Przedmiotem wynalazku jest sposób i uklad ciaglego sterowania temperaturowymi warunkami pracy hutniczych pieców lukowych. Rozwiazanie wedlug wynalazku moze znalezc zastosowanie w innych typach pieców hutniczych, takich jak wielkie piece, konwertory, zeliwiaki itd.Wiadomo, ze w dziedzinie metalurgii, zwlaszcza jesli chodzi o piece lukowe, wprowadzono ostatnio wiele ulepszen. Rozwinieto system szybkiego sterowania elektronicznego elektrodami w piecu lukowym, co umozliwi¬ lo lepsze wykorzystanie mocy danego pieca.W przypadku pieców lukowych wazne jest utrzymywanie mozliwie przez caly czas najwiekszej wartosci mocy kazdego luku w czasie topienia metalu. Ma to na celu zblizenie wartosci mocy sredniej do wartosci mocy maksymalnej. Elektroda powinna sie wiec obnizac w miare wytapiania kraterów we wsadzie, a dlugosc luku powinna byc stala.Sterowanie elektrodami powinno zabezpieczyc przed mozliwoscia zetkniecia sie elektrody z kapiela lub zlomem. Unika sie w ten sposób mozliwosci zniszczenia elektrody lub naweglania kapieli elektroda.W znanych urzadzeniach stosowanych w piecach lukowych zasady sterowania wysokoscia zawieszenia elektrody nad kapiela sa oparte tylko o kryteria elektryczne. Zazwyczaj, dla kazdej z elektrod próbuje sie utrzymac stala wartosc stosunku napiecia do natezenia pradu, to znaczy stala impedancje, bez wzgledu na stopien zaawansowania procesu topienia wsadu. Przy regulacji opartej na zasadzie zachowania stalej impedancji uzyskuje sie najmniejsze przesuniecie elektrod i zapobiega sie ich obnizaniu w przypadku braku pradu.Natomiast dostarczana moc elektryczna jest nastawiana w sposób doswiadczalny wedlug stanu zaawanso¬ wania procesu topienia tak, aby zmniejszyc zuzywanie sie ogniotrwalej wykladziny pieca — zgodnie z danymi statystycznymi otrzymanymi w trakcie uzytkowania pieca.Jednakze zaden ze znanych dotychczas sposobów sterowania nie umozliwia ciaglej regulacji temperaturo¬ wych warunków pracy pieca lukowego w zaleznosci od dostarczanej energii, to znaczy w zaleznosci od kryteriów energetycznych. Brak tego rodzaju regulacji jest bardzo niekorzystny, zwlaszcza w przypadku nowoczesnych2 89 372 pieców o coraz wiekszych mocach, w których z tego powodu obserwuje sie zbyt szybkie zuzycie ogniotrwalej wykladziny pieca.Celem wynalazku jest zapewnienie mozliwosci ciaglego sterowania temperaturowymi warunkami pracy urzadzenia przeznaczonego do wytapiania metali, zwlaszcza pieca lukowego, co umozliwia stosowanie maksy¬ malnych mocy, przy jednoczesnym zmniejszeniu i zapewnieniu bardziej równomiernego zuzywania sie wykladzi¬ ny ogniotrwalej.Sposób ciaglego sterowania temperaturowymi warunkami pracy metalurgicznych pieców lukowych polega wedlug wynalazku na tym, ze dokonuje sie ciaglego pomiaru temperatury T wewnetrznej wykladziny ogniotrwalej pieca i wyznacza sie funkcje T = f(t) odwzorowujaca zaleznosc tej temperatury od czasu, kontroluje sie szybkosc wzrostu temperatury 4J—pieca po przekroczeniu temperatury T min odpowiadajacej optymalnym warunkom pracy pieca, reguluje sie natezenie pradu zasilania elektrod piecowych, jezeli szybkosc wzrostu ^temperatury T w uprzednio ustalonym przedziale czasu Ati po przekroczeniu temperatury T min