Экономия материальных и энергоресурсов при выплавке стали в ДСП переменного и постоянного тока

В технологии этих печей заложено множество новых электротехнических, конструкторских и технологических разработок: новые конструкции трансформаторов, выпрямителей, фурм, горелок, систем автоматизации и управления, новые технологии вдувания кислорода, углерода, шлакообразующих, подогрева и загрузки шихты, дожигания технологических газов, донного внецентренного выпуска плавок, вспенивания шлаков, донной продувки ванны газами и т.д. Продолжительность плавки в новых крупных печах существенно сократилась (менее 60 мин). Ожидается доведение её в ближайшее время до 30…40 мин.

Фирмы, выпускающие печи постоянного тока, указывают следующие преимущества по сравнению с печами переменного тока: меньший удельный расход электродов; снижение уровня фликера; возможность подводить большую мощность; надёжность электрооборудования; работа с длинными дугами; перемешивание ванны за счёт электродинамических сил; упрощение технического обслуживания и сокращение трудозатрат; равномерная тепловая нагрузка на футеровку печи; снижение уровня шума ; стабилизация технологии; лучшее формирование колодцев при их проплавлении; снижение угара легирующих элементов; снижение содержания азота в стали; уменьшение газовыделения и пылеобразования; снижение расхода огнеупоров; повышение производительности.

Несмотря на рекламируемые преимущества ДППТ, некоторые фирмы предпочитают устанавливать новые высокоимпедансные трёхфазные печи. Это обусловлено тем, что капитальные затраты на печь переменного тока ниже, суммарный расход электроэнергии практически одинаков, торцовой расход электродов и воздействие на питающую сеть высокоимпедансных трёхфазных печей и печей постоянного тока сближаются, печи переменного тока обладают большей гибкостью в регулировании температуры ванны. Исследование постоянного и переменного тока показало, что дуга постоянного тока характеризуется пониженным значением градиента потенциала в столбе дуги, что для обеспечения выделения в дуге требуемой мощности вызывает необходимость увеличения её длины (до 0,8…1,0 м). В периоды жидкого металла это приводит к росту излучения на стены и свод печи и увеличению тепловых потерь. Поэтому, несмотря на большую, чем в трёхфазных печах скорость нагрева и расплавления металла, печь постоянного тока не даёт особых преимуществ по производительности. Кроме того, в ДППТ требуются специальные меры по предотвращению отклонения дуги из-за явления магнитного дутья. Введение в электрическую цепь полупроводникового источника снижает надёжность установок и повышает её стоимость. Не полностью отвечает электротехническим требованиям и дуга переменного тока. В начальный период плавки дуга имеет небольшую длину, что повышает вероятность эксплуатационных коротких замыканий и расход энергии, усиливает влияние на питающую сеть. В то же время дуга непрерывно перемещается, что расширяет колодцы и снижает проблему перегрева подины. В периоды жидкого металла дуга переменного тока более эффективна (не считая расхода электродов). Исследования КПД дуг постоянного и переменного тока показали, что КПД дуг переменного тока в зависимости от электрического и шлакового режима изменяется в пределах 0,55…0,85, в то время как КПД дуг постоянного тока - в пределах 0,40…0,75, чем и объясняется больший, в некоторых случаях, удельный расход электроэнергии в дуговых печах постоянного тока.

В ближайшем будущем продолжается соревнование дуговых печей постоянного и переменного тока. В настоящее время ввод в эксплуатацию дуговых печей постоянного тока вдвое больше, чем переменного. С усложнением технологии и сокращением длительности плавки обслуживающему персоналу труднее своевременно и адекватно реагировать на текущую информацию о ходе процесса и состоянии оборудования. Комплексная автоматизация и оптимизированное управление, включающие регулирование электрических параметров дуги и перемещение электродов (пофазно), расчёт оптимальных расходов кислорода, топлива, шлако- и пенообразующих присадок, режим использования горелок, вдувание кислорода, водяного охлаждения, давления под сводом, ввода материалов в печь и др., должна быть направлена на сокращение потерь времени для принятия оперативных решений, как неотъемлемое условие максимальной производительности и минимальных энергозатрат.

Мгновенные расчёты энергетического и материального балансов возможны лишь на базе современной вычислительной техники. Поэтому дуговые печи оснащают способным к самообучению компьютерным регулятором, программа работы которого основана на принципах нейронной сети. Главная особенность новых систем автоматизации состоит в том, что она не стремится приводить электрический и технологический режимы печи к каким-либо стандартным параметрам, заранее заложенным в систему, а учитывая особенности выплавляемой стали, шихты и хода плавки, выдвигают по ходу плавки новые оптимумы, к которым, используя все технологические системы, приводятся электрический и технологический режимы дуговой печи. Использование таких систем позволяет сократить длительность плавки на 2…5 мин, повысить производительность печи на 2…5 %.

