УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ЭЛЕКТРОДА ЭЛЕКТРОПЕЧИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ

Полезная модель относится к области электрометаллургии, конкретнее к сталеплавильным электропечам, в частности к устройствам управления перемещением электрода электропечи для получения низкоуглеродистой стали.
Полезная модель направлена на повышение точности поддержания режима плавки путем исключения, или по крайней мере снижения до минимума числа касаний электродов, т.е. их ударов о шихту или маканий в расплав при работе сталеплавильной электропечи, особенно при выплавке низкоуглеродистых сталей, где необходимо избежать различных сколов и поломок угольно-графитовых электродов, снизить их износ при макании конца в расплав. В этом случае угольно-графитовый электрод меньше загрязняет углеродом садку, что приводит к снижению времени на период окисления, а также в меньшей степени расходуется кислород и дорогостоящие ферросплавы на удаление углерода.
2
Известно изобретение [Авторское свидетельство СССР №274256. - М. Кл. С21С 5/52. - 1970], в котором чтобы снизить время соприкосновения электрода с расплавом дуговой электропечи, при таких соприкосновениях электрод передвигают с маршевыми скоростями, в 5-10 раз большими рабочих скоростей, на которых изменяют дуговой промежуток в нормальных режимах плавки. Ограничением прототипа является то, что несмотря на малое время касания электрода и шихты (расплава металла), отводить электрод начинают лишь после исчезновения электрической дуги, то есть когда соприкосновение уже произошло и таким образом некоторое науглероживание маталла материалом электрода имело место, и необходимо хотя бы часть из упомянутых касаний электрода и раплава предотвратить, чтобы избежать растворения электродного углерода в расплаве.
Задачей заявляемого патента на полезную модель устройства управления перемещением электрода электропечи для получения низкоуглеродистой стали является снижение степени науглероживания металла материалом угольно-графитовых элекродов за счет снижения числа касаний электрода и расплава.
Для достижения поставленной цели предложено устройство управления перемещением электрода электропечи для получения низкоуглеродистой стали содержащее датчики напряжения и тока, исполнительный блок реверсирования движения электрода электропечи. Дополнительно оно снабжено блоком формирования электрического сигнала, пропорционального первой производной напряжения по току, блоком определения знака, счетчиком, задатчиком временных интервалов выборок измерения числа смены знака первой производной напряжения по току, блоком сравнения и задатчиком эталонного сигнала, при этом выходы датчиков напряжения и тока соединены с входом блока формирования электрического сигнала, пропорционального первой производной напряжения по току, своим выходом соединенного через блок определения знака с входом счетчика, соединенного своим вторым входом с задатчиком временных интервалов выборок измерения числа смены знака первой производной напряжения по току, а выходом подлюченного к блоку сравнения, который соединен вторым входом с задатчиком эталонного сигнала, равного четырем сменам знака первой производной напряжения по току за каждый электрический период заданной дискреты времени, а выходом к исполнительному блоку реверсирования движения электрода электропечи.
Осуществление полезной модели. На фиг.1 приведены динамические вольт-амперные характеристики электрической дуги сталеплавильной печи: 1а) для случая разветвленной дуги с большим удалением конца угольно-графитового электрода от расплава, 1b) при меньшем, чем в первом случае удалении конца электрода от зеркала расплава, 1 с) при расстоянии, меньшем, чем в случае 1b) и Id) при расстоянии меньшем, чем на фиг.1с), причем в последнем случае динамическая вольт-амперная характеричтика соответствует состоянию плавки, предшедствующему соприкосновению угольно-графитового электрода с расплавом. Здесь видны большие токи и малое напряжение - состояние, близкое к короткому замыканию электрод на расплав. Так как периоды колебаний напряжения и тока в реальных электропечных объектах все время неточно совпадают, то разность их фаз немного меняется, вследствие чего эллипс постоянно деформируется, утоньшаясь или утолщаясь, удлинняясь или укорачиваясь, что непринципиально, так как различные виды деформированных эллипсов относятся к одному и тому же классу кривых, называемых фигурами Лиссажу. Таким образом, появление динамических вольт-амперных характеристик в виде фигур Лиссажу говорит о том, что в ближайшее время произойдет соприкосновение угольно-графитового электрода с расплавом, если электроду не придать обратное направление движения. Как можно увидеть из сравнения фиг.1a, 1b, 1c, 1d фигурам Лиссажу соответстсвует минимальное число перегибов кривой динамическойвольт-амперной характеристики и минимальное число смены знаков первой производной du/dt, равное четырем на каждый электрический период, равный при промышленной частоте 0,02 с или для иностранных сетей с частотой 60 Гц - 0,01666 с, сменам знаков.