jest wieksza od uprzednio ustalonej wartosci [ffii i jezeli róznica AT = T — T min pozostaje wieksza od uprzednio ustalonej wartosci Q, zmniejsza sie napiecie zasilania pieca wówczas, jezeli szybkosc wzrostu-tf temperatury T po uplywie uprzednio ustalonego okresu czasu At2 od momentu przeprowadzenia regulacji natezenia pradu zasilania elektrod piecowych pozostaje wieksza od uprzednio ustalonej wartosci (3^)2- Sposób ciaglego sterowania warunkami temperaturowymi pracy metalurgicznych pieców lukowych wedlug wynalazku jest realizowany za pomoca ukladu wedlug wynalazku.Uklad do ciaglego sterowania temperaturowymi warunkami pracy metalurgicznych pieców lukowych zawierajacy czujnik temperatury, zawiera, wedlug wynalazku, urzadzenie do ciaglej rejestracji temperatury wewnetrznej wykladziny ogniotrwalej pieca polaczone z czujnikiem temperatury, detektor analogowy przezna¬ czony do wytwarzania sygnalu odpowiadajacego rzeczywistemu przyrostowi temperatury wewnetrznej wykla¬ dziny pieca wzgledem temperatury odniesienia, odpowiadajacej zerowej wartosci pochodnej^funkcji T = f(t), którego wejscie jest polaczone z czujnikiem temperatury oraz z wejsciami czlonu analogowego przeznaczonego do wytwarzania sygnalu odpowiadajacego pochodnej ^J funkcji T = f(t), która to pochodna okresla szybkosc przyrostu temperatury wewnetrznej wykladziny pieca i komparatora przeznaczonego do porównywania sygnalu odpowiadajacego rzeczywistej wartosci mierzonej temperatury z napieciem odniesienia odpowiadajacym maksy¬ malnie dopuszczalnej wartosci temperatury ustalanym za pomoca potencjometru dolaczonego do drugiego wejscia tego komparatora, drugi komparator przeznaczony do porównywania sygnalu z wyjscia detektora analogowego z napieciem odniesienia ustalanym za pomoca potencjometru dolaczonego do drugiego wejscia tego drugiego komparatora, trzeci komparator przeznaczony do porównywania sygnalu z wyjscia czlonu analogowego z napieciem odniesienia ustalanym za pomoca potencjometru dolaczonego do drugiego wejscia trzeciego komparatora, element logiczny realizujacy funkcje logiczna I, którego dwa wejscia sa dolaczone odpowiednio do wyjsc drugiego i trzeciego komparatorów i którego wyjscie jest dolaczone do jednego z wejsc elementu logicznego realizujacego funkcje logiczna LUB, przy czym drugie wejscie elementu logicznego LUB jest dolaczone do wyjscia pierwszego komparatora, a wyjscie — do urzadzenia alarmujacego.Uklad do automatycznego sterowania warunkami termicznymi pieca lukowego zawiera ponadto czwarty komparator, którego jedno wejscie jest polaczone poprzez sterowane zestyki wylacznika z wyjsciem czlonu analogowego przeznaczonego do wytwarzania sygnalu odpowiadajacego pochodnej ^ funkcji T = f(t), która to pochodna okresla szybkosc wzrostu temperatury wewnetrznej wykladziny pieca, a poprzez te same zestyki i czlon czasowy — z wyjsciem pierwszego elementu logicznego LUB, które to wyjscie jest polaczone poprzez pierwszy przekaznik z mechanizmem nastawczym realizujacym regulacje natezenia pradu zasilania elektrod piecowych za pomoca potencjometru. Drugie wejscie czwartego komparatora jest dolaczone do potencjometru ustalajacego napiecie odniesienia, z którym jest porównywany