система перепуска самоспекающегося электрода рудно- термической печи

Классы МПК:H05B7/109 устройства для подачи электродов
Автор(ы):, , , ,
Патентообладатель(и):Нахамкис Лев Григорьевич
Приоритеты:
подача заявки:
1992-12-07
публикация патента:

Сущность изобретения: в систему управления перепуском введен блок контроля работы исполнительного механизма, содержащий последовательно соединенные узел коммутации, задатчик усилия натяжения троса, элемент сравнения фактического усилия с заданным и фазочувствительный усилитель, выходы которого соответственно соединены с дополнительными входами исполнительного механизма и тормозным устройством верхнего нажимного кольца. 1 ил.
Рисунок 1

Формула изобретения

СИСТЕМА ПЕРЕПУСКА САМОСПЕКАЮЩЕГОСЯ ЭЛЕКТРОДА РУДНО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ, содержащая устройство перепуска электрода, выполненное в виде верхнего и нижнего нажимных колец, снабженных узлами зажима, подвижный несущий узел, соединенный с нижним нажимным кольцом, посредством тяг с контактными плитами электрододержателя и связанный с выходом исполнительного механизма, и датчик контроля величины перепуска, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены последовательно соединенные коммутатор режима работы исполнительного механизма, задатчик усилия, блок сравнения и фазочувствительный усилитель, выходы которого связаны с дополнительным входом исполнительного механизма и узлами зажима нижнего и верхнего нажимных колец, причем верхнее нажимное кольцо установлено неподвижно, второй выход коммутатора соединен с дополнительным входом исполнительного механизма, дополнительный выход которого соединен с вторым входом блока сравнения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротермии, в частности к управлению перепуском электродов рудно-термических печей, преимущественно фосфорных, карбидных, где используются самообжигающиеся, графитированные и угольные электроды.

Самообжигающийся электрод представляет собой металлический кожух, в который загружается электродная масса. Под действием электрического тока и тепла, поступающего из ванны печи, электродная масса размягчается и затем коксуется, образуя рабочий конец электрода. Графитовые и угольные электроды заранее обожжены и кожуха не имеют.

При эксплуатации рудно-термической печи рабочий конец электрода уменьшается, происходит "угар" электрода, в результате чего невозможно поддерживать оптимальное сопротивление ванны и, следовательно, рабочую мощность печи.

Для компенсации расхода электрода и поддержания оптимальной величины рабочего конца его электрод периодически перепускают относительно контактных плит. Технологический регламент предусматривает дискретный перепуск на определенную величину, например пропорциональную количеству выработанной электроэнергии.

Технико-экономические показатели работы печи зависят от режима перепуска электродов, так как они оказывают решающее влияние на производительность и удельный расход электроэнергии.

Для нормальной эксплуатации самообжигающегося электрода желательно, чтобы зона коксования находилась на оптимальном уровне. Это вызвано тем, что высокое расположение зоны коксования ухудшает электрический контакт между оболочкой электрода и контактной плитой и может привести к повреждению оболочки электрода, а также затруднить осуществление перепуска из-за деформации оболочки электрода. Низкое положение зоны коксования может привести к обрывам и обломам электрода и вытеканию жидкой электродной массы в печь, т. е. к остановке печи.

Известно устройство для перепуска электрода, содержащее верхнее и нижнее нажимные кольца, установленные на несущей траверсе, гидроподъемники электрододержателя и вертикально расположенные между кольцами гидроцилиндра, причем штоки их связаны с верхним нажимным кольцом, а рабочие полости с напорной и сливной магистралями реверсивного двухпозиционного гидрораспределителя, снабженного электромагнитами прямого и обратного направления, связанными с трехпозиционным переключателем [1]

Основными недостатками этого устройства являются отсутствие контроля величины перепуска (о перепуске судят по рискам на кожухе электрода визуально, а это не всегда возможно), перепуск осуществляется вручную со специальной площадки, а не с пульта, что требует специального аппаратчика, величина перепуска задается в зависимости от расхода электроэнергии и не учитывает многих факторов.

