SU870446A1

SU870446A1 - Device for automatic detecting of charge melting moment in arc electric furnace

Info

Publication number: SU870446A1
Application number: SU802868906A
Authority: SU
Inventors: Сергей Михайлович Ковриго; Борис Борисович Анисимов; Владимир Михайлович Артынский; Николай Иванович Денисов
Original assignee: Киевский Институт Автоматики Им.Хху.Съезда Кпсс
Priority date: 1980-01-14
Filing date: 1980-01-14
Publication date: 1981-10-07

Description

Изобретение относится к автоматизации контроля технологических процессов в электрометаллургии, в частности, к технике автоматического контроля процессов плавления передельных материалов, и может найти применение в исследованиях и ® системах автоматизации при выплавке стали в дуговых электропечах.The invention relates to automation of control of technological processes in electrometallurgy, in particular, to a technique for automatic control of processes of melting of processing materials, and may find application in research and ® automation systems for steelmaking in electric arc furnaces.

Известно устройство для автоматического определения момента расплавления шихты в дуговой электропечи, содержащее ¹⁰соединенные в последовательную цепочку функциональный преобразователь, блок сравнения и сигнализатор.A device is known for automatically determining the moment of charge melting in an electric arc furnace, comprising ¹⁰ functional converter, a comparison unit, and a signaling device connected in series.

Функциональный преобразователь выпол-₍йен в виде блока интегрирования входной величины, интеграл которой во времени t5 может характеризовать момент расплавления шихты [11Недостатком этого устройства является низкая точность определения момента расплавления шихты, обусловленная неоднозначностью связей между расходом электроэнергии и моментом расплавления шихты.Functional performed converter _(yen as a block integration value of the input, the integral of which over time can characterize the time t5 melting of the charge [11Nedostatkom this device is the low accuracy of determining the moment of melting of the charge due to the ambiguity of the relationships between power consumption and the melting point of the charge.

В другого вида устройства того же назначения используется анализатор гармонии тока электрической дуги, представляющий собой сочетание функционального преобразователя и блока сравнения. Анализируются параметры тока электрической дуга, отражающие ход и состояние процесса плавления, включая момент расплавления шихты [2].In another type of device of the same purpose, an electric arc current harmony analyzer is used, which is a combination of a functional converter and a comparison unit. The parameters of the electric arc current are analyzed, which reflect the progress and state of the melting process, including the moment of charge melting [2].

Это устройство обладает более высокой точностью определения момента расплавления. Однако точность и надежность определения момента расплавления с использованием этих устройств недостаточны по причинам влияния неучитываемых факторов: изменение параметров системы регулирования электрической мощности дуг, изменение геометрических размерюв электродов и др. Кроме того, эти устройства не обладают чувствительностью к состоянию всей массы шихты в электропечи, з 870446 а чувствительны лишь к локальным участкам массы вблизи электрических дуг.This device has a higher accuracy of determining the moment of melting. However, the accuracy and reliability of determining the time of melting using these devices is insufficient due to factors unaccounted for: changing the parameters of the electric power control system of the arcs, changing the geometric dimensions of the electrodes, etc. In addition, these devices are not sensitive to the state of the entire mass of the charge in an electric furnace, s 870446 a are sensitive only to local mass sections near electric arcs.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство автоматического определе- ₅ния момента расплавления шихты в дуговой электропечи, содержащее функциональный преобразователь в виде блока дифференцирования, блок сравнения и сигнализатор [3]. ₁₀ The closest in technical essence to the proposed device is the automatic definition ₅ the instant of melting of the charge in an electric arc furnace, comprising a function generator in form of a block of differentiation, and signaling comparing unit [3]. ₁₀

Это устройство также не позволяет с достаточной точностью и надежностью определять момент расплавления шихты. Вызвано это следующими причинами: датчики исходной информации температуры внут- ₁₅ренней поверхности футеровки) не чувствительны к характеристикам шиХты (химсоставу и др.), изменяющимся от плавки к плавке, ‘а также к состоянию всей массы шихты, поскольку практически в футе- _2Qровке электропечи устанавливают ограниченное число этих датчиков.This device also does not allow with sufficient accuracy and reliability to determine the time of melting of the charge. This is caused by the following reasons: the sensors of the initial temperature information _{on the} inner surface of the lining) are not sensitive to the characteristics of the mixture (chemical composition, etc.), which vary from smelting to smelting, as well as to the state of the entire mass of the mixture, since it is practically in a _2Q lining electric furnaces install a limited number of these sensors.