sygnal doprowadzany do pierwszego jego wejscia.Wyjscie czwartego komparatora jest dolaczone do wejscia drugiego elementu logicznego realizujacego funkcje logiczna LUB, którego wyjscie jest sprzezone z drugim i trzecim przekaznikiem, z których jeden steruje praca zestyków zalaczonych w obwody sterowania natezeniem pradu zasilania elektrod piecowych i napieciem zasilania transformatora piecowego, a drugi jest przeznaczony do przerywania pracy pieca, o ile rzeczywista wartosc temperatury wykladziny pieca i/lub wartosc pochodnej -^ funkcji T = f (t) przewyzszaja uprzednio ustalone wartosci.Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ukladu wedlug wynalazku, a fig. 2 — schemat ukladu wedlug wynalazku zapewniajacego calkowicie automatyczne sterowanie warunkami temperaturowymi pieca.Uklad do ciaglego sterowania temperaturowymi warunkami pracy (fig. 1) pieca lukowego wedlug wynalazku zawiera rejestrator potencjometryczny 1 temperatury, który wykresla krzywa 2 przedstawiajaca zmiane temperatury T na powierzchni wykladziny ogniotrwalej pieca w czasie t. Temperatura jest mierzona za89372 3 pomoca sondy zawierajacej termopare, której wejscie jest polaczone poprzez lacznik 3 z rejestratorem potencjometrycznym 1.Sygnal elektryczny odwzorowujacy zaleznosc T = f (t) pochodzacy z termopary jest doprowadzany do wzmacniacza 4 przez filtr wygladzajacy 5. Do jednego z wejsc wzmacniacza 4 jest doprowadzone napiecie odniesienia poprzez lacze 6 i wylacznik 11.Wyjscie wzmacniacza 4, którego sygnal wyjsciowy odpowiada wartosci mierzonej temperatury T, polaczone jest z jednej strony z detektorem analogowym 7, wyznaczajacym temperature T min, a z drugiej — z czlonem analogowym 8 wytwarzajacym sygnal odpowiadajacy pochodnej ^^" funkcji T = f(t) okreslajacej zaleznosc temperatury od czasu. Jedno z wejsc czlonu analogowego 8 jest polaczone z wyjsciem wzmacniacza 4, a drugie - poprzez zestyki 9 sterowane czlonem czasowym 10 i poprzez zestyki 11 — z napieciem odniesienia odpowiadajacym temperaturze T min. Czlon czasowy 10 okresla przedzial czasowy Ati, wciagu którego kontroluje sie szybkosc przyrostu temperatury T wzgledem uprzednio ustalonej temperatury T min, odpowiada¬ jacej optymalnym warunkom pracy pieca lukowego. Przedzial czasowy At! moze byc regulowany za pomoca czlonu czasowego w dostatecznie szerokim zakresie. Moze on wynosic 8—10 minut, lecz najbardziej korzystnym jest, gdy wynosi on okolo 0,5 minut w przeliczeniu na jedna tone materialu, zaladowanego do pieca.Detektorem analogowym 7 okreslajacym minimum krzywej temperaturowej moze byc na przyklad klasyczny detektor analogowy wartosci szczytowej. Pozwala on na wykrycie momentu, w którym temperatura wykladziny pieca T staje sie równa temperaturze T min. Detektor 7 jest zasilany napieciem odniesienia poprzez ogólny wylacznik 11, który przerywa dzialanie urzadzenia sterujacego z chwila, gdy zostaje otwarte sklepienie pieca.Czlon analogowy 12 wytwarza na wyjsciu sygnal odpowiadajacy róznicy miedzy temperatura rzeczywista pieca T a wartoscia odniesienia T min. Realizuje sie to poprzez porównywanie sygnalu z wyjscia detektora analogowego 7 doprowadzanego do jednego wejscia czlonu analogowego z sygnalem z wyjscia