Способ управления процессом графитации

Способ управления процессом графитации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение касается управления процессом графитации преимущественно в электрических печах прямого нагрева . Цель изобретения - повьшение качества графитируемой продукции. Существо изобретения заключается в том, что непрерывно сравнивают ток или напряжение печи, сравнивают их с предельно допустимыми значениями тока или напряжения. При достижении одним из параметров своего заданного эначения ограничивают тактовое приращение напряжения на следующий интервал времени. При дальнейшей работе печи в случае снижения тока или напряжения печи ниже предельного значения в конце такта осуществляют тактовое увеличение подводимой мощности на заданную по программе величину. 4 ил. со ND О 4 N)

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

В 704 F 27 D 19 06(50 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 806600 (21) 3829027/22-02 (22) 18.12.85 (46) 23.05.87. Бюл. Ф 19 (71) Днепровский электродный завод им. 50-летия Советской Украины (72) Ю.М. Поповкин и В.И. Кваша (53) 66.012.-52(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 806600,кл. С 01 В 31/04, 1979. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ

ГРАФИТАЦИИ (57) Изобретение касается управления процессом графитации преимущественно в электрических печах прямого нагрева. Цель изобретения — повышение ка„„SU„„1312074 A 2 чества графитируемой продукции. Существо изобретения заключается в том, что непрерывно сравнивают ток или напряжение печи, сравнивают их с пре-. дельно допустимыми значениями тока или напряжения.. При достижении одним иэ параметров своего заданного значения ограничивают тактовое приращение напряжения на следующий интервал времени. При дальнейшей работе печи в случае снижения тока или напряжения печи ниже предельного значения в конце такта осуществляют тактовое увеличение подводимой мощности на заданную по программе величину.

4 ил.

1 1З120

Изобретение относится к способам управления тепловым объектами, может быть применено для управления электрическим режимом в электрических печах, например в электродном производстве при управлении процессом графитации в электрических печах сопротивления прямого нагрева и является усовершенствованием способа по авт.св. Ф 806600. fO

Цель изобретения — повьппение качестве графитируемой продукции.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройстна, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 — графики измерения напряжения, мощности, количества электроэнергии во времени; на фиг. 3 — заданный и реальный графики подъема мощности; на фиг. 4 заданный и реальный графики изменения расхода электроэнергии.

Устройство для реализации предлагаемого способа состоит из датчика 1 подводимого напряжения, датчика

2 количества электроэнергии с начала процесса и датчика 3 количества электроэнергии за интервал, задатчика 4 количества электроэнергии за интернал, задатчика 5 приращений за интервал, устройства 6 сравнения, вы- З0 числительного устройства 7, устройства 8 управления эадатчиком количества энергии за интервал, переключателя 9 заданного приращения расхода эа интервал, устройства 10 управления ис- 35 полнительным механизмом 11 и устрой" ства 12 сравнения подводимого напря-. жения (U .) с предельно допустимым (Б „ ), у которого две уставки величин — предельно допустимого U u пр предельно опасного Б„

Способ осуществляют следующим образом.

Устанавливают экспериментально временной график мощности,, поднодимой к печи, в основе которого лежит получение изделий высокого качества, большой выход годной продукции и относительно невысокие удельные расходы эЛектроэнергии. Непрерывно измеряют качестно израсходованной электроэнергии с начала процесса н за каждый интервал и подводимое к печи напряже ние. 55

Напряжение сравнивают с предельно допустимой величиной„ а количество электроэнергии — с заданными значе74 ниями соответственно графику вводимой мощности.

Если напряжение не превышает предельно допустимую величину, измеряют периодически через интервалы времени количество израсходованной за интераакт вал электроэнергии Q и сран1 нивают его с заданным соответственно графику мощности количеством электроэнергии Q. 4 за интервал. Причем

30I4

1 заданное соответственно графику .мощ" ности количество израсходованной электроэнергии эа каждый 1 и временной интервал находят по формуле за4, р + р

0 = -и - — -"- — — ° Т

2 где Тпродолжительность временного интервала; значение заданной мощности соответственно графику мощности в начале i-ro интервала; значение заданной мощности соответственно графику мощности в конце i-того временного интервала.