Целью изобретения является повышение точности и надежности определения момента расплавления шихты. ₂₅ The aim of the invention is to improve the accuracy and reliability of determining the moment of melting of the mixture. ₂₅

Эта цель достигается тем, что устройство содержит соединенные в последовательную цепочку функциональный преобразователь в виде блока дифференцирования, блок сравнения и сигнализатор, цепь из— мерения тока статора установки электромагнитного перемешивания (УЭМП) металла, выход которой подключей через блок сглаживающих фильтров на вход блока дифференцирования.This goal is achieved by the fact that the device contains a functional converter connected in a series circuit in the form of a differentiation unit, a comparison unit and a signaling device, a circuit for measuring the stator current of the electromagnetic stirring unit (UEMP) of the metal, the output of which is connected through the smoothing filter unit to the input of the differentiation unit.

Использование в предложенном устрой- ³⁵стве измерительной токовой цепи статора У ЭМП в сочетании с указанными блоками позволяет исключить присущие известным устройствам недостатки, вызванные локальной (по отношению к массе шихты в элек-⁴⁰тропечи) чувствительностью устройств и неоднозначностью связей между исходной ' информацией и моментом расплавления шихты. Кроме того, обеспечивается существенное повышение надежности устрой- ⁴⁵ства в результате того, что измерительная токовая цепь статора УЭМП позволяет получать исходную информацию, лишенную помех и достоверно характеризующую фазовое состояние шихты в электропечи. ⁵⁰Предложенное устройство представлено на чертеже.Using the proposed ustroy- ³⁵ stve measuring circuit of the stator EMF U in combination with said blocks eliminates the disadvantages inherent in the known devices due to the local (relative to the weight of the charge in electric tropechi ⁴⁰⁾ sensitive devices and connections ambiguity between the source 'and the time information melting the charge. In addition, it provided a significant increase in reliability ustroy- ⁴⁵ CTBA due to the fact that the measuring current UEMP stator circuit allows to obtain background information, devoid of noise and reliably characterizing the phase state of the charge in the furnace. ⁵⁰ The proposed device is shown in the drawing.

Устройство состоит из цепи 1 измерения тока статора 2 УЭМП, содержащий трансформатор 3 тока и амперметр 4, ус- 55 тановленные, например, на одной из фаз двухфазного электропитания статора · (УЭМП является частью электрообоотпо вания печи и ее основное технологическое назначение - перемешивание всей массы металла в электропечи с целью ускорения процессов плавления, нагрева и т.п., а также для усреднения химсостава и температуры металла по его объему), блока 5 сглаживающих фильтров, блока .6 дифференцирования, блока 7 сравнения и сигнализатора· 8. Цепь 1 подключена через соединенные в последовательную цепочку блок 5, блок 6 и блок 7 на вход сигнализатора 8.The device consists of a circuit 1 for measuring the stator current 2 UEMP, containing a current transformer 3 and ammeter 4, installed, for example, on one of the phases of the two-phase power supply of the stator · (UEMP is part of the furnace electrical equipment and its main technological purpose is mixing the entire mass metal in an electric furnace in order to accelerate the processes of melting, heating, etc., as well as to average the chemical composition and temperature of the metal over its volume), block 5 smoothing filters, block .6 differentiation, block 7 comparison and signaling device · 8. Ц Circuit 1 is connected through block 5, block 6 and block 7 connected to the serial circuit to the input of signaling device 8.

Устройство действует следующим образом.The device operates as follows.

