RU2081818C1 - Method for controlling phosphorus production process in electrothermic furnace - Google Patents

Method for controlling phosphorus production process in electrothermic furnace Download PDF

Info

Publication number
RU2081818C1
RU2081818C1 RU94037150A RU94037150A RU2081818C1 RU 2081818 C1 RU2081818 C1 RU 2081818C1 RU 94037150 A RU94037150 A RU 94037150A RU 94037150 A RU94037150 A RU 94037150A RU 2081818 C1 RU2081818 C1 RU 2081818C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
slag
furnace
charge
content
coke
Prior art date
Application number
RU94037150A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU94037150A (en
Inventor
М.И. Лифсон
В.А. Ершов
Original Assignee
Арлиевский Михаил Павлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Арлиевский Михаил Павлович filed Critical Арлиевский Михаил Павлович
Priority to RU94037150A priority Critical patent/RU2081818C1/en
Publication of RU94037150A publication Critical patent/RU94037150A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2081818C1 publication Critical patent/RU2081818C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Furnace Details (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)

Abstract

FIELD: electrothermics. SUBSTANCE: electrical and process parameters of operating furnace are maintained by introducing adjustments into reductant doses with due consideration for relationship existing between P2O5 content in slag and electrical parameters. Proposed method also takes into account errors in metering-out other components, i.e. phosphorite and quartzite, and eliminates effect of transition process taking place along "feedstock-slag" path. EFFECT: method offers greater flexibility in controlling phosphorus production process. 1 tbl, 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области электротермии, в частности к способам управления процессом получения фосфора в электропечи. The present invention relates to the field of electrothermia, in particular to methods for controlling the process of producing phosphorus in an electric furnace.

Известны способы управления режимом работы фосфорной электропечи, в основе которых лежат различные способы регулирования электрического режима. Known methods of controlling the operating mode of a phosphoric electric furnace, which are based on various methods of regulating the electrical mode.

Основными факторам, возмущающими электрический режим, являются непостоянство сопротивления подэлектродного пространства, определяемое различными условиями схода шихты и ее составом, а также колебания питающего напряжения. The main factors disturbing the electric mode are the inconsistency of the resistance of the sub-electrode space, determined by the different conditions of the charge gathering and its composition, as well as fluctuations in the supply voltage.

Компенсация этих возмущений осуществляется путем перемещения электродов или переключения ступеней напряжения печного трансформатора (Система автоматического управления электрическим режимом рудно-термических электропечей. М. НИИТЭХИМ, 1978). Compensation of these disturbances is carried out by moving the electrodes or switching the voltage steps of the furnace transformer (Automatic control system for the electric regime of ore-thermal electric furnaces. M. NIITEKHIM, 1978).

Общим недостатком известных способов управления электрическим режимом является невысокая точность управления из-за наличия статизма, так как одному и тому же значению регулируемого параметра может соответствовать различное положение управляющего элемента электрода. Это приводит к отклонению технологического режима от оптимального. A common disadvantage of the known methods for controlling the electric mode is the low accuracy of control due to the presence of statism, since the different position of the electrode control element can correspond to the same value of the adjustable parameter. This leads to a deviation of the technological mode from the optimum.

Кроме того, при таком управлении не учитывается влияние технологических факторов (состав шихты, гранулометрия восстановителя, положения электрода, углеродистый режим ванны и т.д.) на процесс получения фосфора. In addition, this control does not take into account the influence of technological factors (composition of the charge, granulometry of the reducing agent, electrode position, carbon mode of the bath, etc.) on the phosphorus production process.

В электротермических процессах обычно используют многокомпонентные шихты, содержащие различные примеси. Поэтому помимо целевой реакции неизбежны побочные, соответствующие целевому процессу. In electrothermal processes, multicomponent mixtures containing various impurities are usually used. Therefore, in addition to the target reaction, side-effects corresponding to the target process are inevitable.

Так, при производстве фосфора целевая реакция
Ca3P2O8+5C+nSiO2 _→ 3CoO+nSiO2+P2+500 (1)
неизбежно сопровождается восстановлением O2. В итоге получается побочный продукт электровозгонки фосфора феррофосфор, обогащенный кремнием, который находит применение в черной металлургии в качестве компонента при получении различных сплавов.
So, in the production of phosphorus, the target reaction
Ca 3 P 2 O 8 + 5C + nSiO 2 _ → 3CoO + nSiO 2 + P 2 +500 (1)
inevitably accompanied by reduction of O 2 . The result is a by-product of the electric sublimation of phosphorus ferrophosphorus, enriched in silicon, which is used in ferrous metallurgy as a component in the production of various alloys.

Известен способ получения желтого фосфора, включающий дозировку компонентов исходной шихты (фосфорита, кварцита, кокса), загружаемой в печь, и контроль за содержанием P2O5 в шлаке. При этом выбор соотношения фосфато-кремнистого сырья и углеродистого материала (восстановителя) производится только по таким восстанавливаемым окислам, как P2O5, Fe2O5, N2O, CO2, а на остальные неучтенные реакции берется добавка, составляющая от 1 до 5 от расчетного стехиометрического количества углеродистого материала. Корректировка шихты осуществляется с учетом содержания P2O5 в шлаке ("Технология фосфора", под ред. Ершова В.А. и Белова В.Н. Л. Химия, 1979, с. 144-146).A known method for producing yellow phosphorus, including the dosage of the components of the initial charge (phosphorite, quartzite, coke), loaded into the furnace, and monitoring the content of P 2 O 5 in the slag. At the same time, the ratio of phosphate-silicon raw materials and carbonaceous material (reducing agent) is selected only for such reduced oxides as P 2 O 5 , Fe 2 O 5 , N 2 O, CO 2 , and an additive of 1 or more is taken for the remaining unaccounted reactions up to 5 from the calculated stoichiometric amount of carbon material. The adjustment of the mixture is carried out taking into account the content of P 2 O 5 in the slag ("Technology of phosphorus", under the editorship of VA Ershov and VN Belova Chemistry, 1979, S. 144-146).

Точность дозировки и корректировки шихты по этому способу низкая, поэтому содержание P2O5 в шлаке колеблется в пределах от 0,4 до 5% Вследствие этого в ванне печи либо не хватает восстановителя, либо накапливается избыточный углерод, который затрудняет выпуск шлака, замедляет сход шихты, усложняет эксплуатацию печи, т.к. требуется дополнительная промывка ванны из-за ее переуглероживания, в результате чего значительны потери фосфора со шлаком, и, как следствие, снижается выпуск фосфора. Кроме того, отсутствует учет взаимосвязи между мощностью печи и содержанием P2O5 в шлаке, что не позволяет поддерживать содержание P2O5 в шлаке в зависимости от рабочей мощности печи.The accuracy of the dosage and adjustment of the charge by this method is low, therefore, the content of P 2 O 5 in the slag ranges from 0.4 to 5%. As a result, either the reductant is not enough in the furnace bath or excess carbon accumulates, which makes it difficult to discharge slag, and slows down charge, complicates the operation of the furnace, because additional washing of the bath is required due to its carbonization, resulting in significant losses of phosphorus with slag, and, as a result, the release of phosphorus is reduced. In addition, there is no account of the relationship between the furnace power and the content of P 2 O 5 in the slag, which does not allow to maintain the content of P 2 O 5 in the slag depending on the operating power of the furnace.

Отсутствие взаимосвязи между остаточным содержанием P2O5 в шлаке и электрическими параметрами процесса плавки снижает качество регулирования и снижает технико-экономические показатели печи из-за повышенного расхода электроэнергии.The absence of a relationship between the residual content of P 2 O 5 in the slag and the electrical parameters of the melting process reduces the quality of regulation and reduces the technical and economic performance of the furnace due to the increased energy consumption.

Известен способ управления процессом получения фосфора (авт. свид. N 922066, БИ N 15, 1982), включающий контроль дозировки и загрузки исходной шихты, регулирование электрического режима работы электропечи путем перемещения электродов и/или переключения ступеней напряжения, измерение расхода электроэнергии и температуры под крышкой печи, контроль содержания P2O5 в шлаке и уровня фосфора-сырца в ваннах конденсации, определение фактически выработанного фосфора за определенный промежуток времени, сравнение полученных фактических параметров с заданными, и в случае отклонения изменяют электрический режим и корректируют состав исходной шихты до восстановления оптимальных параметров.A known method of controlling the process of producing phosphorus (ed. Certificate N 922066, BI N 15, 1982), including monitoring the dosage and loading of the initial charge, regulating the electric mode of the electric furnace by moving the electrodes and / or switching voltage levels, measuring the energy consumption and temperature under furnace lid, monitoring the content of P 2 O 5 in the slag and the level of raw phosphorus in the condensation baths, determining the actual phosphorus produced over a certain period of time, comparing the obtained actual parameters with data, and in case of deviation, they change the electric mode and adjust the composition of the initial charge to restore the optimal parameters.