wzmacniacza 4 doprowadzanego do drugiego wejscia czlonu analogowego. W wyniku na wyjsciu czlonu analogowego 12 otrzymuje sie sygnal reprezentujacy róznice AT = T — T min. Sygnal z wyjscia czlonu analogowego 12 jest doprowadzany do jednego wejscia komparatora 13, do którego drugiego wejscia doprowadzane jest napiecie odniesienia z potencjometru 14 reprezentujaca uprzednio ustalona wartosc Ó1 maksymalnie dopuszczalnego przyrostu temperatury pieca.Wyjscie czlonu analogowego 8, dostarczajacego sygnal odpowiadajacy pochodnej ^ funkcji T = f/t/ okreslajacej zaleznosc temperatury od czasu jest polaczone z wejsciem komparatora 15 porównujacego mierzona wartosc pochodnej z wartoscia odniesienia okreslona poprzez nastawienie potencjometru 16.Wejscie elementu logicznego 17 realizujacego funkcje logiczna I jest zasilane z wyjsc dwóch komparatorów 13 i 15. Element ten wytwarza sygnal wyjsciowy wtedy, gdy róznica AT pomiedzy temperatura mierzona T i wartoscia T min jest wieksza od uprzednio ustalonej wartosci Q i gdy jednoczesnie pochodna-—- funkcji T ¦ f(t) okreslajacej zaleznosc temperatury od czasu przekracza uprzednio ustalona wartosc (4?li. Sygnal wyjsciowy elementu logicznego 17 zasila urzadzenie alarmowe 19 poprzez element logiczny 18 realizujacy funkcje logiczna LUB.Urzadzenie alarmowe 19 moze byc wlaczone za posrednictwem elementu 18 z chwila, gdy mierzona temperatura T reprezentowana w postaci sygnalu pochodzacego od wzmacniacza 4 przekracza maksymalna, dopuszczalna wartosc, nastawiona za pomoca potencjometru 20. Rzeczywista zmierzona temperatura T jest porównywana za pomoca komparatora 21 z maksymalnie dopuszczalna wartoscia.Urzadzenie wedlug wynalazku dziala w nastepujacy sposób. Operator pieca nastawia najpierw odpowiednia wartosc odniesienia Q za pomoca nastawnego potencjometru 14. Mozna przyjac wartosc odniesienia taka, aby urzadzenie alarmowe nie zostalo wlaczone do chwili, az temperatura nie przekroczy ustalonej wartosci T min, na przyklad o 200°C. Pozostawia sie w ten sposób czas na obsuniecie sie wsadu. Moze ono nastapic w wyniku gwaltownego wzrostu temperatury. Wzrost temperatury nie przedstawia tutaj zadnego niebezpieczenstwa- przegrzania pieca.Operator ustala takze maksymalnie dopuszczalne nachylenie {fK)1 krzywej temperaturowej 2. Wartosc, której nie wolno przekroczyc, moze byc wyznaczona doswiadczalnie i moze wynosic na przyklad 150°C na minute. Szybszy wzrost temperatury moze spowodowac przegrzanie pieca. W takiej sytuacji, jezeli nie jest ona spowodowana obsunieciem sie wsadu, niezbedne jest gwaltowne zmniejszenie napiecia zasilajacego piec.Bezuzytecznie i szkodliwie byloby utrzymywanie mocy na stalym poziomie. Operator moze takze ustawic za pomoca potencjometru 20 poziom odniesienia odpowiadajacy maksymalnej dopuszczalnej wartosci temperatury, której nie mozna przekraczac. Uzyskuje sie w ten sposób dodatkowe zabezpieczenie pieca za pomoca ukladu wedlug wynalazku.Operator nastawia takze wymagany przedzial czasu Ati za pomoca nastawnego czlonu czasowego 10 '%4 89 372 w taki sposób, ze kontrolowanie nachylenia ^ krzywej temperaturowej 2 przeprowadza sie po rozpoczeciu procesu wytapiania.Uruchamiany za posrednictwem glównego