Система автоматического зажигания дуги в дуговой сталеплавильной печи

26

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Магнитогорский государственный технический университет

кафедра промышленной кибернетики и систем управления

Тема: Система автоматического зажигания дуги

в дуговой сталеплавильной печи

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Комплекс технических средств в автоматизированной системе управления

Магнитогорск

2002

1. Краткое описание технологического процесса и место контура автоматизации в этом ТП

Выплавка стали в электропечах основана на использовании электрической энергии для нагрева металла. Тепло в электропечах выделяется в результате преобразования электрической энергии в тепловую при горении электрической дуги, либо в специальных нагревательных элементах, либо за счет возбуждения вихревых токов.

В отличие от конверторного и мартеновского процессов выделение тепла в электропечах не связано с потреблением окислителя. Поэтому электроплавку можно вести в любой среде - окислительной, восстановительной, нейтральной и в широком диапазоне давлений - в условиях вакуума, атмосферного или избыточного давления.

Дуговая сталеплавильная печь (ДСП) состоит из металлического корпуса в виде кожуха цилиндрической формы со сферическим днищем. Изнутри кожух футерован высокоогнеупорными материалами. Плавильное пространство печи сверху перекрывается съемным сводом, огнеупорная кладка которого выполнена в специальном сводовом кольце. В стенах печи имеются одно рабочее окно и одно выпускное отверстие с желобом для слива металла и шлака в ковш. Рабочее окно служит для загрузки шлакообразующих, руды, ферросплавов и для ряда технологических операций - спуска шлака, взятия проб металла и шлака.

Современные дуговые печи снабжены индукторами для электромагнитного перемешивания жидкой ванны.

Электрический ток в плавильное пространство подводится при помощи трех симметрично расположенных электродов, которые опускаются через свод. Для этого в своде имеются отверстия, снабженные водоохлаждаемыми металлическими коробками - экономайзерами. Каждый электрод зажимается электрододержателем, скрепленным при помощи рукава, выполненного в виде толстостенной трубы или сварной балки, с подвижной стойкой. Для подвода тока к электродам используются охлаждаемые гибкие кабели и водоохлаждаемые медные трубы.

Источником тепла в ДСП является электрическая дуга, возникающая между электродами и жидким металлом или шихтой при приложении к электродам электрического тока необходимой силы. Дуга представляет собой поток электронов, ионизированных газов и паров металла и шлака. Дуговые печи работают на переменном токе.

Плавка характеризуется тремя режимами: электрическим, тепловым и технологическим.

Электрический режим - это изменение подводимой к печи электрической мощности во времени.

Тепловой режим - изменение и управление температурными параметрами футеровки, металла и шлака по ходу плавки.

Технологический режим - целенаправленное изменение химического состава металла, выполнение технологических операций по ходу плавки: скачивание шлака, ввод сыпучих добавок и так далее.

Реализация системы автоматического зажигания дуги является одной из задач управления электрическим режимом плавки.

2. Структурная схема контура регулирования. Описание математической модели процесса

Система автоматического зажигания дуги в ДСП состоит из следующих основных элементов:

1) дозатор электроэнергии;

2) автоматический регулятор мощности;

3) управляющий вычислительный комплекс;

4) исполнительный механизм.

В качестве автоматического регулятора мощности применяется автоматический регулятор мощности на тиристорах типа СТУ-022.

В качестве управляющего вычислительного комплекса используется контроллер Ремиконт Р-130 совместно с ЭВМ.

Обеспечение зажигания дуги между электродами и металлом является основой электрического режима. Выбранный рациональный электрический режим поддерживают при помощи автоматических регуляторов. Существуют две системы регулирования электрического режима: токовая и дифференциальная.

Токовые регуляторы имеют один очень важный технический недостаток: при регулировании силы тока невозможно автоматически зажечь дуги между электродами и шихтой, то есть осуществить пуск печи в автоматическом режиме. Из-за этого может произойти поломка первого коснувшегося шихты электрода или науглероживание металла жидкой ванны.