В конечный период плавления, например, после открытия электрических дуг, включают в работу установку электромагнитного перемешивания (УЭМП). Обмотка статора УЭМП напоминает сегмент статора большого двухфазного асинхронного двигателя и питается от генератора инфранизкой частоты двухфазным переменным током, сдвинутым по фазе на 90°, что создает бегущее магнитное поле, проникающее в ванну расплавленного металла. Взаимодействие возникающих в ванне токов с бегущим магнитным полем вызывает перемещение слоев расплавленного металла. Статор УЭМП совместно с ванной (шихтой или расплавом) представляют собой своеобразный асинхронный двигатель. Нагрузка на двигатель, а следовательно, и изменение тока статора зависят от силы взаимодействия токов, возникающих в ванне, с бегущим магнитным полем, создаваемым статором. В свою очередь токи в ванне определяются электро- и гидросопротивлением ванны, которые зависят от соотношения жидкой и твердой фаз металла ванны. В связи с этим ток статора (1_ст ) отражает в дина- мике степень расплавления шихты и позволяет с достаточной достоверностью и точностью определить момент расплавления шихты.In the final melting period, for example, after the opening of the electric arcs, the electromagnetic stirring unit (UEMP) is put into operation. The stator winding UEMP resembles the stator segment of a large two-phase asynchronous motor and is powered by an infra-low frequency generator with a two-phase alternating current phase-shifted by 90 °, which creates a traveling magnetic field penetrating the molten metal bath. The interaction of currents in the bath with a traveling magnetic field causes the movement of layers of molten metal. The stator UEMP together with the bath (charge or melt) are a kind of asynchronous motor. The load on the motor, and therefore the change in the stator current, depends on the strength of the interaction of the currents arising in the bath with the traveling magnetic field created by the stator. In turn, the currents in the bath are determined by the electrical and hydroresistance of the bath, which depend on the ratio of the liquid and solid phases of the bath metal. In this regard, the stator current (1 _st ) in dynamics reflects the degree of melting of the charge and allows one to determine with sufficient reliability and accuracy the moment of melting of the charge.

По ходу плавления, по мере увеличения массы жидкой'фазы, электросопротивление ванны увеличивается, а гидросопротивление ее уменьшается. Это вызывает постоянное снижение уровня тока статора до установления его на неизменный уровень в момент полного расплавления шихты. На кривой изменения уровня этого тока по ходу плавления будут наблюдаться флуктуации, вызванные неравномерностями в смешении твердых кусков шихты в массе расплава и в изменении гидросопротив— ления ванны.In the course of melting, as the mass of the liquid phase increases, the electrical resistance of the bath increases, and its hydroresistance decreases. This causes a constant decrease in the stator current level until it is set to a constant level at the time of complete charge melting. On the curve of changes in the level of this current during melting, fluctuations will be observed caused by irregularities in the mixing of solid pieces of the mixture in the mass of the melt and in the change in the hydroresistance of the bath.

Цепь 1 измерения тока статора УЭМП, содержащая трансформатор 3 тока и амперметр 4, установленные, например, на одной из фаз двухфазного электропитания статора, фиксирует все изменения тока 5 статора во времени. При необходимости (для увеличения чувствительности устройства и др.) одновременно может использо ваться измерительная токовая цепь, установленная на другой фазе электропитания 10 статора.The UEMP stator current measurement circuit 1, comprising a current transformer 3 and an ammeter 4, mounted, for example, on one of the phases of the two-phase stator power supply, records all changes in the stator current 5 over time. If necessary (to increase the sensitivity of the device, etc.), a measuring current circuit installed on another phase of the stator power supply 10 can be used simultaneously.

С выхода цепи 1 (и при необходимости с выхода аналогичной измерительной токовой цепи на другой фазе электропитания статора УЭМП) сигнал подается на 15 блок 5 сглаживающих фильтров для снятия флуктуаций, вызванных указанными выше причинами, которые не следует учитывать при последующем определении скорости изменения во времени тока ртатора ( Т_ст ). Затем сглаженный сигнал с Х_сТ с блока 5 поступает в блок 6 дифференцирования, где определяется скоdlcr αίοτ рость — Сигнал с подается в блок 7 сравнения, в котором сопостав20 ляется с заранее установленным значением ^характеризующим момент расплавления шихты при заданной мощности УЭМП, частоте и ступени тока статора УЭМП близкой по значению к ну- ³⁰ дю или равно нулю. Результат сравнения поступает на сигнализатор 8, указывающий на момент расплавления шихты.From the output of circuit 1 (and, if necessary, from the output of a similar measuring current circuit to another phase of power supply to the stator of the UEMP), the signal is fed to block 15 of 5 smoothing filters to remove fluctuations caused by the above reasons, which should not be taken into account when subsequently determining the rate of change in current time rtator (T _article ). Then the smoothed signal with X _cT from block 5 enters the differentiation block 6, where the speed is determined. The signal c is fed to the comparison block 7, in which it is compared with a pre-set value ^ characterizing the instant of charge melting at a given UEMP power, frequency and stage the stator current of the UEMP is close in value to ^-30 du or equal to zero. The comparison result is sent to the signaling device 8, indicating the time of melting of the charge.

