RU2758063C1 - Control system for an arc steel furnace - Google Patents

Control system for an arc steel furnace Download PDF

Info

Publication number
RU2758063C1
RU2758063C1 RU2020138050A RU2020138050A RU2758063C1 RU 2758063 C1 RU2758063 C1 RU 2758063C1 RU 2020138050 A RU2020138050 A RU 2020138050A RU 2020138050 A RU2020138050 A RU 2020138050A RU 2758063 C1 RU2758063 C1 RU 2758063C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
phase
output
input
electric arc
Prior art date
Application number
RU2020138050A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Аркадьевич Николаев
Платон Гарриевич Тулупов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (ФГБОУ ВО "МГТУ им. Г.И. Носова")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (ФГБОУ ВО "МГТУ им. Г.И. Носова") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова" (ФГБОУ ВО "МГТУ им. Г.И. Носова")
Priority to RU2020138050A priority Critical patent/RU2758063C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2758063C1 publication Critical patent/RU2758063C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
    • F27D11/08—Heating by electric discharge, e.g. arc discharge
    • F27D11/10—Disposition of electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/144—Power supplies specially adapted for heating by electric discharge; Automatic control of power, e.g. by positioning of electrodes
    • H05B7/148—Automatic control of power
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/18—Heating by arc discharge
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: invention relates to the field of steelmaking manufacture and can be used for maintaining a preset electrical mode of operation of arc steel furnaces. The control system comprises a control parameter calculation unit, a phase voltage sensor, phase electric arc current sensors, a specific electricity consumption calculation unit, a control parameter setting matrix unit, a calculation unit, an averaging unit, a mode selection unit, an arc voltage calculation unit, a second level control unit associated with the on-load tap-changer of the reactor and the on-load tap-changer of the furnace transformer, and a first level control unit, the output whereof is connected to a servo valve installed in the line for supplying working fluid into the piston cavity of the hydraulic cylinder for lifting the electrode holder of the furnace. The system therein ensures timely switching of the stages of the furnace transformer, the reactor, and the parameters of the working melting profile in accordance with the actual technological process occurring in the bath of the furnace.
EFFECT: use of the invention provides a possibility of reducing the specific consumption of electricity and electrodes.
1 cl, 3 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электросталеплавильным цехам, и предназначено для поддержания заданного электрического режима работы дуговых сталеплавильных печей (ДСП), обеспечивающего требуемые технологические условия в процессе выплавки стали.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular to electric steel-making shops, and is intended to maintain a predetermined electrical operating mode of arc steel-making furnaces (EAF), providing the required technological conditions in the steelmaking process.

Известен задатчик мощности регулятора электрического режима дуговой печи, содержащий датчик тока фазы печи, блок задания тока дуги, датчик напряжения дуги, блок задания напряжения дуги и блок сравнения. Кроме того, он дополнительно снабжен первым, вторым и третьим блоками умножения, усилителем, блоком деления и многофункциональным преобразователем, первый выход которого подключен ко второму входу первого блока умножения, причем первый вход последнего через усилитель связан с выходом блока сравнения, а выход первого блока умножения соединен с первым входом блока деления, выход которого является выходом устройства, а второй вход блока деления связан со вторым выходом многофункционального преобразователя, первый вход которого соединен с выходом переключателя ступеней напряжения печного трансформатора, а второй его вход связан с выходом блока задания тока фазы и вторым входом второго блока умножения, первый вход которого соединен с выходом датчика тока, выход первого блока умножения соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого связан с выходом третьего блока умножения, первый вход которого подключен к выходу датчика напряжения, а второй вход - к выходу блока задания напряжения (см. патент РФ №RU 2402890 С2, Н05В 7/148).Known is the power generator of the electric mode regulator of an arc furnace, which contains a furnace phase current sensor, an arc current setting unit, an arc voltage sensor, an arc voltage setting unit and a comparison unit. In addition, it is additionally equipped with the first, second and third multiplication units, an amplifier, a division unit and a multifunctional converter, the first output of which is connected to the second input of the first multiplication unit, the first input of the latter through the amplifier is connected to the output of the comparison unit, and the output of the first multiplication unit connected to the first input of the dividing unit, the output of which is the output of the device, and the second input of the dividing unit is connected to the second output of the multifunctional converter, the first input of which is connected to the output of the voltage step switch of the furnace transformer, and its second input is connected to the output of the phase current setting unit and the second the input of the second multiplication block, the first input of which is connected to the output of the current sensor, the output of the first multiplication block is connected to the first input of the comparison block, the second input of which is connected to the output of the third multiplication block, the first input of which is connected to the output of the voltage sensor, and the second input to the output block assignment eg yazhenie (see. RF patent No.RU 2402890 C2, H05B 7/148).