Скорость расходования самообжигающегося электрода зависит от типа выплавляемого продукта, количества восстановится в шихте, расхода электроэнергии, рабочей мощности, полезного напряжения и ряда других факторов.

Линейное уменьшение рабочего конца электрода определяется составом электродной массы, ее свойствами, размером и расположением электродов, режимов слива шлака, влажностью шихты и т.п.

Известно устройство перепуска электрода, включающее блок учета расхода электроэнергии, блок определения длины электрода, блок задания величины перепуска, блок управления дискретным перепуском (по 1 см), блок сравнения и регистрации перепуска [2]

Известное устройство предназначено для перепуска самообжигающегося полого электрода открытой карбидной печи. Определение длины электрода закрытой рудно-термической печи, тем более достаточно точное, практически невозможно, так как полый канал в электроде такой печи отсутствует. Кроме того, отсутствует контроль за проскальзыванием электрода, не учитываются ряд параметров, от которых зависит возможность осуществления перепуска.

В рассматриваемых выше устройствах поддержание заданного электрического режима осуществляется в основном за счет перемещения электродов, а перепуск производят несколько раз за смену, причем разовый перепуск не превышает 1-3 см, поэтому при перепуске электрода можно токовую нагрузку на электродах не изменять.

Управление электрическим режимом карбидных печей, особенно средней и малой мощности с графитированными электродами, имеет свои особенности, связанные с тем, что основным регулирующим воздействием является перемещение электрода и переключение ступеней напряжения, а перепуск осуществляют, как правило, один раз в сутки, на величину до 300 мм. Такая особенность управления связана с тем, что каждый из электродов карбидной печи работает в собственном тигле, образованном шихтой, чтобы не нарушать его целостности, как правило, перемещение электрода ограничивают и как только электрод "сядет" на нижний наконечник практически он остается неподвижным, а мощность печи поддерживают переключением ступеней и лишь невозможность поддержания мощности означает необходимость осуществления перепуска.

Наибольшее распространение на карбидных печах нашли два типа механизмов перепуска электродов: тормоз Висдома и механизм перепуска шагающего типа. Тормоз Висдома состоит из двух стальных лент, привариваемых к электроду, намотанных на ролики и зажатых в тормозных колодках. Устройство оборудовано направляющими роликами и вся система собрана на неподвижной раме. По мере перепуска электрода, так как ленты опускаются вместе с ним, их периодически перекрепляют.

Перепуск осуществляют вручную следующим образом. Удерживающие накладные планки перемещают на ленте на величину перепуска, затем отжимают тормоз и электрод, электрод при этом опускается, вытягивая ленту, до тех пор, пока удерживающие планки не войдут в соприкосновение с тормозом. После этого тормоз зажимается и операция перепуска считается завершенной.

Недостатки указанной системы заключаются в необходимости ручного обслуживания при проведении операций перепуска, в значительном снижении мощности или даже отключении печи, что снижает технико-экономические показатели производства.

В механизме перепуска шагающего типа (фирмы Демаг) электрод удерживается за счет защипления его в кольцах-манжетах. Механизм перепуска состоит из верхнего и нижнего колец-манжет и пружин, поддерживающих верхнее кольцо-манжету.

Конструкция, описанная выше [1] является модификацией ее, где вместо пружин применяются гидроцилиндры.

Перепуск осуществляют следующим образом. Снимают давление в нажимных элементах нижнего кольца-манжеты. Под действием собственного веса электрод опускается совместно с верхним (защемленным) кольцом-манжетой на величину заданного перепуска. Защемляют элементы нижнего нажимного кольца-манжеты и снимают давление в нажимных элементах верхнего кольца. Под действием пружины верхнее кольцо-манжета возвращается в исходное положение. Защемляют нажимные элементы верхнего кольца. Перепуск окончен.

