Автоматизация процесса плавки стали в ДСП-0.5, страница 12

Плавку стали в ДСП целесообразно характеризовать тремя режимами: электрическим, температурным и технологическим. Электрический режим плавки– это характер изменения подводимой к печи мощности во времени. Температурный режим включает изменение по ходу плавки температуры металла, шлака и футеровки. В технологический режим входят изменение химического состава металла и все технологические операции, выполняемые во времени.

2.1  Печь как объект управления

Дуговая сталеплавильная печь представляет собой сложный объект управления, в котором действует большое число различного рода возмущений, которые можно разделить на несколько категорий.

1. Наличие резких нерегулярных колебаний тока и напряжения дуг, особенно сильных в период расплавления металла, - специфическая особенность ДСП. Колебания связаны с неблагоприятными условиями зажигания и горения дуг, замыканиями электродов с шихтой, обрывами дуг при обвалах и резкими перемещениями электродов. Из – за непрерывного изменения состояния шихты процесс колебаний токов носит случайный характер, с определенными допущениями описываемый нормальным законом распределения.

Колебания тока неблагоприятно воздействуют на энергетические показатели печей, повышая расход энергии и снижая производительность из – за простоев при отключении печи токовой защитой. Поэтому возмущения должны отрабатываться регуляторами с максимальным быстродействием. Большое значение имеет и выбор режима работы.

2. Относительно регулярные колебания токов и напряжений с частотой 2 – 10 Гц, вызываемые перемещением дуги под действием электродинамических сил, вибрацией электродов, внезапными изменениями проводимости в зоне горения дуг из – за испарения металлов, кипением ванны жидкого металла и т. д. Колебания имеют ограниченное значение. Задача их отработки не ставится, регулятор должен только поддерживать заданное среднее значение тока в течении этого периода.

3. Колебания тока, связанные с изменением токов в других фазах. Они определяются неавтономностью регулирования отдельных фаз в условиях питания печей по трехфазной схеме без нулевого провода. В определенной степени снижение таких колебаний достигается выбором параметра регулирования.

4. Медленно протекающие изменения режима, вызываемые параметрическими воздействиями на длину дуги. К ним относятся изменение характеристик дугового разряда во время плавки, обгорание электродов, изменение геометрии завалки при расплавлении шихты. Эти возмущения должны отрабатываться регулятором и учитываться при выборе электрического режима плавки.

5. Изменения режима, обусловленные нестабильностью питающего печь напряжения сети, которая связана с динамическими (колебания) и статическими (отклонения) возмущениями.

Для управления энергетическим режимом ДСП используются два управляющих воздействия – изменение длины дуги с помощью перемещения электрода и изменение вторичного напряжения трансформатора.

Управляющим органом воздействия на длину дуги является привод перемещения электродов. На ДСП применяются электромеханический и электрогидравлический приводы. В первом используется двигатель постоянного тока независимо возбуждения, регулируемый по цепи якоря с помощью управляемых САУ ДСП силовых усилителей. В электрогидравлических приводах обычно используются управляющие золотники.

Изменение вторичного напряжения трансформатора в принципе является очень эффективным воздействием на мощность дуги. Коэффициент передачи при стабильной длине дуги не зависит от режима и равен 2.

Однако данное управляющее воздействие имеет серьезные ограничения, не позволяющие использовать его для отработки динамических возмущений. Это связано с низкой надежностью переключателя ступеней напряжения, высокой дискретностью ступеней и низкими динамическими характеристиками. В связи с этим переключение ступеней напряжения трансформатора используется лишь как корректирующее воздействие для оптимизации режима в целом (электрического и теплового) при стабилизации длина дуги с помощью регулятора перемещения электрода. Для этого используются ручное и автоматическое программное управление, а также прямое управление с помощью систем управления с ЭВМ.