Назначение и цели создания системы автоматизации системы управления электродуговой распределительной печи АСУЭРП ДСП
Назначение системы
АСУЭРП предназначена для обеспечения эффективного функционирования ДСП, путем автоматизации процессов контроля, анализа, регулирования и стабилизации основных параметров электрического шлакового режимов, с целью совершенствования технологии в направлении снижения себестоимости продукции.
Цель создания системы
Целью создания АСУЭРП ДСП является:
— снижение потребления электроэнергии ДСП;
— уменьшение расхода электродов;
— уменьшение времени плавки и доводки;
— повышение стойкости футеровки и водоохлаждаемых панелей;
— уменьшение количества аварийных ситуаций путем недопущения значительных перекосов активной мощности между электродами, исключая явление мертвой и дикой фазы;
— обеспечение возможности работы в автоматическом режиме управления по шаблонам, сформированным для плавок различных типов сплавов с учетом изменения № ступени печного трансформатора.
— сведения к минимуму субъективного влияния на оперативное управление печью.
Поставленные задачи в АСУЭРП решаются путем оптимизации электрического режима, и режима вспенивания шлака ДСП при автоматическом управлении.
Органы управленияАСУЭРП:
— механизм перемещения электрододержателя;
— механизм переключения ступеней напряжения печного трансформатора;
— выключатель высокого напряжения
— система управления интенсивностью вдувания порошкообразного углерода через углеродные фурмы.
Структурная схема комплекса технических средств АСУЭРП приведена в приложении 1.
Функции, АСУЭРП:
Функции измерения мгновенных значений:
- токов и напряжений фаз на стороне высокого напряжения печного трансформатора;
- токов и напряжений электродов.
Функцию вычислений:
- алгоритма гармонического анализа определяющего:
- начальные фазы и амплитудные значения гармонических составляющих измеряемых мгновенных значений;
- действующие значения токов и напряжений, полную, активную и реактивную мощности высокой и низкой стороны по фазам и печи в целом, потери активной мощности, , величины активных и реактивных сопротивлений приэлектродного пространства печи;
- алгоритма дифференциального анализа определяющего:
- активные сопротивления и мощности характерных зон приэлектродного пространства (расплава, шунта, дуги).
Функция контроля, отслеживающая:
- положение электрододержателей;
- № ступени трансформатора;
- состояние оборудования (Вкл./Откл.).
Функция обработки и отображения информации, предоставляющая возможность:
- оперативно представлять (частота обновления информации 2 раза в секунду) в удобной для восприятия форме, в виде стилизованного разреза печи текущую информацию технологическому персоналу, с возможностью наблюдать реальную картину на объекте с любого компьютера, подключенного к заводской сети приложение 2;
- формировать архив протекания технологического процесса с последующим просмотром в динамическом режиме (напоминает просмотр видеофильма, с возможностью ускорить/замедлить просмотр, приостановить, вернуться назад, возобновить просмотр с указанного места) в виде стилизованного разреза печи;
- контролировать превышения технологических границ;
- вести протокол работы оборудования;
- форматировать архивы контролируемых параметров для просмотра, как в числовом формате, так и в графическом виде с целью детального анализа технологическим персоналом сложившейся на печи ситуации;
- объединять печные системы в локальную компьютерную сеть с передачей информации технологическим службам завода.
Функция управления электрическим режимом печи, позволяет:
- подвести электроды к шихте (металлу) зажечь дугу по всем электродам;
- стабилизировать активную мощность печи при заданных токах электрода;
- добиться равномерного распределения мощности по электродам печи (исключив явление дикой и мертвой фаз);
- контролировать распределение активной мощности по характерным зонам приэлектродного пространства;
- свести к минимуму «короткие» замыкания и обрывы дуги;
- обеспечить устойчивое горение дуги с минимальным числом коротких замыканий и обрывов дуги;
- исключить касания металла электродами на стадии доводки за счет обеспечения устойчивого горения дуги;
- обеспечить экранирование шлаком электрической дуги каждого электрода с целью эффективного использования электроэнергии.
Задание оптимальных параметров управления электрическим режимом печи реализуется путем определения положения рабочей точки на кривой построенной для каждой ступени напряжения печного трансформатора на рабочей P-I и круговой P-Q диаграммах. На основании этих параметром определяется задание активного сопротивления электрода. Пример построения диаграмм с точками, характеризующими фактический электрический режим действующей печи, приведен в приложении 3.
Описание принятых технических решений
Описание АСУЭРП ДСП
Существо предлагаемого подхода заключается в выборе средств и методов управления дуговым режимом на базе технических возможностей, предоставляемые современной вычислительной техникой, а также современными информационными технологиями.