Техническая реализация предложенного устройства не вызывает затруднений. В 35 устройстве в качестве цепи 1 используется схема (измерительная токовая иепь сигнализатора УЭМП), имеющаяся на дуговых электропечах, оборудованных УЭМП. В дополнение к этому используются бло- 40 ки 5, 6, 7 сглаживающих фильтров, дифференцирования и сравнения, которые лег25 ко выполняются на простых серийно выпускаемых элементах, например на микросхемах. В качестве сигнализатора может быть использовано буквенное световое табло либо обычная сигнальная лампочка.The technical implementation of the proposed device does not cause difficulties. In the 35th device, a circuit (measuring current circuit of the UEMP detector) is used as circuit 1, which is available on electric arc furnaces equipped with UEMP. In addition to this, blocks of 5, 6, 7 smoothing filters, differentiation and comparison are used, which are easily performed on simple commercially available elements, for example, microcircuits. As a signaling device, an alphanumeric light panel or an ordinary signal light can be used.

Предложенное устройство по сравнению с известными обладает повышенной достоверностью, точностью и надежностью определения Момента расплавления шихты и эффективно может быть использовано в системах автоматизации дуговых электропечей.The proposed device in comparison with the known has increased reliability, accuracy and reliability of determining the melting time of the charge and can be effectively used in automation systems of electric arc furnaces.