Целью изобретения по авт. свид. N 922066 является повышение выхода готового продукта и экономия электроэнергии. The aim of the invention according to ed. testimonial. N 922066 is increasing the yield of the finished product and saving energy.

Поставленная цель достигается за счет того, что производительность электропечной установки по фосфору определяется не по косвенным параметрам, а прямым путем: по количеству фосфора, образовавшегося в ваннах конденсации. Это позволяет оперативно определять фактический удельный расход электроэнергии и контролировать работу электрофильтров, т.е. процесс шламообразования. Выход фосфора увеличивается за счет снижения потерь фосфора со шламом, а экономия электроэнергии за счет поддержания оптимального удельного расхода электроэнергии. This goal is achieved due to the fact that the productivity of the electric furnace by phosphorus is determined not by indirect parameters, but by direct means: by the amount of phosphorus formed in the condensation baths. This allows you to quickly determine the actual specific energy consumption and control the operation of electrostatic precipitators, i.e. sludge formation process. The output of phosphorus is increased by reducing losses of phosphorus with sludge, and energy savings by maintaining the optimal specific energy consumption.

Корректировка шихты производится известным способом по отклонению величины P2O5 в шлаке по сравнению с регламентным значением, которое равно 1,5-2,0% Такая корректировка не точна и не исключает нарушения углеродистого режима работы электропечи.The adjustment of the charge is carried out in a known manner by deviating the value of P 2 O 5 in the slag compared to the regulatory value, which is 1.5-2.0%. Such adjustment is not accurate and does not exclude the violation of the carbon mode of the electric furnace.

Положение электрода, т.е. расстояние электрод под не контролируется, а изменяют его только в зависимости от отклонения удельного расхода электроэнергии от оптимального. Однако положение электрода зависит от многих факторов: от электрического и углеродистого режима ванны, состояния электродов, количества расплава в ванне и т.д. The position of the electrode, i.e. the distance under the electrode is not controlled, but change it only depending on the deviation of the specific energy consumption from the optimum. However, the position of the electrode depends on many factors: the electric and carbon conditions of the bath, the state of the electrodes, the amount of melt in the bath, etc.

Кроме того, к недостаткам можно отнести и то, что не учитывается зонная структура ванны печи, в соответствии с которой торец электрода должен находиться в углеродистой зоне. In addition, the disadvantages include the fact that the zone structure of the furnace bath is not taken into account, according to which the end of the electrode should be in the carbon zone.

Известен способ управления режимом работы электропечи для производства фосфора по авт. св. N 769268, БИ N 37,1980. В соответствии с этим способом дозировку исходной шихты осуществляют аналогично описанному, но с учетом гранулометрического состава восстановителя, причем средний размер кусков углеродистого материала определяется по эмпирической формуле:

Figure 00000002

где r средний размер кусков углеродистого материала, см;
Cк концентрация пятиокиси фосфора в шлаке,
d диаметр электрода, см;
Pa активная мощность электропечи, МВт.A known method of controlling the operation of an electric furnace for the production of phosphorus by ed. St. N 769268, BI N 37.1980. In accordance with this method, the dosage of the initial charge is carried out similarly to that described, but taking into account the granulometric composition of the reducing agent, and the average size of the pieces of carbon material is determined by the empirical formula:
Figure 00000002

where r is the average size of the pieces of carbon material, cm;
C to the concentration of phosphorus pentoxide in the slag,
d electrode diameter, cm;
P a the active power of the electric furnace, MW.

Поддержание электрического режима и контроль за электрическими параметрами (ток электрода, напряжение и активное сопротивление фазы и т.д.) осуществляются посредством перемещения электродов и/или переключения ступеней напряжения печного трансформатора, причем перемещение электрода ограничено так, чтобы отношение высоты подэлектродного пространства к диаметру электрода поддерживалось в пределах 0,65-0,90. Корректировку шихты, загружаемой по величине содержания P2O5 в шлаке, осуществляют путем изменения удельного электрического сопротивления материала, т. е. количества и гранулометрии восстановителя.Maintaining the electrical mode and monitoring electrical parameters (electrode current, voltage and phase resistance, etc.) are carried out by moving the electrodes and / or switching the voltage steps of the furnace transformer, and the movement of the electrode is limited so that the ratio of the height of the sub-electrode space to the diameter of the electrode It was maintained in the range of 0.65-0.90. The adjustment of the charge loaded by the value of the content of P 2 O 5 in the slag is carried out by changing the electrical resistivity of the material, i.e., the amount and granulometry of the reducing agent.

Суть известного способа управления заключается в регулировании электрического режима в сочетании с технологическими параметрами с учетом зонной структуры ванны печи. The essence of the known control method is to regulate the electric mode in combination with technological parameters, taking into account the zone structure of the furnace bath.

За счет контроля углеродистого режима потери фосфора со шламом уменьшаются, однако точность корректировки шихты недостаточна. Due to the control of the carbon regime, phosphorus losses with sludge are reduced, however, the accuracy of the charge adjustment is insufficient.

Общим недостатком для всех известных способов получения фосфора является то, что дозирование шихтовых материалов, в частности задание весового соотношения восстановителя и фосфорита в шихте, производится вне зависимости от мощности печей. Мощность печей довольно часто и на длительное время изменяется от максимальной до минимальной для данного агрегата, исходя из состояния всей технологической линии, количества работающих электрофильтров, состояния систем конденсации, ограничений в подаче электроэнергии, шихты и т. д. Исследования авторов, проведенные на действующих печах, позволили установить, что, если при максимальной (паспортной) мощности печи для нормального ведения технологического процесса остаточное содержание P2O5 (P2O5ост) в шлаках нужно поддержать более 1 P2O5 (1-2% по регламенту), то при снижении мощности печей нормальный технологический режим можно сохранить при 0,3-1,0 P2O5. Следовательно, если на печи снижается мощность против максимальной, то сохранение остаточных содержаний P2O5 в шлаке более 1% ведет к ненужным потерям фосфора.A common disadvantage for all known methods for producing phosphorus is that the dosing of charge materials, in particular the weight ratio of the reducing agent and phosphorite in the charge, is carried out regardless of the capacity of the furnaces. The power of the furnaces quite often and for a long time varies from maximum to minimum for a given unit, based on the state of the entire production line, the number of working electrostatic precipitators, the state of condensation systems, restrictions on the supply of electricity, charge, etc. Authors' studies conducted on existing furnaces , allowed us to establish that if, at the maximum (certified) power of the furnace, for normal process control, the residual content of P 2 O 5 (P 2 O 5ost ) in the slag needs to be maintained more than 1 P 2 O 5 ( 1-2% according to the regulations), while reducing the power of the furnaces, the normal technological mode can be maintained at 0.3-1.0 P 2 O 5 . Consequently, if the furnace power decreases against the maximum, then the preservation of residual P 2 O 5 contents in the slag of more than 1% leads to unnecessary phosphorus losses.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предполагаемому изобретению является способ управления процессом получения фосфора в электротермической печи по авт. св.N 1288155, опубликованному 07.02.87, БИ N 5. The closest in technical essence and the achieved result to the alleged invention is a method of controlling the process of producing phosphorus in an electrothermal furnace according to ed. St. N 1288155, published 07.02.87, BI N 5.

Сущность способа заключается в следующем. The essence of the method is as follows.

В процессе работы электропечи производят анализ и дозировку шихты, поддерживают заданный электрический режим изменением положения электродов и переключением ступеней напряжения печного трансформатора. During the operation of the electric furnace, the mixture is analyzed and dosed, the specified electrical mode is maintained by changing the position of the electrodes and switching the voltage levels of the furnace transformer.

Периодически производят корректировку количества восстановителя в шихте по формуле
Y=Yo+4,22•10-3Ш(Cф-C3)+(αпрф)QFe (3)
где Yo количество восстановителя, определенное в предыдущий период;
Ш количество шлака;
Сф содержание P2O5 в шлаке;
Сз оптимальное содержание P2O5 в шлаке, определенное по формуле C3 = к•P п a где Pa фактическая усредненная мощность печи; к и п коэффициенты, зависящие от типоразмера печи;
αпр, αф коэффициенты, соответствующие прогнозируемому и фактическому содержанию кремния в феррофосфоре;
QFe содержание железа в исходной шихте.
Periodically adjust the amount of reducing agent in the mixture according to the formula
Y = Y o + 4,22 • 10 -3 W (C f -C 3 ) + (α prf ) Q Fe (3)
where Y o the amount of reducing agent, as determined in the previous period;
Ш amount of slag;
With f the content of P 2 O 5 in the slag;
C s optimal content of P 2 O 5 in the slag, determined by the formula C 3 = to • P P a where P a is the actual average furnace power; k and p coefficients, depending on the size of the furnace;
α CR , α f the coefficients corresponding to the predicted and actual silicon content in the ferrophosphorus;
Q Fe is the iron content in the initial charge.