Недостатком данного устройства является низкое качество управления электрическим режимом печи вследствие невозможности осуществления своевременного перехода с одного сочетания ступени печного трансформатора, реактора и рабочей кривой на другую ступень в соответствии с реальными технологическими процессами, протекающими в ванне печи.The disadvantage of this device is the low quality of control of the electric mode of the furnace due to the impossibility of timely transition from one combination of the furnace transformer stage, reactor and operating curve to another stage in accordance with the real technological processes taking place in the furnace bath.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является система управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи, содержащая блок управления первого уровня; блок расчета параметра регулирования, датчик фазного напряжения, датчик тока электрической дуги, блок расчета удельного расхода электроэнергии, блок управления второго уровня, блок матрицы уставок параметров регулирования, блок вычисления, блок усреднения и блок выбора режима, при этом первый выход датчика фазного напряжения и первый выход датчика тока электрической дуги соединены со входами блока расчета удельного расхода электроэнергии и блока расчета параметра регулирования, выход последнего соединен с первым входом блока управления первого уровня, у которого второй вход подключен к выходу блока матрицы уставок параметра регулирования, а выход подключен к сервоклапану, при этом первый, второй и третий входы блока матрицы уставок параметра регулирования соединены с соответствующими тремя выходами блока управления второго уровня, у которого четвертый и пятый выход соединены с устройством регулирования под нагрузкой (РПН) реактора и устройством РПН трансформатора соответственно, при этом у блока управления первого уровня первый вход соединен с выходом блока расчета удельного расхода электроэнергии, а второй и третий входы подключены к соответствующим выходам блока выбора режима, два входа которого соединены с соответствующими двумя выходами блока усреднения, на вход которого поступают сигналы с двух выходов блока вычисления, при этом вход последнего соединен с выходом датчика тока электрической дуги (см. патент РФ №RU 176106 U1, Н05В 7/148).The closest analogue of the claimed invention is a control system for the electric mode of an arc steel-making furnace, containing a control unit of the first level; unit for calculating the control parameter, phase voltage sensor, electric arc current sensor, unit for calculating the specific power consumption, control unit of the second level, unit of the matrix of settings of regulation parameters, calculation unit, averaging unit and mode selection unit, while the first output of the phase voltage sensor and the first the output of the electric arc current sensor is connected to the inputs of the unit for calculating the specific power consumption and the unit for calculating the control parameter, the output of the latter is connected to the first input of the control unit of the first level, in which the second input is connected to the output of the block of the setting matrix of the control parameter, and the output is connected to the servo valve, when the first, second and third inputs of the control parameter setting matrix block are connected to the corresponding three outputs of the second-level control unit, in which the fourth and fifth outputs are connected to the reactor load control device (OLTC) and the transformer on-load tap-changer device, respectively, with this ohm at the control unit of the first level, the first input is connected to the output of the unit for calculating the specific power consumption, and the second and third inputs are connected to the corresponding outputs of the mode selection unit, two inputs of which are connected to the corresponding two outputs of the averaging unit, the input of which receives signals from two outputs of the unit calculations, while the input of the latter is connected to the output of the electric arc current sensor (see. RF patent No.RU 176106 U1, Н05В 7/148).

Недостатком данного устройства является низкая эффективность управления электрическим режимом печи. Это связано с тем, что применение относительного действующего значения суммарных четных и нечетных гармоник токов дуги на начальной стадии плавления шихты малоэффективно для диагностики стадии плавления шихты ввиду сильных колебаний сигнала.The disadvantage of this device is the low efficiency of control of the electric mode of the furnace. This is due to the fact that the use of the relative effective value of the total even and odd harmonics of the arc currents at the initial stage of melting of the charge is ineffective for diagnosing the stage of melting of the charge due to strong signal fluctuations.

Техническая проблема, решаемая изобретением, заключается в повышении общей энергетической эффективности сталеплавильного комплекса.The technical problem solved by the invention is to increase the overall energy efficiency of the steelmaking complex.

Техническим результатом изобретения является снижение удельного расхода электроэнергии установки, удельного расхода электродов, а также сокращение времени работы под током за счет повышения эффективности управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи.The technical result of the invention is to reduce the specific power consumption of the installation, the specific consumption of electrodes, as well as a reduction in the operating time under current by increasing the efficiency of control of the electric mode of the arc steel-making furnace.

Поставленная проблема решается тем, что в системе управления для дуговой сталеплавильной печи, содержащей блок управления первого уровня, блок расчета параметра регулирования, датчик фазного напряжения, датчик тока электрической дуги фазы «1», блок расчета удельного расхода электроэнергии, блок управления второго уровня, блок матрицы уставок параметров регулирования, блок вычисления, блок усреднения и блок выбора режима, у которой первый выход датчика фазного напряжения и первый выход датчика тока электрической дуги фазы «1» соединены со входами блока расчета удельного расхода электроэнергии и блока расчета параметра регулирования, выход последнего соединен с первым входом блока управления первого уровня, у которого второй вход подключен к выходу блока матрицы уставок параметра регулирования, а выход подключен к сервоклапану, установленному в линии подачи рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра подъема электрододержателя печи, при этом первый, второй и третий входы блока матрицы уставок параметра регулирования соединены с соответствующими тремя выходами блока управления второго уровня, у которого четвертый и пятый выход соединены с устройством РПН реактора и устройством РПН трансформатора соответственно, при этом первый вход соединен с выходом блока расчета удельного расхода электроэнергии, а второй и третий входы подключены к соответствующим выходам блока выбора режима, два входа которого соединены с соответствующими двумя выходами блока усреднения, на вход последнего поступают сигналы с двух выходов блока вычисления, согласно изменению, в ней дополнительно содержится блок расчета напряжения дуги, датчик тока электрической дуги фазы «2» и датчик тока электрической дуги фазы «3», при этом первый вход блока расчета напряжения дуги соединен с датчиком тока электрической дуги фазы «2», второй вход подключен к датчику фазного напряжения, третий вход соединен с выходом датчика тока электрической дуги фазы «1», четвертый вход подключен к датчику тока электрической дуги фазы «3», а выход блока расчета напряжения дуги соединен с соответствующим входом блока вычисления. Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The problem is solved by the fact that in a control system for an arc steel-making furnace, containing a control unit of the first level, a unit for calculating the control parameter, a phase voltage sensor, an electric arc current sensor of phase "1", a unit for calculating the specific power consumption, a control unit of the second level, a block matrices of settings of control parameters, a calculation unit, averaging unit and a mode selection unit, in which the first output of the phase voltage sensor and the first output of the electric arc current sensor of phase "1" are connected to the inputs of the unit for calculating the specific power consumption and the unit for calculating the control parameter, the output of the latter is connected with the first input of the control unit of the first level, in which the second input is connected to the output of the block of the setting matrix of the regulation parameter, and the output is connected to the servo valve installed in the line for supplying the working fluid to the piston cavity of the hydraulic cylinder for lifting the furnace holder, while the first, second and third inputs of the block mat The setting diagrams of the control parameter are connected to the corresponding three outputs of the second level control unit, in which the fourth and fifth outputs are connected to the on-load tap-changer of the reactor and the on-load tap-changer of the transformer, respectively, while the first input is connected to the output of the unit for calculating the specific power consumption, and the second and third inputs are connected to the corresponding outputs of the mode selection unit, two inputs of which are connected to the corresponding two outputs of the averaging unit, signals from two outputs of the calculation unit arrive at the input of the latter, according to the change, it additionally contains a unit for calculating the arc voltage, an arc current sensor of phase "2" and electric arc current sensor of phase "3", while the first input of the arc voltage calculation unit is connected to the electric arc current sensor of phase "2", the second input is connected to the phase voltage sensor, the third input is connected to the output of the electric arc current sensor of phase "1", the fourth input is connected to the current sensor. second arc of phase "3", and the output of the arc voltage calculation unit is connected to the corresponding input of the calculation unit. The essence of the invention is illustrated by drawings, where:

