РЕГУЛЯТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО РЕЖИМА РУДНО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ

Устройство относится к области электротехники, а именно к управлению электрическим режимом рудно-термических печей.
Аналогом (прототипом) предлагаемого устройства является регулятор электрического режима рудно-термической печи, содержащий датчик тока, блок сравнения, блок задания тока, регулирующее устройство и привод с механизмом перемещения электрода, блок переключения ступеней напряжения регулируемого трансформатора с блоком зоны нечувствительности, подключенным входом к выходу первого блока сравнения и входу регулирующего устройства (см. патент на полезную модель №96266, МПК G05F 1/02, от 20.07.2010 г., Бюл. №20).
Недостатком данного устройства является то, что при изменении режима работы печи изменяется электрическое сопротивление печи. Это в свою очередь приводит к уменьшению выхода годного металла и снижению эффективности работы печи. Как показали исследования, электрическое сопротивление ванны печи оказывает большое влияние на эффективность работы печи, поэтому поддержание заданного значения электрического сопротивления ванны печи обеспечивает увеличение выхода годного металла и повышение производительности печи.
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в обеспечении постоянства электрического сопротивления ванны печи при различного рода изменениях режима работы печи, обусловленных изменениями параметров шихты и значениями вводимой мощности.
Технический эффект, заключающийся в обеспечении экономии электроэнергии и повышении производительности, достигается тем, что в известное устройство, содержащее датчик тока, подключенный к электроду печи, первый блок сравнения, блок задания тока, регулирующее устройство и привод с механизмом перемещения электрода, блок переключения ступеней напряжения регулируемого трансформатора с блоком зоны нечувствительности, подключенным входом к выходу первого блока сравнения и входу регулирующего устройства, дополнительно введены датчик напряжения, блок выделения сопротивления ванны печи, второй блок сравнения, блок задания сопротивления ванны печи и сумматор, подключенный выходом к первому входу первого блока сравнения, соединенного вторым входом с выходом датчика тока и первым входом блока выделения сопротивления ванны печи, второй вход которого подключен к выходу датчика напряжения, а выход - ко второму входу второго блока сравнения, подключенного первым входом к выходу блока задания сопротивления ванны печи, а выходом - к второму входу сумматора, соединенного первым входом с выходом блока задания тока.
Устройство поясняется чертежом, на котором изображена функциональная схема регулятора применительно к одной фазе печи. Рудно-термическая печь снабжается тремя одинаковыми автономно работающими регуляторами. На чертеже приведена схема регулятора для одной фазы печи. Остальные две фазы выполняются аналогично. Устройство для управления электрическим режимом работы рудно-термической печи 1 с электродом 2 содержит датчик тока 3, первый блок сравнения 4, блок задания тока 5, регулирующее устройство 6, привод 16 с механизмом перемещения электрода 7, блок переключения ступеней напряжения 8 регулируемого трансформатора 9, блок зоны нечувствительности 10, подключенный входом к выходу первого блока сравнения 4 и входу регулирующего устройства 6. Кроме того, устройство снабжено датчиком напряжения 11, блоком выделения сопротивления ванны печи 12, вторым блоком сравнения 13, блоком задания сопротивления ванны печи 14 и сумматором 15, подключенным выходом к первому входу первого блока сравнения 4, соединенного вторым входом с выходом датчика тока 3 и первым входом блока выделения сопротивления ванны печи 12, второй вход которого подключен к выходу датчика напряжения 11, а выход - ко второму входу второго блока сравнения 13, подключенного первым входом к выходу блока задания сопротивления ванны печи 14, а выходом - к второму входу сумматора 15, соединенного первым входом с выходом блока задания тока 5.
Устройство работает следующим образом.
В начале работы рудно-термической печи, когда на все аппараты подано напряжение питания, электрод 3 находится в поднятом положении, что соответствует разрыву цепи питания печи и, следовательно, в печи не протекает ток. Требуемые значения параметров режима задаются оператором на входе блока задания тока 5 и блока задания тока сопротивления ванны 14 в зависимости от выплавляемого продукта. При этом на выходе первого блока сравнения 4 возникает сигнал рассогласования между заданным в блоке 5 значением тока и текущем значением, который поступает с выхода датчика тока 3. Разность сигналов, усиливаясь в регулирующем устройстве 6, включает привод 16 для спуска электрода 2 при помощи механизма 7. При этом электрод 3 будет опускаться до тех пор, пока через цепь печи не начнет протекать ток (что соответствует возникновению дуги или прикосновению электрода к шихте). Вследствие этого произойдет изменение параметров электрической цепи, в том числе и тока, протекающего в печи. Тогда на выходе датчика тока 3 появится сигнал, который попадет на вычитающий вход блока сравнения токов 4, а также на токовый вход блока выделения сопротивления ванны 12. Поскольку на входе напряжения блока 12 сигнал с датчика напряжения 11 присутствует уже с момента включения печи, то при появлении сигнала тока на выходе блока 13 появится сигнал, пропорциональный сопротивлению ванны. Этот сигнал сравнивается в блоке сравнения 13 с сигналом задания сопротивления ванны 14 в результате чего разностный сигнал поступает на вход сумматора 15 и вносит тем самым коррекцию в задание тока печи. Скорректированный сигнал, сравниваясь с текущим значением в блоке сравнения 4, усиливается в регулирующем устройстве 6 и подается на привод 16. Наличие такого сигнала приведет к перемещению электрода 3 при помощи механизма 17 вверх. Таким образом, осуществляется регулирование электрического режима рудно-термической печи. Коррекция сигнала задания тока, приводящая к перемещению электрода 3, обеспечивает перераспределение мощностей, поступающих в шихту и дугу. При определенном соотношении сопротивлений шихты и цепи с дугой обеспечивается выделение максимальной мощности в печи, что приводит к увеличению эффективности процесса плавки.
В тех случаях, когда сигнал рассогласования тока превышает заранее установленное значение, на выходе блока зоны нечувствительности 10 появляется сигнал, дающий команду на переключение ступени напряжения регулируемого трансформатора 9 при помощи блока переключения ступеней напряжения 8. Регулирование напряжения на выходе трансформатора 9 позволяет восстановить требуемое значение тока печи в тех случаях, когда перемещение электрода 3 не обеспечивает регулирования тока.
В сравнении с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает повышение выхода готового продукта и снижение расхода удельной электрической энергии, уменьшая вероятность возникновения локальных перегревов ванны печи или ее остывание, а также позволит определить картину протекания токов в дуге и шихте.
Системы управления рудно-термическими печами в настоящее время реализуются на базе промышленных компьютеров, а блок выделения сопротивления ванны, блок задания сопротивления ванны, блок сравнения и сумматор реализуются на серийно выпускаемых промышленностью программируемых микропроцессорных контроллерах, входящих в общую систему управления печью.