Все параметры, входящие в формулу, являются усредненными за заданный промежуток времени. All parameters included in the formula are averaged over a given period of time.

Одним из ограничивающих факторов при реализации способа является предельно допустимое значение тока электрода, которое определяется по формуле

Figure 00000003

где п1 коэффициент, зависящий от номинальной мощности печи МВа;
Iэр- рабочий ток электрода, КА.One of the limiting factors in the implementation of the method is the maximum permissible value of the electrode current, which is determined by the formula
Figure 00000003

where n is 1 coefficient depending on the rated power of the furnace MVA;
I er - working current of the electrode, KA.

Это изобретение учитывает взаимосвязь электрических (тока, мощности) с технологическими параметрами (содержанием P2O5 в шлаке и P4 в феррофосфоре), что позволяет повысить извлечение фосфора, но не учитывает всей сложности объекта, каким является руднотермическая печь, поэтому не обеспечивает оптимального качества регулирования.This invention takes into account the relationship of electrical (current, power) with technological parameters (content of P 2 O 5 in slag and P 4 in ferrophosphorus), which allows to increase the extraction of phosphorus, but does not take into account the complexity of the object, which is an ore-thermal furnace, therefore it does not provide optimal quality regulation.

Кроме того, графические зависимости содержания фосфора в феррофосфоре от содержания в нем кремния не обладают достаточной достоверностью, т.к. точно определить количество железа в исходной шихте невозможно, т.к. оно содержится в каждом компоненте. In addition, the graphical dependences of the phosphorus content in ferrophosphorus on the silicon content in it do not have sufficient reliability, since it is impossible to accurately determine the amount of iron in the initial charge, because it is contained in each component.

В развитом подходе к синтезу алгоритма управления должны учитываться следующие особенности печи как управляемого объекта по технологическим параметрам: нестабильность химического состава шихты и неточность хим. анализов; транспортное запаздывание печи как емкостного звена. In the developed approach to the synthesis of the control algorithm, the following features of the furnace as a controlled object by technological parameters should be taken into account: instability of the chemical composition of the charge and inaccuracy of the chemical. analyzes; transport delay of the furnace as a capacitive link.

С учетом перечисленных выше особенностей печи как управляемого объекта по технологическим параметрам ее модель может быть представлена в виде

Figure 00000004

где Т постоянная времени, характеризующая экспоненциальное запаздывание процесса возгонки;
A0, A1, B постоянные коэффициенты, принятые по данным материального баланса и отражающие влияние параметров X, Y, u на переходный процесс;
τ постоянная времени, характеризующая транспортное запаздывание по каналу шихта шлак;
x(t) P2O5 шл (t) содержание P2O5 в шлаке регулируемый параметр;
u Qc/Qф управляющее воздействие;
y(t-t) содержание P2O5 в шихте возмущение.Given the above features of the furnace as a managed facility in terms of technological parameters, its model can be represented as
Figure 00000004

where T is the time constant characterizing the exponential delay of the sublimation process;
A 0 , A 1 , B are constant coefficients, taken according to the material balance and reflecting the influence of the parameters X, Y, u on the transition process;
τ is the time constant characterizing the transport delay along the channel of the slag mixture;
x (t) P 2 O 5 sl (t) content of P 2 O 5 in the slag adjustable parameter;
u Q c / Q f control action;
y (tt) the content of P 2 O 5 in the charge perturbation.

Необходимость учета в алгоритме управления данных по составу шихты определяется следующими соображениями. The need to take into account the data on the composition of the charge in the control algorithm is determined by the following considerations.

Экспериментально установлено, что в ванне фосфорной печи образуется нерасходуемый коксовый слой, находящийся в непосредственном контакте с жидкой фазой. От его высоты зависит полнота восстановления фосфора. При прочих равных условиях каждому значению высоты слоя соответствует определенное содержание P2O5 в шлаке. Высота слоя остается постоянной до тех пор, пока в подэлектродном пространстве существует баланс между приходом кокса из шихты и его расходом на основные и побочные процессы.It has been experimentally established that in the bath of a phosphoric furnace a non-expendable coke layer is formed, which is in direct contact with the liquid phase. The completeness of phosphorus reduction depends on its height. Ceteris paribus, each value of the layer height corresponds to a certain content of P 2 O 5 in the slag. The height of the layer remains constant as long as there is a balance in the sub-electrode space between the arrival of coke from the charge and its consumption for the main and secondary processes.

Нарушение баланса приводит к переходному режиму, в котором происходит саморегулирование высоты коксового слоя. Imbalance leads to a transitional regime in which self-regulation of the height of the coke layer occurs.

Изменение содержания P2O5 в фосфорите на 1 либо изменение расхода фосфорита или кокса на 4,5% приводит к изменению высоты коксового слоя примерно на 0,3 м в сутки, что соизмеримо с допустимой зоной перемещения электрододержателя (0,6 0,8 м).A change in the content of P 2 O 5 in phosphorite by 1 or a change in the consumption of phosphate or coke by 4.5% leads to a change in the height of the coke layer by about 0.3 m per day, which is comparable with the permissible zone of movement of the electrode holder (0.6 0.8 m).

Ошибки в составлении шихты могут вывести печь из режима в течение одних-двух суток. Errors in the preparation of the charge can bring the furnace out of operation within one to two days.

Технической задачей предполагаемого изобретения является более качественное управление процессом возгонки фосфора за счет более точного ведения углеродистого режима, учитывающего взаимосвязь регулируемого параметра содержания P2O5 в шлаке с электрическими параметрами и особенностями фосфорной печи как ярко выраженного емкостно-инерционного объекта регулирования.The technical task of the proposed invention is to better control the process of sublimation of phosphorus due to more accurate management of the carbon mode, taking into account the relationship of the controlled parameter of the content of P 2 O 5 in the slag with the electrical parameters and features of the phosphorus furnace as a pronounced capacitive-inertial control object.

Технический результат достигается за счет того, что по способу управления получением фосфора в электротермической печи, включающему анализ и дозировку компонентов шихты, регулирование электрического режима путем поддержания заданных значений тока электрода и рабочей мощности печи, перемещением электрода и переключением ступеней напряжения печного трансформатора, определение P2O5 в шлаке, усреднение указанных параметров за заданный промежуток времени, сравнение полученных величин с заданными и корректировку количества восстановителя в шихте, заданное количество значения тока электрода определяют с учетом рабочей мощности печи и содержания P2O5 в шлаке, усреднение P2O5 в шлаке осуществляют с учетом времени запаздывания по каналу шихта шлак, контролируют положение электрода в углеродистой зоне, а количество восстановителя в шихте корректируют по формуле
vккз+ΔΦк+ΔΦсут (6)
где Φкз первоначально заданное количество кокса в шихте;
ΔΦк корректировочное значение кокса по отклонению P2O5 в шлаке;
ΔΦсут. суточная величина изменения дозировки кокса по результатам анализа сырья.
The technical result is achieved due to the fact that by the method of controlling the production of phosphorus in an electrothermal furnace, which includes analysis and dosage of the charge components, adjusting the electrical mode by maintaining the specified values of the electrode current and operating power of the furnace, moving the electrode and switching voltage levels of the furnace transformer, determining P 2 O 5 in the slag, averaging these parameters over a specified interval of time, comparing the obtained values with preset correction amount and restores To a batch, a predetermined amount of the electrode current value determined in consideration of the operating power of the furnace and the content of P 2 O 5 in the slag, averaging P 2 O 5 in the slag is carried out considering the delay time on the channel charge slag control electrode position in the carbon area, and the number reducing agent in the mixture is adjusted according to the formula
v k = Φ kz + ΔΦ k + ΔΦ days (6)
where Φ KZ the originally specified amount of coke in the charge;
ΔΦ to the correction value of coke by the deviation of P 2 O 5 in the slag;
ΔΦ day the daily value of the change in the dosage of coke according to the analysis of raw materials

Исследования динамической характеристики фосфорной печи, в частности переходного режима в углеродистой зоне при ступенчатом изменении дозировки восстановителя и постоянства весового состава остальных компонентов шихты, показали, что содержание P2O5 в шлаке изменяется по экспоненциальному закону.Studies of the dynamic characteristics of the phosphorus furnace, in particular the transition regime in the carbon zone with a stepwise change in the dosage of the reducing agent and the constant weight composition of the remaining components of the charge, showed that the content of P 2 O 5 in the slag varies exponentially.