- на фиг. 1 представлена функциональная схема системы управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи;- in Fig. 1 is a functional diagram of the electric mode control system for an electric arc furnace;

- на фиг. 2 представлена функциональная схема блока вычисления напряжения дуги;- in Fig. 2 is a functional diagram of the arc voltage calculating unit;

- на фиг. 3 представлена блок-схема алгоритма функционирования блока выбора режима;- in Fig. 3 is a block diagram of the operation algorithm of the mode selection unit;

Система управления содержит (фиг. 1): блок управления первого уровня 1, блок расчета параметра регулирования 2, датчик фазного напряжения 3, датчик тока электрической дуги фазы «1» 4, блок расчета удельного расхода электроэнергии 5, блок управления второго уровня 6; блок матрицы уставок параметров регулирования 7, блок вычисления 8, блок усреднения 9, блок выбора режима 10, блок расчета напряжения дуги 11, датчик тока электрической дуги фазы «2» 12, датчик тока электрической дуги фазы «3» 13. При этом первый выход датчика фазного напряжения 3 и первый выход датчика тока электрической дуги фазы «1» 4 соединены со входами блока расчета удельного расхода электроэнергии 5 и блока расчета параметра регулирования 2, выход последнего соединен с первым входом блока управления первого уровня 1, у которого второй вход подключен к выходу блока матрицы уставок параметра регулирования 7, а выход подключен к сервоклапану 18, установленному в линии подачи рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра подъема электрододержателя печи, при этом первый, второй и третий входы блока матрицы уставок параметра регулирования 7 соединены с соответствующими тремя выходами блока управления второго уровня 6, у которого четвертый и пятый выход соединены с устройством РПН реактора 19 и устройством РПН трансформатора 20 соответственно, при этом первый вход блока управления второго уровня 6 соединен с выходом блока расчета удельного расхода электроэнергии 5, а второй и третий входы подключены к соответствующим выходам блока выбора режима 10, два входа которого соединены с соответствующими двумя выходами блока усреднения 9, на вход которого поступают сигналы с двух выходов блока вычисления 8, вход последнего подключен к выходу блока расчета напряжения дуги 11, у которого первый вход блока расчета напряжения дуги соединен с датчиком тока электрической дуги фазы «2» 12, второй вход подключен к датчику фазного напряжения 3, третий вход соединен с выходом датчика тока электрической дуги фазы «1» 4, четвертый вход подключается к датчику тока электрической дуги фазы «3» 13.The control system contains (Fig. 1): a control unit of the first level 1, a unit for calculating the control parameter 2, a phase voltage sensor 3, an electric arc current sensor of phase "1" 4, a unit for calculating the specific consumption of electricity 5, a control unit of the second level 6; block of the matrix of settings of regulation parameters 7, block of calculation 8, block of averaging 9, block of mode selection 10, block of calculation of arc voltage 11, electric arc current sensor of phase "2" 12, electric arc current sensor of phase "3" 13. In this case, the first output phase voltage sensor 3 and the first output of the electric arc current sensor of phase "1" 4 are connected to the inputs of the unit for calculating the specific consumption of electricity 5 and the unit for calculating the control parameter 2, the output of the latter is connected to the first input of the control unit of the first level 1, in which the second input is connected to the output of the block of the setting matrix of the control parameter 7, and the output is connected to the servo valve 18 installed in the line for supplying the working fluid to the piston cavity of the hydraulic cylinder for lifting the furnace holder, while the first, second and third inputs of the block of the setting matrix of the control parameter 7 are connected to the corresponding three outputs of the control unit second level 6, in which the fourth and fifth outputs are connected to the on-load tap-changer reactor 19 and the on-load tap-changer of the transformer 20, respectively, the first input of the second-level control unit 6 is connected to the output of the unit for calculating the specific power consumption 5, and the second and third inputs are connected to the corresponding outputs of the mode selection unit 10, two inputs of which are connected to the corresponding two outputs averaging unit 9, the input of which receives signals from two outputs of the calculation unit 8, the input of the latter is connected to the output of the arc voltage calculation unit 11, in which the first input of the arc voltage calculation unit is connected to the electric arc current sensor of phase "2" 12, the second input is connected to the phase voltage sensor 3, the third input is connected to the output of the electric arc current sensor of phase "1" 4, the fourth input is connected to the electric arc current sensor of phase "3" 13.