Поэтому на практике широко применяются дифференциальные регуляторы мощности. Параметром регулирования при этом является отношение напряжения к силе тока, то есть сопротивление фазы.

Дифференциальный регулятор состоит из трех регуляторов (для управления каждой фазой предназначен отдельный регулятор). Включение регуляторов фаз при поднятых электродах вызывает появление напряжения U на входах, что вызывает перемещение электродов вниз.

Касание металла первым из опускающихся электродов не приведет к появлению тока в данной фазе, так как нуль печи не соединен с нулем печного трансформатора, а сопротивление подины достаточно велико. Однако это вызовет изменение падения напряжения за счет искажения звезды фазовых напряжений. Причем катушка реле напряжения фазы, электрод которой коснулся металла, окажется подключенной параллельно сопротивлению подины, которое значительно меньше, чем сопротивление катушки. Напряжение на ней уменьшится (ток пойдет по цепи электрод - подина), что приведет к срабатыванию реле данной фазы и остановке электрода.

При касании металла вторым опускающимся электродом замыкается цепь между первым и вторым электродами, и появляется ток в цепи регулятора, управляющего силой тока. Это вызовет появление второго члена в правой части уравнения (A = -b ^. U + a ^. I) a ^. I. Электрод поднимется, и дуга загорится. По мере увеличения длины дуги падение напряжения на ней увеличивается, а сила тока уменьшается. Электрод будет подниматься до тех пор, пока не установится равновесие между силой тока и напряжением. Регуляторы приподнимают и устанавливают оба электрода в заданном положении. Аналогично при касании металла третий электрод устанавливается в нужное положение.

В Советском Союзе получили широкое распространение электромашинные регуляторы типа РМД. Этими регуляторами, а также БЭЭР (модификация РМД) до конца 60-х годов было оснащено большинство печей.

Регуляторам на ЭМУ присущи следующие недостатки:

- невысокая надежность и сложность в эксплуатации, обусловленная наличием вращающегося генератора электромашинного усилителя;

- большая зона нечувствительности регулятора, которая не может быть снижена из-за сильного остаточного магнетизма усилителя;

- недостаточно высокое быстродействие, также обусловленное инерционностью электромашинного усилителя.

На смену электромашинным регуляторам пришли регуляторы тиристорные и гидравлические. Эффективность регулирования мощности тиристорными и электрогидравлическими регуляторами по сравнению с регулятором РМД заключалась в существенном уменьшении дисперсии токов, более быстрой обработке коротких замыканий и разрывов дуг.

Принцип работы регулятора изложен в описании структурной схемы, изображенной на рис. 1. Структурная схема приведена для одной фазы. Работа двух других фаз регулятора аналогична.

Ток (I), пропорциональный току фазы, от трансформатора ТТ, поступает на вход согласующего трансформатора тока ТС(I), который преобразуется в напряжение U(I), пропорциональное току фазы.

Фазное напряжение Uф поступает на трансформатор, согласующий напряжение ТС(U), которое преобразуется в напряжение U(Uф), пропорциональное напряжению фазы. Напряжение U(I) через схему задания тока, на которую воздействует задатчик тока, поступает на вход тиристорного усилителя УТ.

Задание тока осуществляется одним из трех способов:

1) вручную;

2) от дозатора электроэнергии;

3) от управляющего вычислительного комплекса (УВК)

На второй вход тиристорного усилителя подается напряжение Uф, которое проходит через схему стабилизации напряжения ССН, так как это необходимо при работе регулятора в токовом режиме с автоматическим зажиганием дуг. Напряжения, поданные на вход УТ, сравниваются, сигнал рассогласования усиливается и подается на двигатель постоянного тока, перемещающий электрод в заданном направлении. Во избежание пиковых бросков силы тока при включении двигателей используются специальные разгонные характеристики, что позволяет осуществлять плавный запуск двигателей. Электрод перемещается, что вызывает уменьшение сигнала рассогласования.

