Способ управления процессом получения фосфора и устройство для его осуществления

Способ управления процессом получения фосфора и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

OllHCAHNK

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ и 922066

Со)оз Советские .Социалистическик

Республик (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 26.09. 80 (21) 2987507/23.-26 с присоединением заявки ЭЙ (5I )M. Кл.

С Ol В 25/00

6 05 О 27/00

3Ьеуааретаеинй канетет

СССР

00 делан аэебретееей и аткрытай (23) П риоритет

Опубликовано 23.04.82. бюллетень М l5

Дата опубликования описания 23.04,82 (53) УД К66.012-52 (088.8) В . Н. Белов, И.Д. Бескин, Г.М. Жилоа N.È. Лифсон, А.М. Овчинников

Jl. П,Шляпинтох, Н; П.Ножнин, А.П. овлянск, нелаев, .C.iaa«a««, T..N.A«baa«oe, N.lj.a)aaaeii:,.B,H.Baa««ape)a, Е.С.Ишханов и В.И.Александро

) ., / учно- исследовательский ости (72) Авторы изобретения

Ленинградский государств енный и проектный институт основной и Производственное объединение (7! ) Заявители (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПОЛУЧЕНИЯ

ФОСФОРА И УСТРОЙСТВО ДХИ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электро термии, в частности к способу и устройству для управления получения фосфора в руднотермических печах и может быть использовано в электрохимии.

Известен способ управления электрическим режимом руднотериических печей путем перемещения электродов и переключения ступеней напряжения

1 10 печных трансформаторов (1) .

Недостатком способа является недостаточная точность управления из-за наличия статизма, поскольку одному и тому же значению регулируемого па15 раметра может соответствовать различное положение управлякщего элемента — электрода, а это приводит к нарушению технологического режима и увеличению удельного расхода электроэнергии, Известен способ управления руднотермической электропечью„ в котором одновременно с регулированием элек,J, трического режима корректируют состав шихты, путем формирования сигнала положения конца электрода в ванне печи, измерение длины электрода формирования сигнала качества продукта, выпускаемого из печи, сравнения

« сигнала положения конца электрода с сигналом качества и выдачи сигнала, управляющего загрузкой шихты в печь Я.

Недостатком способа является то, что его невозможно реализовать при производстве фосфора. Такой способ можно реализовать только в открытых руднотермических печах (для получения карбида кальция, феррофосфора и т.п.), а для. закрытых герметизированных печей оя неприменим, так как невозможно определить с .достаточной точностью положЕние конца электрода. Реализация такого способа возможна на печах с трубчатыми (полыми) электродами, но они не нашли применения на фосфорных печах. Качество карбида кальция определяют

922066 4

55 во время слива расплава, при производстве фосфора расплав (шлак) является отходом производства, а феррофосфор.-- побочным продуктом, а газообразный фосфор подается на очистку в электрофильтр, конденсацию, отстаивание, после чего его транспортируют на склад, где и определяют качество готового фосфора, т.е. из-за длительности определения управление по данному параметру неприемлимо.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ управления процессом получения фосфора в руднотермической печи, включающий контроль дозировки и загрузки исходной шихты в ванну печи, регулирование электрического режима работы печи путем изменения положения электродов и переключения ступеней напряжения печных трансформаторов, измерение расхода электроэнергии, потребляемой печью, контроль за работой электрофильтров по напряжению его полей, измерение температуры отходящих газов, содержание Р О5 в шлаке и контроль уровня фосфора-сырца в ваннах конденсации.

Известно устройство для управления процессом получения фосфора, содержащее регулятор дозировки исходной шихты и узел загрузки ее в печь, регулятор электрического режима, входы которого соединены с датчиками электрических параметров, а выходы — с блоками перемещения электродов и пере ключения ступеней напряжения трансформаторов, измерители расхода электроэнергии, потребляемой печью, температуры отходящего газа, содержания

Р О5 в шлаке и напряжения поля электрофильтра ГЗЗ .

Недостатком данного способа и устройства является невозможность достижения оптимальных технико-экономических показателей процесса из-за низкого качества управления.

