Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ принципов построения системы управления перемещением электродов дуговой сталеплавильной печи 9
1. Дуговая сталеплавильная печь как объект автоматического управления 9
1.1.1. Технологический процесс плавки и условия регулирования электрического режима печи 9
1.1.2. Основные положения теории электрической дуги 13
1.13. Математические модели дуговой электропечи 18
1.2. Регуляторы перемещения электродов дуговой сталеплавильной печи 20
1.2.1. Законы регулирования 20
1.2.2. Способы формирования нелинейной характеристики регулятора и ее изменения в процессе плавки 24
1.3. Принципы построения устройств сравнения 38
1.3.1. Устройства сравнения токового типа , 38
1.3.2. Устройства сравнения дифференциального типа 39
1.4. Анализ методов повышения качества регулирования электрического режима дуговой электропечи 44
Выводы по первой главе 46
Глава 2. Регуляторы перемещения электродов с управляемой нелинейной характеристикой 48
2.1. Выбор регулируемого параметра и способа его измерения 48
2.2. Способы управления нелинейной характеристикой регулятора 53
2.3. Методы управления положением зоны нечувствительности 57
23.1. Импульсное позиционирование Ы
23.2. Метод позиционирования, основанный на компенсации нелинейной характеристики 58
2.3.3. Метод позиционирования, основанный на терминальном управлении 62
2.3.4, Методы, использующие обратную связь по скорости 66
23.5. Адаптивное позиционирование 71
2.3.6. Методы позиционирования на основе нечеткой логики 75
Выводы по второй главе 79
Глава 3. Структурное моделирование систем управления приводом перемещения электродов 80
3.1. Формирование структуры динамической модели системы управления 80
3.1.1. Функциональная схема модели 80
3.1.2. Выбор структуры динамической модели короткой сети 81
3.1.3, Определение длины дуги 89
3.2. Моделирование привода 92
3.3. Моделирование системы управления перемещением электродов с различными законами регулирования... 96
3.3.1. Пропорциональный закон регулирования 96
3.3.2. Релейный закон регулирования 99
Выводы по третьей главе 101
Глава 4. Экспериментальное исследование регуляторов мощности с управляемой зоной нечувствительности 102
4.1. Лабораторный стенд для исследования и отладки алгоритмов управления приводом перемещения электродов 102
4.1.1. Функциональная схема стенда 102
4.1.2. Аппаратная часть стенда 104
4.1.3. Программное обеспечение стенда 105
4.2. Разработка прикладного программного обеспечения лабораторного стенда 109
4.3. Реализация алгоритмов позиционирования на лабораторном стенде - 111
Выводы по четвертой главе 115
Заключение 117
Библиографический список 122
Приложение 135
- Технологический процесс плавки и условия регулирования электрического режима печи
- Выбор регулируемого параметра и способа его измерения
- Моделирование привода
- Программное обеспечение стенда
Введение к работе
В последние десятилетия электросталеплавильное производство переживает научно-техническую революцию, сравнимую с появлением самой идеи использования дуги для плавки металлов. На основе достижений в области электроники, микропроцессорной техники, регулируемого электропривода проектируются новые и модернизируются существующие дуговые сталеплавильные печи (ДСП), Целью проводимых мероприятий является решение двух основных задач: повышение производительности сталеплавильных агрегатов и снижение их энергопотребления при условии обеспечения высокого качества получаемого металла- И хотя для решения этих задач оптимизация режимов плавки в целом существенно эффективнее оптимизаций отработки отдельных возмущений [46], но, с другой стороны, эффективная работа ДСП без совершенных систем автоматического управления (СЛУ) перемещением электродов невозможна, так как при широкой гамме возмущений сложно обеспечить поддержание заданного электрического режима с требуемой точностью.
Одним из основных параметров, влияющих на энергетические характеристики ДСП, является дисперсия тока дуги, определяющая как удельный расход электроэнергии, так и качество выплавляемой стали. Колебания тока возникают не только вследствие случайных изменений длины дуги (особенно в начальной стадии плавки), но и вследствие несовершенства регулятора тока, часто нуждающегося как в замене используемого привода перемещения электрода, так и алгоритма управления.
Эта, весьма актуальная, задача решается путем детального изучения технологического процесса плавки, построения адекватных математических моделей объекта управления, измерительных и управляющих устройств и их использования при синтезе САУ.
Анализ существующих систем управления показывает, что характерной особенностью всех используемых в настоящее время
регуляторов мощности дуговых электропечей является наличие зоны нечувствительности, исключающей перемещение электродов при небольших случайных изменениях тока дуги. Вместе с тем, отработка перемещения, превышающего указанную зону, приводит к появлению статической ошибки. Это вызывает колебания температуры в печи и несимметрию нагрузки печного трансформатора.