Был определен коэффициент усиления (Ку) воздействия входного параметра на выходной параметр методами математической статистики и Ку=18,7, и получены динамические характеристики процесса исходя из регламентного содержания P2O5=1,5-1,7%
Для управления процессом с обратной связью, где в качестве параметра обратной связи используется содержание P2O5 в шлаке, необходимо знать инерционность печного агрегата, т.е. время прохождения шихты от весовых дозаторов до углеродистой зоны, где идет процесс восстановления фосфора. Время транспортного запаздывания определялось по результатам активных экспериментов и сопоставлялось с математическим описанием процесса транспортного запаздывания:

Figure 00000005

где P средняя активная мощность за время транспортного запаздывания, т/м3;
q удельный расход шихты, т/т;
Wу удельный расход электроэнергии, мВтч/т;
Vб объем бункеров, м3;
Vt объем течек, м3;
a угол естественного откоса шихты;
n число труботечек;
dк диаметр конуса шихты, м;
dт диаметр течки, м;
H высота ванны печи, м;
Hр.з. высота углеродистой зоны, м;
Hт заглубление течки под сводом печи, м;
Hшл высота уровня шлака от пода, м;
Dв диаметр ванны печи, м;
n1 число электродов;
dэ диаметр электродов, м.The gain (K y ) of the influence of the input parameter on the output parameter was determined by the methods of mathematical statistics and K y = 18.7, and dynamic characteristics of the process were obtained based on the regulated content of P 2 O 5 = 1.5-1.7%
To control the feedback process, where the content of P 2 O 5 in the slag is used as the feedback parameter, it is necessary to know the inertia of the furnace unit, i.e. the passage of the charge from the weight batchers to the carbon zone, where there is a process of phosphorus reduction. The time of transport delay was determined by the results of active experiments and compared with the mathematical description of the process of transport delay:
Figure 00000005

where P cτ is the average active power during the transport delay, t / m 3 ;
q specific charge consumption, t / t;
W u specific power consumption, mWh / t;
V b the volume of bins, m 3 ;
V t the volume of leaks, m 3 ;
a angle of repose of the charge;
n number of tubules;
d to the diameter of the cone of the charge, m;
d t diameter estrus, m;
H furnace bath height, m;
H rz carbon zone height, m;
H t deepening estrus under the arch of the furnace, m;
H shl the height of the slag level from the hearth, m;
D in the diameter of the furnace bath, m;
n 1 is the number of electrodes;
d e the diameter of the electrodes, m

Для каждого конкретного типоразмера печи и вида сырья (кусок, агломерат) после проведения ряда преобразований и подстановки значений геометрических размеров выражение времени транспортного запаздывания примет вид

Figure 00000006

где ΣWп суммарное количество электроэнергии, потребленное печью за равные промежутки времени от предыдущего изменения дозировки шихты, МВтч;
ΣQш суммарный расход шихты за те же промежутки времени от предыдущего изменения дозировки шихты, т;
A эмпирический коэффициент, определенный для конкретной фосфорной печи, причем для печей РКЗ-72Ф и РКЗ-80Ф A 520 70 Нр.з., а для печей ФКЗ-48Ф A 340 50 Hр.з..For each specific furnace size and type of raw material (piece, sinter), after a series of transformations and substitution of geometric dimensions, the expression of the transport delay time will take the form
Figure 00000006

where ΣW p is the total amount of electricity consumed by the furnace for equal periods of time from the previous change in the dosage of the charge, MWh;
ΣQ W the total charge consumption for the same time intervals from the previous change in the dosage of the charge, t;
A empirical coefficient determined for a particular phosphoric furnace, and for RKZ-72F and RKZ-80F furnaces A 520 70 N r.z. , and for furnaces FKZ-48F A 340 50 H r.z. .

Как показали исследования замеры при остановках печей колебания высоты углеродистой зоны (Hр.з.) составляют 0,5-1,5 м (среднее 1 м), что соответствует колебанию P2O5 в шлаке в пределах 0,5-1,7.As studies have shown, measurements when the furnace stops, the fluctuations in the height of the carbon zone (H rz ) are 0.5-1.5 m (average 1 m), which corresponds to the fluctuation of P 2 O 5 in the slag within 0.5-1, 7.

Величина рассогласования P2O5 в шлаке соответствует диапазону значений К1 0,92 1,8.The mismatch value of P 2 O 5 in the slag corresponds to the range of values of K 1 0,92 1,8.

Время транспортного запаздывания, как правило, выражается количеством электроэнергии, т.е. Pτз
С другой стороны, требуется обеспечить достаточную точность регулирования дозировки во времени, т.е. знать момент, когда шихта от предыдущего изменения дозировки восстановителя дошла до углеродистой зоны, а изменение содержания P2O5 в шлаке связано именно с этим воздействием, а не является результатом изменения состояния ванны.
The transport delay time is usually expressed by the amount of electricity, i.e. P τ s
On the other hand, it is required to ensure sufficient accuracy of dosage adjustment over time, i.e. to know the moment when the charge from the previous change in the dosage of the reducing agent reached the carbon zone, and the change in the content of P 2 O 5 in the slag is associated with this effect, and is not the result of a change in the state of the bath.

Расход шихты в основном зависит от количества вводимой в печь электроэнергии, что подтверждается высоким коэффициентом парной корреляции (0,89), полученным по суточным показателям и характеризующим достоверность указанных связей. Эта зависимость описывается уравнением
Qш 1,208 Wп 229,5, (9)
где
Qш расход шихты, т/ч;
Wп расход электроэнергии, кВтч.
The charge consumption mainly depends on the amount of electric energy introduced into the furnace, which is confirmed by a high pair correlation coefficient (0.89), obtained by daily indices and characterizing the reliability of these bonds. This dependence is described by the equation
Q w 1.208 W n 229.5, (9)
Where
Q W charge charge, t / h;
W p power consumption, kWh.

При мощности печи типа РКЗ-80Ф, равной 72 МВт, расход шихты (при использовании агломерата) составляет 72 т/ч, линейная средняя скорость схода шихты v в ванну печи из одного бункера равна (мм):

Figure 00000007

где n число бункеров;
γ насыпная плотность шихты (1 т/м3), состоящей из агломерата, кварцита и кокса с массовым соотношением 86:6:8;
S площадь бункера (3,3 x 1,5 4,95 м2).With a furnace capacity of the RKZ-80F type equal to 72 MW, the charge consumption (when using an agglomerate) is 72 t / h, the linear average rate of charge displacement v into the furnace bath from one hopper is (mm):
Figure 00000007

where n is the number of bins;
γ bulk density of the mixture (1 t / m 3 ), consisting of agglomerate, quartzite and coke with a mass ratio of 86: 6: 8;
S hopper area (3.3 x 1.5 4.95 m 2 ).

При такой скорости и расстоянии от верхнего до нижнего уровня H, равном 4000 мм, время схода шихты t (ч) из наиболее быстро опорожняемых бункеров при отсутствии подачи шихты определяется

Figure 00000008

где α отношение скорости схода шихты по центральной течке к линейной средней скорости равно 1,65.At such a speed and a distance from the upper to lower level H equal to 4000 mm, the charge descent time t (h) from the most rapidly emptying bins in the absence of charge supply is determined
Figure 00000008

where α the ratio of the speed of the mixture in the central estrus to the linear average speed is 1.65.

Следовательно, экспоненциальное запаздывание по каналу шихта шлак составит для печи РКЗ-72Ф и РКЗ-80Ф 150 МВтч, а для печи РКЗ-48ФМ соответственно 100 МВтч. Therefore, the exponential delay along the channel of the slag charge will be 150 MWh for the RKZ-72F and RKZ-80F furnaces, and 100 MWh for the RKZ-48FM kiln, respectively.

На основании исследований, которые проводились на промышленных печах во время испытаний, и анализа данных по эксплуатации их при оптимальном диапазоне значений активного сопротивления фаз ванны печи Rаф=3,0-3,5 МОм была установлена зависимость тока электрода от рабочей мощности печи и содержания P2O5 в шлаке, которая имеет вид
Iэ а Ск + b Pа, (11)
где Pа текущее значение активной мощности печи, МВт;
Ск текущее значение содержания P2O5 в шлаке,
Iэ средний рабочий ток электрода, кА.
Based on studies conducted on industrial furnaces during testing and analysis of their operation data with an optimal range of active resistance of the phases of the furnace bath R af = 3.0-3.5 MΩ, the dependence of the electrode current on the operating power of the furnace and the content P 2 O 5 in the slag, which has the form
I e a C k + b P a , (11)
where P a is the current value of the active power of the furnace, MW;
C to the current value of the content of P 2 O 5 in the slag,
I e the average working current of the electrode, kA.

