SU1525954A1 - Способ ведени плавки в дуговой сталеплавильной печи - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике. Цель изобретени  - уменьшение вли ни  печи на сеть путем стабилизации гармонического состава напр жени . Исход  из экспериментальных данных, установлено, что благопри тный режим плавки поддерживаетс  при определенном оптимальном виде динамической вольт-амперной характеристики (ДВАХ). Корректиру  скорость движени  электрода, поддерживают определенный оптимальный вид ДВАХ и повышают стабильность электрического режима, поскольку при этом поддерживаетс  посто нный спектр гармоник тока и напр жени , что облегчает борьбу с ними. 3 ил.

Description

Изобрет ение относитс  к электротермии , а именно к способам ведени  плавки в дуговых сталеплавильных пе- : чах.

Цель изобретени  - уменьшение вли ни  печи на сеть путем стабилизации гармонического состава напр жени .

Если напр жение и ток в электрической цепи синусоидальны, а напр жение опережает ток на некоторый угол If , то последний может быть определен как

Можно прин ть, что несинусоидальность U и i обусловлена изменением во времени угла сдвига фаз между ними. При этом дл  малых промежутков време-V arccos ui+ /()(u«-1) (1) ни At : Т - период питающего напр  -..- « wiTim«. чтл vnnnnMP

жени  можно допустить, что условие (1) выполн етс , т.е.

где U - относительное мгновенное значение напр жени ,

- относительное мгновенное значение тока.

UM.IM

и,1 - соответственно мгновенные значени  напр жени  и тока,

соответственно амплитудные значени  напр жени  и тока.

В практических случа х и и i несинусоидальны и условие (1) не выполн етс .

Можно прин ть, что несинусоидальность U и i обусловлена изменением во времени угла сдвига фаз между ними. При этом дл  малых промежутков време-ни At : Т - период питающего напр СП

to СП

о ел

4ib

ни At : Т - период питающего напр  -..- « wiTim«. чтл vnnnnMP

жени  можно допустить, что условие (1) выполн етс , т.е.

VK arccos (iK- I)(UK-I). (2)

Исход  из экспериментальных данных , полученных непосредственно на дуговых электропечах, благопри тный (желаемый) режим плавки поддерживаетс , если динамическа  вольт-амперна  характеристика имеет вид, приведенный на фиг.1. Этому режиму плавки соответствует зависимость , изображенна  на фиг,2, полученна  при благопри тном режиме электроплавки в печи ( 6 - угол наклона радиус-вектора, О arctR i/u). Эмпирическа  зависимость v(6), изображенна  на фиг.2, может быть заменена выражением

v(e) | VoSin (2е - J)

4- V

|, (3)

Ч г,

г V-1

У

Vi - f,

I

V . мгновенный сдвиг Фаз между i и U при в- nl п 1,2,3,. мгновенньп сдвиг фаз между i и U при е 1 /2+пТГ , ,2,3,....

за врем  периода переменного напр жени  дуги серию пр моугольных импульсов , нулевой из которых синхронизирован с импульсом, вырабатываемым формирователем 2j счетчик 4 импульсов , на счетный вход которого подаетс  сери  импульсов с генератора 3, а на вход Сброс - импульс с формировател  2, дешифратор 5, дающий на выходе сигнал l при поступлении на вход счетчика 4- заданного числа импульсов, схему И 6, формирователь 7, вырабатывающий два следующих друг за другом импульса, один из которых формируетс  по фронту импульса на выходе схе- NM И 6, а другой - после окончани  этого импульса, но до прихода следующего . Схема также включает  чейку аналоговой пам ти дл  измерени  мгновенного значени  напр жени  дуги 8, аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 измерени  амплитуды напр же20

Таким образом, задава  дл  опреде- 25 - аналого-цифровой преобразова- ленных моментов времени значени  у(0Г, вычисл   дл  этих же моментов времетель 11 и блок 12 делени . С трансфор матором 13 тока соединен преобразовани значени  v по формуле (2), сравнива  их между собой и в зависимости (JT рассогласовани , корректиру  ско™

одной стороны, вести процесс при благопри тном технологическом режиме (выполнение услови  (3)) и, с другой стороны, повысить стабильность электрического режима, поскольку с помощью этого способа поддерживаетс  посто нный спектр гармоник тока и напр жени .

Следует отметить, что способ не ликвидирует несинусоидальность, но обеспечивает посто нство набора по- Р.ЯДКОВ гармоник и их амплитуд и. тем самым облегчает борьбу с ними при помощи двух средств - либо с помощью встречно формируемой реактивности, либо на базе известных фильтров, установленных в различных точках питающей сети.