wylacznika 11 uklad sterujacy wedlug wynalazku pozwala na uruchomienie urzadzenia alarmowego 19 zanim powstana warunki przegrzania niszczace wykladzine pieca.Mozliwe jest w ten sposób zyskanie na czasie w porównaniu z piecem nie wyposazonym w uklad do ciaglego sterowania wedlug wynalazku.Na fig. 1 wyjscie ukladu sterujacego przedstawione zostalo w postaci strzalki 22. Wskazuje onaf ze po uruchomieniu urzadzenia alarmowego 19 operator moze oddzialywac w odpowiednim czasie na urzadzenie sterujace praca pieca lukowego.W urzadzeniu wedlug wynalazku przedstawionym na fig. 2, sterowanie realizuje sie calkowicie automatycz¬ nie. Wyjscie ukladu do ciaglego sterowania, przedstawionego na fig. 1, jest polaczone z jednej strony z przekaznikiem statycznym 23 zasilanym poprzez lacze 25, który to przekaznik statyczny oddzialywuje na wylacznik 24, a z drugiej strony z czlonem czasowym 26 oddzialujacym na zestyk 27.Wyjscie czlonu analogowego 8, przedstawionego na* fig. 1, który wytwarza sygnal odpowiadajacy pochodnej-^funkcji okreslajacej zaleznosc temperatury od czasu T = f(t), jest polaczone poprzez lacze 28 (fig, 2) i poprzez styk 27 z komparatorem 29. Potencjometr nastawny 30 pozwala na nastawienie wartosci odniesienia odpowiadajacej wartosci (^2# z która jest porównywany sygnal wejsciowy komparatora 29.Komparator 29 porównuje wartosc efektywna pochodnej temperatury z wartoscia odniesienia i wytwarza sygnal, który poprzez element logiczny 31 realizujacy funkcje logiczna LUB jest doprowadzany do przekaznika statycznego 33 otwierajacego lub zamykajacego zestyki 34 i 35. Zestyk 34 znajduje sie w obwodzie sterujacym natezeniem pradu klasycznego ukladu sterujacego zasilaniem elektrod pieca lukowego. Obwód ten zawiera mechanizm nastawczy 36 zmniejszajacy natezenie pradu zasilania kazdej z elektrod za pomoca potencjometru 37.Drugie wejscie elementu logicznego LUB 31 jest dolaczone do lacza 32 polaczonego z wyjsciem komparatora 21 uwidocznionego na fig. 1, który ustala maksymalnie dopuszczalna temperature pieca.Zestyk 35 znajduje sie w obwodzie regulujacym napiecie zasilania pieca. Obwód ten zawiera urzadzenie alarmowe 38 i urzadzenie 39 realizujace zmiane napiecia zasilania transformatora 40 piecowego.Urzadzenie zabezpieczajace, przedstawione w postaci przekaznika 43 umieszczonego w obwodzie 44 wylacznika samoczynnego pieca jest dodatkowo polaczone poprzez czlon czasowy 42 i lacze 41 z wyjsciem elementu logicznego LUB 31.Uklad do automatycznego sterowania temperaturowymi warunkami pracy pieca wedlug wynalazku dziala w nastepujacy sposób: do chwili, gdy temperatura pieca jest taka, ze uklad sterujacy, przedstawiony na fig. 1 nie dostarcza zadnego sygnalu na wyjscie, to znaczy dopóki nachylenie krzywej 2 jest mniejsze niz wartosc odniesienia nastawiona za pomoca potencjometru 16, wylacznik 24 pozostaje otwarty, jak to widac na fig. 2.Komparator 29 nie otrzymuje ani nie wytwarza zadnego sygnalu. Zestyki 34 i 35 sa w polozeniu przedstawionym na fig. 2, przy czym zestyk 34 jest zamkniety, a 35 — otwarty.Obwód regulujacy natezenie pradu nie jest obciazony, wylacznik 24 jest otwarty, obwód regulacji napiecia jest takze odlaczony przy otwartym zestyku 35.Z chwila, gdy