Электротехнологическая установка, как объект управления, состоит из графитового электрода 14, который зафиксирован с помощью электрододержателя 15, с возможностью перемещения в вертикальной плоскости с помощью поршневого или плунжерного гидравлического цилиндра одностороннего действия 16, тем самым позволяя изменять расстояние между концевым участком электрода и расплавом (на ранних стадиях - твердой шихтой) в ванне печи 17. Регулирование скорости перемещения электрода 14 осуществляется сервоклапаном 18, который обеспечивает регулирование расхода рабочей жидкости, поступающей в поршневую полость гидроцилиндра, в зависимости от величины сигнала управления. Вход сервоклапана 18 подключен к выходу блока управления первого уровня с нелинейным регулятором 1.The electrotechnical installation, as a control object, consists of a graphite electrode 14, which is fixed by means of an electrode holder 15, with the possibility of moving in a vertical plane using a piston or plunger hydraulic cylinder of one-way action 16, thereby making it possible to change the distance between the end section of the electrode and the melt (by early stages - solid charge) in the furnace bath 17. Regulation of the speed of movement of the electrode 14 is carried out by the servo valve 18, which regulates the flow rate of the working fluid entering the piston cavity of the hydraulic cylinder, depending on the magnitude of the control signal. The input of the servo valve 18 is connected to the output of the first level control unit with a nonlinear controller 1.

Кроме того, для регулирования объема электрической мощности, вводимого в печь, а также с целью поддержания технологического режима плавки, используют устройства РПН реактора и печного трансформатора 19 и 20 соответственно, входы которых подключены к выходам блока управления второго уровня 6. Выходы блоков РПН 19 и 20 подключены непосредственно к реактору 21 и печному трансформатору 22 соответственно.In addition, to regulate the volume of electrical power introduced into the furnace, as well as to maintain the technological mode of melting, tap changers of the reactor and furnace transformer 19 and 20, respectively, are used, the inputs of which are connected to the outputs of the second level control unit 6. Outputs of the tap changers 19 and 20 are connected directly to the reactor 21 and the furnace transformer 22, respectively.

Система управления электрическим режимом электродуговой печи работает следующим образом. Предварительно в блок 6 закладывают информацию о профиле плавки, т.е. переключении ступеней печного трансформатора, реактора и рабочей кривой на определенных стадиях плавки в зависимости от величины параметра регулирования (управления). Затем с помощью датчиков 3 и 4 производят измерение мгновенных значений фазного напряжения и тока электрической дуги. Полученные значения в виде сигналов одновременно поступают на блок расчета удельного расхода электроэнергии 5 и блок расчета параметра регулирования 2.The control system of the electric mode of the electric arc furnace operates as follows. Preliminarily, block 6 is filled with information about the melting profile, i.e. switching the steps of the furnace transformer, the reactor and the operating curve at certain stages of melting, depending on the value of the regulation (control) parameter. Then, using sensors 3 and 4, the instantaneous values of the phase voltage and current of the electric arc are measured. The obtained values in the form of signals are simultaneously fed to the unit for calculating the specific power consumption 5 and the unit for calculating the control parameter 2.

В качестве параметра регулирования в блоке 2 могут быть использованы:As a control parameter in block 2, the following can be used:

1. Полный импеданс фазы

Figure 00000001
1. Total phase impedance
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

где

Figure 00000003
- действующее значение фазного напряжения, измеренного на вторичной стороне печного трансформатора, В; IД - действующее значение тока электрической дуги, А;
Figure 00000004
- полный импеданс фазы, мОм.where
Figure 00000003
- the effective value of the phase voltage measured on the secondary side of the furnace transformer, V; I D is the effective value of the electric arc current, A;
Figure 00000004
- full phase impedance, mΩ.

2. Дифференциальный показатель ошибки Error, обеспечивающий косвенное регулирование полного адмитанса фазы

Figure 00000005
2. Differential error indicator Error, providing indirect regulation of the total phase admittance
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где KI - коэффициент, учитывающий изменение коэффициента трансформации печного трансформатора, KIph - коэффициент балансировки фаз, I1 - ток, измеренный на стороне высокого напряжения печного трансформатора, пропорциональный току дуги (при условии соединения обмоток по схеме Δ/Δ-0), А; KU - коэффициент, определяемый текущей ступенью трансформатора, уставкой по адмитансу, номером рабочей кривой, а также системой динамической компенсации колебаний напряжения питающей сети.where K I is the coefficient taking into account the change in the transformation ratio of the furnace transformer, K Iph is the phase balancing factor, I 1 is the current measured on the high voltage side of the furnace transformer, proportional to the arc current (provided that the windings are connected according to the Δ / Δ-0 scheme), A; K U - coefficient determined by the current stage of the transformer, the admittance setting, the number of the working curve, as well as by the system of dynamic compensation of voltage fluctuations in the supply network.