Для эффективного использования трансформатора и повышения энергетических показателей электропечной установки в целом, необходимо уменьшить ошибку, вызванную наличием зоны нечувствительности.
Целью работы является повышение точности системы управления приводом перемещения электродов дуговой электропечи за счет позиционирования нелинейной характеристики регулятора.
Основные задачи исследования:
Анализ существующих систем управления приводом перемещения электродов дуговой электропечи;
Разработка методов и алгоритмов управления положением зоны нечувствительности для повышения статической точности регулятора мощности дуговой электропечи и их исследование;
Разработка модели системы управления электрическим режимом дуговой сталеплавильной печи.
Моделирование системы управления приводом перемещения электродов с управляемой зоной нечувствительности;
5- Сравнение различных алгоритмов позиционирования ії разработка предложений по их использованию. Аннотация диссертационной работы по главам.
В первой главе рассмотрены основные этапы технологического процесса плавки, приведены сведения из теории электрической дуги, дана функциональная схема дуговой электропечи как объекта управления, описаны управляющие и возмущающие сигналы, известные математические модели. Определены вытекающие из специфики технологического процесса
7 требования к системе управления перемещением электродов, рассмотрены различные законы управления и методы их улучшения. Проведен обзор устройств сравнения, намечены пути их совершенствования. На основе анализа методов повышения качества регулирования сформулированы задачи исследования.
Во второй главе рассмотрены регуляторы мощности дуговой электропечи с управляемой нелинейной характеристикой. Описаны методы управления положением зоны нечувствительности регулятора. Показано, что среди методов управления позиционированием предпочтение следует отдать алгоритмам импульсного и адаптивного позиционирования на основе эталонной модели. Первые просты в реализации, а вторые позволяют получить требуемый закон изменения ошибки системы.
Третья глава посвящена особенностям применения рассмотренных алгоритмов в системе управления перемещением электродов трехфазной электропечи» Предложена функциональная схема модели, разработанной для проверки работоспособности различных алгоритмов и их сравнения. Приведены схемы моделей функциональных блоков для программного пакета Simulink. Представлены результаты моделирования системы управления с различными законами регулирования и методами позиционирования нелинейной характеристики регулятора.
В четвертой главе содержатся результаты сравнения методов управления положением нелинейной характеристики регулятора дуговой электропечи для трехфазной и однофазной дуги, полученные с помощью разработанной модели и созданного на кафедре АТПС Нижнетагильского филиала УГТУ-УГГИ лабораторного стенда для полунатурного моделирования системы управления перемещением электродов дуговой электропечи. Дано краткое описание стенда, используемых аппаратных и программных средств.
В заключении приведены основные выводы по результатам диссертационной работы.
На защиту выносится:
L Метод повышения статической точности регулятора мощности дуговой электропечи, заключающийся в управлении положением зоны нечувствительности.
Алгоритмы управления положением зоны нечувствительности регулятора мощности, условия их применения и рекомендации по выбору параметров.
Метод моделирования многофазных электрических цепей без нулевого провода, основанный на неявном решении избыточной системы уравнений, составленных на основе второго закона Кирхгофа, наилучшим образом отражающий топологию цепи.
Модель системы управления приводом перемещения электродов дуговой электропечи, предназначенная для сравнения различных алгоритмов позиционирования и результаты сравнения.
Модели системы управления приводом перемещения электродов трехфазной дуговой электропечи с . различными алгоритмами регулирования.
Технологический процесс плавки и условия регулирования электрического режима печи
Анализ технологического процесса плавки позволяет выделить несколько этапов, различающихся как целями, так и требованиями к системе управления. Основным этапом, во многом определяющим энергетические показатели плавки, является период расплавления, длительность которого составляет более половины продолжительности всей плавки, а расход электроэнергии достигает 80 процентов. Этот этап насчитывает несколько стадий [1,8,72,101].
Пуск печи происходит при включенных автоматических регуляторах трех фаз и поднятых электродах. Под воздействием автоматических регуляторов электроды начинают опускаться. В печах с непроводящей подиной при дифференциальной системе автоматического регулирования электрод, который первым касается шихты, немедленно останавливается. После соприкосновения с шихтой другого электрода возникает ток короткого замыкания, В результате действия автоматических регуляторов электроды начинают перемещаться вверх, а между шихтой и электродами зажигаются дуги. После соприкосновения с шихтой третьего электрода зажигается третья дуга.
