - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu řízení odporově-obloukové pece, který mimo automatické regulace proudu elektrod umožňuje i automatické řízení napětí na elektrodách topného systému pece a zakládání kmene.

Odporově- obloukové pece umožňují tavit za vysokých teplot materiály se záporným teplotním součinitelem odporu. Tavení se provádí buá odporovým způsobem, kdy elektrody topného systému pece jsou ponořeny do taveniny, anebo způsobem odporově-obloukovým, kdy elektrody jsou nad hladinou a nedotýkají se taveniny. Teplo pak vzniká nejen přímo v tavenině průchodem elektrického proudu, ale také v oblouku, který hoří nad hladinou a z kterého se teplo předává do taveniny převážně zářením. Na dosud známých odporově-obloukových pecích se řízení provádí pouze automatickou regulací proudu elektrod na konstantní hodnotu. Akční veličinou této regulace je podélný posuv elektrod. Automatické řízení napětí na elektrodách se neprovádí a je buď během tavícího prooesu konstantní anebo se řídí ručně podle subjektivního rozhodnutí obsluhy. Řízení zakládání kmene se provádí buá pouze ručně nebo pouhým časovým nastavením velikosti dávky a prodlevy zakládání. Měření teploty taveniny uvnitř obloukově—odporové pece se neprovádí, neboť je obtížné z několika důvodů· Jednak teplota přesahuje hranici 2500 K, takže v oblasti elektrod nelze umístit čidlo pro její měření. Dále pak pecní atmosféra obsahuje rozptýlené částice prachu od zakládaného

201 166

- 2 201 180 kmene, jejichž hustota se během tavicího procesu mění a nedovoluje tak použít optické měření teploty taveniny v oblasti elektrod. Následkem toho neexistuje vazba mezi teplotou taveniny, příkonem a zakládaným množstvím kmene do pece. Proto automatická regulace proudu elektrod na konstantní hodnotu s nezávislým řízením zakládání kmene a napětí na elektro dách neumožňuje udržet nastavený způsob tavení po celou dobu tavicího procesu bez zásahu nebo pouze s minimálními zásahy obsluhy,. Aby obsluha udržela nastavený způsob tavení, buí odporový nebo odporově-obloukový, musí v jistých intervalech sledovat polohu dolního čela elektrod vzhledem k hladině taveniny přímým pozorováním při otevřeném víku pozorovacího otvoru pece. Přímé pozorování, vzhledem k teplotě uvnitř pece, je z hlediska hygieny práce nevhodné. Kromě toho se po dobu přímého pozorování elektrod zvyěují tepelné ztráty pece a porušuje se tlak a složení pecní atmosféry. Nakonec však i odhad polohy dolního čela elektrod vzhledem k hladině taveniny není přesný, neboť je zatížen subjektivní chybou obsluhy.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny způsobem řízení odporově-obloukové pece s alespoň jedním systémeme elektrod, jehož podstata je, že se vyhodnocuje změna teploty taveniny v oblasti elektrod pomocí změny polohy dolního čela elektrod a že při posunutí dolního čela tavících elektrod z pracovní oblasti do oblasti mezní polohy vlivem regulace proudu tavičích elektrod na konstantní hodnotu a podle dosažené výšky hladiny taveniny se provede změna napětí na tavících elektrodách nebo založení knene a že při posunutí dolního čela příhřevových elektrod z pracovní oblasti do oblasti mezní polohy vlivem regulace prou du příhřevových elektrod na konstantní hodnotu se provede změna napětí na příhřevových elektrodách. Poloha dolního čela každé elektrody se průběžně vyhodnocuje součtem třísignálů, přičemž dva signály, rozlišené polaritou, jsou úměrné posuvům elektrody směrem nahoru a dolů, třetí signál aproximuje uhořívání elektrody během tavicího procesu a je úměrný času s polaritou shodnou se signálem posuvu elektrody směrem nahoru. Po uplynutí nastaveného časového intervalu se při vypnuté regulaci proudu elektrod na konstantní hodnotu alespoň jednoho systému elektrod nastaví dolní čelo tohoto systému elektrod na hladinu taveniny a současně s tím se opraví součet tří signálů každé elektrody tohoto systému na hod notu, která odpovídá poloze dolního čela elektrody na hladině taveniny. Dalěí podstatou způsobu podle vynálezu je, že se při posunutí dolního čela tavičích elektrod do oblasti dolní mezní polohy, provede taková změna napětí na tavicíoh elektrodách směrem nahoru, že se dolní čelo tavičích elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune zpět do pracovní oblasti. Při posunutí dolního čela tavicíoh elektrod do oblasti horní mezní polohy, provede se založení kmene o takové velikosti dávky, že se dolní čelo tavičích elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune zpět do pracovní oblasti. Při posunutí dolního čela tavicíoh elektrod do oblasti horní mezní polohy a výšce hladiny taveniny přesahující žádanou hodnotu, provede se taková změna napětí na tavičích elektrodách směrem dolů, že se dolní čelo tavících elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune zpět do pracévní oblasti. Při poklesu výšky hladiny taveniny pod žádanou hodnotu, provede se taková změna napětí na tavicíoh elektrodách smě201 IBS