Н1 рк

Затем для обеспечения подводимого к печи в течение последующего временного интервала количества электроэнергии, равного скорректированному

3а4. ск значению (,„, изменяют величину напряжения, поднодимого к печи, по формуле

Uapl, hU = ----- (1 пой

Зад, c1

Q.

11 0 Q k.c + ОЗОДИ )

1 IL 1 1 1

Исходя из разности величин корректируют заданное количество электроэнергии для последующего интервала. зад.сс

Скорректированную величину Q;+, для последующего (i+1)-ro временного интервала находят как разность между заданным значением количества электроэнергии для последующего (i+1) -го интервала соответственно графику мощ1а4 ности Q;+, и разностью между фактическим зйачением количества элект ракТ роэнергии Q ", и скорректированным

1 заданным значением количества электро" энергии в измеряемый момент времени

Зфд с41

QÄÄ

Ч... = Q,,„- (Q; -Q, gab.c1 за4 g oxr 3a4.ñê ) (2) 13120 гдедБ„,д — величина, на которую необходимо изменить подводимое к печи напряжение Пппд

Уад заданное значение расхода т за i-й интервал; 5

Я „ — заданное значение расхода за (i+1)-й интервал.

Таким образом, временный график подъема мощности соблюдается в пределах зоны нечувствительности..

t0

Перечисленные операции выполняют до тех пор, пока подводимое к печи напряжение не превышает предельно допустимое, после чего измеряют и сравнивают с заданным (bQ ° ) прит ращения количества электроэнергии за

i-й интервал (ЛО ) . При условии факт 1 уменьшают напряжение, подводимое к печи, по формуле ад 20 П А (1 . )

Ппо О +b

2 Q 3a*

П под

Q ЪОД! (4) 25.где bU — величина, на которую необходимо снизить подводимое к печи напряжение;

b — разность между фактическим и заданным приращениями за интервал.

Если при превышении предельно допустимого напряжения измеренное фактическое приращение расхода электроэнергии отстает от заданного графиком З5 программы (bQ " " (b Q ), корректируют заданный график программы на оставшийся период технологического процесса в сторону снижения расхода электроэнергии на постоянную величи- 40 ну d, равную измеренному отставанию расхода электроэнергии за текущий интервал Ц; с заданным по програмтек ме приращения Дт1 ", который становится заданием на (i+1)-й интервал 45 зад тек ð, (;., = ;

Таким образом, в конце каждого последующего интервала корректируют заданный график программы в сторону снижения расхода за интервал на величину d пока существует ограничение по напряжению, а фактическое приращение расхода электроэнергии за интервал отстает от заданного. Эти корректировки заданного графика программы приводят к параллельному смещению

его вниз. Величина (итоговая этого смещения) определяется как сумма элечто сопротивление керна печи в двух соседних интервалах не отличаются друг от друга. В этом случае расходы электроэнергии за текущий и последующий интервалы можно вЫразить формулами

П поз, r (°

Q; ракг (5) 3< дск (Пппд — ЙУ и л ) 2 (, = 2юд. (, т R (6) где R — активное сопротивление керна печи, в котором выделяется тепловая энергия.

Отсюда

Q; факт " по (под под

>ад.ск

isa

74 4 ментарных смещений в каждом интерваи г

> где и — число инт =1 тервалов, в которых i = 1, при

U Пп в конце очередного интервала заданное скорректированное количество расхода электроэнергии на последующие интервалы определяется по формуле (2), а подводимое к печи напряжение — по формуле (3).