На стадии зажигания дуг необходимо обеспечить защиту свода от перегрева, стабилизацию дуг и быстрое погружение электродов в шихту. Для выполнения этих требований процесс ведут на пониженном напряжении при величине тока меньше максимальной. В первый период плавления, вследствие холодного металла и остывшей печи, дуги имеют очень малую длину (несколько миллиметров), горят беспокойно, перебрасываются с одного куска металла на другой. В небольшом объеме под электродами выделяется мощность, измеряемая тысячами киловатт. В шихте образуются «колодцы», в которые опускаются электроды.
Вторая стадия - проплавление колодцев. Для этого повышают вводимую в печь мощность, переключая ступень на трансформаторе и изменяя задание регулятору тока. Электрические дуги заглубляются в шихту, металл под электродами расплавляется» Скорость плавления на этой стадии минимальна, т.к. значительная часть мощности идет на прогрев шихты. Масса расплавленного металла зависит от величины вводимой мощности и насыпной плотности шихты. Если вести плавку на больших токах, прожигаются узкие колодцы. Обвал стенок этих колодцев вызывает частые толчки тока и короткие замыкания, в результате чего возникают резкие колебания мощности. Поэтому на этой стадии работают на длинных дугах, которые, кроме того, позволяют в большей мере стабилизировать электрический режим и снизить частоту колебаний до 0,2 — 0,4 Гц.
Третья стадия - плавление закрытыми дугами На этой стадии создаются условия для введения максимальной мощности в печь: дуга горит на жидкий металл, а футеровка стен экранирована шихтой. Шихта интенсивно расплавляется как за счет излучения дуг, так и за счет воздействия поднимающейся ванны жидкого металла. В ходе стадии образуется общий для всех электродов колодец, который постепенно расширяется. Ванна жидкого металла увеличивается, заполняет поры в твердой шихте и дополнительно подогревает ее. Происходят обвалы шихты сначала в центральной части печи, затем на периферии, В этот период вместо требуемых постоянных во времени величин тока и мощности возникают частые толчкообразные изменения нагрузки, превышающие зону нечувствительности регулятора. Отработка этих возмущений приводит к появлению статической ошибки, вследствие чего, изменяется величина потребляемого тока, что вызывает колебания температуры в печи и несимметрию нагрузки печного трансформатора.
Это приводит к затягиванию периода расплавления, понижению производительности печи, увеличению расхода электроэнергии и электродов и снижению коэффициента мощности [71]. Поэтому в этот период от регулятора печи требуется и высокая точность и большое быстродействие.
Четвертая стадия характеризуется наличием открытых дуг, В печи еще много нерасплавленной шихты, особенно на откосах, но шихта уже не экранирует дуги. После заполнения жидким металлом пустот между кусками твердого скрапа дуги полностью открываются и с этого момента свободно излучают энергию во всех направлениях. Так как тепло-восприимчивость жидкого металла очень низка, а жидкий шлак, покрывающий металл, отражает значительное количество энергии на футеровку печи, то наблюдается резкий рост температуры ее внутренней поверхности. Для предотвращения перегрева применяют ступенчатое снижение мощности, изменяя величину питающего напряжения печи [8]. Колебания тока в этот период обусловлены в основном перемещением дуги под действием электродинамических сил и изменением ее длины вследствие испарения и кипения металла. Появление ванны жидкого металла означает окончание периода расплавления,
Продолжительность следующего этапа - окислительного периода, как правило, не лимитируется мощностью печи, а зависит в первую очередь от технологического процесса. В период окисления потребляемая мощность идет в основном па восполнение части тепловых потерь, нагрев металла до температуры, необходимой для протекания физико-химических процессов.
Введение газообразного кислорода для окисления углерода, фосфора и других элементов вызывает энергичное кипение металла. Изменение уровня металла и шлака может привести к периодическим изменениям величины токов печи до ±20—30 % номинальной величины. Частота этих колебаний настолько велика, чт(5 обычно регулятор не успевает следить за отдельными колебаниями тока, да в этом нет и необходимости, поскольку колебания весьма кратковременны. Длина дуги в этот период достигает нескольких десятков миллиметров [72].
В восстановительный период плавки производят удаление серы, кислорода, добавляют соответствующие легирующие элементы. Весь период за исключением моментов наведения шлака, характеризуется весьма спокойным электрическим режимом. Дуги имеют значительную длину. Металл покрыт толстым слоем шлака. Регулирование в этот период, как правило, не сопровождается существенными колебаниями. Потребляемая мощность снижается и достигает 0,3—0,6 номинального значения, одновременно уменьшается напряжение примерно до 0,6 номинального. От регулятора в этот период требуются высокие чувствительность и точность регулирования для точного соблюдения положения концов электродов относительно верхней границы слоя шлака, чтобы избежать науглероживания металла.