На фиг.2 изображена блок-схема, поясняющее устройство управления перемещением электрода электропечи для получения низкоуглеродистой стали, в котором 1 - электропечь, датчик напряжения 2 и датчик 3 тока, выходы которых соединены с блоком 4 формированич электрического сигнала, пропорционального первой производной напряжения по току. Выход блока 4 соединен через блок 5 получения знака с входом счетчика 6, соединенного своим вторым входом с задатчиком 7 временных интервалов выборок измерения числа смены знака первой производной напряжения по току, а выходом включенного к блоку 8 соравнения. Блок 8 сравнения, соединенный с задатчиком 9 эталонного сигнала, равного четырем сменам знака первой производной напряжения по току за каждый электрический период заданной дискреты времени, выходом через исполнительный блок 10 реверсирования движения электрода соединен с электропечью 1 для получения низкоуглеродистой стали.
Работа устройства управления перемещением электрода электропечи для получения низкоуглеродистой стали происходит следующим образом (см. фиг.2). От датчиков 2 напряжения и 3 тока сигналы, пропорциональные напряжению и току попадают на входы блока 4 формирования электрического сигнала, пропорционального первой производной напряжения по току. Далее, вне зависимости от величины полученного сигнала используются только его знаки (полярность), получаемые с помощью блока 5, число смен которых подсчитывается счетчиком-сумматором 6 за заданный задатчиком 7 интервал времени измерения, устанавливаемый в зависимости от требуемой точности, например, 5с. Электрический сигнал, пропорциональный числу смены знаков первой производной напряжения по току со счетчика-сумматора 6 поступает в блок сравнения 8, где сравнивается с аналогичной заданной задатчиком 9 величиной равной 4×Т/0,02 с, например для Т=5 с будет 1000, или для иностранных сетей с частотой генерации электроэнергии 60 Гц будет 4×Т/0,01666. В случае снижения поступающего со счетчика 6 уровня электрического сигнала до величины, равной заданной, с блока 8 сравнения на исполнительный блок 10 поступает инициативный сигнал на реверс движения электрода.
Таким образом, основным назначением полезной модели устройства управления электропечи для получения низкоуглеродистой стали является автоматизированное, за счет счета числа смены знаков первой производной напряжения по току, распознавание динамической вольт-амперной характеристики:
2
2
2
2
2
2
когда она принимает форму в виде фигуры Лиссажу, и изменения направления перемещения электрода на обратное. Указанная форма определяется в простейшем случае по формуле a u+b i=а b, где и и i - мгновенные значения напряжения и тока дуги электропечи для получения низкоуглеродистой стали, а и b -постоянные. А ее отличительной особенностью по сравнению с другими видами динамических вольт-амперных характеристик, имеющих место при работе электропечи с различными расположением конца электрода от зеркала ванны металла является минимальное число перегибов динамической вольт-амперной характеристики и следовательно, минимальное число смен знака первой производной напряжения по току в заданный (калиброванный), например 5-ти секундный интервал времени.
Практическая реализация полезной модели устройства управления перемещением электрода электропечи для получения низкоуглеродистой стали не вызывает сомнений, так как кроме известных блоков измерения напряжения, тока, сумматора и исполнительного блока, блок 4 получения первой производной напряжения по току может быть выполнен за счет известных микроплат блоков дифференцирования напряжения и тока по времени и платы деления, полученных с них сигналов, а счетчик числа смены знаков можно реализовать с помощью триггера Шмитта, меняющего свое состояние при поступлении на его вход знака другой полярности по сравнению с предыдущим.
Применение заявляемой полезной модели устройства управления электропечи для получения низкоуглеродистой стали позволит вести плавку низкоуглеродистой стали в дуговой электропечи при пониженном общем числе касаний угольно-графитовых электродов с расплавом. Это приводит к пониженной степени растворения материала электродов в расплаве и, как следствие, сокращению времени рафинирования и доводки металла до заданного состава. Одновременно снижается расход как самих электродов, так и дополнительно вводимых в ванну материалов на раскисление и доводку металла до заданного состава.