Кроме недостатков, перечисленных выше, нерационально, что оба кольца-манжеты при работе печи находятся под давлением.

Несмотря на некоторые недостатки, механизм перепуска шагающего типа позволяет автоматизировать операцию перепуска, и, как правило, перепуск осуществляется дистанционно с пульта управления печью. (Собко А.Ф. Оборудование рудно-термических печей. М. Металлургия, 1974).

Система перепуска электродов конструкции Талья-Ферри принципиально отличается от системы Демаг, так как в момент перепуска электрод остается неподвижным, и перемещается вверх относительно него вся система подвески, т.е. несущих кожух, нижнее нажимное кольцо и контактные плиты с электрододержателем, причем давление с контактных плит не снимается. Перепуск и перемещение электродов осуществляется от гидропривода перемещения электрода и лебедки.

Преимуществом этой системы по сравнению с ранее рассмотренными системами перепуска является то, что в момент перепуска электрический и технологический режимы работы не изменяются, так как электрод неподвижен. Это позволяет более точно определять длину электрода, которая является одним из основных параметров, определяющих режим работы печи.

Система перепуска фирмы Талья-Ферри позволяет не снижать токовую нагрузку, как это делается в печах с конструкцией Демаг, и позволяет осуществлять разовый перепуск электродов на любую заданную величину.

Однако, несмотря на вышеперечисленные преимущества, к недостаткам известной системы необходимо отнести некоторые ее преимущества, а именно разовый перепуск на большую величину без снятия давления с контактных плит предъявляет повышенные требования к качеству поверхности кожуха электрода, так как в случае деформации его по механическим причинам или из-за высокого положения зоны спекания электрода значительно осложняется осуществление перепуска, что может привести к прогару кожуха и вытеканию электродной массы.

Кроме того, при приводе перемещения (перепуска) от лебедки может произойти обрыв удерживающих подвесную систему тросов или тяг, а использование гидропривода может привести к неисправностям электроконтактных узлов. Это снижает надежность работы электрода и может привести к аварии со всеми вытекающими последствиями.

Целью изобретения является повышение надежности работы самообжигающегося или графитированных электродов рудно-термических печей за счет повышения качества управления перепуском электродов и снижения возможности создания аварийных ситуаций.

Решение поставленной технической задачи достигается за счет того, что в систему управления перепуском электрода, содержащую механизм перепуска, включающий нижнее и верхнее нажимные кольца, причем нижнее кольцо соединено с подвижной рамой, нижняя часть которой посредством тросов или тяг соединена с электрододержателем, привод перемещения электрода и узел контроля величины перепуска, введены блок контроля работы привода, лебедки, включающий узел коммутации, задатчик усилия, элемент сравнения заданного и фактического значений усилия, фазочувствительный усилитель, первый вход которого соединен с электро- или гидротормозом верхнего нажимного кольца, а второй с приводом лебедки. Верхнее нажимное кольцо при любых режимах остается неподвижным, так как укреплено на неподвижном опоре.

Конструкция системы перепуска электрода и блок-схема управления приводом лебедки приведены на чертеже, где изображены электрод 1, контактные плиты 2, нажимное кольцо электрододержателя, подвижная рама 4, нижняя часть которой с помощью тяг 5 жестко соединена с контактными плитами и электрододержателем, нижнее нажимное кольцо 6 с пневмозажимом (или гидро) 7, укрепленное на верхней плите неподвижной рамы, верхнее нажимное кольцо 8 с пневмозажимами 9 (или гидро), укрепленное на неподвижной опоре 10, датчик 11 перепуска с регистрирующим прибором 12, электропривод с лебедкой 13, посредством троса 15 через систему блоков 14 и узел 16 натяжения троса соединенный с кожухом электрода.

Блок-схема управления электропривода содержит коммутатора 17 выбора режима работы, задатчик 18 усилия, блок 19 сравнения и фазочувствительный усилитель 20, выходы которого соответственно соединены с пневмозажимом (гидро) верхнего нажимного кольца и приводом лебедки.