- 3 rem nahoru, že ae dolní čelo tavících elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune do oblasti horní mezní polohy. Při posunutí dolního čela příhřevových elektrod do oblasti dolní mezní polohy, provede ae taková změna napětí na příhřevových elektrodách směrem nahoru, že se dolní čelo příhřevových elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune zpět do pracovní oblasti. Při posunutí dolního cela příhřevových elektrod do oblasti horní mezní polohy provede se obdobná změna napětí na příhřevových elektrodách, avšak směrem dolů.

Způsob řízení odporově-obloukovó pece podle vynálezu umožňuje podstatně zlepšit hygienu práce, nebo? obsluha nemusí otevírat víko pozorovacího otvoru a není tím vystavována účinkům nadměrného tepelného a světelného záření. Tím se zmenší tepelné ztráty pece, celková spotřeba elektrické energie se sníží a odstraní se poruchy tlaku a složení pecní atmosféry. Dále způsob řízení podle vynálezu umožňuje odstranit subjektivní zásahy obsluhy a dosáhnout tak plně automatizovaného tavicího procesu a podmínek kontinuálního tavení, nebo? další výhodou uvedeného způsobu řízení je, že zavádí optimální vazby do procesu řízení. Tyto vazby umožňují řídit napětí napájecího zdroje elektrod a tím i příkon v závislosti na nastaveném proudu elektrod podle teploty taveniny v oblasti elektrod a podle množství vytékající taveniny. Dále umožňuje optimalizovat množství založeného kmene podle příkonu elektrod a okamžik založení podle teploty taveniny v oblasti elektrod. Obsluha pak nastavuje pou ze žádanou hodnotu proudu elektrod. Ostatní parametry, jako jsou mezní polohy dolního čela elektrod, velikost dávky kmene a výška hladiny taveniny obsluha nenastavuje, nebo? se vzhle dera k provozně-technologickým podmínkám odporově-obloukové pece zpravidla nemění. Způsob řízení odporově-obloukové pece podle vynálezu také příznivě ovlivňuje její životnost, nebo? automatické sledování polohy dolního čela elektrod odstraňuje nebezpečí propálení dna pece při odporovém způsobu tavení. Dále pak při odporově-obloukovém způsobu tavení zamezuje vzniku dlouhého oblouku, který zvyšuje tepelné namáhání kleaby pece.

Vynález je blíže objasněn v následujícím popise a na výkrese, který znázorňuje blokové schéma způsobu řízení odporově-obloukové pece podle vynálezu.