За последние годы существенно изменились методы и технические средства при управлении работой ДСП. Это в первую очередь, связано с широким использованием средств вычислительной техники. В обычной практике в принятой иерархической структуре управления нижний уровень занимают микроконтроллерные системы. Эти системы управляют электрическим режимом печи, механизмами подачи добавок, подачей кислорода и газа в печь и выполняют некоторые другие функции. Регуляторы электрического режима, созданные на основе использования микроконтроллеров (SIMELT AC фирмы "Сименс", РММ 9522 АО "Черметавтоматика"), имеют возможность гибкого изменения коэффициентов усиления, форсированной отработки коротких замыканий и разрывов дуг, уменьшения взаимовлияния фаз, управления процессом при нестандартных ситуациях. Некоторые фирмы для управления электрическим режимом используют стандартные персональные компьютеры ("ABB Industrial Systems", "Фукс Системтехник"). В этих системах предусмотрено пофазное изменение заданий (уставок) регуляторам, ступеней напряжения, что приводит к равномерному расплавлению шихты. При управлении ДСП может быть использовано двух- или трёхуровневое управление. На втором уровне решаются, как правило, задачи управления тепловым, технологическим и электрическим режимами - формирование заданий нижнему уровню. На третьем иерархическом уровне решают задачи оптимизации ввода электроэнергии в печь. Общая цепь оптимизации состоит в поддержании максимального уровня активной мощности в любой момент плавки. В основу концентрации оптимального управления электрическим режимом ДСП положена динамическая модель электропечного контура, непрерывно адаптирующаяся к меняющимся условиям в процессе плавки. С использованием методов искусственного интеллекта (теории нейронных сетей) находят такие значения заданий (уставок) регулятору электрического режима, которые в каждый момент оптимизируют вводимую мощность, в отличие от традиционного управления, когда используются, в основном, три значения уставок, обеспечивающих длинную, среднюю и короткую дуги. В подобных системах уставки меняются очень часто, в общем случае в каждый такт управления и в широких пределах.

Реализуются подобные системы искусственного интеллекта (SIMELT NEC фирмы "Сименс", IAF фирмы "Neural Application Corporation") на базе мощных ЭВМ и по сообщениям в печати приносят ощутимый экономический эффект. Фирма "Neural Application Corporation" разработала регулятор "думающая дуговая печь", построенный на использовании компьютерных программ, имитирующих работу мозга человека, включающий три нейронно-сетевые системы: первая вычисляет возможную ошибку регулирования за 100…300 нс до её совершения, вторая действует как традиционный регулятор - меняет положение электродов с учётом сигнала, формируемого первой системой, третья анализирует накапливающуюся информацию и оптимизирует управление печью. В регуляторе использованы две ЭВМ с процессорами 8046: "Пентиум" и аналоговая система сбора данных производительностью 400 тыс. проб в секунду. Для первичного обучения регулятора после его подключения к печи требуется около 10 мин, для полного - около недели.

Дальнейшим развитием системы оптимизации плавки являются интегрированные компьютерные системы управления всеми объектами электросталеплавильного цеха, обеспечивающие ход всего технологического процесса и его контроль из различных точек цеха. Ставится задача перевести работу дуговых печей в полностью автоматизированный режим без участия оператора. На первый план выходит разработка "думающих печей".

Заключение

В данной работе произведено сравнение параметров работы ДСП и ДППТ, с целью определения возможности экономия материальных и энергоресурсов.

Из таблиц 1 и 2 видно, что эксплуатация дуговых печей постоянного тока по сравнению с ДСП такой же мощности и ёмкости без использования дополнительных технологических мероприятий позволяет снизить:

· расход электродов в 3...5 раз в зависимости от подготовки шихты;

· суммарный расход электроэнергии на процесс на 2 ...5 %;

· расход огнеупорных материалов на 20 ... 30 % при работе на твёрдой завалке;

· расход исходного сырья на 1,5...5 % ;

· расход дорогостоящих легирующих добавок на 20…60%;

· уровень шума до 85 дБл;

· количество пыле-газовыбросов в 8 .... 10 раз, что позволяет снизить затраты на газоочистку и природоохранные мероприятия;

· обратное влияние электропечи на сеть, в частности фликкер-эффект ("мерцание") в 2... 5 раз, что позволяет повысить ресурс печных трансформаторов, гибких кабелей, короткой сети, электрододержателей и уменьшить затраты на фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ).

Дуговая печь постоянного тока является более перспективным плавильным агрегатом по сравнению с дуговой печью переменного тока благодаря следующим факторам: уменьшение времени плавки, более низкий расход электроэнергии, возможность выплавки шлаков с низким содержанием металлов, использование шихты разного вида в том числе стружки и пылевидных материалов, повышенная стойкость футеровки, взрывобезопасность, отсутствие выбросов дымовых газов в цех.

Список используемой литературы

1.Макаров А.Н., Рубцов В.П. Влияние изменения мощности трансформатора на эффективность работы дуговой печи// Электротехника. №2. 1999, с.40-43.

2.Свенчанский А. Д., Смелянский М. Я. "Электрические промышленные печи.", М., 1970;

3.Володин А.М., Богдановский А.С., Малиновский В.С. Результаты работы печи постоянного тока нового поколения // Металл, оборудование, инструмент. 2004. №6.

4.Володин А.М., Богдановский А.С., Малиновский В.С. Результаты работы печи постоянного тока ДППТУ-20 на ОАО «Тяжпрессмаш».// Литейное производство. 2004. №11.

5.Малиновский В.С. Электротехнологические возможности дуговых печей постоянного и переменного тока нового поколения. Электрометаллургия. 2007. №7, с 8-14.

6.Малиновский В.С. Подовые электроды дуговых печей постоянного тока. Электрометаллургия. 2008 №9, с 21-25.

7.Малиновский В.С. сравнение показателей работы дуговой печи переменного и постоянного тока в ОАО «Тяжпрессмаш». Электрометаллургия. 2008 №8, с 20-22.

Размещено на Allbest.ru