На фиг.З приведена блок-схема устройства , реализующего способ. Блок- схема содержит фильтр 1 первой гармоники напр жени  электрической дуги, формирователь 2 короткого импульса, формулирующий короткий ( 2 мкс) импульс напр жени , в момент времени , когда мгновенное з 1ачение напр жени  первой гармоники электрической дуги при возрастании равно нулю;ге ,

10

)

.

525954

нератор 3 импульсов, вырабатывающий

за врем  периода переменного напр жени  дуги серию пр моугольных импульсов , нулевой из которых синхронизирован с импульсом, вырабатываемым формирователем 2j счетчик 4 импульсов , на счетный вход которого подаетс  сери  импульсов с генератора 3, а на вход Сброс - импульс с формировател  2, дешифратор 5, дающий на выходе сигнал l при поступлении на вход счетчика 4- заданного числа импульсов, схему И 6, формирователь 7, вырабатывающий два следующих друг за другом импульса, один из которых формируетс  по фронту импульса на выходе схе- NM И 6, а другой - после окончани  этого импульса, но до прихода следующего . Схема также включает  чейку аналоговой пам ти дл  измерени  мгновенного значени  напр жени  дуги 8, аналого-цифровой преобразователь 9, блок 10 измерени  амплитуды напр же15

20

- аналого-цифровой преобразова-

тель 11 и блок 12 делени . С трансформатором 13 тока соединен преобразова

тель напр жение-ток 14, блок 15 аналоговой пам ти, блок 16 измерени  амплитуды тока, аналого-цифроБые преобразователи 17 и 18, блок 19 делени . Блок 20 после каждой смены информации на выходе устройств 12 и 19 производит вычисление по формуле

9 arctg -

Схема содержит ключи 21 и 22, открывающиес  по поступлению импульсов с формировател  7, регистр 23, блок 24, вычисл ющий по сигналу от формировател  7 абсолютную величину разности содержимого регистра 23 и выхода вычислител  20, блок 25 сравнени , блок 26 задани  максимально числа, которое допустимо на выходе схемы 24, чтобы подать 1. на счетньй вход счетчика 27.

- максимальное допустимое значение абсолютной величины разности, при которой можно считать, что вольт-амперна  характеристика на периоде j не изменилась по сравнению с периодом J-1. Вольт-амперна  характеристика находитс  в состо нии изменени ,если

55

где

с кабсолютна  велис , i

чина разности значений параметра 6 на к-м измерении j-1 и j-м периодах переменного напр л ени  электрической дуги

,,K-e,,

Схема включает блок 28 формировани  сигнала Разр жение управлени  при условии, что число на выходе счечика 27 не меньше содержимого регистра 29, которое устанавливаетс  оператором , блок 30 вычислени , двухрегист- poBbrfi блок 31, блок 32 вычислени .

С выходом блока 28 и генератора 3 соединена схема И 33, сигнал с выхода которой подаетс  на счетный вход счетчика 34, сброс с которого осуществл етс  по срезу импульса с выхода формировател  2.

Блок 35 вычислени  после прохождени  импульса с выхода формировател  2, при по влении импульса со схемы И 33 производит суммирование раз- ности чисел на выходах блоков 30 и 32, после чего при по влении следующего импульса с формировател  2 проиводитс  деление этой суммы на содержимое счетчика 34.

Кроме того, блрк-схема содержит ключ 36, счетчик 37 с автоматическим сбросом при заданном количестве входных импульсов, дешифратор 38, блок 3 формировани , выдающий два следующих друг за другом импульса: один - по переднему фронту сигнала с выхода дешифратора 38, другой - после его окочани , но до прихода следующего, ключ 40, регистр 41, блок 42 вычисле ни  разности, блок 43 инверсии знака скорости, блок 44 задани  нечувствительности дл  блока 43 инверсии направлени  (знака) скорости, регистр 45, блок 46 задани  скорости подачи электродов, которое производит операцию V А. , где а - содержимое регистра 45, регистр 47 дл  хранени  задаваемого оператором коэффициента пропорциональности А; цифроаналого- вьгй преобразователь 48.

При работе устройства задаютс . Значение частоты следовани  и длительность импульсов серии К при наладке генератора 3 во врем  наладки блок-схемы, изображенной на фиг.З; значение числа , допускаемое на выходе блока 24, при помощи блока 26 задани ; значение мгновенных сдвигов между безразмерными величинами у и у при помощи блока 31 задаетс  один раз во врем  наладки системы. При помощи блока 44 задаетс  зона нечувствительности блока

43, т.е. задаетс  минимальное значение абсолютной величины ff , начина  с которого 6 считаетс  не равным нулю

с ю

15

20 25

30 -j до дз

0

5

где 6j т j.| - t,

Регистр 29 задает количество периодов при (/, достаточное, чтобы блок 28 выдал сигнал Разр жение управлени . Настраиваетс  один раз при наладке системы. Также задаетс  значение параметра А при помощи блока 47 дл  вычислени  скорости движени  электродов V АЧ . Число периодов напр жени  дуги L, через которое осуществл етс  контроль направлени  движени  электродов, задаетс  блоком 39, один раз при наладке системы .