Ь

Цель изобретения — повышение качества управления, повышение выхода готового продукта и экономии электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что измеряют количество шлама и отслоенного фосфора, образовавшегося в ваннах горячей конденсации за

1-6. ч, оптимально за 2-3 ч, измеряют содержание фосфора в шламе и определяют общее количество чистого

45 фосфата, полученного в ваннах конденсации за выбранный отрезок времени, определяют фактический удельный расход- электроэнергии, сравнивают его с заданным значением, определяют отношение количества шлама к количеству фосфора-сырела и по величине этого отношения, напряжению короны полей и температуре отходящего газа изменяют электрический режим работы печи и корректируют состав исходного сырья.

Устройство, реализующее способ, содержащее регулятор дозировки исходной шихты и узел загрузки ее.в печь, регулятор электрического режима, входы которого соединены с датчиками электрических параметров, а выходы ; с блоками перемещения электродов и переключения ступеней напряжения трансформаторов, измерители расхода электроэнергии, потребляемой печью, температуры отходящего газа, содержания Р О в шлаке и напряжения поля электрофильтра, дополнительно содержит контур определения количества фосфора и шлама в ваннах конденсации, делитель, блок сравнения, задатчик удельного расхода электроэнергии, измерители количества фосфора-сырца, отслоенного фосфора и шлама, сумматор, при этом первый вход контура определения количества фосфора и шлама соединен с первым входом блока управления, а второй ж ход — с первым входом делителя, второй вход которого соединен г с выходом измерителя расхода электроэнергии, а выход — с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком удельного расхода электроэнергии, выход блока. сравнения соединен со вторым входом блока управления, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами измерителей температуры отходящего газа и содержания Р О в шлаке, а выходы — с дополнительными вхоцами регулятора электрического режима и регулятором дозировки шихты.

При этом контур определения фосi фора и шлама в ваннах конденсации содержит концуктометрический датчик, выходы которого соединены с первыми входами измерителей количества фосфора-сырца, отслоенного фос-, фора и шлама, выходы измерителей фосфора-сырца и шлама подключены к вхо5 92 дам делителя, выход измерителя отслоенного фосфора и второй выход измерителя количества фосфора-сырца в шламе подкпючены к входам сумматора, а выход сумматора и делителя соединены с соответствукицими входами блока управления.

На фиг.. l представлена принципиальная блок-схема устройства, реализующая предлагаемый способ; на фиг.2блок-схема контура определения количества фосфора.

Устройство содержит руднотермическую печь 1 с самоспекающимися электродами 2, печные трансформаторы

3 (показаны .только по одному), трансформаторы тока 4, являющиеся датчиками тока электрода, загрузочную течку 5 (на каждой печи имеется десять. загрузочных течек, из них девять Периферийных и одна центральная) и четыре контура регулирования.

Контур регулирования электрического режима включает собственно регулятор 6, блок 7 перемещения электрода, переключатель 8 ступеней напряжения.

Контур контроля за технологическими параметрами включает измерители 9 температуры под сводом печи, и температуры отходящих газов, и блок

10 определения содержания Р 05 в шлаке, управляющий блок 11, в который кроме выходных сигналов блока 9 и 10 поступает сигнал Р>, пропорциональный величине. отклонения отношения количества шлама к количеству фосфорасырца от заданного значения.

Контур определения удельного расхода электроэнергии состоит нз счетчика 12 электроэнергии, потребляемой печью, блока 13 деления, в котором определяется текущее значение удельного расхода электроэнергии, блока

14 сравнения текущего и . заданного значения и усилителя 15.

Контур определения количества фосфора (фиг. 2) состоит из ванны 16 горячей конденсации, отсечного стакана 17, блока 18 измерения отслоенного фосфора, блока 19.измерения количества шлама, блока 20 измерения количества фосфора в шламе, арифметического блока -21, в котором определяется общее- количество фосфора, блока 22 измерения общего количества фосфора-сырца, блока 23 деления, блока 24 сравнения текущего значения отношения количества шлама: К количе2066 ству фосфора-сырца с заданным значением. Выходные сигналы этого контура поступают соответственно в блоки

ll и 13.