Работает система следующим образом. При нормальной работе печи электрод 1 зажат нижним нажимным кольцом 6 с помощью пневмозажимов 7, причем их количество зависит от типа (мощности) рудно-термической печи, т.е. от веса электрода. В зависимости от мощности печи диаметр электрода или эквивалентный диаметр, если электрод имеет прямоугольную форму, может быть от 750 до 1700 мм, поэтому для надежного крепления применяют от двух до шести и более пневмозажимов, расположенных равномерно по периметру нажимных колец. Верхнее нажимное кольцо в этом режиме разжато. Для поддержания заданного электротехнологического режима регулятор выдает команды на привод электролебедки 13 для отработки возмущений.

По мере угара электрода последний постепенно вместе с подвижной рамой 4 со всей подвесной системой и электрододержателем опускается до тех пор, пока не окажется в крайнем нижнем положении. Эта ситуация означает, что в дальнейшем отработка возмущений (отклонения заданного режима) происходит за счет переключения ступеней напряжения, а электрод остается неподвижным.

Для обеспечения надежности работы электрода в режиме перемещения необходимо контролировать два фактора: центровку электрода и целостность троса, так как привод электрода перепуска и перемещения совмещен.

В качестве датчика целостности троса может служить узел 16 регулировки натяжения или устройство контроля работы электролебедки.

Через некоторое время длина электрода изменяется настолько, что возникают трудности для поддержания заданного электрического режима и необходимо для восстановления оптимальной длины электрода его перепустить.

На практике в качестве момента осуществления перепуска применяют следующие параметры: количество электроэнергии, потребленной печью, величину активного сопротивления фазы при достижении минимально допустимого значения для конкретной печи, режим коксования электрода, т.е. количество тепла, введенное в электрод (Кашкуль В.В. Гриншпднт А.Г. и Люборец И.И. Передовой опыт эксплуатации рудно-восстановительных электропечей. М. Металлургия, 1989).

В зависимости от выбранного параметра при достижении этого момента регулятор электрического режима (при автоматическом управлении работой электропечи) или оператор с пульта выдает команду на осуществление перепуска электрода. Эта команда поступает в пневмосистему, управляющую работой пневмозажимов 7, 9, которая вначале зажимает электрод 1 в верхнем зажимном кольце 8, а затем снимает давление с зажимом 7 нижнего зажимного кольца. После этого поступает команда на электропривод на перепуск. Величина перепуска может определяться по тому же принципу, что и момент необходимости перепуска, т. е. пропорционально выработанной электроэнергии с учетом угара электродной массы, в том числе по установке интегрального значения амперквадрата тока, необходимого для спекания электрода, по разнице между заданной и фактической длинами электрода. Независимо от параметра электролебедки начинает поднимать подвижную раму 4 вместе со всей подвесной системой и электрододержателем относительно неподвижного электрода на заданную величину. При этом прижимной ролик, установленный на барабане лебедки, начинает вращаться и его показания фиксируются регистрирующим прибором 12, находящимся на пульте управления печью. В качестве регистрирующего прибора используются самописцы различной модификации, например КСПЧ.

Контроль за перепуском осуществляет блок контроля работы электролебедки следующим образом.

В момент поступления команды на перепуск коммутатор 17 переключается с режима перемещения электрода на режим перепуска. В соответствии с этим изменяется и величина уставки усилия, поступающего с задатчика 18 на вход блока 19 сравнения. Это объясняется тем, что в режиме перемещения электрода трос, наматываемый или сматываемый на барабан лебедки, удерживает вес электрода и всей подвесной системы, крепящейся к подвижной раме, а при перепуске, так как электрод остается неподвижным, усилие рассчитывается исходя из веса несущей конструкции и усилия прижима контактных щек электрододержателя, чтобы переместить их по кожуху электрода без снижения токовой нагрузки, т.е. с меньшим усилием.