Электрический сигнал, пропорциональный напр жению дуги, снимаемьп4 с резистора 49, поступает на фильтр 1 первой гармоники напр жени . При возрастающем напр жении первой гармоники , в момент, когда оно равно нулю , блок 2 генерирует импульс Начало периода. Генератор 3 пр моугольных импульсов на прот жении периода первой гармоники сигнала напр жени  дуги выдает серию импульсов- К, нулевой импульс которой (серии)синхронизирован с импульсом Начало периода.

Счетчик 4 ведет счет импульсов серии К и сбрасываетс  D начале каждого периода импульсом, вырабатываемым формирователем 2.

На каж,дом периоде при одном и том же значении К (например, К 5) дешифратор 5 выдаст импульс С, который через схему И 6 поступает на блок 7, формирующий два следуюгр } друг за другом импульса С-и С :, , первый из которых формируетс  по переднему фронту импульса С, а второй - после окончани  импульса серии К, но до по влени  следующего.

С резистора 49 сигнал, пропорциональный напр жению электрической дуги , одновременно поступает на  чейку 8 аналоговой пам тки,на выходе которой устанавливаетс  напр жение, равное входному в момент прохождени  импульса серии К, и на преобразователь напр жение - цифровой код 9. Тот же сигнал, пропорциональный напр жению дуги, поступает на блок 10 измерени  амплитуды, с выхода которого посто нное напр жение, пропорциональное амплитуде напр жени  электрической дуги, поступает на преобразователь напр жение - цифровой код 11. Цифровые коды мгновенного напр жени  дуги и амплитуды напр жени  дуги поступают на блок 12 делени , который вычисл ет безразмерную величину U U/UJ,.

От трансформатора то ка 13 сигнал тока электрической дуги I поступает на преобразователь ток-напр жение 14, с выхода которого сигнал напр жени , пропорциональный току дуги, поступает на блок 15 аналоговой пам ти и, од- новременно, на 16 блок измерени  амплитуды тока. С выхода блока сигнал, пропорциональный напр жению на входе блока 15 в момент прохождени  импульса серии К, поступает на преобра- зователь напр жение - код 17, ас выхода измерител  16 амплитуды сигнал напр жени , пропорциональный амплитуде тока дуги 1, поступает на преобразователь напр жение - код 18.

С выходов преобразователей 17 и 18 цифровые коды поступают на блок 19 делени , где вычисл етс  безразмерна величина i ) 1/1,. Значени  безразмерных величин i и U в виде циф- роного кода поступают на блок 20, г;1с производитс  вычисление значени  0 дл  к-го измерени  j-ro периода напр жени  по формуле

,- arctg i/u ,

По импульсу с , формируемому блоком 7, ключ 22 пропускает значение и j j, j- в виде цифрового кода в регистр 23, а по сигналу Cj ключ 21 пропускает значение 0jv (в виде цифрового кода) на блок 24 вычислени  разности, на который также поступает

код 6- . . с регистра 23. Блок 24 вы- J,-.

числ ет по сигналу С j абсолютную величину разности значений 6 , и б.у) углов в пол рной системе координат при К-м измерении, мгновенных сдвигов фаз предыдущего j-1-го и насто щего j-ro периодов переменного напр же- Ли .

Чие,.,,,-0,1

(эта операци  всегда производитс  при одном и том же состо нии счетчика 4 (например, при ),

В блоке 25 сравниваетс  значение Sy со значением, заданным оператором при помощи блока 26 задани .

и вырабатываетс  дл  счетчика 27 импульс Счет, если с/ и Сброс, если tT 7 . При по влении на входе блока 28 числа, превьпиающего или равного заданному оператором при помощи регистра 29, блок 28 (схема совпадени ) формирует сигнал Разр жение управлени . При наличии этого сигнала блок 30 вычисл ет значение сдвига фаз между безразмерными величинами U и i

,.) 1--Ч- - 2«Р

(6)

значени  v, и у заданы оператором при помощи блока 31. Индекс К означает , что вычисление производитс  дл  К-го импульса.

f При наличии этого же сигнала разр жение управлени  блок 32 дл  каждого импульса серии К j-ro периода вычисл ет значение

Vjk arccos .H ( i 1)(u, i)j,

(6а)

Q

5

.