Учитывая зонную структуру ванны печи при регулировании углеродистого режима необходимо, чтобы электрод находился в ней. С этой целью рекомендуют поддерживать расстояние электрод под в диапазоне Hэп=0,65-0,90dэ (диаметр электрода), но т.к. высота рабочей (углеродистой) зоны изменяется в широких пределах (0,5-1,5м), поэтому в предлагаемом способе управления контролируют положение электрода в этой зоне путем сравнения фактического расстояния электрод под (Hэп) с заданным, которое определяется из следующих предпосылок.Given the zone structure of the furnace bath when regulating the carbon regime, it is necessary that the electrode is in it. For this purpose, it is recommended to maintain the electrode distance under in the range of H ep = 0.65-0.90 d e (electrode diameter), but since the height of the working (carbon) zone varies over a wide range (0.5-1.5 m), therefore, in the proposed control method, the electrode position in this zone is controlled by comparing the actual electrode distance under (H ep ) with a predetermined one, which is determined from the following premises.

На основании эксплуатации фосфорных печей известно, что высота шлаковой зоны (Hшл) находится в диапазоне 40-60 см (среднее 0,5м). Заданное значение Hэп=Hр.з. + 0,5 (м).Based on the operation of phosphorus furnaces, it is known that the height of the slag zone (H sl ) is in the range of 40-60 cm (average 0.5 m). The set value of H ep = H R. + 0.5 (m).

Существенными отличиями предлагаемого способа управления от прототипа являются
определение транспортного и экспоненциального запаздывания фосфорной печи по каналу шихта шлак;
усреднение содержания P2O5 в шлаке с учетом полученного результата;
определение рабочего тока электрода по эмпирической формуле, учитывающей зависимость его от рабочей мощности и содержания P2O5 в шлаке;
корректировка количества восстановителя в шихте по отклонению среднего содержания P2O5 от заданного с учетом ошибки дозировки фосфорита из-за колебания в нем содержания P2O5.
Significant differences of the proposed control method from the prototype are
determination of transport and exponential delays of a phosphoric furnace through a slag charge channel;
averaging the content of P 2 O 5 in the slag, taking into account the result;
determination of the working current of the electrode according to an empirical formula that takes into account its dependence on the working power and the content of P 2 O 5 in the slag;
the adjustment of the amount of reducing agent in the mixture according to the deviation of the average content of P 2 O 5 from the given taking into account the dosage error of phosphorite due to fluctuations in the content of P 2 O 5 .

Из анализа известного уровня техники не установлена аналогичная совокупность признаков для управления процессом получения фосфора, в частности и для управления углеродистым режимом печи, поэтому можно сделать вывод, что предлагаемое техническое решение соответствует критериям патентоспособности "новизна" и "изобретательский уровень". From the analysis of the prior art, a similar set of features has not been established for controlling the process of producing phosphorus, in particular for controlling the carbon mode of the furnace, therefore it can be concluded that the proposed technical solution meets the criteria of patentability "novelty" and "inventive step".

О соответствии критерию "применимость" можно судить по примеру реализации предлагаемого способа управления на фосфорной печи РКЗ-48Ф или РКЗ-80Ф, т. к. они наиболее широко применяются в фосфорной промышленности и работают на куске и агломерате. Максимальная рабочая мощность их соответственно равна 45 и 65 МВт. Геометрические размеры фосфорной печи РКЗ-72Ф или РКЗ-80Ф следующие: диаметр электрода dэ 170 см; диаметр распада электродов Dр 480 см; диаметр ванны Dв 1020 см; высота ванны Hв 565 см. Конструкционный параметр Z 73 см. Геометрические параметры фосфорной печи РКЗ-48ФМ соответственно следующие: dэ 140 см, Dр 400 см, Dв 850 см, Hв 420-475 см.The compliance with the "applicability" criterion can be judged by the example of the implementation of the proposed control method on a phosphor furnace RKZ-48F or RKZ-80F, since they are most widely used in the phosphorus industry and work on a piece and sinter. Their maximum operating power is respectively 45 and 65 MW. The geometric dimensions of the RKZ-72F or RKZ-80F phosphor furnace are as follows: electrode diameter d e 170 cm; the diameter of the decay of the electrodes D p 480 cm; bath diameter D of 1020 cm; .. H bath height 565 cm Structural parameter Z 73 cm Geometrical parameters phosphoric furnace RHM-48FM, respectively, the following: d e is 140 cm, D p 400 cm, D 850 cm, H at 420-475 cm.

На чертеже представлена блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа управления. The drawing shows a block diagram of a device for implementing the proposed control method.

Устройство (электрическая часть показана для одной фазы, для других двух она аналогична) содержит ванну фосфорной печи 1, течки 2 (показана одна, фактически их девять, причем в центральной течке соединены три), электрод 3, трансформаторы тока 4, являющиеся датчиками тока электрода, переключатель 5 ступеней напряжения печного трансформатора 6, регулятор 7 электрического режима, блок 8 перемещения электрода, блок 9 (счетчик активной энергии), пробоотборник 10 шлака, измеритель 11 содержания P2O5 в шлаке, блок 14 сравнения среднего и заданного значений P2O5в шлаке, блок 15 корректировки количества кокса, дозаторы 16 компонентов шихты, блок 17 определения рабочей мощности печи, вычислительное устройство 18 для определения высоты рабочей (углеродистой) зоны, блок 19 определения расстояния электрод под, блок 20 сравнения фактического и заданного расстояния электрод под, блок 21 задания расстояния электрод под. Регулятор 7 электрического режима известная система управления САУ "Фоскар", применяемая на всех фосфорных печах. В качестве измерителя 11 содержания P2O5 в шлаке можно применить квантометр или блоки определения этого параметра по вязкости и электропроводности, применяемые в прототипе.The device (the electrical part is shown for one phase, it is similar for the other two) contains a bath of a phosphor furnace 1, estrus 2 (one is shown, in fact there are nine, and three are connected in the central estrus), electrode 3, current transformers 4, which are current sensors of the electrode , 5 voltage selector switch for furnace transformer 6, electric mode regulator 7, electrode moving unit 8, block 9 (active energy meter), slag sampler 10, P 2 O 5 content meter in slag 11, average and setpoint comparison unit 14 P 2 O 5 in the slag, block 15 for adjusting the amount of coke, batchers 16 components of the charge, block 17 for determining the working power of the furnace, a computing device 18 for determining the height of the working (carbon) zone, block 19 for determining the distance of the electrode under, block 20 comparing the actual and target distance electrode under, block 21 sets the distance electrode under. The electric mode controller 7 is a well-known control system of self-propelled guns "Foscar", used on all phosphor furnaces. As a meter 11 of the content of P 2 O 5 in the slag, you can use a quantometer or blocks for determining this parameter by viscosity and conductivity, used in the prototype.

Высота рабочей зоны (Hр.з.), длина электрода (dэ) и расстояние электрод под (Hэп) определяются в соответствии с "Методическими рекомендациями по определению электротехнологических параметров фосфорных печей". Составители: Арлиевский М. П. Валькова З.А. Жилов Г.М. и др. Л. ЛенНИИГипрохим, 1986 г. или в соответствии с описанием к патенту РФ N 2007055, зарегистрированному 30.01.94, оп. БИ N 2, 1994 г. Некоторые блоки могут быть реализованы с помощью ЭВМ. Программы для ЭВМ используются на некоторых заводах.The height of the working area (H rz ), the length of the electrode (d e ) and the distance of the electrode under (H ep ) are determined in accordance with the "Methodological recommendations for determining the electrotechnological parameters of phosphoric furnaces". Compiled by Arlievsky M.P. Valkova Z.A. Zhilov G.M. et al. L. LenNIIGiprokhim, 1986 or in accordance with the description of the patent of the Russian Federation N 2007055, registered 01.30.94, op. BI N 2, 1994. Some blocks can be implemented using computers. Computer programs are used in some factories.

Работа устройства осуществляется следующим образом. The operation of the device is as follows.