О

5 Устройство работает следующим образом.

Шихта (фосфорит, кварцит, кокс), прошедшая предварительную обработку и анализ в цехе подготовки шихты, по конвейеру из дозаторного отделения поступает в печные бункеры, а затем по загрузочным течкам 5 поступает в ванну руднотермической печи I где под действием электрической энергии, поступающей в печь от печного трансформатора 3 через электрод 2, происходит расплавление шихты, нагрев и возгонка фосфора.

Стабилизацию электрического режис

20 ма осуществляет регулятор 6 путем перемещения электрода 2 блоком 7 и переключением ступеней напряжения печного трансформатора 3 через перекпючатель 8. Регулятор может рабо25 тать в двух режимах: поддержания заданной мощности или поддержания оптимального тока электрода.

При превышении температуры под сводом печи регламентного. значения

30 измеритель 9 выдает сигнал Ф в регулятор 6 на уменьшение мощности печи, т.е. на переключение ступеней напряжения в сторону уменьшения напряжения, после того, как температу35 ра восстановится регулятор электрического режима автоматически вернется к заданной ступени напряжения.

По мере работы печи из нее перио- дически (а если мощность близка к номинальной, то и непрерывно) сливается шлак, и через определенное количеств во потребленной электроэнергии и феррофосфор. Периодически, для обеспечения нормальной работы печи, производят перепуск электрода и его наращивание.

Не реже двух раз в смену определяется содержание Р 05 в шлаке блоком 10. Желательно определять его чаще, для более точной корректировки, 50 но экспресс-метод определения Р 05

? в шлаке еще не разработан.

Выходные сигналы /К и измерителя 9 и блока 10 поступают на вход управляющего блока II, на один из входов которого поступает сигнал 95, пропорциональный отклонению отношения количества шлама к количеству фосфора-сырца от заданного знации осуществляются блоком 18. Количество фосфора определяется по фор муле

Q. .oвя h S .ð, Й) гдеЦц . щ количество отслоившегося фосфора, т;

- измеренная высота эоны фосфора, с;

5 — площадь поперечного сече- ния ванны конденсации, м ;

P — средняя плотность фосфора по ГОСТУ.

Для определения количества фосфора в шламе в ванну конденсации помещают стакан (цилиндр с закрытым дном) таким образом, чтобы при его погружении шлам попасть внутрь не мог, Когда он войдет в зону фосфора, дно автоматически отходит и снизу в стакан будет поступать фосфор, а, сверху через боковое отверстие— вода. Через некоторое время в отсе" ченном объеме установится динамическое равновесие и при помощи того же или .дополнительного кондуктаметрического уровнемера определяется граница раздела фосфор — вода, Количество шлама определяется по формуле

g = кМ вЂ” рp ). (где Gi,ùä — количество шлама, т, — площадь поперечного сечения ванны, м, А ьф - разность уровней фосфора в отсеченном и свободном объемах ванны, м, Рщя — плотность фосфорного шлама по ТУ, т/м

Дср — плотность фосфора по ГОСТУ, у — плотность жидкости защит- ного слоя.

Количество фосфора в шламе определяется по формуле и,с

Q,(p - R IAJ Jl щу

Мл где Й;ap — количество фосфора в шаме, т, -- концентрация фосфора в шламе, 7..

Эти операции реализуются в блоках !

9 и 20 измерения и арифметическом блоке 21.

В арифметическом блоке 21 определяется общее количество образовавшегося фосфора за определенный промежуток времени.

7 9220бб чения. Это отношение и значение содержания Р О в шлаке характеризуют степень полноты извлечения фос-. фора, а температура отходящих газов, отношение количества шлама к коли- 5 честву фосфора-сырца, и напряжение короны и ток полей характеризуют работоспособность электрофильтра.

Обработка этих зависимостей осуществляется в управляющем блоке 11, после чего на выходе его могут появиться следующие сигналы: в случае недостаточной величины полноты извлечения фосфора сигналы — на корректировку шихты, добавление кокса; И в случае неудовлетворительной работы электрофильтра сигнал " - a регулятор электрического режима, на снижение мощности и сигнал Fg — на пульт управления, для решения вопро" ЭО са о чистке электрофипьтра.

