Анализ состояния развития конструкций, механизмов перемещения электродов, систем электропитания и управления. Модель механического взаимодействия электрода с шихтой. Разработка регулятора мощности управления процессом в дуговых сталеплавильных печах.
Аннотация к работе
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ» РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ДУГОВЫМИ СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫМИ ПЕЧАМИ, СНИЖАЮЩИХ ПОЛОМКИ ЭЛЕКТРОДОВНаибольшее распространение получили дуговые сталеплавильные печи прямого нагрева, в которых электрическая дуга горит между электродом и нагреваемым (плавящимся) металлом. Большая мощность и высокая температура электрической дуги позволяют быстро нагревать и плавить шихту, при этом температура нагрева расплавленного металла может быть существенно выше, чем в других плавильныхагрегатах. Дуговая электропечь имеетсравнительнонебольшие размеры,дуга в печигорит в непосредственнойблизостиот шихты, поэтому передача тепла шихте значительно облегчаетсяи ускоряется. В связи созначительным расширением элементной базы и компьютерных технологий одним из основных методов повышения производительности электроустановок является разработка новых алгоритмов управления элементами, подводящими и регулируемыми мощность, вводимую в ванну печи - регулятороммощности ДСП. В последнее время наиболее широкое применение получают дуговые сталеплавильные печи постоянного тока, лишенные многих недостатков печей переменноготока, таких как угар металла, обильные пылегазовыбрасы, отсутствие перемешивания расплава, большой угар графитированных электродов, интенсивный шум, резкопеременный характер нагрузок на системы электроснабжения, высокий расход электроэнергии и т.д.Технологический процесс плавки металла в дуговой печи Обработка загруженнойв дуговуюпечь твердойшихтыначинается со стадии расплавления, на этой стадии в печи зажигается дуга и начинается расплавление шихты под электродами. К существенным преимуществам такоготипа механизмов перемещения электрода относится малое число поломок электродов от упора в шихту. Поскольку электрод и металлоконструкции, удерживающие его, имеют механическую развязку относительно типа привода, то в момент упора на электроддействует только вес самого электрода и вес металлоконструкции. Суммарный расход электродов на плавку обычно определяется тремя статьями: 1) расход рабочих концов электрода или эрозия торцов электродов, т. е. испарение (сублимация) графита в зоне горения дуги и растворение графита в шлаке (или металле); Промежуточныйрасходэлектродов за счет поломокогарков электродов и потерь при остановках печи на ремонт может быть уменьшен при использовании подготовленной шихты, рациональной шихтовке плавки, рациональном размещении шихты в рабочем пространстве печи, рациональном электрическом режиме плавки, применении быстродействующих автоматических регуляторов электрического режима, устранении обвалов шихты во время плавления, осторожном обращении с электродами в процессе транспортировки и складировании[9,17].Опыт работы с высокими скоростями перемещения электродов показывает увеличение ихрасхода, связанногос поломкамипри зажиганиидугина твердуюшихту, поэтомустоит обратитьособое внимание на процессы, протекающие при соприкосновении электрода и шихты, и влияние их на работу регулятора мощности. От скорости перемещения электрода зависит сила удара электрода, возникающая на стадии зажигания дуги при упоре в шихту. Поскольку инерционность системы управления приводом достаточно велика, происходит перерегулирование, т.е. после касания электрода о шихту проходит некоторое время, когда сигнал о наличии короткого замыкания, по которому регулятор понимает, что электрод соприкоснулся с шихтой, уже сформировался, но электрод еще не остановился - он по-прежнему продолжает движение в шихту с прежней скоростью. Если при попадании торца электрода на ровную поверхность загруженной шихты в электроде возникают только осевые усилия, то при попадании на наклонную поверхность крупногабаритного элемента шихты помимоосевых, менее безопасных, возникаютрадиальныеусилия, которые в большинстве случаев приводят к поломке электродной свечи в месте соединения-в ниппельном гнезде. Помимо описанных выше причин поломок электродов, в связи с особенностями подготовки шихты, имеет место еще один алгоритм разрушения электрода - попадание неметаллических (токонепроводящих) элементов в печь приее завалке.На первойстадииплавки в дуговойсталеплавильной печи зажигание электрическойдугипроизводится путем касания электродом переплавляемой шихтыдля организациикороткогозамыкания, в результате чегопроисходит локальныйнагрев места соприкосновения в следствиипротекания большого тока - тока КЗ, и дальнейшее начало термоионизации - обязательного условия возникновения дуги в ДСП. Однако в момент первого касания электрода в шихту происходит удар и зачастую он приводит к поломке электродов. С момента включения печи и начала опускания электрода доприближения егок шихтепроходит достаточномноговремени и электрод успевает разогнаться до номинальной скорости.
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ РАЗВИТИЯ КОНСТРУКЦИЙ, МЕХАНИЗМОВ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДОВ, СИСТЕМ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ...........................................8
1.1 Анализ конструкций и классификация дуговых сталеплавильных печей.............................................................................................................8
1.2 Обзор методов снижения вероятностиполомок электродов...............26
1.3 Формулирование целей и задач диссертационнойработы...................38
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКАМОДЕЛЕЙМЕХАНИЧЕСКОГО
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОДА С ШИХТОЙ........................40
2.1 Анализ причин поломок электродов.......................................................40
2.3 Разработка математическогоописания и исследование механической части РМ...........................................................................44
2.4 Разработка математической модели удара электрода в шихту............47
2.6 Исследование процессов взаимодействия электрода с шихтой...........53
2.7 Принциппостроения регулятора мощности ДСП.................................59
2.8 Выводы по главе II....................................................................................63
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКАИ ИССЛЕДОВАНИЕ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГОРЕГУЛЯТОРА МОЩНОСТИ ДСП......................................................................................................64
3.1 Разработка уточненной структурной схемы регулятора мощности ДСП......................................................................64
2
3.2 Исследование регулятора мощности ДСП на имитационной модели..............................................................................69
3.3 Настойка и исследование уточненной математической модели регулятора мощности ДСП.........................................................76
3.4 Разработка и исследование усовершенствованногорегулятора мощности ДСП, исключающего поломки электродов..........................86
3.5 Выводы по главе 3....................................................................................94
ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ...............................................................95
4.1 Разработка методики экспериментального исследования механизма удара........................................................................................95
4.2 Результаты экспериментов и их обработка............................................98
4.3 Разработка методики экспериментального определения упругих свойств шихты..........................................................................102
4.4 Определение зависимости коэффициента упругости шихты от ее насыпной плотности......................................................................106
4.5 Реализация системы и разработка алгоритмов управления...............114
4.6 Выводы по главе 4..................................................................................116
ГЛАВА 5. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ПРИВЛЕКАТЕЛЬНОСТЬПРОЕКТА ПО