Шихта, состоящая из фосфорита, кварцита и кокса в указанных соотношениях, приготавливается в дозаторном отделении (для печей РКЗ-80Ф шихта состоит из агломерата, кварцита и кокса, но соотношение компонентов шихты в пересчете на фосфорит практически одинаково). При переработке кускового фосфорита соотношение компонентов: 80-85% фосфорита, 4-6% кварцита и 10-14% кокса; насыпная плотность шихты 1,4-1,5 т/м3; время транспортного запаздывания, выраженное количеством электроэнергии (P•τз) на основе эксперимента принято 650 МВтч, а при переработке агломерата шихта имеет насыпную плотность 0,9-1,0 т/м3, а P•τз=350 МВТч.
Первоначальная дозировка исходной шихты производилась по известному методу, описанному в книге "Технология фосфора" под ред. Ершова В.А. и Белова В.Н. Л. Химия, 1979 г. с.144-146.
The mixture, consisting of phosphorite, quartzite and coke in the indicated proportions, is prepared in the dosing unit (for RKZ-80F furnaces, the mixture consists of agglomerate, quartzite and coke, but the ratio of the components of the mixture in terms of phosphorite is almost the same). When processing lump phosphorite, the ratio of components: 80-85% phosphorite, 4-6% quartzite and 10-14% coke; bulk density of the mixture of 1.4-1.5 t / m 3 ; Based on the experiment, the transport delay time expressed by the amount of electric power (P • τ s ) was assumed to be 650 MWh, and in the processing of sinter, the charge has a bulk density of 0.9-1.0 t / m 3 and P • τ s = 350 MW .
The initial dosage of the initial charge was carried out according to the known method described in the book "Technology of phosphorus", ed. Ershova V.A. and Belova V.N. L. Chemistry, 1979, p. 144-146.

Химический состав компонентов шихты (средняя проба) приведен в таблице. The chemical composition of the charge components (average sample) is given in the table.

Общий расход углерода на 100 кг фосфорита с некоторым избытком от стехиометрии составил 12,55 кг или в пересчете на кокс 12,55/0,863=14,54 кг. Содержание кремния в кварците 94% т.е. 5/0,94=5,3 кг кварцита. Таким образом, на 100 кг фосфорита приходится 14,54 кг кокса и 5,3 кг кварцита; насыпная плотность шихты 1,5 т/м3.The total carbon consumption per 100 kg of phosphorite with some excess from stoichiometry was 12.55 kg, or in terms of coke 12.55 / 0.863 = 14.54 kg. The silicon content in quartzite is 94% i.e. 5 / 0.94 = 5.3 kg of quartzite. Thus, per 100 kg of phosphorite accounts for 14.54 kg of coke and 5.3 kg of quartzite; bulk density of the mixture of 1.5 t / m 3 .

На весовых дозаторах 16 устанавливаются заданные соотношения, затем на сборочном конвейере компоненты смешиваются, и шихта через печные бункера загружается в ванну печи 1 через течки 2. The set ratios are established on the weighing batchers 16, then on the assembly line the components are mixed, and the mixture is loaded through the furnace bins into the bath of the furnace 1 through estrus 2.

Первоначальный электрический режим электровозгонки задают в соответствии с "Методическими рекомендациями", упомянутыми выше. The initial electric mode of electric sublimation is set in accordance with the "Methodological recommendations" mentioned above.

Пусть выбраны следующие параметры: рабочая мощность Pа 47,5 МВт, потребляемая мощность (сетевая) S 51 МВА, cos Φ 0,915, среднеквадратичный ток по трем электродам Iэ 66,1 кА, тогда линейное напряжение Uл 453 В, т.е. 34-я ступень напряжения. Активное сопротивление отдельных фаз составило 3,4-3,6 мОм.Let the following parameters be selected: operating power P a 47.5 MW, power consumption (mains) S 51 MVA, cos Φ 0.915, rms current across three electrodes I e 66.1 kA, then the line voltage U l is 453 V, i.e. . 34th voltage level. The active resistance of the individual phases was 3.4-3.6 mOhm.

Сигналы, пропорциональные указанным параметрам, через датчики тока (4) и напряжения (5) поступают в регулятор 7, который поддерживает заданный электрический режим за счет перемещения электродов (блок 8) и/или переключения ступеней (блок 5) соответственно сигналами F1 и F2. После потребления определенного количества электроэнергии, которая фиксируется счетчиком энергии (блок 9), осуществляют выпуск шлака (возможен его непрерывный выпуск). Раз в сутки выпускается феррофосфор (при потреблении электроэнергии 1000-1100 МВтч). При выпуске шлака раз в час (или реже) отбирается его проба пробоотборником 10, а квантометром 11 или другим экспресс-методом в ней определяют содержание P2O5 в шлаке. Полученные значения содержания P2O5 в шлаке за смену (6 часов): 1,54; 1,9; 1,78 на интеграторе не усредняются, т.к. на втором входе блока 12 есть сигнал f1 запрета на усреднение, поскольку потребленная печью электроэнергия меньше величины транспортного запаздывания, и печь работает в переходном режиме.Signals proportional to the indicated parameters, through current sensors (4) and voltage (5), enter the regulator 7, which maintains the specified electrical mode by moving the electrodes (block 8) and / or switching stages (block 5), respectively, with signals F 1 and F 2 . After the consumption of a certain amount of electricity, which is recorded by the energy meter (block 9), the slag is released (continuous release is possible). Once a day, ferrophosphorus is produced (with an energy consumption of 1000-1100 MWh). When slag is released once per hour (or less often), its sample is taken by sampler 10, and the content of P 2 O 5 in the slag is determined in it by a quantimeter 11 or other express method. The obtained values of the content of P 2 O 5 in the slag per shift (6 hours): 1.54; 1.9; 1.78 on the integrator are not averaged, because at the second input of block 12 there is an averaging inhibit signal f 1 , since the electric energy consumed by the furnace is less than the transport delay, and the furnace operates in transition mode.

В блоке 14 происходит сравнение фактического содержания P2O5 в шлаке с заданным, которое определяется в блоке 13 по формуле прототипа, т.е.In block 14, the actual content of P 2 O 5 in the slag is compared with the specified one, which is determined in block 13 by the formula of the prototype, i.e.

Cкз=кP п a , (12)
где к 0,3 для печей РКЗ-72Ф и РКЗ-80Ф; к 0,07 для печей РКЗ-48Ф; соответственно п 0,69 для РКЗ-48Ф и 0,39 для РКЗ-72Ф.
Kp = ks C P a , (12)
where k 0.3 for furnaces RKZ-72F and RKZ-80F; to 0.07 for RKZ-48F furnaces; respectively, p 0.69 for RKZ-48F and 0.39 for RKZ-72F.

В нашем примере заданные значения Скз 0,3•4,570,39 1,1.In our example, the set values of C KZ 0.3 • 4.57 0.39 1.1.

Если на выходе блока сравнения 14 имеется сигнал отклонения (ΔCк), изменения дозировки кокса не осуществляется, т.к. на втором входе блока 15 имеется сигнал запрета f2, аналогичный f1 по той же причине - переходный режим не закончился.If at the output of the comparison unit 14 there is a deviation signal (ΔC k ), the dosage of the coke is not changed, because at the second input of block 15 there is a ban signal f 2 , similar to f 1 for the same reason - the transition mode has not ended.

Одновременно в блоке 18 определяется высота рабочей зоны (Hрз) по одной из формул, указанных "Методических рекомендаций", например по уточненной формуле

Figure 00000009

где Aп постоянная, зависящая от отношения усредненной рабочей мощности к максимальной для каждого вида печи: для фосфорных печей для Pср ≅ 0,67 Pmax Aп 161•104, для диапазона 0,475 Pmax ≅ Pср ≅ 0,67 Pmax Aп 187•104, для диапазона 0,41 Pmax ≅ Pср ≅ 0,475 Pmax Aп 220•104;
r средневзвешенный размер куска восстановителя, 1,516 см;
Pa усредненная за период рабочая мощность печи, МВт;
Ск остаточное содержание P2O5 в шлаке,
Dр диаметр распада электродов, см;
п, п1 эмпирические коэффициенты, определяемые для каждого типа руднотермических печей и от вида полученного продукта (для фосфорных печей п 0,74, п1 0,97).At the same time, in block 18, the height of the working area (H rz ) is determined according to one of the formulas indicated by the “Methodological recommendations”, for example, according to the adjusted formula
Figure 00000009

where A p is constant, depending on the ratio of the average operating power to the maximum for each type of furnace: for phosphor furnaces for P cf ≅ 0.67 P max A p 161 • 10 4 , for the range 0.475 P max ≅ P cf ≅ 0.67 P max A p 187 • 10 4 , for the range 0.41 P max ≅ P cf ≅ 0.475 P max A p 220 • 10 4 ;
r weighted average size of a piece of reducing agent, 1.516 cm;
P a averaged over the period the operating power of the furnace, MW;
C to the residual content of P 2 O 5 in the slag,
D p the diameter of the decay of the electrodes, cm;
p, p 1 empirical coefficients determined for each type of ore-thermal furnaces and on the type of product obtained (for phosphor furnaces p 0.74, p 1 0.97).