Pro řízení odporově-obloukové pece je použita regulace proudu elektrod na konstantní hodnotu jako regulace základní. Akční veličinou této regulace je podélný posuv elektrod. Poruchovou veličinou při konstantním napětí na elektrodách a při konstantní výšce hladiny je teplota taveniny. Je-li tato poruchová veličina konstantní, je podélným posuvem elektrod kompenzováno pouze jejich uhořívání, takže jejich dolní čelo nemění polohu při konstantním proudu elektrod. Změna teploty taveniny vyvolá současně změnu odporu taveniny, jako teplotně závislého odporu, čímž vznikne regulační odcnylka proudu elektrod. Tato regulační odchylka je kompenzována rovněž podélným posuvem elektrod. Při zvýšení teploty taveniny se vlivem záporného teplotního součinitele odporu taveniny elektrody zvedají a při snížení teploty taveniny klesají až do polohy, kdy odpor mezi elektrodami je roven hodnotě odporu před změnou teploty taveniny. U odporového způsobu tavení podélný posuv elektrod kompenzuje teplotní změnu odporu taveniny změnou plochy elektrody, která se stýká s taveninou. Naproti tomu u odporově-obloukového způsobu tavení podélný posuv elektrod kompenzuje teplotní změnu od- 4 201 106 póru taveniny změnou délky oblouku, který hoří mezi hladinou taveniny a dolním čelem elektrod. Při výše popsané kompenzaci změny teploty taveniny podélným posuvem elektrod, dojde i ke změně polohy jejich dolního čela, která je/úměrná změně teploty taveniny v oblasti elektrod. Proto je základní regulace proudu elektrod na konstantní hodnotu doplněna podle vynálezu sledováním okamžité polohy dolního čela elektrod. Dolní Čelo elektrod m&že zaujímat následující polohy podle nastaveného způsobu tavení* Při odporovém způsobu tavení je horní mezní polohou dolního čela elektrod hladina taveniny a dolní mezní polohou maximální dovolená hloubka ponoření. Mezi těmito dvěma polohami je pracovní oblast dolního čela elektrod při odporovém způsobu tavení. Naproti tomu při odporově-obloukovém způsobu taveáí Je horní mezní polohou dolního čela elektrod maximální dovolená výška nad hladinou taveniny a dolní mezní polohou je hladina taveniny. Mezi těmito dvěma polohami je pracovní oblast dolního čela elektrod při odporově-obloukovém způsobu tavení. Odporově-obloukové peoe mají zpravidla pouze taviči elektrody napájené z jednoho napájecího zdroje. Existují věak i odporověobloukové pece, které mají mimo taviči elektrody i elektrody příhřevové, které jsou umístěny v prostoru výtoku taveniny. Napájeny jsou pak ze samostatného napájecího zdroje. Řízení napětí na tavících elektrodách a zakládání kmene při konstantním proudu elektrod se podle vynálezu provádí v závislosti na poloze dolního čela elektrod a na dosažené výšce hladiny taveniny následujícím způsobem. Při posunutí dolního čela tavících elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu do oblasti dolní mezní polohy, provede se taková změna napětí na tavících elektrodách směrem nahoru, že se dolní čelo tavících elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune zpět do pracovní oblasti. Při posunutí dolního čela tavících elektrod vlivem regulace jejioh proudu na konstantní hodnotu do oblasti heorní mezní polohy, provede se založení kmene o takové velikosti dávky, že se dolní čelo tavioích elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune zpět do pracovní oblasti. Při posunutí dolního čela tavících elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu do oblasti horní mezní polohy a výšce hladiny taveniny přesahující žádanou hodnotu, provede se taková změna napětí na tavioích elektrodách směrem dolů, že se * dolní čelo tavících elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune zpět do pracovní oblasti. Při poklesu výšky hladiny taveniny pod žádanou hodnotu, provede se taková změna napětí na tavicíoh elektrodách směrem nahoru, že se dolní čelo tavloíoh elektrod vlivem regulace jejioh proudu na konstantní hodnotu posune do oblasti horní mezní polohy.