... 4Ь

При этом вычислитель 35 производит непрерьшное вычисление суммы вида ),-Vv(0)| до прихода с блока 2 импульса Начало периода (схема И 33 пропускает импульсы серии К на блок 34 при наличии сигнала Разрежение управлени ).

j-й импульс Начало периода йы- зывает деление полученной суммы ha содержимое счетчика 34.

, v )1. (7)

где J+N - содержание счетчика 34 (индекс J + 1 обозначает что t вычисл етс  на j-м перирде напр жени  дуги дл  j+1 периода управлени ). При каждом импульсе Начало периода значение через ключ 36 поступает в регистр 45, по содержимому которого множителем 46 вычисл етс  значение задани  скорости движени  электрода по V , если есть сигнал Разр жение управлени , и , если нет сигнала разрежение управлени , (к задано оператором при помощи регистра 47).

9

Направление скорости дпижсни  электрода устанавливаетс  блоком ДЗ инверсии знака таким образом, чтобы при движении электрода h уменьшалос Это реализуетс  следующим образом: сери  импульсов j (Начало периода пересчитываетс  счетчиком 37 с автоматическим сбросом при насчете заданого количества периодов L; при на- счете L-1 импульсов дешифратор 38 врабатывает сигнал Л, при по влении (Которого Формирователь 39 вырабатывет два сигнала, причем Г- вьфабатываетс  по переднему фронту сигнала D, а Dpv, проходит после окончани  сигнала D, но до прихода следующего Сигнал Dр+1разрешает прохождение через ключ 40 значени  t - в регистр AI. Таким образом, в.регист- ре AI всегда находитс  значение 1 ,,1, которое было вычислено блоком 35 на L периодов переменного напр жени  электрической дуги раньше,чем

текущее значение

По сигналу Dp в блоке 42 сравнени  производитс  вычисление разности

-Чл

Если , блок 43 оставл ет без изменени  знак при значении, задваемом скорости движени  электродов, которое вычисл етс  блоком 46 умножени . Если , то блок 43 измен ет знак при значении скорости на проти- воположный (схема инверсии знака). При помощи блока 44 задаетс  зона нечувствительности блока 43, т.ё, задаетс  минимальное значение абсолютной величины 6 , начина  с которого 6 считаетс  не равным нулю.Сигнал задани  скорости V формируетс  цифро- аналоговым преобразователем 48 (код- ток) .

Таким образом, после проплавлени  колодцев в шихте и выработки устройством , реализующим предлагаемьвЧ способ , сигнала Разрежение управлени  электроды заглубл ютс  до минимизации отклонени  зависимости v(6) от установленной, причем при возникновении неповтор емости значени 

6 arctg i/U по периодам напр - лсени  дуги, сигнал Разр жение управлени  исчезает и скорость электро- дов становитс  равной нулю до дальнейшего проплавлени  шихты (состо ние ожидани ).

10

,Q

5 0

5

Claims (1)

1. Таким образом, устройство позвол ет вести процесс при оптимальньк технологических и энергетических показател х . Формула изобретени 

   Способ ведени  плавки в дуговой сталеплавильной печи, при котором зажигают дуги, фиксируют стадии плавлени  шихты, измер ют в каждой фазе печи мгновенные значени  тока, напр жени  и параметры динамической вольт-амперной характеристики (ДВАХ), определ ют рассогласование между текущим и заданным значени ми контролируемого параметра и перемещают электрод в сторону уменьшени  этого рассогласовани , отличающий- с   тем, что, с целью уменьшени  вли ни  печи на сеть путем стабилизации гармонического состава напр жени , с момента окончани  стадии проплавлени  колодцев дл  каждой фазы печи в каждый j -и период питающего напр жени  дл  k-ro момента времени вычисл ют значение угла сдвига фаз у ( между напр жением и током, который служит контролируемым параметром

   V jk arccos .j + Vdji- 1)(u|i где I- Ic соответственно относительные мгновенные значени  тока и напр жени  фазы печи, измеренные в k-й момент времени j-ro периода,

   в качестве параметра ДВАХ используют угол наклона 6 радиус-вектора динамической вольт-амперной характеристики и определ ют заданное значение угла сдвига фаз V j

   заА- jirl - i

   где ш

   ,

   ,v .

   v

   V - сдвиг фаз между напр жением и током при е ri ifi ,2,3,...;

   V. - сдвиг фаз между напр же- ним и током при0:/Г/2 п1Г , ,2,3,... ,

   и в каждом J-M периоде формируют сигнал управлени  скоростью перемещени  электрода в (j+l)-M периоде

   lj., ,,.e.v),

   причем в процессе управлени  направление движени  электрода не измен ют , если rj уменьшаетс  и мен ют на противоположное, если ч растет.

   Фм.г

   47 -f

   ю