Вывод формул (1) и (2) поясняется фиг. 2, где представлены кривая д заданного подъема мощности в i ì и (+1)-и интервалах и кривая О . заданных расходов электроэнергии в этих же интервалах. Ступеньки на границах интервалов соответствуют приращениям расхода электроэнергии на очередной интервал. Ордината точек А, А (кривая о ) соответствует числовой величине заданного расхода электроэнергии на 1-й интервал (Q. ) и равна зад

1 площади, ограниченной участком Р„, и

Р„ кривой ст и осью времени, т.е. определяется по формуле (1), Ордината точки В (кривая S ) соответствует фактическому расходу электроэнергии за i-й интервал, точки С, t

С вЂ” заданному расходу на (i+1)-й инзад тервал (Q . ), точка D — скорректированному заданному расходу на (i+ .

+1)-й интервал (Q . ), ордината козад,ск торой определяется по формуле (2) .

Формулы (3) и (4) выводятся следующим образом.

В силу инерционности печи графитации и малой длительности интервала о относительно длительности всей ком1 панин Т (--- < — — ) можно считать

Т 100

1312074

Раскрыв (8) (ПЛОД ) 9

П поь

Uno* 2 ДПпод зад.ск

01+, акт Зад

Q . че рез àà зад. Ск. ч, ° а;„

П прад.. Т „"д. (9) (П„,д-nU„q ) -U „,4 -2U„.„nU„4 + можно исключить из этого выражения значение (nUnop ) как незначительную величину, на три порядка меньшую величину, посколько на практике ЬП„, 6 От05 Uïî4 .

Подставляя выражения (8) и (7) иэ которых можно вычислить зад,ск дП а» (1»D. - - )

"од 2 факт (); или для удобства решения в вычислительном устройстве, выразив величину получают математическое выражение для определения величины изменения напряжения, необходимого для обеспечения подвода к печи в течение последующего (i+1)-ro временного интервала количества электроэнергии, равного скорректированному значению ад.ск ч 341 т

Зад,с к

U ïî Я4+ч ) 04 2 зад уад.ск ад

В„-Q;„+Q;

Формула (4) выводится из условий

R где nU — приращение напряжения, под обусловившего появление превьппения фактического приращения расхода за интервал относительно эаданра яа ного Ь = Q . -nQ, Разделив выражения и преобразовав (9) и (10), получают формулу (4), На реальном объекте способ осуществляется следующим образом., В печь графитации загружают заготовки электродов диаметром 300 мм.

II0

5Î

Заготовки пересыпают по всему объему печи электропроводящим материалом.

Общая загрузка около 70 т.

Согласно графика для заданной загрузки начальная мощность устанавливается 1500 кВт, приращения мощности в первой, второй и третьей температурных зонах задаются соответственно по 300, 500 и 2000 кВт.ч.

Общий расход электроэнергии на кампанию задается 300000 кВт. ч, по трем зонам (нарастающим итогом)

23000, 107000, и 300000 кВт ° ч. Плановая продолжительность графитации 48 ч.

Предельно допустимое напряжение в короткой сети трансформатор — печь

300 В.

Длительность интервала 15 мин. При такой длительности интервала приращения расходов электроэнергии за интервал, соответствующие заданным часовым приращениям мощности, составляют соответственно для первой, второй и третьей зон соответственно 185, 312,5 и 300 кВт ч.

С начала кампании в течение 8,35 ч (длительность первой зоны) процесс проходит с нарастанием мощности до

4000 кВт по алгоритму без ограничивающего параметра. Измеряют и сравнивают расходы электроэнергии эа интервалы заданные с началом процесса.

Измеренное напряжение сравнивают с предельно допустимым. Исходя иэ разности сравниваемых величин расхода электроэнергии эа интервал корректируют задание на очередной интервал и в зависимости от него изменяют подводимое к печи напряжение.