Z výše uvedeného popisu vyplývá, že při konstantním proudu tavících elektrod je jejich příkon řízen podle vynálezu způsobem, který je ekvivalentní způsobu řízení podle teploty taveniny v oblasti tavicíoh elektrod, ale současně je řízen i podle množství vytékající taveniny, nebol změna výšky hladiny je úměrná změně množství vytékající taveniny. Dále je tímto způsobem optimalizován okamžik založení kmene, nebol založení se provede vždy do předehřáté taveniny. Frekvence zakládání je při konstantní velikosti dávky kmene závislá na rychlosti, s jakou se tavenina předehřívá. Rychlost předehříváni je úměrná příkonu tavioích elektrod. Tím je optimalizováno i celkové množství založeného kmene podle příkonu tavicíoh elektrod. Změnou velikosti dávky kmene se dosáhne změny frekvence zakládání při zachování celkového

201 166 množství založeného kmene. Velikost dávky kmene také určuje poažadované posunutí dolního čela tavících elektrod po založení kmene zpět do pracovní oblasti. Řízení napětí na příhřevových elektrodách se podle vynálezu provádí v závislosti na poloze dolního čela příhřevových elektrod následujícím způsobem. Při posunutí dolního čela příhřevových elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu do oblasti dolní mezní polohy, provede se taková změna napětí na příhřevových elektrodách směrem nahoru, že se dolní čelo příhřevových elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune zpět do pracovní oblasti. Při posunutí dolního čela příhřevových elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu do oblasti horní mezní polohy, provede se obdobná změna napětí na příhřevových elektrodách, avšak směrem dolů. Tím je při konstantním proudu příhřevových elektrod řízen jejich příkon podle vynálezu způsobem, který je ekvivalentní způsobu řízení podle teploty taveniny v prostoru jejího výtoku. Obsluha pak se omezí pouze na nastavení žádané hodnoty proudu elektrod. Ostatní parametry, jako jsou mezní polohy dolního čela elektrod, velikost dávky kmena a výška hladiny taveniny, obsluha nenastavuje, nebot se vzhledem k provozně-technologickým podmínkám odporově-obloukové pece zpravidla nemění.Pro optimální nastavení příkonu napájecích zdrojů odporové-obloukové pece podle vynálezu platí že se má tavenina v oblasti tavících „elektrod mírně přehřívat, čímž se jejich dolní čelo posune až do oblasti horní mezní polohy. Následkem tohoto se provede založení kmene, tavenina v oblasti tavících elektrod se ochladí a dolní čelo tavičích elektrod se posune zpět do pracovní oblasti. Tím se v taviči části odporově-obloukové pece při rovnoměrném výtoku taveniny stabilizuje teplota taveniny zakládáním kmene, aniž se provádí změna napětí napájecího zdroje tavičích elektrod. Příkon příhřevových elektrod v prostoru výtoku taveniny se nastaví na hodnotu odpovídající tepelným ztrátám v této části pece a teplotě vytékající taveniny. Případné změny teploty taveniny vyvolají posunutí dolního čela příhřevových elek· trod do jedné z mezních poloh, které má za následek změnu napětí napájecího zdroje příhřevových elektrod a tím i změnu příkonu. Tím je stabilizována teplota taveniny i v prostoru výtoku odporově-obloukové pece.