Коэффициенты KU, KI и KIph выбираются таким образом, чтобы при нулевом значении ошибки, вычисляемой по формуле (2), достигалась требуемая величина полного адмитанса фазы

Figure 00000007
Способ определения оптимальных значений коэффициентов балансировки ДСП представлен в статье (А.А. Nikolaev, P.G. Tulupov "Method of setting optimum asymmetric mode of operation of electric arc furnace", 2016 11th France-Japan & 9th Europe-Asia Congress on Mecha-tronics /17th International Conference on Research and Education in Mechatronics (REM), Pages: 033 - 037, DOI: 10.1109/MECATRONICS.2016.7547111, 2016).The coefficients K U , K I and K Iph are chosen so that with a zero value of the error calculated by formula (2), the required value of the total admittance of the phase is achieved
Figure 00000007
The method for determining the optimal values of the EAF balancing coefficients is presented in the article (A.A. Nikolaev, PG Tulupov "Method of setting optimum asymmetric mode of operation of electric arc furnace", 2016 11 th France-Japan & 9 th Europe-Asia Congress on Mecha- tronics / 17th International Conference on Research and Education in Mechatronics (REM), Pages: 033 - 037, DOI: 10.1109 / MECATRONICS.2016.7547111, 2016).

3. Напряжение электрической дуги:3. Electric arc voltage:

Figure 00000008
Figure 00000008

где RД - сопротивление электрической дуги, вычисляемое на основании замеров фазного напряжения и тока электрической дуги на вторичной стороне, Ом; IД - ток электрической дуги, А.where R D is the resistance of the electric arc, calculated on the basis of measurements of the phase voltage and current of the electric arc on the secondary side, Ohm; I D - electric arc current, A.

4. Сопротивление электрической дуги:4. Electric arc resistance:

Figure 00000009
Figure 00000009

где UД - напряжение электрической дуги, вычисляемое на основании замеров фазного напряжения и тока электрической дуги на вторичной стороне, В; IД - ток электрической дуги, А.where U D is the voltage of the electric arc, calculated on the basis of measurements of the phase voltage and current of the electric arc on the secondary side, V; I D - electric arc current, A.

Вышеперечисленные параметры регулирования характерны для наиболее распространенных современных систем управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи, и выбираются в зависимости от конкретного объекта управления.The above control parameters are characteristic of the most common modern control systems for the electric mode of an arc steel-making furnace, and are selected depending on the specific control object.

Далее рассчитанный в блоке 2 сигнал фактического значения параметра регулирования ХФАКТ поступает на вход блока управления первого уровня 1.Further, the signal of the actual value of the control parameter X FACT, calculated in block 2, is fed to the input of the control unit of the first level 1.

Одновременно с этим, сигнал с датчика фазного напряжения 3, датчика тока электрической дуги фазы «1» 4, датчика тока электрической дуги фазы «2» 12 и датчика тока электрической дуги фазы «3» 13 поступает на вход блока расчета напряжения дуги, который функционирует на базе следующих формул:At the same time, the signal from the phase voltage sensor 3, the electric arc current sensor phase "1" 4, the electric arc current sensor phase "2" 12 and the electric arc current sensor phase "3" 13 is fed to the input of the arc voltage calculation unit, which functions based on the following formulas:

Figure 00000010
Figure 00000010

где UД1(t) - мгновенное значение напряжения электрической дуги,

Figure 00000011
- мгновенное значение фазного напряжения, IД1(1) - мгновенное значение тока электрической дуги, IД2(t) - мгновенное значение тока электрической дуги фазы «2», IД3(t) - мгновенное значение тока электрической дуги фазы «3», RΣ1 - суммарное активное сопротивление фазы, LΣ1 - суммарная индуктивность фазы, M21 - взаимная индуктивность между фазами «2» и «1», М32 - аимная индуктивность между фазами «3» и «1». Отметим, что наличие в формуле (5) знака "±" означает, что знак может меняться в зависимости от конкретной сталеплавильной установки, что достигается использованием адаптивных блоков, которые в зависимости от исходной настройки могут передавать на выход как исходный сигнал, так и сигнал умноженный на -1.where U D1 (t) is the instantaneous value of the electric arc voltage,
Figure 00000011
- instantaneous value of phase voltage, I D1 (1) - instantaneous value of electric arc current, I D2 (t) - instantaneous value of electric arc current of phase "2", I D3 (t) - instantaneous value of electric arc current of phase "3", R Σ1 - total phase active resistance, L Σ1 - total phase inductance, M 21 - mutual inductance between phases “2” and “1”, M 32 - impedance inductance between phases “3” and “1”. Note that the presence of the “±” sign in formula (5) means that the sign can change depending on a specific steelmaking installation, which is achieved by using adaptive blocks, which, depending on the initial setting, can transmit to the output both the original signal and the multiplied signal by -1.

Схема блока расчета напряжения дуги приведена на фиг. 2.The diagram of the block for calculating the arc voltage is shown in Fig. 2.

Величина мгновенного значения напряжения дуги с блока 11 поступает на блок вычисления 8, в котором производится вычисление относительных действующих значений суммарных напряжений четных и нечетных гармоник электрической дуги в соответствии с формулами:The value of the instantaneous value of the arc voltage from unit 11 is fed to the calculation unit 8, in which the relative effective values of the total voltages of the even and odd harmonics of the electric arc are calculated in accordance with the formulas:

Figure 00000012
Figure 00000012

где UД(2), UД(4), UД(6), UД(8), UД(10) - действующие значения четных гармоник напряжения дуги ДСП, В; U2ФН - номинальное фазное напряжение, В.where U D (2) , U D (4) , U D (6) , U D (8) , U D (10) are the effective values of the even harmonics of the arc voltage of the EAF, V; U 2FN - rated phase voltage, V.

Figure 00000013
Figure 00000013

где UД(3), UД(5), UД(7), UД(9), UД(11) - действующие значения нечетных гармоник напряжения дуги ДСП, В.where U D (3) , U D (5) , U D (7) , U D (9) , U D (11) are the effective values of the odd harmonics of the arc voltage of the EAF, V.