Так как для конкретной электропечи все необходимые параметры для расчета уставок известны, т. е. вес электрода, конструкция подвесных узлов, усилия прижима электрододержателя, то в зависимости от режима привода электролебедки в блок 19 сравнения поступает соответствующая этому режиму уставка. В блоке 19 сравнения заданное значение сравнивается с фактическим, поступающим с вала электродвигателя лебедки. В результате на выходе блока сравнения возможно наличие одного из сигналов, а именно

Pфсистема перепуска самоспекающегося электрода рудно-  термической печи, патент № 2058675Pзад; Pфсистема перепуска самоспекающегося электрода рудно-  термической печи, патент № 2058675Pзад и Pфсистема перепуска самоспекающегося электрода рудно-  термической печи, патент № 2058675 Pзад, т.е. система перепуска самоспекающегося электрода рудно-  термической печи, патент № 2058675 система перепуска самоспекающегося электрода рудно-  термической печи, патент № 2058675 0

В этом случае, если Рф=0 или составляет значение, меньшее порога срабатывания фазочувствительного усилителя 20, то на его выходе сигнал отсутствует и перепуск или перемещение электрода происходит по заданной программе.

Если Pфзад, причем система перепуска самоспекающегося электрода рудно-  термической печи, патент № 2058675Р превышает порог срабатывания фазочувствительного усилителя 20, то на его выходе появляется сигнал f1 на запрет осуществления перепуска и на остановку электродвигателя электролебедки. Этот сигнал поступает на пульт управления печью и в соответствии с этим оператор должен установить причину, вызвавшую запрет. Чаще всего это может быть деформация кожуха электрода по различным причинам и их необходимо устранить.

Если Рф<Р<SUB>задР превышает порог срабатывания фазочувствительного усилителя, то на выходе усилителя будет сигнал, который зависит от величины сигнала рассогласования, но в любом случае звуковой или световой сигнал появляется на пульте оператора.

Если система перепуска самоспекающегося электрода рудно-  термической печи, патент № 2058675Р относительно невелико, то это также может свидетельствовать о деформации кожуха, вследствие чего контактные плиты плохо прилегают к кожуху электрода, и для того, чтобы предотвратить возможную аварию (например, прогар кожуха), необходимо изменить положение электрододержателя, т.е. увеличить или уменьшить величину перепуска (решение принимает оператор) или прижать контактные плиты.

При система перепуска самоспекающегося электрода рудно-  термической печи, патент № 2058675Р<<0, т.е. практически оно равно уставке, происходит обрыв троса. Если это случилось при перепуске электрода, то не страшно, так как электрод зажат в верхнем нажимном кольце 8, которое опирается на неподвижную опору 10, и поэтому аварии не происходит и необходимо только устранить причину обрыва троса. Значительно опаснее, если обрыв происходит в режиме перемещения электрода, так как в данном случае электрод вместе со всей подвесной конструкцией под собственным весом начинает опускаться в ванну печи, что ведет к аварии и длительной остановке печи.

Для предотвращения аварии, если система перепуска самоспекающегося электрода рудно-  термической печи, патент № 2058675Р<<0, на выходе усилителя 20 кроме сигнала оператору формируется команда на зажатие электрода в верхнем нажимном кольце 8 посредством зажима пневмозажимов 9 и опускание электрода будет приостановлено, что позволяет избежать аварийной ситуации.

Из вышеприведенного описания можно сделать вывод о том, что предлагаемая система значительно повышает надежность работы печи и практически позволяет избежать аварийных ситуаций по этим причинам, а следовательно, сократить простои печи, связанные с последствиями по устранению аварийных ситуаций, что позволяет улучшить технико-экономические показатели работы рудно-восстановительных печей.

В узлах зажима-отжима возможно вместо пневматики использование гидравлики.

Изобретение намечено внедрить в первую очередь на карбидных печах малой и средней мощности от 1,5 до 16 МВт.

Наверх