Na výkrese je blokové schéma řízení odporově-obloukové pece 2 s hladinou 2 taveniny 2 podle vynálezů, ve které jsou umístěny tavící elektrody 2» 2, 2 připojené na napájecí zdroj 2» Obvod základní regulace proudu elektrody 2 na konstantní hodnotu je tvořen proudovým transformátorem 2» na jehož sekundář je připojen proudový převodník 10. který je společně s obvodem 11 žádané hodnoty proudu elektrody 2 připojen na součtový člen 12 regulační odchylky. Jeho výstup je připojen na regulátor 13. který ovládá akční člen 14 podélného posuvu elektrody 2· Tato základní regulace je podle vynálezu doplněna vyhodnocovacím obvodem 12» který průběžně vyhodnocuje polohu dolního čela 8 elektrody 2 součtem tří signálů. Dva signály rozlišené polaritou ze snímače 15 posuvu jsou úměrné posuvům elektrody 2 směrem dolů a nahoru. Třetí signál z aproximačního obvodu 21» který může být pro elektrody 2*2,2 společný, což je vyznačeno dalšími výstupy pro elektrody 2 a 2» aproximuje uhořívání elektrody 2 během tavicího procesu. Je úměrný času s polaritou shodnou se signálem posuvu elektrody 2 směrem nahoru. Pro zajištění přesnosti údaje o poloze dolního čelaÉelektrod 2»

201 IBS

2,2 je vyhodnocovací obvod 16 připojen na korekční obvod 18. který Je pro elektrody 2, 2, 2 společný, což je vyznačeno dalšími výstupy pro elektrody 2 ^a_3 uplynutí nastaveného časového intervalu, při vypnuté regulaoi proudu elektrod li 2, J ω konstantní hodnotu, se nastaví dolní čelo 8 elektrod 2, 2, 2 ^na hladinu 2 taveniny 6 a současně s tía korekční obvod 18 opraví součet výše uvedených signálů vyhodnocovacího obvodu 16 na hodnotu, která odpovídá poloze dolního čela 8 elektrod 2»ž»2 ^na hladině2taveniny £, Výstup vyhodnocovacího obvodu 16 je připojen na sledovací obvod 22» který sleduje posunutí dolního čela 8 elektrody 2 ^áo oblasti dolní nebo horní mezní polohy. Má dva výstupy, z nichž jeden signalizuje dosažení horní mezní polohy a je připojen na prvý rozhodovací obvod 20. druhý signalizuje dosažení dolní mezní polohy a je připojen na druhý rozhodovací obvod 21. Pro větší přehlednost je výše uvedená část blokového schéma zakreslena jen pro elektrodu 2» protože elektrody 2 a 2 jsou vybaveny shodně s elektrodou 2· Rozhodovací obvody 20 a 21 jsou však již pro elektrody 2»£»2 společné, což je vyznačeno dalšími vstupy rozhodovacích obvodů 20 a 21. které slouží pro připojení výstupů sledovacích obvodů 19 elektrod 2 a 2» Dále popisovaná část blokového schéma je pro elektrody 2 a 2 společná. Výstup rozhodovacího obvodu 20 signalizuje posunutí dolního čela 8 alespoň dvou z elektrod 2»£»2 do oblasti horní mezní pelohy a v tom případě je pak přes přepínací prvek 22 spuštěn akční člen 24 zakladače kmene. Je-li vsak výška hladiny 2 taveniny 6 vyšší než žádaná hodnota, přepne hladinový obvod 23 přepínací prvek 22 a přes akční člen 25 změny napětí se napětí napájecího zdroje 2 elektrod 2»£»2 sníží. Výstup rozhodovacího obvodu 21 signalizuje posunutí dolního čela 8 alespoň dvou z elektrod 2»ž»2 do oblasti dolní mezní polohy. V tom případě se napětí napájecího zdroje 2 elektrod 2»ž»J pomooí akčního členu 25 změny napětí zvýší. Zvýšení napětí napájecího zdroje 2 ^se provede i v případě, že hladina 2 taveniny 6 poklesne pod žádanou hodnotu, nebol; v tom případě hladinový obvod 23 ovládá přímo akční člen 25 změny napětí. Pro ruční ovládání jsou akční členy 21» ²4 a 25 vybaveny obvody 26 ručního ovládání. Blokové schéma pro řízení napětí příhřevových elektrod podle vynálezu není uvedeno, nebot je v podstatě shodné s výše popsaným výkresem. Je však jednodušší, protože přepínací prvek 22 je vypuštěn a výstup rozhodovacího obvodu 20 je přímo napojen na horní vstup akčního členu 25 změny napětí, takže hladinový obvod 23 a akční člen 24 zakladače kmene jsou rovněž vypuštěny.