Функциональная схема данного блока аналогична соответствующему блоку прототипа.The functional diagram of this block is similar to the corresponding block of the prototype.

Результирующие сигналы на выходе блока вычисления относительных действующих значений суммарных напряжений четных и нечетных гармоник электрической дуги 8 усредняются методом скользящего среднего с варьируемой постоянной времени в блоке усреднения относительных действующих значений суммарных напряжений четных и нечетных гармоник электрической дуги 9 в соответствии с формулой:The resulting signals at the output of the unit for calculating the relative effective values of the total voltages of the even and odd harmonics of the electric arc 8 are averaged by the moving average method with a variable time constant in the block for averaging the relative effective values of the total voltages of the even and odd harmonics of the electric arc 9 in accordance with the formula:

Figure 00000014
Figure 00000014

где n - общий объем выборки,

Figure 00000015
- значение i-го элемента массива выборки относительного действующего значения суммарного напряжения четных гармоник, А.where n is the total sample size,
Figure 00000015
is the value of the i-th element of the sample array of the relative effective value of the total voltage of even harmonics, A.

Сигнал с блока усреднения 9 поступает на вход блока выбора режима 10, в котором производится анализ сигнала

Figure 00000016
В случае, если данный сигнал не изменяется более чем на 10% относительно среднего значения в течение одной минуты, на вход блока управления второго уровня 6 поступает сигнал выбора второй таблицы (табл. 2), соответствующей стадии доводки металла, а также сигнал
Figure 00000017
. Это обусловлено хорошей корреляцией параметра
Figure 00000018
с технологическими стадиями плавки. В противном случае, в блоке выбора режима 10 формируется сигнал выбора первой таблицы (табл. 1), соответствующей основной стадии расплавления шихты, а также сигналу
Figure 00000019
Параметр
Figure 00000020
является более предпочтительным для определения окончания периода расплавления шихты поскольку он имеет наилучшую корреляцию с условиями горения электрических дуг. Блок - схема алгоритма функционирования блока выбора режима 10 представлена на фиг. 3. В основе функционирования блока 5 положена следующая формула:The signal from the averaging block 9 is fed to the input of the mode selection block 10, in which the signal is analyzed
Figure 00000016
If this signal does not change by more than 10% relative to the average value within one minute, the signal for selecting the second table (Table 2) corresponding to the stage of metal finishing, as well as the signal
Figure 00000017
... This is due to the good correlation of the parameter
Figure 00000018
with technological stages of melting. Otherwise, in the block for selecting mode 10, a signal is generated for selecting the first table (Table 1), corresponding to the main stage of melting the charge, as well as the signal
Figure 00000019
Parameter
Figure 00000020
is more preferable to determine the end of the period of melting of the charge because it has the best correlation with the conditions of burning electric arcs. A block diagram of the operation algorithm of the mode selection unit 10 is shown in FIG. 3. The functioning of Unit 5 is based on the following formula:

Figure 00000021
Figure 00000021

где WУД - величина удельного расхода электроэнергии, кВтч/т; WΣ - величина суммарного расхода электроэнергии, кВтч; G - масса шихты, т.where W UD is the value of the specific power consumption, kWh / t; W Σ - the value of the total power consumption, kWh; G is the mass of the charge, t.

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000023

Несмотря на то, что сигнал удельного расхода электроэнергии WУД поступает на вход блока 6, он предназначен исключительно для оценки энергетических показателей установки, и не участвует в процессе управления.Despite the fact that the signal of the specific electricity consumption W UD is fed to the input of block 6, it is intended solely for assessing the energy performance of the installation, and does not participate in the control process.

На выходе блока 6, в соответствии с заранее заложенным в него профилем плавки, представленным в табл. 1 и табл. 2, формируется сигналы задания ступени трансформатора NTP, ступени реактора NP и номера рабочей кривой NPK. Сигналы задания NTP, и NP поступают на исполнительные механизмы РПН 19 и 20, тем самым реализуя регулирование мощности путем переключения ступеней. Кроме того, сигналы NTP, и NP, и NPK поступают на вход блока матрицы уставок параметра регулирования 7, на выходе которого определяется величина уставки ХЗАД и подается на блок управления первого уровня 1.At the outlet of block 6, in accordance with the preset melting profile, presented in table. 1 and tab. 2, the signals for setting the transformer stage N TP , the reactor stage N P and the number of the working curve N PK are generated . Reference signals N TP , and N P are fed to the on-load tap-changer actuators 19 and 20, thereby realizing power control by switching stages. In addition, the signals N TP , and N P, and N PK are fed to the input of the setpoint matrix block of the control parameter 7, at the output of which the value of the setpoint X REV is determined and fed to the control unit of the first level 1.

Блок управления первого уровня 1 является стандартным блоком и как правило включает в себя нелинейный пропорционально-интегральный регулятор, блок вычитания, блок ограничения, задатчик интенсивности, блок переключения на ручное управление, дополнительные блоки устранения режимов технологических коротких замыканий, блок компенсации мертвой зоны сервоклапана и резонансных явлений, приводящих к колебаниям концевого участка электрода и нестабильным режимам горения дуги. Аналогичный блок управления первого уровня подробно рассмотрен в статье (Николаев А.А. «Разработка усовершенствованной системы автоматического управления положением электродов дуговых сталеплавильных печей и агрегатов ковш-печь» / Николаев А.А., Корнилов Г.П., Тулупов П.Г., Якимов И.А., Повелица Е.В., Ануфриев А.В. / Электротехника: сетевой электронный научный журнал, т.1, 2014, №1, с. 48-58).The control unit of the first level 1 is a standard unit and, as a rule, includes a nonlinear proportional-integral controller, a subtraction unit, a limiting unit, an intensity generator, a switching unit for manual control, additional units for eliminating technological short circuits, a unit for compensating the dead zone of the servo valve and resonant phenomena leading to oscillations of the end section of the electrode and unstable modes of arc burning. A similar control unit of the first level is discussed in detail in the article (Nikolaev A.A. "Development of an improved system for automatic control of the position of electrodes of arc steel-making furnaces and ladle-furnace units" / Nikolaev A.A., Kornilov G.P., Tulupov P.G. , Yakimov I.A., Povelitsa E.V., Anufriev A.V. / Electrical engineering: network electronic scientific journal, vol. 1, 2014, No. 1, pp. 48-58).