Подставляя в расчетную формулу соответствующие значения, получаем

Figure 00000010

Значения Aп находят из условия
Figure 00000011

В блоке 19 вычисляется расстояние Hэп (электрод под) по формуле патента РФ N 2007055, а именно
Hэп≠ Brn3H n4 рз R n5 a •d n6 э (14),
где RQ- активное сопротивление ванны печи на один электрод, nОм;
B эмпирическая постоянная, зависящая от типоразмера печи и получаемого продукта;
п3, п4, п5, п6 эмпирические коэффициенты.Substituting the corresponding values in the calculation formula, we obtain
Figure 00000010

The values of A p are found from the condition
Figure 00000011

In block 19, the distance H ep (electrode under) is calculated according to the formula of RF patent N 2007055, namely
H ep ≠ Br n3 H n4 rz R n5 a • d n6 uh (fourteen),
where R Q is the resistance of the furnace bath to one electrode, nOhm;
B empirical constant, depending on the size of the furnace and the resulting product;
n 3 , n 4 , n 5 , n 6 empirical coefficients.

Для фосфорных печей B= 2,98, п3=0,38, п4=0,88, п5=1,22, п6=1,35. Остальные параметры в нашем случае равны: r=1,516 см, Ra=3,6 мОм, тогда Нэп 2,98 • 1,5160,38 • 1370,88 • 3,61,22 • 1,701,35 130 см.For phosphor furnaces, B = 2.98, n 3 = 0.38, n 4 = 0.88, n 5 = 1.22, n 6 = 1.35. The remaining parameters in our case are equal: r = 1.516 cm, R a = 3.6 mOhm, then N ep 2.98 • 1.516 0.38 • 137 0.88 • 3.6 1.22 • 1.70 1.35 130 cm.

Полученное значение Hэп сравнивается в блоке 20 с заданным, определенным в блоке 21 и равном Hэп=137+50=187 см.The obtained value of H ep is compared in block 20 with the specified value defined in block 21 and equal to H ep = 137 + 50 = 187 cm.

Следовательно, электрод находится в рабочей зоне и заглублен в нее:

Figure 00000012
.Therefore, the electrode is in the working area and is buried in it:
Figure 00000012
.

Проверяем условие:

Figure 00000013
т. е. в пределах оптимального значения, поэтому на выходе блока 20 нет сигнала в регулятор 7 на корректировку электрического режима.We check the condition:
Figure 00000013
i.e., within the optimal value, therefore, at the output of block 20 there is no signal to regulator 7 to adjust the electrical mode.

Проверяем правильность выбора тока электрода по зависимости (11), которая для печи РКЗ-72Ф и РКЗ-80Ф имеет вид
Iэ 111,4-60,4 Ск + 0,99 P 111,4-60,4 •1,58 + 0,99•47,5 63 кА;

Figure 00000014
т.е. меньше 10% поэтому ток электрода остается без изменения.We check the correctness of the choice of the electrode current according to dependence (11), which for the furnace RKZ-72F and RKZ-80F has the form
I e 111.4-60.4 C k + 0.99 P 111.4-60.4 • 1.58 + 0.99 • 47.5 63 kA;
Figure 00000014
those. less than 10%, therefore, the electrode current remains unchanged.

Определяем фактическое транспортное запаздывание фосфорной печи по формуле (8), получим

Figure 00000015

Figure 00000016
, т. к. расход электроэнергии шихты для печей РКЗ-72Ф и РКЗ-80Ф прямо пропорционален.We determine the actual transport delay of the phosphorus furnace by the formula (8), we obtain
Figure 00000015

Figure 00000016
, since the charge energy consumption for furnaces RKZ-72F and RKZ-80F is directly proportional.

Исходя из полученного времени транспортного запаздывания запрет на усреднение P2O5 в шлаке будет снят лишь после того, как печь потребит 606 МВтч электроэнергии, т. е. через 12-13 часов после включения печи, а первое значение содержания P2O5 в шлаке, которое будет усредняться с учетом экспоненциального запаздывания, через 3 часа, т.е. окончательно переходный процесс от входа до выхода по тракту шихта шлак закончится через 16 часов.Based on the obtained transport delay time, the ban on averaging P 2 O 5 in the slag will be lifted only after the furnace consumes 606 MWh of electricity, i.e. 12-13 hours after turning on the furnace, and the first value of the content of P 2 O 5 in slag, which will be averaged taking into account the exponential delay, after 3 hours, i.e. finally the transition process from entrance to exit along the slag charge path will end in 16 hours.

Пусть печь продолжает работать в этом же режиме, т.к. по электрическим параметрам отклонений нет. В момент t 22 часам после пуска печи получим следующие показатели: расход электроэнергии W=310 МВтч, т.е. Pаср=51,7 МВт; замеры P2O5 в шлаке (пять замеров): 1,3; 1,8; 1,9; 1,78; 1,8, т.е. Cкср= 1,72% Cкзад=1,2% ΔCк=0,52%, т.е. превышает допустимое значение 0,4, поэтому на входе блока 15 корректировки количества кокса появится сигнал Cк. Сигнал запрета f2 снят, т.к. общее потребление электроэнергии равно 1080 МВтч.Let the furnace continue to work in the same mode, as there are no deviations in electrical parameters. At time t 22 hours after the start-up of the furnace, we obtain the following indicators: power consumption W ht = 310 MWh, i.e. P asr = 51.7 MW; measurements of P 2 O 5 in the slag (five measurements): 1.3; 1.8; 1.9; 1.78; 1.8, i.e. C ksr = 1.72% C short = 1.2% ΔC k = 0.52%, i.e. exceeds the permissible value of 0.4, therefore, at the input of block 15 adjusting the amount of coke, a signal C k will appear. The inhibit signal f 2 is removed, because total electricity consumption is 1080 MWh.

Определим высоту рабочей зоны

Figure 00000017

Figure 00000018

Figure 00000019
(в пределах заданного диапазона).Define the height of the working area
Figure 00000017

Figure 00000018

Figure 00000019
(within the specified range).

Электрод заглублен в рабочую зону:

Figure 00000020
.The electrode is buried in the working area:
Figure 00000020
.

Определим величину корректировки кокса по отклонению P2O5 в шлаке, т.к. Cк=0,52% с учетом коэффициента усиления по каналу шахта - шлак, по формуле

Figure 00000021

где ΔC * к приведенное отклонение P2O5 в шлаке, определяемое как
Figure 00000022
;
Whi 3Wэ 150•3 450 МВтч;
W текущий расход электроэнергии, равный 310 МВтч.We determine the amount of coke adjustment by the deviation of P 2 O 5 in the slag, because C k = 0.52%, taking into account the gain along the mine-slag channel, according to the formula
Figure 00000021

where ΔC * to reduced deviation of P 2 O 5 in the slag, defined as
Figure 00000022
;
W hi 3W e 150 • 3 450 MWh;
W ht current power consumption equal to 310 MWh.

Figure 00000023
по углероду или по коксу;
Figure 00000024
, т. е. отклонение P2O5 в шлаке фактического от заданного указывает на недостаток углерода, а увеличение высоты рабочей зоны на накопление кокса в печи.
Figure 00000023
carbon or coke;
Figure 00000024
, i.e., the deviation of P 2 O 5 in the actual slag from the target indicates a lack of carbon, and an increase in the height of the working zone results in the accumulation of coke in the furnace.

Анализ суточного содержания P2O5 в фосфорите показал, что среднесуточное содержание его составило 22,5 P2O5 и дозировка производилась на 23,9% P2O5, поэтому дозировка кокса (углерода) на целевую реакцию должна быть уменьшена.Analysis of the daily content of P 2 O 5 in phosphorite showed that its average daily content was 22.5 P 2 O 5 and the dosage was 23.9% P 2 O 5 , so the dosage of coke (carbon) to the target reaction should be reduced.

Первоначальная дозировка кокса (углерода) на восстановление P2O5 фосфорита составила 10,7 кг по углероду. Следовательно, суточная поправка по анализу шихты составит

Figure 00000025
по углероду, а по коксу 0,73 кг.The initial dosage of coke (carbon) for the reduction of P 2 O 5 phosphorite was 10.7 kg of carbon. Therefore, the daily correction for the analysis of the charge will be
Figure 00000025
for carbon, and for coke 0.73 kg.

Новая дозировка кокса на 100 кг фосфорита составит
Φккз+ΔΦк+ΔΦсут=14,54+0,36-0,73=14,11 кг.
The new dosage of coke per 100 kg of phosphorite will be
Φ k = Φ kz + ΔΦ k + ΔΦ days = 14.54 + 0.36-0.73 = 14.11 kg.