Vynálezu lze využít hlavně při tavení žáruvzdorných vláken, korundu nebo podobných materiálů v odporově-obloukové peci.

Claims (9)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Způsob řízení odporově-obloukové pece s aleepoň jedním systémem elektrod, vyznačující se tím, že se vyhodnocuje změna teploty taveniny v oblasti elektrod pomooí změny polohy dolního čela elektrod přičemž při posunutí dolního čela tavičích elektrod z pracovní oblasti do oblasti mezní polohy vlivem regulace proudu tavících elektrod na konstantní hodnotu a podle dosažené výšky hladiny taveniny se provede změna napětí na

   - 7 201 108 tavících elektrodách nebo založení jmene zatímco při posunutí dolního čela příhřevových elektrod z pracovní oblasti do oblasti mezní polohy vlivem regulace proudu příhřevových elektrod na konstantní hodnotu se provede změna napětí na příhřevových elektrodách.
2. 2, Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se poloha dolního čela každé elektrody průběžně vyhodnocuje součtem tří signálů, přičamž dva signály roallšené polaritou jsou úměrné posuvům elektrody směrem dolů a nahoru, třetí signál aproximuje uhořívání elektrody během tavícího procesu a je úměrný času s polaritou shodnou se signálem posuvu elektrody směrem nahoru.
3. 3. Způsob podle bodů 1 a 2, vyznačující se tím, že se po uplynutí nastaveného časového intervalu při vypnuté regulaci proudu elektrod na konstantní hodnotu alespoň jednoho systému elektrod, nastaví dolní čelo tohoto systému elektrod na hladinu taveniny a současně s tím se opraví součet tří signálů každé elektrody tohoto systému na hodnotu, která odpovídá poloze dolního čila elektrody na hladině taveniny.
4. 4. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že při posunutí dolního čela tavících elektrod do oblasti dolní mezní polohy, provede se taková změna napětí na tavičích elektrodách směrem nahoru, že se dolní čelo tavičích elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune zpět do pracovní oblasti.
5. 5. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že při posunutí dolního čela tavících elektrod do oblasti horní mezní polohy, provede se založení kmene o takové velikosti dávky, že se dolní čelo tavících elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune zpět do pracovní oblasti,
6. 6, Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že při posunutí dolního čela tavících elektrod do oblasti horní mezní polohy a výšce hladiny taveniny přesahující žádanou hodnotu, provede se taková změna napětí na tavících elektrodách směrem dolů, že se dolní čelo tavících elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hoclnotu posune zpět do pracovní oblasti.
7. 7. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že při poklesu výšky hladiny taveniny pod žádanou hodnotu, provede se taková změna napětí na tavících elektrodách směrem nahoru, že se dolní čelo tavících elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune do oblasti horní mezní polohy,
8. 8, Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že při posunutí dolního čela příhřevových elektrod do oblasti dolní mezní polohy, provede se taková změna napětí na příhřevových elektrodách směrem nahoru, že se dolní čelo příhřevových elektrod vlivem regulace jejich proudu na konstantní hodnotu posune zpět do pracovní oblasti.
9. 9, Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že při posunutí dolního čela příhřevových elektrod do oblasti horní mezní polohy, provede se taková změna napití na příhřevových elektródách směrem dolů, že se dolní čelo příhřevových elektrod vlivem re201 16Β gulaoe jejich proudu na konstantní hodnotu posune zpět do pracovní oblasti.