nachylenie krzywej temperatury 2 przekroczy wartosc odniesienia nastawiona za pomoca potencjometru 16 i gdy w tym samym czasie komparator 13 wytwarza sygnal wyjsciowy, element 18 tez wytwarza sygnal wyjsciowy. Przekazuje go na wyjscie 22 oddziaujacego na przekaznik 23, co powoduje zamkniecia zestyku 24. Poczawszy od tej chwili przekaznik 23 jest zasilany za posrednictwem zestyku 24 i lacza . Przy zamknietych zestykach 24 i 34 obwód regulacji natezenia pradu jest obciazony, mechanizm nastawczy 36 dziala na dlugosc luku zmniejszajac moc. Jezeli pomimo tego oddzialywania pod koniec okresu At2 nastawionego za pomoca czlonu czasowego 26 nachylenie krzywej temperatury 2 przekracza ustalona wartosc odniesienia (^])2 nastawiona za pomoca potencjometru 30, komparator 29 wytwarza na wyjsciu sygnal zmieniajacy polozenie zestyków 34 i 35. Zestyk 34 zostaje otwarty, a 35 - zamkniety. W ten sposób, jezeli temperatura jest wyzsza niz wartosc okreslona komparatorem 21, element logiczny LUB 31 dziala na przekaznik 33 otwierajac styk 34 i zamykajac styk 35. Uklad regulujacy napiecie zasilania transformatora 40 zostaje uruchomiony.Okreslona wartosc zmiany napiecia jest zazwyczaj mniejsza niz wartosc odniesienia ustalona za pomoca potencjometru 16.Przy obciazonym obwodzie regulujacym natezenie pradu, wylaczniki 24 i 34 sa zamkniete, mechanizm nastawczy 36 sterujacy pradem natezenia elektrod piecowych moze oddzialywac na dlugosc luku zmieniajac w ustalonych granicach natezenie pradu elektrody, co powoduje zmniejszenie sie napiecia luku i obnizenie nachylenia krzywej temperatury do wartosci nizszej niz wartosc odniesienia nastawiona za pomoca potencjome¬ tru 16.89 372 5 Mozliwe jest w ten sposób utrzymywanie szybkosci wzrostu temperatury zblizonej do wartosci odniesienia nastawionej za pomoca potencjometru 16.Jezeli pomimo oddzialywania na natezenie pradu zasilania elektrod nachylenie krzywej temperaturowej 2 przekracza wartosc odniesienia nastawiona za pomoca potencjometru 30 lub gdy temperatura przekracza ustalona wartosc, komparator 29 wytwarza sygnal otwierajacy zestyk 34 i zamykajacy zastyk 35. Obwód regulujacy natezenie pradu zasilania elektrod zostaje odlaczony, urzadzenie alarmowe 38 uruchomione, napiecie zasilania pieca zostaje wówczas automatycznie obnizone za posrednictwem urzadzenia 39 przeznaczonego do regulacji napiecia zasilania transformatora 40. Otrzymuje sie w ten sposób uklad pozwalajacy na plynna optymalizacje warunków wytopu ze wzgledu na to, ze mozliwe jest przeprowadzanie go w warunkach najbardziej bliskich optymalnym wartosciom pochodnej -^X funkcji T = f(t) okreslajacej zaleznosc temperatury od czasu ,oddzialywanie na sterowanie natezeniem pradu zasilania elektrod, gdy nachylenie krzywej temperaturowej przewyzsza wartosc odniesienia.Wynalazek pozwala na sterowanie i regulacje warunków pracy pieców metalurgicznych, zwlaszcza lukowych, zapewniajac mozliwosc przeprowadzania wytopów w warunkach mocy najbardziej zblizonej do mocy maksymalnej i skrócenia czasu wytopu. Dzieki ukladowi wedlug wynalazku zuzycie wykladziny pieca jest bardziej uregulowane. Mozliwe jest takze zapewnienie mozliwosci bardziej równomiernego zuzycia elektrod. PL PL