Таким образом, управление электрическим режимом имеет своей основной целью создание требуемых тепловых условий в печи, необходимых для быстрого расплавления шихты и нагрева металла до температуры, обеспечивающей протекание физико-химических процессов. Поскольку управлять тепловой энергией, измеряя непосредственно тепловые параметры дуги довольно сложно, используют ее электрические параметры: напряжение и силу тока, как более доступные для измерения.
Выбор регулируемого параметра и способа его измерения
При разработке программного обеспечения (ПО) необходимо было сделать выбор между программированием с использованием «традиционных» средств (языки программирования, стандартные средства отладки и пр.) и применением существующих проблемно-ориентированных пакетов.
Конечно, качественное, хорошо отлаженное ПО, написанное высококвалифицированным программистом для конкретной задачи является наиболее оптимальным. Однако затраты на его разработку и длительность процесса создания неоправданно высоки. Сегодня, вариант с непосредственным программированием относительно привлекателен лишь для простых систем или небольших фрагментов большой системы, для которых нет стандартных решений (не написан, например, подходящий драйвер) или они не устраивают по тем или иным причинам в принципе. В остальных случаях логичным является использование развитых инструментальных средств типа SCADA-систем (Supervisory Control And Data Acquisition) и пакетов моделирования.
Поскольку второй путь все чаще используется большинством разработчиков современных систем управления, важно при организации учебного процесса познакомить будущих специалистов с принципами построения и методами использования подобных инструментальных средств. В этой связи, актуальной является задача выбора SCADA-системы, наиболее подходящей для учебного лабораторного стенда. Отметим коротко основные функции SCADA-систем: 1) сбор информации о технологическом процессе; 2) обеспечение интерфейса оператора; 3) сохранение истории процесса; 4) непосредственное автоматическое управление в необходимом объеме. При использовании в лабораторном стенде появляется возможность не только применять стандартные регуляторы, но и снимается проблема связи с внешними устройствами. Обычно система автоматизации состоит из датчиков и приборов, связанных с устройствами ввода-вывода, такими как программируемые контроллеры, платы сбора информации и т,д. Scada система не требует наличия каких-либо особых устройств ввода вывода: она позволяет работать с любыми из них через специальные драйверы. Управляющая программа проверяет логику цепей базы данных. Она может контролировать данные иа достижение критических значений и генерировать сообщения тревоги. База данных, управляющая программа и драйверы ввода-вывода образуют блок сбора и управления данными-это серверная часть системы. Общение человека с машиной происходит через интуитивный 107 объектно-ориентированный графический интерфейс. Он реализуется с помощью программ рисования и просмотра. Программа рисования имеет средства работы с текстом, графикой, данными, анимацией и диаграммами. Имеется большой набор часто встречающихся объектов, помогающий ускорить создание экранных форм. Программа просмотра поддерживает работу оператора в реальном масштабе времени с созданными в программе рисования элементами. В основе графического интерфейса лежит возможность построения различных связей между содержимым базы данных и графическими объектами на экране монитора. При установлении связи информация о реальном состоянии производственных процессов из базы данных мгновенно отражается соответствующим объектом на экране, позволяя оператору отслеживать их состояние и при необходимости вносить коррективы. Рассмотрев основные возможности SCADA - систем, отметим, что их применение значительно ускоряет автоматизацию производственных процессов. Высокая надежность и удобство пользования достигается за счет конструирования системы автоматизации из готовых блоков. Реализация непосредственного автоматического управления может быть выполнена или с использованием блоков типовых алгоритмов управления (ПИД-регулятор, двухпозиционное регулирование и т.д.), или осуществлена по алгоритмам пользователя-Анализ перечисленных систем показывает, что с точки зрения простоты применения и легкости освоения наиболее подходящим для использования в лабораторном стенде является программный пакет Genie, поддерживающий к тому же используемую плату ввода вывода РСІ-Ї 71 L Пакет GENIE разработанный фирмой Advantech, предназначен для использования в качестве инструментального средства при создании программного обеспечения систем сбора данных и оперативного диспетчерского управления, в среде операционных систем Windows. 108 Пакет состоит из двух основных программных модулей: Построителя стратегий GENIE.EXE и Исполнительной среды GWRUN.EXE. Построитель стратегий используется для проектирования и тестирования проектов, называемых стратегиями, а Исполнительная среда - для их исполнения. Кроме того, в составе пакета имеется программа установки и настройки устройств ввода-вывода, а также набор динамически компонуемых библиотек (DLL), выполняющих различные функции в процессе разработки и выполнения программного обеспечения. GENIE имеет модульно-ориентированную, открытую интегрированную архитектуру. Открытость архитектуры позволяет легко реализовать взаимодействие GENIE с другими приложениями для совместного доступа к данным во время исполнения стратегий.