Блок управления первого уровня 1 определяет ошибку регулирования ΔХ, как разницу между сигналом ХЗАД, который формируется на выходе блока матрицы уставок 7 и сигналом ХФАКТ, поступающего с блока расчета параметра регулирования 2. На выходе блока 1 формируется сигнал задания на сервоклапан 18, который обеспечивает регулирование расхода рабочей жидкости, поступающей в поршневую полость гидроцилиндра в зависимости от величины сигнала управления, вследствие чего при подъеме электрода 14 производится нагнетание рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра 16, а при опускании электрода 14 - вытеснение рабочей жидкости из поршневой полости гидроцилиндра под действием веса самого электрода, а также электрододержателя 15. Соответственно, величина ошибки регулирования ΔХ поддерживается на нулевом уровне, обеспечивая тем самым соблюдение технологического режима плавки. В результате, за счет повышения эффективности управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи достигается снижение удельного расхода электроэнергии установки, удельного расхода электродов, а также сокращение времени работы под током.The control unit of the first level 1 determines the control error ΔX, as the difference between the signal X REV , which is formed at the output of the setpoint matrix block 7 and the signal X FACT , coming from the block for calculating the control parameter 2. At the output of block 1, a reference signal is generated to the servo valve 18, which is provides regulation of the flow rate of the working fluid entering the piston cavity of the hydraulic cylinder, depending on the value of the control signal, as a result of which, when the electrode 14 is raised, the working fluid is pumped into the piston cavity of the hydraulic cylinder 16, and when the electrode 14 is lowered, the working fluid is displaced from the piston cavity of the hydraulic cylinder under the action of weight the electrode itself, as well as the electrode holder 15. Accordingly, the value of the control error ΔX is maintained at a zero level, thereby ensuring compliance with the technological mode of melting. As a result, by increasing the efficiency of control of the electric mode of the arc steel-making furnace, a decrease in the specific power consumption of the installation, the specific consumption of electrodes, as well as a reduction in the operating time under current is achieved.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет эффективно управлять электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи за счет использования параметров регулирования, величина которых наиболее адекватно отражает реальные технологические процессы, протекающие в ванне печи.Thus, the claimed invention makes it possible to effectively control the electric mode of an arc steel-making furnace through the use of control parameters, the value of which most adequately reflects the actual technological processes occurring in the furnace bath.

Claims (1)

Система управления для дуговой сталеплавильной печи, содержащая блок управления первого уровня, блок расчета параметра регулирования, датчик фазного напряжения, датчик тока электрической дуги фазы «1», блок расчета удельного расхода электроэнергии, блок управления второго уровня, блок матрицы уставок параметров регулирования, блок вычисления, блок усреднения и блок выбора режима, причем первый выход датчика фазного напряжения и первый выход датчика тока электрической дуги фазы «1» соединены со входами блока расчета удельного расхода электроэнергии и блока расчета параметра регулирования, выход которого соединен с первым входом блока управления первого уровня, у которого второй вход подключен к выходу блока матрицы уставок параметра регулирования, а выход подключен к сервоклапану, установленному в линии подачи рабочей жидкости в поршневую полость гидроцилиндра подъема электрододержателя печи, при этом первый, второй и третий входы блока матрицы уставок параметра регулирования соединены с соответствующими тремя выходами блока управления второго уровня, у которого четвертый и пятый выходы соединены с устройством РПН реактора и устройством РПН трансформатора соответственно, первый вход соединен с выходом блока расчета удельного расхода электроэнергии, а второй и третий входы подключены к соответствующим выходам блока выбора режима, два входа которого соединены с соответствующими двумя выходами блока усреднения, при этом входы блока усреднения связаны с двумя выходами блока вычисления, отличающаяся тем, что она снабжена блоком расчета напряжения дуги, датчиком тока электрической дуги фазы «2» и датчиком тока электрической дуги фазы «3», при этом первый вход блока расчета напряжения дуги соединен с датчиком тока электрической дуги фазы «2», второй вход подключен к датчику фазного напряжения, третий вход соединен с выходом датчика тока электрической дуги фазы «1», четвертый вход подключен к датчику тока электрической дуги фазы «3», а выход блока расчета напряжения дуги соединен с соответствующим входом блока вычисления.A control system for an arc steel-making furnace, containing a control unit of the first level, a unit for calculating a control parameter, a phase voltage sensor, an electric arc current sensor of phase "1", a unit for calculating the specific power consumption, a control unit of the second level, a block of a matrix of settings of control parameters, a calculation unit , an averaging unit and a mode selection unit, wherein the first output of the phase voltage sensor and the first output of the phase "1" electric arc current sensor are connected to the inputs of the unit for calculating the specific power consumption and the unit for calculating the control parameter, the output of which is connected to the first input of the control unit of the first level, in which the second input is connected to the output of the control parameter setting matrix block, and the output is connected to a servo valve installed in the working fluid supply line to the piston cavity of the hydraulic cylinder for lifting the furnace holder, while the first, second and third inputs of the control parameter setting matrix block are connected with the corresponding three outputs of the second-level control unit, in which the fourth and fifth outputs are connected to the on-load tap-changer of the reactor and the on-load tap-changer of the transformer, respectively, the first input is connected to the output of the unit for calculating the specific power consumption, and the second and third inputs are connected to the corresponding outputs of the mode selection unit, two inputs of which are connected to the corresponding two outputs of the averaging unit, while the inputs of the averaging unit are connected to two outputs of the calculation unit, characterized in that it is equipped with an arc voltage calculation unit, a phase "2" electric arc current sensor and a phase "3" electric arc current sensor ", While the first input of the arc voltage calculation unit is connected to the electric arc current sensor of phase" 2 ", the second input is connected to the phase voltage sensor, the third input is connected to the output of the electric arc current sensor of phase" 1 ", the fourth input is connected to the electric arc current sensor arc phase "3", and the output of the block for calculating the arc voltage soe dynes with the corresponding input of the computation block.
RU2020138050A 2019-12-24 2019-12-24 Control system for an arc steel furnace RU2758063C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138050A RU2758063C1 (en) 2019-12-24 2019-12-24 Control system for an arc steel furnace