Claims

(54) DEVICE FOR AUTOMATIC DETERMINATION OF THE MOMENT OF MELTING THE CHARGE IN THE ARC ELECTRIC PROCESSES The invention relates to the automation of the control of technological processes in electrometallurgy, in particular, to the technology of automatic control of the processes of melting of refractory materials, and can be used in research and automation systems when melting steel Electric arc furnaces. A device is known for automatically determining the moment of melting of a charge in an electric arc furnace. w chain functional transducer and the comparator switch. The functional converter is made in the form of an integration unit of the input quantity, the integral of which over time can characterize the moment of melting of charge 1. A disadvantage of this device is the low accuracy of determining the moment of melting of the charge, due to the ambiguity of the connections between the power consumption and the moment of melting of the charge. In another type of device for the same purpose, an electric arc current harmony analyzer is used, which is a combination of a functional converter and a comparison unit. The parameters of the electric arc current are analyzed, reflecting the course and state of the melting process, including the moment of melting the charge L2. This device has a higher accuracy in determining the moment of melting. However, the accuracy and reliability of determining the moment of melting using these devices is insufficient for reasons of influence of unrecognizable factors: changing the parameters of the system for controlling the electric arc of the arcs, changing the geometric dimensions of the electrodes, etc. In addition, these devices are not sensitive to the state of the entire charge mass. electric furnaces, 387 and sensitive only to local areas of the mass near the electric arcs. The closest in technical cytus to the proposed device is a device for automatically determining the moment of charge melting in an electric arc furnace, containing a functional converter in the form of a differentiation unit, a comparison unit and a Gz alarm device. This device also does not allow with sufficient accuracy and reliability to determine the moment of melting of the charge. This is caused by the following reasons: the sensors of the initial information of the temperature of the inner surface of the lining are not sensitive to the characteristics of the cold (chemical composition, etc.), changing the flow from melting to melting, as well as to the state of the entire mass of the charge, as in the lining of the electric furnace install a limited number of these sensors. The aim of the invention is to improve the accuracy and reliability of determining the moment of charge melting. This goal is achieved by the fact that the device contains serialized functional converter in the form of a differentiation unit, a comparator unit and a signaling device, a stator current measurement circuit of the electromagnetic stirring unit (UEMF) of the metal, the output of which is connected through blocking filters to the input of the differential unit. . The use in the proposed device of the measuring current circuit of the stator In EMF, in combination with the indicated blocks, eliminates the disadvantages of known devices caused by local (relative to the mass of the charge in the electric furnace) sensitivity of the devices and the ambiguity of the connections between the initial information and the moment of melting of the mixture. In addition, a substantial increase in the reliability of the device is ensured as a result of the fact that the measuring current circuit of the UEMF stator allows to obtain initial information free from interference and reliably characterizing the phase state of the charge in an electric furnace. The proposed device is shown in the drawing. A device of a VASTIKYT from a circuit 1 and a current measurement of the stator 2 of a UEMP, containing a current transformer 3 and an ammeter 4, installed, for example, at one of the two-phase phases) of the stator electrolytic unit (UEMP is a part of the electrical equipment of the furnace and its main technological purpose is mixing the entire mass of metal in an electric furnace in order to accelerate the processes of melting, heating, etc., and for averaging the chemical composition and temperature of the metal over its volume), block 5 of smoothing filters, block 6. differentiation, block 7 of comparison and signaling device-8. The chain 1 is connected to a blue circuit connected in a sequential chain block 5, block 6 and block 7 to the input of the detector 8. The device operates as follows. In the final pegmod of melting, for example, after the opening of electric arcs, the installation of electromagnetic mixing (CEMF) is put into operation. The UEMP stator winding resembles a stator segment of a large two-phase asynchronous motor and is powered by an ultra-low frequency generator with a two-phase alternating current that is out of phase by 9O, which creates a running magnetic field that penetrates the molten metal bath. The interaction of currents arising in the bath with a running magnetic field causes the displacement of layers of molten metal. The UEMP stator together with the bath (charge or melt) is a kind of asynchronous motor. The load on the motor, and hence the change in the stator current, depends on the strength of the interaction of the currents arising in the bath with the traveling magnetic field created by the stator. In turn, the currents in the bath are determined by the electro- and hydro-resistance of the bath, which depend on the ratio of the liquid and solid phases of the metal of the bath. In connection with this, the stator current (reflects in dynamics the degree of charge melting and allows determining with sufficient confidence and accuracy the moment of charge melting. As the mass of the liquid phase increases, the electrical resistance of the bath increases and its hydroresistance decreases. This causes a constant decrease in the level of the stator current until it reaches a constant level at the moment of complete melting of the charge. On the curve of the change in the level of this current in the course of melting there will be fluctuations caused by Numbering in the displacement of solid pieces of the charge in the mass of the melt and in the variation of the feed and laziness of the bath.The stator current measurement circuit 1 of the UZMP containing a current transformer 3 and an ammeter 4 installed, for example, on one of the phases of the two-phase stator power supply, records all changes in the stator current If necessary (to increase the sensitivity of the device, etc.), a measuring current circuit installed at a different phase of the power supply to the stator can be used at the same time. From the output of circuit 1 (and, if necessary, from the output of a similar measuring current circuit on another phase of the UEMP stator power supply), the signal is fed to a block 5 of smoothing filters to relieve fluctuations caused by the indicated reasons, which should not be taken into account when subsequently determining the rate of change over time rattor () Then the smoothed signal with I. From block 5 enters differentiation block 6, where scdlcr dIcT growth rate -j- is determined. Signal c is fed into block 7 of comparison, in which it is compared with a predetermined sign cheniem f - h - jj characterizing melting point of the charge at a predetermined power UEMP, frequency and the stator current stage UEMP (Y) .blizkoy meaningfully to zero or equal to zero. The result of the comparison is applied to the detector 8, which indicates the moment of melting of the charge. The technical implementation of the proposed device is straightforward. The device uses a circuit (measuring current circuit of a UEMP detector) as circuit 1, which is used on electric arc-equipped electric arc furnaces. In addition, blocks 5, 6, 7 of smoothing filters, differentiation and comparison, which are easily performed on simple series, are used. manufactured items, such as chips. As a signaling device, an alphabetic light panel can be used or a signal lamp can be used. The proposed device, as compared with the known ones, possesses increased reliability, accuracy and reliability of determining the moment of charge melting and can be effectively used in automation systems of electric arc furnaces. The invention The device for automatic determination of the moment of melting in an electric arc furnace, containing a functional converter connected in a series in the form of a differentiation unit, a comparator unit and a signaling device, differing in that, in order to improve the accuracy and reliability of determining the melting moment, it additionally contains a circuit measurement of the stator current of the electromagnetic displacement unit, installed on one of the phases of the power supply of the stator, connected by the output to the input block smoothing filters, the output of which is connected to the input of the differentiation unit. Sources of information taken into account in the examination 1.Galkin MF Krol Yu. S. Cybernetic methods for the analysis of electric steel melting, M., Metallurgists, 1971, p. 223-225.

2. USSR author's certificate number 624396, cl. C 21 C 5 / 5O, 1978.

3. The patent of France No. 1592121, cl. C 21 C 5/52, 1970.