Через 4 ч с начала второй эоны (12,35 ч с начала кампании) в результате непрерывного подъема подводимого к печи напряжения (увеличения фактически вводимой мощности) напряжение, измеренное в конце интервала, превышает 300 В, в результате чего дальнейший подъем мощности увеличением напряжения не реализуется, так как в противном случае был бы пробой изоляции. Управление процессом осуществляют путем определения фактического приращения и сравнения его с заданным эа интервал. Величина измеренного приращения устанавливается меньше заданной. Так как фактическое приращение расхода электроэнергии за интервал равно 100 кВт . вместо заданного

125 кВт ч, на величину отставания приФактическое время графитации составляет 50 ч, что на 2 ч больше заданного. Реальный график процесса после 18,35 ч с начала кампании сдвинут, параллельно заданному, с соблюдением заданных температурых градиентов. Этот процесс графически представлен на фиг. 3, где показаны заданный (кривая I ) технологом и реальный (кривая 2) графики подъема мощностей в печи графитации.

7 ращения от заданного (25 кВт ч) смещают график программы вниз. Операционно это осуществляется следующим образом. Задание расхода на следующий интервал определяется как сумма измеренного фактического расхода в текущем интервале плюс заданное прог

В раммой приращение за интервал. Поскольку фактические приращения расходов за интервал в течение 24-х ин- 10 тервалов (6 ч) меньше заданного на

25-55 кВт ч, фактический расход электроэнергии за интервал отстает от заданного на 800 кВт ч, т.е. составляет 3700 кВт ч вместо заданного

4500 кВт ч начальным графиком программы. По мощности это составляет отставание на 5200 кВт ч.

Через 6 ч после появления ограничивающего параметра сопротивление печи снижается настолько, что при ,этом предельно допустимом значении напряжения приращение за интервал оказывается больше заданного программой для второй зоны. Напряжение в пе25 чи уменьшается. После снижения его до 295 В последующий интервал (задание скорректированного расхода за интервал) определяют по формуле (2).

Количество электричества, израсходованного на данный момент времени, с начала кампании 90000 кВт ° ч, что соответствует второй температурной зоне, в которой приращение 61|2 = — 31,25 кВт ч. Изменение величины за- 35 данного приращения за интервал осуществляют после того, как израсходуют (с начала кампании) 107000 кВт|ч, что означает переход в очередную (третью) температурную зону. Так как 40 в дальнейшем сопротивление керна печи продолжает интенсивно снижаться, дальнейшее управление сводится к подражанию заданных расходов электроэнергии за интервалы по алгоритму, предшествовавшему появление ограничивающеro параметра.

74 8

На фиг. 4 представлен график (кривая ) изменения расхода электроэнергии, заданный технологом, в соответствии с графиком подъема мощнос ти и реальный график (кривая е ) на участке с ограничением по напряжению.

В этих интервалах постоянные сдвиги программы d d определяют как разницу между заданным приращением за интервал и фактическим

d, =д(2 1 с+2 в конце (i+3) -ro интервала измерентек ное значение 6Q оказывается боль

3ед 1|.3 ше дЯ, поэтому подводимое напряжение для последующего (i+4)-го интервала снижают в соответствии с формулой (4) в случае наличия ограничения по напряжению.

Если к этому моменту по каким-то причинам напряжение равно или меньше предельно допустимого, для последующего интервала изменение напряжения осуществляют по формулам (2) и (3).

Вид скорректированных в интервалах (i+1) -ro и (i+2)-ro графиков программы показан пунктиром в виде ломанных смещенных ступенек (кривая |1 ) и

В с пл о ш н ых..

Скорректированный график програм- мы (кривая ж ) является в дальнейшем на весь оставшийся период процесса новым программным заданием, сдвинутым относительно первоначального (кривая

) на общую постоянную величину отставания процесса потребления электроэнергии, равную сумме измеренных отставаний расходов за интервалы (i+1) и (i+2) é, т.е. doey= d,+ d<.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы в вычислительное устройство 7 и датчик 2 общего расхода электроэнергии с начала процесса вводится программа, содержащая заданный график мощности (расход электроэнергии за интервал) и алгоритм необходимых вычислений. Подвод заданной мощности в печь (расхода за интервал) осуществляется поддержанием при помощи исполнительного механизма 11 соответствующего значения напряжения U(p), начиная с начальной точки А заданного графика подъема мощности (фиг. 4).. Датчик 1

