РЕГУЛЯТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА ПЕЧИ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА

Полезная модель относится к области электротермии, конкретнее к электрошлаковым электропечам, в частности к устройствам управления электрическим режимом указанных электропечей.
Полезная модель направлена на повышение качества выплавляемой в электрошлаковой печи продукции, повышения точности и качества управления и энергосбережения на тонну годного.
Известна система автоматического управления электрическим режимом печи электрошлакового переплава (В.Е. Пирожников. Автоматизация электросталеплавильного производства. - М. - Металлургия. - 1985. - с.133-135.), в которой к выходам электрошлаковой печи по току и напряжению подключен блок измерения сопротивления шлаковой ванны, выход которого соединен с входом блока сравнения, запитанным от задатчика - программатора номинальных значений сопротивления шлаковой ванны. К блоку сравнения подключен исполнительный блок механизма перемещения электрода печи электрошлакового переплава.
Недостатком вышеизложенного прототипа является отсутствие учета динамических явлений, происходящих с измеряемой величиной сопротивления шлаковой ванны, что приводит к снижению качества выплавляемого продукта, особенно чистоты поверхности получаемых слитков.
Задачей заявляемого патента на полезную модель является повышение однородности получаемого слитка и чистоты поверхности за счет повышения качества и точности управления по динамическому принципу.
Поставленная цель достигается в регуляторе электрического режима печи электрошлакового переплава, содержащем блок измерения сопротивления шлаковой ванны, запитанный от выходов электрошлаковой печи по току и напряжению, который первым выходом соединен с первым входом первого блоком сравнения, соединенным вторым входом с задатчиком-программатором номинальных значений сопротивления шлаковой ванны.
При этом выход первого блока сравнения через первый блок измерения знака подключен к нормально замкнутым контактам двухканального переключателя-дискриминатора, инициативным входом запитанного от временного задатчика дискрет времени, а первым выходом через первый исполнительный блок подключенного к механизму перемещения электрода печи электрошлакового переплава; второй выход блока измерения сопротивления шлаковой ванны через дифференциальный блок подключен к второму блоку сравнения, запитанного от блока задания номинальных значений первой производной шлаковой ванны по времени, вход которого соединен с задатчиком-программатором, а выход второго блока сравнения через второй блок измерения знака, нормально-разомкнутые контакты двухканального переключателя-дискриминатора и второй исполнительный блок подключен к переключателю ступеней напряжения источника питания печи электрошлакового переплава.
Существенным отличием от известных регуляторов электрического режима печей электрошлакового переплава является введения динамического принципа управления по производной сопротивления шлаковой ванны. Исследования термо-ЭДС процесса электрошлакового переплава при условии неизменности его геометрии (d, D, h, Н=const, где d - диаметр электрода, D - диаметр кристаллизатора, h - межэлектродное расстояние, Н - высота шлака) показали точное соответствие изменений термо-ЭДС изменению весовой скорости плавки, т.е. средней температуре шлаковой ванны. Таким образом, можно управлять по параметру dρ(t°)/dt термо-ЭДС, который являясь электрической характеристикой, повышает точность контроля и управления на порядок, что резко повышает качество выплавляемого слитка, снижая вероятность появления гофр, раковин и других неоднородностей.
шл
шл
При управлении по производной сопротивления шлаковой ванны dR/dt вводится ограничение по неизменности, т.е. о выключении канала управления перемещением сплавляемого электрода, так как параметр dR/dt только в этом случае точно соответствует изменению термо-ЭДС dρ(t°)/dt, а следовательно, и параметру весовой скорости плавки, когда становится разрешимым при дифференцировании характеристики сопротивления шлаковой ванны
шл
dR/dt-Kdρ(t°)/dt,
и тогда, когда сомножитель  или d, D, h, Н=const, т.е. управление по каналу перемещения сплавляемого электрода прервано. В этом случае следует, что данный способ дает положительный эффект по сравнению с прототипом.
Таким образом, при использовании принципа дискриминации управление ведут с учетом производной сопротивления шлаковой ванны печи электрошлакового переплава.
Осуществление полезной модели.
На схеме (Фиг.) к выходам печи 1 электрошлакового переплава по току и напряжению подключен блок 2 измерения сопротивления шлаковой ванны, первый выход которого соединен с первым входом первого блока 3 сравнения, запитанного вторым входом от задатчика-программатора 4 номинальных значений сопротивления шлаковой ванны. Выход блока 3 сравнения через первый блок 5 измерения знака подключен к нормально замкнутым контактам двухканального переключателя-дискриминатора 6, запитанного инициативным входом от временного задатчика 7 дискрет времени, а первым выходом через первый исполнительный блок 8 подключенного к механизму 9 перемещения электрода печи 1 электрошлакового переплава.