Ручное управление перемещением электрода осуществляется ключом ручного управления, воздействующим на тиристорный усилитель.

Рис. 1 Структурная схема контура регулирования

3. Функциональная схема автоматизации. Спецификация оборудования

Функциональная схема автоматизации представлена на рис. 2. Устройства для измерения и регулирования электрического режима печи представлены для одной фазы. Для двух других фаз схема будет аналогичной. Программа, реализующая алгоритм работы системы, размещается в ПЗУ контроллера.

Вся информация поступает в УВК и может быть передана на пульт управления, на экран дисплея или на индикаторы, либо списком в определенном порядке, либо по выбору оператора. Большая часть информации, поступающей от датчиков, передается первоначально на шкаф преобразователей, как правило, находящийся в помещении УВК.

Работа начинается с введения электрическим режимом в систему управления задания, соответствующего выплавляемой марке стали. При этом задаётся расход электроэнергии на расплавление первой порции шихты и последовательность изменения следующих параметров электрического режима: ступени напряжения трансформатора В, силы тока I. Причем заданная ступень напряжения трансформатора и задание тока регулятору I_зад можно устанавливать автоматически или вручную.

Переключатель ступеней напряжения (ПСН) ставится в положение В = B₁, а регулятору мощности даётся задание I = I₁, соответствующее началу плавки. После проверки соответствия установленного режима заданному, печь включается (С = C₁).

Для измерения силы тока и напряжения устанавливают измерительные трансформаторы. Использование преобразователей напряжения переменного тока, типа ИПЕ 800/1, поз. 1а, и переменного тока, типа ИПЕ 810, поз. 2а, обеспечивает стандартный выходной сигнал 0…5 мА. Сигналы тока и напряжения, пройдя через преобразователи, поступают на показывающие приборы, которыми являются соответственно милливольтметр, поз. 1б, и миллиамперметр, поз. 2б.

Текущее положение электрода фиксируется непрерывно импульсным датчиком перемещения, типа ПДФ-3, поз. 3а, который находится в комплекте СИЭ с анализатором положения, поз. 3б.

Текущие значения тока, напряжения и положения электрода поступают на усилитель тиристорный, типа СТУ-022, поз. 4а, с которого происходит управление электродами, необходимое для автоматического зажигания дуги. Выбор режима управления двигателем постоянного тока осуществляется с помощью универсального переключателя, типа УП-2, поз. 4б, устанавливаемого в одно из трех положений: автоматический, ручной, отключено.

Ступень напряжения печного трансформатора показывается указателем положения ПСН, поз. 5а, сигнал с которого после УВК поступает в электрическую схему переключателя ступеней напряжения ПСН.

Спецификация оборудования представлена в табл. 1.

Таблица 1

Спецификация оборудования

Рис. 2. Функциональная схема системы автоматизации

4. Конфигурации алгоритмов блоков контроллера

Таблица 2

Состав конфигураций

Рис. 3. Схема конфигураций алгоритмов контроллера

Таблица 3

Конфигурация алгоритмов

Таблица 4

Свободное конфигурирование алгоритмов

Таблица 5

Параметры настройки

В приборных параметрах контроллера устанавливается комплектность 15.

сталь выплавка дуговой автоматизация алгоритм

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Основы металлургического производства (черная металлургия). Учеб. для ср. проф.-тех. училищ/ Бабич В.К., Лукашкин Н.Д., Морозов А.С. и др. - М.: Металлургия, 1988. 272 с.

2. Средства и системы автоматизации литейного производства/ Богдан К.С., Горбенко В.Н., Денисенко В.М. и др. М.: Машиностроение, 1981. 272 с.

3. Лапшин И.В. Автоматизация производства электростали; Автоматизация дуговых сталеплавильных процессов: Курс лекций. - М.: МИСиС, 2001. 65 с.

4. Андреев С.М. Комплексы технических средств в системах управления: Курс лекций. - Магнитогорск: МГТУ, 2002.

Размещено на Allbest.ru