Поставленные цели достигаются за счет определения и контроля распределения активной мощности выделяемой в приэлектродном пространстве каждого электрода печи по характерным зонам, состоящим из газовых (дуга) и жидких (шлаковый и металлический расплав) проводников и управления перемещением электродов для обеспечения оптимального распределения активной мощности по характерным зонам приэлектродного пространства.
В ванне ДСП полезная мощность выделяется, в приэлектродном пространстве, состоящем из газовых (дуга) и жидких (шлаковый и металлический расплавы) проводников. Электрические характеристики объекта мгновенно отражают изменчивое во времени физико-химическое состояние каждой из указанных зон, что предоставляет практическую возможность контролировать и управлять процессами, протекающими в ванне ДСП. Жидкая фаза процесса характеризуется по мере увеличения объема шлака уменьшением доли мощности выделяемой в дуге и ростом мощности расплава, причем, чем меньше доля мощности дуги при одинаковой мощности электрода, тем выше эффективность использования электроэнергии. На заключительном этапе плавки возрастает объем шлака, что приводит к росту доли мощности расплава.
В АСУЭРП используется методика определения электрических параметров характерных зон приэлектродного пространства дуговых электропечей («Сталь» 2005.- №12 стр.35-38). По данной методике определяют параметры зон рабочего пространства каждого электрода: — сила тока в цепях «дуга», «шунт», «расплав»; — падение напряжения на дуговом промежутке и расплаве. Далее вычисляются сопротивления и мощности зон каждого электрода (см. приложение 4):
— сила тока в цепях «дуга», «шунт», «расплав»;
— падение напряжения на дуговом промежутке и расплаве.
Далее вычисляются сопротивления и мощности каждой из зон электрода.
Изменения соотношений этих параметров характеризуют процессы, протекающие в приэлектродном пространстве ДСП, изменения параметров характеризуют изменения в технологическом процессе, а выход за границы их допустимых значений сигнализирует о нарушении хода технологического процесса.
Величина сопротивления зоны дуги тесно связано с расстоянием междугового промежутка (конец электрода — расплав-шлак). С ростом уровня шлака растет сопротивление расплава при этом сокращается расстояние между концом электрода и поверхностью шлака, уменьшая сопротивление, зоны дуги, что позволяет, отслеживать динамику изменения сопротивления зоны дуги каждого электрода
В приложении 5 приведены временные диаграммы изменения распределения активной мощности электрода между зоной дуги и расплава (шлак+металл) во время полного цикла плавки ДСП-100 с загрузкой двух корзин металла. На верхнем графике в заключительной фазе плавки четко видно, что дуга практически полностью находится под слоем шлака и основная доля мощности выделяется в расплаве (красная линия). На нижнем графике при заключительном этапе плавки дуга покрыта шлаком не полностью и, соответственно, доля мощности, выделяемая в дуге (синяя линия) колеблется около 50%.
Предлагаемая АСУЭРП обладает техническими математическими и программными средствами, обеспечивающими:
— прямое измерение распределения энергии в приэлектродном пространстве ДСП между зоной дуги и расплава (шлак+металл);
— определение активных сопротивлений этих зон;
— подвод электродов к шихте (металлу), зажигание дуги по всем электродам;
— контроль в автоматическом режиме сверхтока в электроде, исключая превышение допустимых токов, защиту от упора в непроводящую шихту, защиту от замыкания на проводящий материал;
— стабилизацию активной мощности печи при заданных ограничениях тока электрода;
— равномерное распределение мощности по электродам печи (исключив явление дикой и мертвой фаз);
— контроль распределение активной мощности по характерным зонам приэлектродного пространства;
— устойчивое горение дуги с минимальным числом коротких замыканий и обрывов дуги.
Эффективность предлагаемых технических решений подтверждена практикой.
АСУЭРП прошла успешную апробацию на 100 тонной ДСП «Белорусского металлургического завода». Внедрена на 14 мощных рудотермических печах ПАТ «Никопольский завод ферросплавов», Украина на и «Оравском ферросплавном заводе», Словакия, на 150 тонной шахтной ДСП-2 Череповецкого комбината «Северсталь».
Функция управления шлаковым режимом дуговой сталеплавильной печи
Преимущества технологии вспенивания шлака:
– увеличенная производительность;
– сниженный расход огнеупоров;
– сниженное потребление энергии;
– сниженный расход электродов;
– увеличенная стабильность дуги.
Вспенивание шлака производится с помощью прямого впрыска углеродного гранулята в зону шлака через фурмы с водяным охлаждением.
