система перепуска самоспекающегося электрода рудно- термической печи

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

P_фP_зад; P_фP_зад и P_ф P_зад, т.е. 0

В этом случае, если Р_ф=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 P_ф>Р_зад, причем Р 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 Р_ф<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 Р 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 Р<<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 Р<<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.