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138050A RU2758063C1 (en) 2019-12-24 2019-12-24 Control system for an arc steel furnace

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2758063C1 true RU2758063C1 (en) 2021-10-26

Family

ID=78289576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020138050A RU2758063C1 (en) 2019-12-24 2019-12-24 Control system for an arc steel furnace

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2758063C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5239554A (en) * 1989-11-30 1993-08-24 Danieli & C. Officine Meccanichi Spa Direct-arc electric furnace fed with controlled current and method to feed a direct-arc furnace with controlled current
GB2430276A (en) * 2005-09-20 2007-03-21 Advanced Mineral Recovery Tech Control system for an arc furnace
RU2334926C2 (en) * 2006-01-10 2008-09-27 ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ (ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ") Position regulator of electrode of electric arc steel smelting furnace
RU2402890C2 (en) * 2008-07-31 2010-10-27 ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет -УПИ (ГОУ ВПО УГТУ-УПИ) Arc furnace electric mode controller power setter
RU2448165C2 (en) * 2009-11-26 2012-04-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" (ФГАОУ ВПО "УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина") Power control of arc-type steel-making furnace
RU176106U1 (en) * 2017-06-13 2018-01-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им.Г.И.Носова" Electric control system for an electric arc furnace

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5239554A (en) * 1989-11-30 1993-08-24 Danieli & C. Officine Meccanichi Spa Direct-arc electric furnace fed with controlled current and method to feed a direct-arc furnace with controlled current
GB2430276A (en) * 2005-09-20 2007-03-21 Advanced Mineral Recovery Tech Control system for an arc furnace
RU2334926C2 (en) * 2006-01-10 2008-09-27 ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет-УПИ (ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ") Position regulator of electrode of electric arc steel smelting furnace
RU2402890C2 (en) * 2008-07-31 2010-10-27 ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет -УПИ (ГОУ ВПО УГТУ-УПИ) Arc furnace electric mode controller power setter
RU2448165C2 (en) * 2009-11-26 2012-04-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" (ФГАОУ ВПО "УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина") Power control of arc-type steel-making furnace
RU176106U1 (en) * 2017-06-13 2018-01-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Магнитогорский государственный технический университет им.Г.И.Носова" Electric control system for an electric arc furnace

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6603795B2 (en) Power control system for AC electric arc furnace
CN100392938C (en) Control system and method for voltage stabilization
US5239554A (en) Direct-arc electric furnace fed with controlled current and method to feed a direct-arc furnace with controlled current
Nikolaev et al. Electrical optimization of superpowerful arc furnaces
US5533044A (en) Method of electrode regulation of a DC arc furnace and electrode regulation device
AU2002231514A1 (en) Power control system for AC electric arc furnace
JPH06325867A (en) D.c.arc furnace device
US6104744A (en) Regulation or control of a fusion process in a three-phase current arc furnace
Nikolaev et al. The comparative analysis of electrode control systems of electric arc furnaces and ladle furnaces
RU2758063C1 (en) Control system for an arc steel furnace
CN101720146A (en) Control method of embedding depth of electrode into ore-smelting electric furnace
US11122654B2 (en) Flicker control for electric arc furnace
CN109757003A (en) Mineral hot furnace autocontrol method
Martell-Chávez et al. Theoretical estimation of peak arc power to increase energy efficiency in electric arc furnaces
JPH07170664A (en) Method of stabilizing power circuit network against fluctuations in reactive load and reactive power compensating device
RU176106U1 (en) Electric control system for an electric arc furnace
Nikolaev et al. Comparative analysis of modern electric control systems of electric arc furnaces
AU641195B2 (en) Direct-arc electric furnace fed with controlled current and method to feed a direct-arc furnace with controlled current
JP2006230162A (en) Voltage regulator, voltage regulating method, and voltage regulating program
Anton et al. The efficient power supply scheme of alternating current electric arc furnaces
CN207751353U (en) A kind of electrode regulator based on power quality dynamic self-adapting
WO2016058906A1 (en) Method and apparatus for dynamic selection of electric arc-furnace control set-points
CN112952858B (en) Electric arc furnace power compensation control device and method
RU98314U1 (en) ARC ELECTRIC CONTROL DEVICE
RU2776278C1 (en) Method for symmetring the operation mode of a four-wire electrical transmission line