Для определения производительности процесса получения фосфора и текущего значения удельного расхода электроэнергии контур измеряет коли" 23 чество образовавшегося фосфора в ванне 16 горячей конденсации за заданный промежуток времени, например за смену, или для более оперативной корректировки, через 2-3 ч. Чаще де- 30 лать измерения нецелесообразно, ввиду большой постоянной времени процесса.

Газообразные компоненты печного газа вместе с фракциями пыли поступают из электрофильтров (на фиг. 1 и 2 не показаны) в системы конденсации фосфора, где охлаждаются и промываются водой, циркулирукщей в конденсаторах. 46

В ваннах конденсации образуется многокомпонентная система, состоящая из фосфора-сырца и воды, со взвешенными в ней нерастворимыми частицами. фф

С течением времени в ванне образуется увеличивающийся слой фосфора и шлама, Конденсация фосфора в ( шламе по высоте зоны различна, а граница разделена шлама — вода не- 50 сколько размыта.

При помощи кондуктометрического уровнемера (на фиг. 1 и 2 не показан, так как замер периодический), определяется граница раздела между отспоеныям фосфором и шламом. Зная высоту зоны- фосфора и размеры ванны конденсации, легко определить количество отслоенного фосфора. Все эти опера35

9 9 22066 10

Для простоты и наглядности изме- от заданной величины в регулятор 6 ренные уровни записываются на само- электрического режима через усилиписец.

I тель 1.S выдается сигнал на коррек. По мере накопления фосфо а в вано ф A Pa a aaH тировку положения электрода, В этом нах конденсации его перекачивают на склад фосфора.

Р ивают на 5 случае регулятор изменяет пос н т посадку

° электрода за счет переключения стуПосле этой операции надо обязапеней напряжения. тельно измерить количество оставшеПеремещение электрода ограничено гося фосфора, чтобы учесть его и и его при в определенных пределах. Это делаетд ей работе. дальнейшей 111;ся с целью исключения ухудшения техНа самописце делается отметка, .нико-экономических показателей проот которой происходит отсчет следу- 4«« ющего цикла измерений. Так, например, более низкая посадка

В блоке 23 деления определяется .электрода уменьшает. удельный расход отношение количества шлама к коли- 15 электрода,. одновременно она может честву фосфора-сырца. Практически . привести к перегреву подины печи отношение 6И/h, которое соавнивает- и затруднению слива шлаков. Слишком ся в блоке 24 сравнения с заданным высокое положение электрода увезначением, личивает температуру под сводом пе.Заданное значение зависит от ка- о чи, приводит к увеличению удельного чественного состава исходной шихты расхода электроэнергии, к увеличе° (месторождение, количества мелочи, нию расхода кокса и т.д. размер кусков и т.д.). Зная качест- В связи с вышеизложенным коррекво исходной шихты, задают опреде- тировка положения электрода при отленную уставку. клонении удельного расхода электроИз контура определения количест- энеРгии осУЩествлЯетсЯ в ДопУстива фосфора сигнал отклонения от оп- Mblx преДелах. тимального отношения р и сигнал, Использование предлагаемого изобпропорциональный величине отношения ретения позволяет улучшить техникоколичества шлама к количеству фос- 511 экономические показатели процесса фора-сырца, поступает в управляющий за счет улучшения контроля за шлаблок 11, а сигнал B.îð, пропорциональ- мообразованием, удельным расходом

1 ный количеству фосфора, образовав- электроэнергии и выходом товарного шегося за выбранный промежуток вре- фосфора. мени, поступает в блок 13 деления контура контроля удельного расхода электроэнергии. Формула изобретения

В тот же блок деления поступает сигнал от счетчика 12 пропорциональ- 1. Способ управления процессом ный количеству электроэнергии потреб- получения ФЬсфора в руднотермической ленной печью за этот же промежуток печи, включакщий контроль дозироввремени. В результате на выходе ки и загрузки исходной шихты в ванблока 13деления появляется сигнал,нро- ну печи, регулирование электрическопорциональный текущему значению удель- го режима работы печи путем изменого расхода электроэнергии{ у Ten). нения положения электродов и переgS