Второй выход блока 2 через дифференциальный блок 10 подключен к второму блоку сравнения, запитанного от блока 12 задания номинальных значений первой производной шлаковой ванны по времени, вход которого соединен с задатчиком-программатором 4. Выход блока 11 через второй блок 13 измерения знака, нормально-разомкнутые контакты двухканального переключателя-дискриминатора 6 и второй исполнительный блок 14 подключен к переключателю 15 ступеней напряжения источника питания печи 1 электрошлакового переплава.
Реализация полезной модели регулятора электрического режима печи электрошлакового переплава осуществляется следующим образом.
шл
2
По электрическим сигналам по току (i) и напряжению (U), поступающим от электрошлаковой печи 1, в блоке 2 измеряется величина сопротивления шлаковой ванны, например, за счет совокупности модулей умножения |U·i|, интегрирования  и деления R=P/i.
шл
шл.зад
шл
шл.зад
шл
В блоке 3 сравнения электрический сигнал, пропорциональный величине сопротивления шлаковой ванны, сравнивается с аналогичным сигналом, пропорциональным заданной номинальной величине от задатчика-программатора 4. В блоке 5 формируется электрический сигнал, пропорциональный знаку рассогласования R и R, который через нормально-замкнутые контакты двухканального переключателя-дискриминатора 6 поступает на исполнительный блок 8 механизма 9 перемещения электрода печи 1 электрошлакового переплава, отрабатывающего возникшее рассогласование R и R в сторону его устранения. Переключатель-дисриминатор, выполненный в виде обычного четырехполюсного двухканального переключателя, запитанного от временного задатчика 7 дискрет времени Т в функции мощности, емкости инерционности процесса печи 1 электрошлакового переплава, включает канал управления изменением положения электрода, размыкая нормально замкнутые контакты цепи блоков 2, 3, 5, 6, 8, 9, и одновременно включает канал управления по производной сопротивления шлаковой ванны путем изменения ступени напряжения источника питания печи 1, замыкая нормально разомкнутые контакты по цепи блоков 2, 10, 11, 13, 6, 14, 15. При этом электрический сигнал, пропорциональный сопротивлению шлаковой ванны R, поступает с блока 2 в блок 10, где формируется электрический сигнал, пропорциональный производной по времени сопротивления шлаковой ванны, например, за счет операции элементарного дифференцирования с помощью покупного блока млм стандартной процедуры в микропроцессорной плате, или компьютере, если последний применяется на печи при управлении. Такая процедура осуществима в соответствии с правилами разрешимости выше приведенного уравнения лишь при наложении дискриминационного условия по каналам изменения роложения (т.е. скорости) перемещения электрода и состояния переключателя напряжения источника питания печи 1 электрошлакового переплава, осуществляемого за счет нормально замкнутых и нормально разомкнутых контактов двухканального переключателя-дискриминатора 6, обеспечивающих одновременное их срабатывание.
шл
шл
зад
шл
зад
Далее с блока 10 электрический сигнал, пропорциональный dR/dt, поступает в блок 11 сравнения, где сравнивается с аналогичной программно-заданной величиной (dR/dt, поступающей от блока 12 задания номинальных значений производной сопротивления шлаковой ванны по времени, который для синхронизации и облегчения формирования значений (dR/dt) запитан от задатчика-программатора 4 номинальных значений сопротивления шлаковой ванны печи электрошлакового переплава.
шл
Электрический сигнал, пропорциональный рассогласованию Δ(dR/dt) поступает в блок 13, от которого через включенные нормально разомкнутые контакты двухканального переключателя-дискриминатора 6 электрический сигнал управления поступает на исполнительный блок 14 переключателя 15 ступеней напряжения источника питания печи 1 электрошлакового переплава, который отрабатывает его в сторону устранения рассогласования.
Применение заявляемой полезной модели на регулятор электрического режима печи электрошлакового переплава позволит повысить точность управления, улучшить структуру и чистоту поверхности слитка в сравнимых технико-экономических показателях на 3-5%, снизить брак на 6%.
Список литературы. В.Е.Пирожников. Автоматизация электросталеплавильного производства. - Металлургия. - 1985. - с.133-135.