Однако учитывая тот факт, что, несмотря на фактический избыток кокса в ванне печи, содержание P2O5 в шлаке превышает оптимальное значение, то это указывает на необходимость изменения электрического режима. Проверяем оптимальность заданного значения тока электрода аналогично вышеприведенному:
Iэ=111,4-60,4•1,7+51,7-0,99 59 кА;
Iэ=Iэзад-Iэ=66,1-59=7,1 кА, т.е. Δ11
Исходя из этого в качестве заданного был принят Iэ=60 кА.
However, given the fact that, despite the actual excess of coke in the furnace bath, the content of P 2 O 5 in the slag exceeds the optimal value, this indicates the need to change the electric mode. We check the optimality of the set value of the electrode current similar to the above:
I e = 111.4-60.4 • 1.7 + 51.7-0.99 59 kA;
I e = I ezad -I e = 66.1-59 = 7.1 kA, i.e. Δ11
Based on this, I e = 60 kA was adopted as the given one.

Для поддержания заданной мощности 50 МВт регулятор 7 переключил трансформатор с 34 ступени на 33 ступень (сигнал F2) и Uл=474 В. В результате корректировок электрического режима и количества восстановителя средние показатели работы печи за следующую смену были Cк=1,4% Hрз=135 см, Hэп=140 см, Iэср=62 кА, Pаср=52 МВт, Rаф=3,62 мОм, cosΦ=0,926.To maintain a given power of 50 MW, regulator 7 switched the transformer from 34 steps to 33 steps (signal F 2 ) and U l = 474 V. As a result of adjustments to the electric mode and the amount of reducing agent, the average furnace performance for the next shift was C k = 1.4 % H rz = 135 cm, H ep = 140 cm, I esr = 62 kA, P asr = 52 MW, R af = 3.62 mOhm, cosΦ = 0.926.

Таким образом, наблюдается тенденция к улучшению электротехнологических параметров печи. Thus, there is a tendency to improve the electrotechnological parameters of the furnace.

Использование предлагаемого способа управления позволяют более точно корректировать углеродистый режим процесса электровозгонки, т.к. исключают на время переходного режима корректировку компонентов шихты, а усреднение основного регулируемого технологического параметра в установившемся режиме увеличивает достоверность определения P2O5 в шлаке.Using the proposed control method allows you to more accurately adjust the carbon mode of the electric sublimation process, because exclude during the transition mode the adjustment of the components of the charge, and the averaging of the main adjustable technological parameter in the steady state increases the reliability of the determination of P 2 O 5 in the slag.

Качеству регулировки способствует и учет колебания содержания P2O5 в исходной шихте, тем более, как показывает вышеприведенный пример, отклонение по количеству кокса носит противоположный характер, поэтому если бы корректировка проводилась только по отклонению P2O5 в шлаке, то качество управления ухудшилось бы. Изменение электрического режима в результате более точного регулирования позволило уменьшить удельный расход электроэнергии на печной процесс на 1,5% и оптимизировать соотношение между напряжением и током электрода.The quality of adjustment is also facilitated by taking into account fluctuations in the content of P 2 O 5 in the initial charge, moreover, as the above example shows, the deviation in the amount of coke is the opposite, therefore, if the adjustment was carried out only on the deviation of P 2 O 5 in the slag, the control quality would deteriorate would. The change in the electric regime as a result of more precise regulation made it possible to reduce the specific energy consumption for the furnace process by 1.5% and to optimize the ratio between the voltage and current of the electrode.

Использование изобретения предполагается на АО "Куйбышевфосфор" в 1995 г. The use of the invention is expected at JSC Kuibyshevphosphorus in 1995.

Claims (1)

Способ управления процессом получения фосфора в электротермической печи, включающий анализ и дозировку компонентов шихты, регулирование электрического режима плавки путем поддержания заданного тока электрода и рабочей мощности печи перемещением электродов и/или переключением ступеней напряжения печного трансформатора, определение содержания пятиокиси фосфора в шлаке, усреднение фактической активной мощности печи и содержания пятиокиси фосфора в шлаке за заданный промежуток времени и сравнение полученных результатов с заданными, а по отклонению значения пятиокиси фосфора в шлаке от заданного значения корректируют количество восстановителя в шихте, отличающийся тем, что заданное значение тока электрода определяют с учетом оптимального содержания пятиокиси фосфора в шлаке и заданной мощности печи, усреднение значений пятиокиси фосфора в шлаке осуществляют с учетом запаздывания влияния состава шихты на состав шлака, контролируют положение электрода в углеродистой зоне, а количество восстановителя в шихте корректируют по формуле
Φк= Φк3+ ΔΦк+ ΔΦсут,
где Φк количество кокса, необходимого для восстановления пятиокиси фосфора в шихте на 100 кг фосфорита, кг;
Φк3 первоначальная дозировка кокса в шихте на 100 кг фосфорита, кг;
ΔΦк изменение дозировки кокса по отклонению пятиокиси фосфора в шлаке от заданного, кг;
ΔΦсут суточная величина изменения дозировки кокса по результатам анализа сырья, кг.
A method for controlling the process of producing phosphorus in an electrothermal furnace, including analysis and dosage of charge components, regulating the electric melting mode by maintaining a given electrode current and furnace working power by moving the electrodes and / or switching voltage levels of the furnace transformer, determining the content of phosphorus pentoxide in slag, averaging the actual active furnace capacity and the content of phosphorus pentoxide in the slag for a given period of time and comparing the results with the given ones, and the deviation of the value of phosphorus pentoxide in the slag from the set value corrects the amount of reducing agent in the charge, characterized in that the set value of the electrode current is determined taking into account the optimal content of phosphorus pentoxide in the slag and the specified furnace power, the averaging of the values of phosphorus pentoxide in the slag is carried out taking into account the delay of the effect the composition of the charge on the composition of the slag, control the position of the electrode in the carbon zone, and the amount of reducing agent in the charge is adjusted according to the formula
Φ k = Φ k3 + ΔΦ k + ΔΦ days
where Φ to the amount of coke needed to restore phosphorus pentoxide in the mixture per 100 kg of phosphorite, kg;
Φ K3 initial dosage of coke in the charge per 100 kg of phosphorite, kg;
ΔΦ to change the dosage of coke by the deviation of phosphorus pentoxide in the slag from the set, kg;
ΔΦ days the daily value of the change in the dosage of coke according to the analysis of raw materials, kg
RU94037150A 1994-09-30 1994-09-30 Method for controlling phosphorus production process in electrothermic furnace RU2081818C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94037150A RU2081818C1 (en) 1994-09-30 1994-09-30 Method for controlling phosphorus production process in electrothermic furnace

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU94037150A RU2081818C1 (en) 1994-09-30 1994-09-30 Method for controlling phosphorus production process in electrothermic furnace

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU94037150A RU94037150A (en) 1996-08-10
RU2081818C1 true RU2081818C1 (en) 1997-06-20

Family

ID=20161246

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU94037150A RU2081818C1 (en) 1994-09-30 1994-09-30 Method for controlling phosphorus production process in electrothermic furnace

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2081818C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1286155, кл. С 01 B 25/00, 1987. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU94037150A (en) 1996-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104019662A (en) Rotary kiln control system
EP0911303B1 (en) Method and system for controlling mixing of raw materials for cement
RU2081818C1 (en) Method for controlling phosphorus production process in electrothermic furnace
CN101339115B (en) Mixture density checking method and system
CN101560599A (en) Thickness control method and control system of mixed material layer
CN112956281A (en) Method for operating an arc furnace
RU2080534C1 (en) Method of control of calcium carbide smelting process
SU1288155A1 (en) Method for controlling process of producing phosphorus in electrothermal furnace
RU2516360C2 (en) Method to control electric arc mode of melting of ore-thermal furnace in production of phosphorus
JP3565568B2 (en) Raw material cutting weighing control method
RU2308651C1 (en) Method of automatic control of roasting of raw material in rotating drum
RU2026521C1 (en) Method of control of smelting process of ferrosilicochromium in ore-smelting furnace furnace of system for its realization
RU2180923C1 (en) Method of control of melting process in electric furnace
SU993491A1 (en) Method and apparatus for control of three-phase three-electrode carbide furnace melting
SU987863A1 (en) Method and apparatus for control of electric arc steel melting furnace electric mode
CN102676795B (en) Method for calculating charge
SU1120494A1 (en) Method of controlling production eeaters ns of submerged-arc furnace for obtaining phosphorus
SU922066A1 (en) Method and apparatus for controlling phosphorus production process
RU2239295C2 (en) Power control device for three-phase arc furnace
JPH0813047A (en) Method for controlling input quantity of heat in sintering machine
SU1477474A1 (en) Method of controlling desintegrating process in a closed cycle mill
RU2017826C1 (en) Method of blast furnace operation regulation
RU2033706C1 (en) Device for control of processing of phosphorous oven
RU2117056C1 (en) Method for stabilization of sinter basicity
SU952798A1 (en) Method for controlling process for preparing multicomponent slurry