,312074 измеряет подводимое к печи напряжение, датчики 2 и 3 регистрируют коли чество израсходованной энергии с начала процесса и за интервал соответственно. Сигнал с датчика 2 в соответств ли с введенным-программой значениями расходов на зону и кампанию электроэнергии с начала процесса поступает в вычислительное устройство 7, определяя тем самым границы температурных зон процесса графитации и заданные значения приращений расходов за интервал по участкам. Сигнал с датчика 3, соответствующий фактическому значению количества электроэнергии в интервале, поступает а устройство 6 сравнения. В моменты времени, соответствующие границам временных интервалов, сигнал заданного прира" щения расхода электроэнергии за интервал датчика 5 через переключатель

9 поступает на вход задатчика 4, где, суммируясь с очередным значением задания расхода за предыдущий (i-1)-й интервал, формирует сигнал заданного значения расхода электроэнергии на текущий (i in) интервал. Сигнал с выхода задатчика 4 поступает на устройство 6 сравнения, которое выдает сигнал, пропорциональный разности сравниваемых наклопленных за текущий интервал величин фактического расхода электроэнергии и заданного., а так же определяется соотношение текущего и заданного приращений расходов элек троэнергии за интервалы, Эти сигналы с выхода устройства 6 сравнения поступают на вычислительное устройство

7.„ на другие входы которого подаются сигналы с выхода датчика 1 подводиио

ro напряжения и устройства 12 сраа-. нения подводимого напряжения с предельно допустимым.

В соответствии с заданным графикои мощности (расход за интервалы) и алгоритмами необходимых вычислений вычислительное устройство 7 определяет величину Я;, по формуле (2) файф, cK и величину измен"-ния Ь" юА напря жения, подаваемого на печь,, - по формуле (3).

Сигнал с вычислительного устройства 7, пропорциональньпЪ величине изменения напряжения Ь 0, поступае.. на устройство 10 управлении исполнительным механизмам 11, который изменяет подводяиое к печи напряжение, а следовательно, мощность и расход за интервал.

Вычислительным устройством 7 вырабатывается также сигнал, пропорциональный скорректированному значению количества электроэнергии в конце последующего временного интервала, который поступает на устройство 8 управления, устанавливающее задатчик

4 количества электроэнергии в соответствующее положение. После выполf0 нения операций сравнения, вычисления и выработки команды управления. на границе начала следующего интервала датчик 3, измеряющий текущий расход, сбрасывается в исходное (нулевое)

15 состояние, а задание на очередной интервал вводится ступенькой в виде прибавления заданного приращения Я; через переключатель 9 в счетчик задатчика 4, хранящий информацию о за20 данном расходе на предыдущий интерв ал, Поэтому график заданных расходов электроэнергии (фиг„ 2) представлен в виде точек, ординаты которых выра2 жают числовые дискретные значения заданных расходов g g „ (;„, а ле4 4 абсциссы этих точек определяются конечными границами интервалов (i-1), и (i+1) -й.

30 Траектория изменения заданных ве" пичнн расходов показана (фиг. 2) в виде ступенчатой линии с быстрыми скачкообразными переходами..(за О,1 с) на границах интервалов в новое значе35 ние задания для последующего интер- . вала. На фиг. 2 изображен график текущего значения на величину Б„ в процессе выработки в устройстве управляющего воздействия. В i-м интеруакг

40 вале текущий расход . g.; за 3oA интервал превьппает заданный g;, поэтому согласно формуле (3) вычислительное устройство 7 вырабатывает сигнал на снижение напряжения на величину g U.

