Третья глава посвящена синтезу модифицированной математической модели процесса электроплавки медно-никелевого сульфидного сырья в руднотермической печи на основе уравнений материально-энергетического баланса и текущих электрических характеристик. Модель позволяет рассчитать состав продуктов, удельный и общий расходы электроэнергии, а также сопротивление расплава.

В четвертой главе разработана система управления руднотермической печи для переработки медно-никелевого сульфидного сырья. В соответствии с целью работы и с учетом предъявляемых требований к системе управления, сформулированы задачи управления, выбран критерий оценки качества функционирования системы управления. Приведены структура и обобщенный алгоритм управления. Выполнена проверка качества управления и достоверности принимаемых решений на всех этапах работы системы.

Заключение отражает обобщенные выводы по результатам исследований в соответствии с целью и решенными задачами.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Для процесса руднотермической плавки сульфидного медно-никелевого сырья целесообразно применять метод определения текущих значений неизмеряемых электротехнологических параметров (степень развития дуги, активное сопротивление и уровень расплава) по гармоническому составу тока и напряжения, что обеспечивает возможность диагностирования отклонений в ходе технологического процесса на начальной стадии.

Стабильность работы руднотермической печи зависит от правильного распределения энергии не только в объеме ванны, но и между материалами, находящимися в расплавленном состоянии. Это распределение зависит не только от электрических параметров работы печи, но и состояния ванны (наличия в ней углерода, количества и состава шлака). В связи с этим знание этого распределения предполагает возможность оценки состояния ванны и управления электротехнологическими параметрами.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Прохождение тока в материалах, находящихся в ванне печи и, прежде всего, наличие в печи электрической дуги с ее нелинейной и несимметричной характеристикой, вызывает в той или иной степени искажение формы кривых тока и напряжения на соответствующих осциллограммах. Количественная оценка несинусоидальности кривых рабочего тока электрода или фазового напряжения позволяет определить гармонические составляющие в различные периоды технологического процесса. На основании результатов измерения были выбраны гармоники, которые наиболее точно характеризуют те или иные моменты работы электропечи, с помощью которых можно идентифицировать технологические факторы, оказывающие влияние на горение дуги.

При анализе работы электропечи на разных режимах интерес представляет относительное содержание гармоник в кривых тока и напряжения. Поскольку электропечь является объектом, параметры тока которого непрерывно меняются, вызывая колебания величин гармонических составляющих, то для лучшей оценки состава тока или напряжения мгновенные значения необходимо усреднять. Для этой цели использовался специальный прибор-анализатор, основанный на анализаторе спектра тока С5-3.

Для оценки электрической мощности, выделяемой в дуге, целесообразно использовать известное выражение , где – напряжение третьей гармоники с частотой 150 Гц, – напряжение дуги. Отсюда:

,

(1)

где – гармоническая составляющая тока электрода с частотой 150 Гц, А; – напряжение дуги, В; – ток первой гармонической составляющей с частотой 50 Гц (ток электрода), А; – общее активное сопротивление печной установки, Ом.

Для шунтированной дуги (характерный режим при переработке медно-никелевого сырья в РТП) следует учитывать, что наличие третьей гармоники в токе и напряжении вызвано не всем током, а только током дуги . Поэтому для шунтированной дуги относительное содержание в токе, проходящем через электроды, третьей гармоники определяется выражением:

,

(2)

где – ток электрода, А; – гармоническая составляющая напряжения с частотой 150 Гц, В; – ток дуги, А; – фазное напряжение, В; – активная мощность, выделяемая в дуге, Вт; –активная мощность, потребляемая печной установкой, Вт.

Таким образом, относительное содержание третьей гармоники в токе электрода позволяет определять величину выделяемой в дуге мощности.

Активное сопротивление расплава является одним из параметров состояния процесса. В зависимости от количества расплава, состава и температуры изменяется электросопротивление, а значит и распределение энергии и режим горения дуги. Так как электрическая дуга в РТП меняется в незначительных пределах, то также мало меняется и индуктивность ванны печи при изменении напряжения и мощности, значение падения напряжения в дуге:

,

(3)

где R0 – это расплава, на который горит дуга, Ом.

Заменив в уравнении (3) значение в соответствии с предыдущим выражением, получим:

.

(4)

Уравнение (4) позволяет определить активное сопротивление расплава , на который горит дуга, при известном значении . В выражении (4) кроме R0 присутствует еще одна неизвестная величина – отношение Iд/Iэ. Для его определения может быть использовано относительное содержание в токе, проходящем через электроды, гармонической составляющей с частотой 100 Гц.

Присутствие в составе тока четных гармоник и, прежде всего, гармонической составляющей с частотой 100 Гц (асимметрия осциллограмм тока относительно оси абсцисс) возможно лишь при наличии в цепи элемента, электрическое сопротивление которого зависит от направления тока, т. е. при наличии вентильного эффекта. Этот эффект связан с горением дуги переменного тока и химическим взаимодействием электрода с расплавом. В результате во вторичной цепи возникает ЭДС постоянного тока, направление и величина которого зависят от степени развития химических реакций на поверхности электродов и степени развития электрической дуги.

Природа существования ЭДС постоянного тока, вызванной химическим взаимодействием электрода с расплавом состоит в том, что при работе РТП на переменном токе в один полупериод углерод части электрода, находящийся в расплаве, реагирует с ионами расплава более интенсивно, чем в соседних полупериодах.

Электрическая дуга переменного тока при определенных условиях обладает выпрямляющим (вентильным) эффектом, который проявляется в том, что при изменении полярности дуги меняется ее сопротивление, т. е. в один полупериод среднее напряжение дуги выше, чем в следующий за ним полупериод. Причиной возникновения вентильного эффекта является различная эмиссия электронов с поверхности, точнее из катодных пятен электродов, между которыми горит дуга.

В результате, содержание в токе гармонической составляющей с частотой 100 Гц определяется по формуле:

.

(5)

где – гармоническая составляющая тока электрода с частотой 100 Гц, А; , – постоянные, зависящие от характера реакций при химическом взаимодействии электродов с расплавом и с условиями горения дуги соответственно, В; – ток шунта, А; – ток дуги, А; , – коэффициенты пропорциональности.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4