В блоке 14 оно сравнивается с за- ключения ступеней напряжения печных данным значением удельного расхода трансформаторов, измерение расхода электроэнергии (М р}. электроэнергии, потребляемой печью, Заданное значение удельного рас- . контроль за работой электрофильтров хода электроэнергии зависит от номи- по напряжению его полей, измерение

50 нальной мощности печи, от качества температуры отходящих газов, содерподготовки исходного сырья — агло- жание Р 05-в шлаке и контроль уровмерации, обжига, сушки и т.д., от ня фосфора-сырца в ваннах конденсаместорождения сырья, на котором ра- ции, отличающийся тем, ботает печь. что, с целью пожжения качества упSS

С ростом увеличения единичной мощ-, равления, повышения выхода готового ности печи удельный расход электро- . продукта и зкономии.электроэнергии, энергии несколько снижается. При от- измеряют количество шлама и отслоклонении текущего удельного расхода енного фосфора, образовавшегося в

12,с выходом измерителя расхода электроэнергии, а выход — с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с задатчиком удельного расхода электроэнергии, выход блока сравнения соединен со вторым входом

\ блока управленИя, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с выходами измерителей темпе 0 ратуры отходящего газа и содержания

Р О в шлаке, а выходы с дополнительными входами регулятора электрического режима и регулятора дозировки шихты.

3. Устройство по п, 2, о т л и—

И ч а ю щ е е с я тем, что контур определения фосфора и шлама в ваннах конденсации содержит кондуктометрический датчик, выходы которого соединены с первыми входами:измерите20 лей количества фосфора-сырца, отслоенного фосфора и шлама, выходы измерителей фосфора-сырца и шлама подключены к входам делителя, выход измерителя отслоенного фосфора и вто25 рой выход измерителя количества фосфора сырца в шламе подключены к входаМ сумматора, а выход сумматора и . делителя соединены с соответствующими входами блока управления.

Источники информации, " принятые вовнимание при экспертизе.

l. Авторское свидетельство СССР

9 464985, кл. С 01 В В 25/00, 1977.

2. Патент Франции В 2110972, кл. С 01 В 25/00, 1972.

3. Майзель РЗ.А. и др. Автоматизация производства фосфора и фосфорсодержащих продуктов . М., "Химия", 1973 с. 312-315.

11 922066 ваннах горячей конденсации sa 1-6 ч, преимущественно 2-3 ч, измеряют содержание фосфора в шламе и определяют общее количество чистого фосфора, полученного в ваннах конденсации за выбранный отрезок времени,опреде° ляют фактический удельный расход электроэнергии и сравнивают его с заданным значением, определяют отношение количества шлама к количеству фосфора-сырца и по величине этого отношения, напряжению короны полей и температуре отходящего газа .изменяют электрический режим работы печи и корректируют состав исходного сырья.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее регулятор дозировки исходной шихты и узел загрузки ee в печь, регулятор электрического режияа, входы которого соединены с датчиками электрических пара.метров, а выходы — с блоками перемещения электродов и переключения ступеней напряжения трансформаторов, измерители расхода электроэнергии, потребляемой печью, температуры отходящего газа, содержания Р Оз в шлаке и напряжения поля электрофильтра, о т л и ч а ю щ е е с я тем,, что оно дополнительно содержит контур определения количества фосфора и шлама в ваннах конденсации, делитель, блок сравнения, задатчик удельного расхода электроэнергии и измерители количества фосфора-сырца, отслоенного фосфора и шлама, сумматор, при этом первый вход контура определения количества Фосфора и шлама соединен с первым входом блока управления, а второй выход — с первым входом делителя, второй вход которого соединен

922066 дрт

В &он Д

Составитель Р.Клейман

Редактор H. Гунько Техред М. Гергель Корректор M. Коста

Заказ 2488/30 Тираж 5!4 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1)Э035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4