Устройство так работает до тех пор, пока с сравнивающего устройства

i2 не поступит сигнал о превьппенин напряжения 11„О предельно допустимого U п в вычислительное устройст«о 7, Если это превьппение достигается в конце интервала и сохраняется до конца, вычислительное устройство

7 с момента появления сигнала с датчика 2 меняет алгоритм работы следующим образом, С вычислительного устройства 7 сигнал через устройство 8 управления устанавливает переключатель 9 в поло1312074 12 жение, блокирующее ввод задания с устройства 5. С устройства 6 по перФому выходу в вычислительное устрой.ство 7 поступает сигнал, характеризующий соотношение текущего прираще(ра кт зад ния с заданным. Если дЦ . > дЯ; с вычислительного устройства на устройство управления 10 поступает сигнал на уменьшение напряжения по формуле (4) . Если же b Q +. с b.Q . ! с второго выхода устройства 6 сравнения в вычислительное устройство 7 поступает сигнал, переключающий работу вычислительного устройства. Последнее из устройства 6 через устройство 8 пропускает импульсы превышения фактического расхода за интервал относительно зафиксированного в задатчике 4 значения заданного расхода на завершенный интервал, т.е. с 20 момента равенства значений фактического расхода (число в датчике 3) числу в задатчике 4, дальнейшее увеличение значения числа в датчик 3 через устройства 6-8 поступает на задатчик

4 в виде текущего приращения. Иначе говоря, в датчике 3 и задатчике 4 числа синхронно увеличиваются на величину текущего приращения, определяемого в устройстве 6.Этот процесс синх- 30 рониого увеличения значения задания в задатчике 4 по фактическому превышению расходов за интервал продолжается в каждом интервале до тех пор, .пока не возникает условие д Q " bQ " 35

1+1 еа! это значит, что в конце каждого интервала график задания. расходов на следующий интервал смещается вниз относительно предыдущего (экстраполированного на все последующие интервалы) 40 ! ракт тек на величину bQ . > b Q;„Это видно на фиг. 4, из которой следует, что заД, тек !

ы %+! заД тек — И. (+1

Это условие определяется устройством 6 сравнения, на один вход которого поступает сигнал заданного приращения расхода за интервал с задатчика ! рокт

5. С момента превышения дЦ;, хотя бы 50 ад на один импульс значения bQ сии-!

+! хронное увеличение задания в задатчике 4 прекращается, а вычислительное устройство по команде с первого выхода устройства 6 переключает через устройство 10 управления исполнительный механизм 11 в направлении снижения напряжения. 11оследнее снижается, после чего снимается с входа вычислительного устройства 7 сигнал ограничивающего фактора, т.е. на выходе устройства 12 сравнения исчезает сигнал, характеризовавший равенство

11под Пор

Вычислительное устройство 7 переключается в режим заданного программой управления, так как переключает устройство 8, через который снимается запрет в переключателе 9. Через этот блок переключения заданных приращений в конце текущего интервала вводится в задатчик 4 расхода электъа роэнергии заданное приращение д Ч на задатчике 5. Последний формирует задание с учетом величины общего расхода электроэнергии, измеренного в начале кампании датчиком 2. В этом блоке программой ранее введены граничные значения расходов электроэнергии зон.

Дальнейшее управление идет по заданной программе, как до появления ограничивающего параметра. Если же по какой-либо причине подводимое напряжение к печи превышает значение прео дельно опасного напряжения U, на втором выходе устройства 12 сравнения появляется сигнал, воздействующий через устройство 10 управления на исполнительный механизм 11 в направлении снижения напряжения до соотношео.

Пор "под -. Ппр

В дальнейшем работа устройства аналогична описанному при появлении ограничения U »> Пп

Формула изобретения

Способ управления процессом графитации по авт.св. У 806600, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения качества графитируемой продукции, непрерывно измеряют ток или напряжение печи, сравнивают их с предельно допустимыми по технологии значениями, при достижении током или напряжением своего предельного значения ограничивают тактовое увеличение, напряжения на следующий интервал времени, при последующем снижении тока или напряжения печи ниже предельного значения в конце такта осуществляют тактовое увеличение подводимой мощности на заданную по программе величину.

, е лои ф

g3t8

1312074

ОООО

1ЯЮ

i 312074

Составитель A. Абросимов

Редактор Н. Рогулич Техред Л.Сердюкова Корректор И Демчик

Закав 1933/23 Тираж 456 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие„ г. Ужгород, ул. Проектная, 4