Производимый в результате вдувания углеродного гранулята угарный газ увеличивает объем шлака, и в результате электрическая дуга экранируется шлаком. Это изменяет характеристики дуги, значительно увеличивая мощность, выделяемую в расплаве приэлектродного пространства печи.
Установлено, что если дуга полностью открыта, то используется на нагрев металла 35-40% мощности, частично закрытая дуга обеспечивает использование до 65% мощности, с полностью закрытой дугой можно довести коэффициент использования подводимой мощности до 90%.
Дуги, погружённые в шлак, горят стабильнее, уменьшаются колебания силы тока и напряжения, что позволяет повысить подводимую мощность трансформатора примерно на 15% и, следовательно, сократить токовое время, общую продолжительность плавки и уменьшить удельный расход электроэнергии.
При возрастающей толщине слоя вспененного шлака повышается также степень дожигания монооксида углерода (CO) до диоксида углерода (CO2) в объёме шлака и, следовательно, повышается эффективность передачи теплоты от дожигания технологических газов в расплавленной ванне, что также способствует снижению удельного расхода электроэнергии и повышению производительности печи. Экономия энергии при плавке стали под вспененным шлаком достигает 10-30 кВт·ч/т.
Таким образом, при реализации данного технологического процесса актуальной является задача контроля и управления оптимальными параметрами вспенивания – степенью экранирования электродов ДСП в процессе плавки.
Изменения соотношений параметров определяемых в рамках АСУЭРП (сопротивления и активные мощности характерных зон печи дуги и расплава) характеризуют процессы, протекающие в приэлектродном пространстве ДСП, изменения параметров характеризуют изменения в технологическом процессе, а выход за границы их допустимых значений сигнализирует о нарушении технологического процесса.
Величина сопротивления зоны дуги тесно связано с расстоянием междугового промежутка (конец электрода — расплав-шлак). С ростом уровня шлака растет сопротивление расплава при этом сокращается расстояние между концом электрода и поверхностью шлака, уменьшая сопротивление, зоны дуги, что позволяет, отслеживать динамику изменения сопротивления зоны дуги каждого электрода контролировать уровень шлака в ванне дуговой сталеплавильной печи и управлять его вспениванием путем вдувания шлакообразующих материалов.
Существует связь между уровнем шлака и распределением мощности в приэлектродном пространстве ДСП, определяемая измеряемыми значениями активной мощности зоны дуги и расплава для каждого электрода, что позволяет эффективно управлять вдуванием шлакообразующих материалов.
В приложении 5 приведены временные диаграммы изменения распределения активной мощности электрода между зоной дуги и расплава (шлак+металл) во время полного цикла плавки ДСП-2 с загрузкой двух корзин металла. На верхнем графике в заключительной фазе плавке четко видно, что дуга практически полностью находится под слоем шлака и основная доля мощности выделяется в расплаве (красная линия). На нижнем графике при заключительном этапе плавки дуга покрыта шлаком не полностью и, соответственно, доля мощности, выделяемая в дуге (синяя линия) колеблется около 50%.
Это позволяет, при вспенивании шлака, отслеживать не только мощность, выделяемую в расплаве, увеличивающуюся при интенсивном вдувании шлакообразующих, но и контролировать при этом дуговой процесс (например, при длинных дугах необходимо уменьшить расстояние между электродом и расплавом).
В приложении 6 приведены диаграммы распределения мощности на этапе расплавления (а), и при вдувании шлакообразующих (вспененный шлак) (б).
Схема структурная комплекса технических средств АСУЭРП
Приложение 1
Вид мнемосхемы предоставления выходной информации АСУЭРП на рабочее место оператора- технолога на примере 100 т ДСП при различных периодах плавки (отличающихся распределением активной мощности по характерным зонам приэлектродного пространства)(период расплавления)
Приложение 2
1-Рдуги , Ршунта, Ррасплава, МВт;
2–Рдуги/Рэл-да·100%;
3–положение электрододержателя, мм;
4–№ ПСН;
5–заданное значение мощности печи и РП, МВт;
6–заданное значение тока электрода и IЭ, кА;
7–заданные значение сопротивления электрода и RЭ, мОм;
Жидкая фаза
Задание положения рабочей точки и анализ ее размещения на рабочих диаграммах
Приложение 3
Схема замещения приэлектродного пространства дуговой печи
Приложение 4
Временные диаграммы изменения распределения активной мощности электрода по циклам плавки
Приложение 5
Распределение мощности в приэлектродном пространстве ДСП
Приложение 6
Период расплавления
Жидкая фаза, вспененный шлак
электроды
Russian
English
German
Italian
Kazakh
Norwegian
Ukrainian