Редактор задач предназначен для реализации прикладных алгоритмов создаваемой системы. GENIE имеет большое количество встроенных стандартных функциональных блоков для реализации различных алгоритмов сбора данных и управления. Разработка системы сводится к размещению пользователем функциональных блоков в окне задачи и установлению между ними связей, определяемых алгоритмом обработки данных.
Редактор форм отображения предназначен для создания динамических экранных форм отображения, связанных с исполняемой стратегией. При необходимости создания графического интерфейса оператора Редактор форм отображения обеспечивает возможность разработки удобных для восприятия экранных форм в кратчайшие сроки путем использования входящих в пакет стандартных элементов отображения и управления. Кроме того, графический интерфейс оператора может быть усовершенствован с помощью специальных инструментов рисования и элементов отображения, определяемых пользователем.
Моделирование привода
Для сравнения в табл. 1 приведены относительные значения интегральной квадратичной ошибки для трехфазной дуги полученные по результатам моделирования для самого тяжелого этапа - проплавлення колодцев с использованием предложенной в третьей главе модели системы управления перемещением электродов,
Различие результатов объясняется несколькими причинами. В лабораторном стенде рассматривалась отработка единичного возмущения с амплитудой равной удвоенному значению зоны нечувствительности и основную часть критерия составляет интеграл от установившейся ошибки, тогда как в схеме трехфазной модели использовались случайные возмущения, что привело к снижению времени работы в установившемся режиме и увеличению значения критерия. Второй причиной, оказавшей более сильное влияние, явилась взаимосвязь каналов регулирования в трехфазной печи. Это наиболее сильно проявилось в методах позиционирования, использующих априорную информацию об объекте: компенсационном и адаптивном с неявной моделью, где уменьшения интегральной квадратичной ошибки обнаружено не было. Вместе с тем, методы позиционирования слабо связанные с априорной информацией оказались эффективными как в случае однофазной, так и трехфазной модели печи.
Рассмотренная в третьей главе модель позволяет оценить влияние управления положением нелинейной характеристики регулятора на энергетические показатели плавки. На рисунке 4.7 представлено изменение среднеквадратического отклонения фазного тока дуги при отработке возмущения в несколько раз превышающего зону нечувствительности. Привод начинает поднимать электроды, отрабатывая сигнал ошибки. Как только ошибка становится меньше порога зоны нечувствительности, перемещение электрода при отсутствии позиционирования прекращается. При этом и сами значения фазных токов, и их среднее значение оказываются больше сигнала задания. Вычисленная оценка среднеквадратического отклонения превышает 200 А. При наличии алгоритма позиционирования происходит выравнивание токов в фазах, что примерно в пять раз уменьшает ее величину (рис. 4.7)
Положительно позиционирование сказывается и на глубине проплавленных колодцев, уменьшая дисперсию этого показателя на 30%. Что касается мощности, то здесь результаты не столь значительные. Поскольку выравнивание токов идет за счет изменения длин дуг, а, следовательно, увеличения напряжения, то уменьшение среднего значения мощности одной фазы за счет позиционирования по результатам моделирования не превышает 2 % при таком же снижении среднеквадратического отклонения этого показателя. Выводы по четвертой главе 1. Разработанный лабораторный стенд можно использовать в учебном процессе для разработки и отладки алгоритмов управления электромеханических систем, 2. Проверка алгоритмов позиционирования нелинейной характеристики регулятора с помощью этого стенда подтверждает их раб отоспособность. 3. Сравнение различных алгоритмов позиционирования показывает, что лучшими являются те из них, которые используют минимум априорной информации об объекте управления. Это обусловлено тем, что дуговая печь является многорежимным нелинейным нестационарным объектом, подверженным большому числу случайных возмущений, что делает детерминированные методы управления малоэффективными. 4. Перспективными с точки зрения реализации и использования являются методы импульсного и адаптивного позиционирования с эталонной моделью. Первые в силу простоты реализации, а вторые потому, что позволяют реализовать требуемый закон управления положением нелинейной характеристики,
Программное обеспечение стенда
Пуск печи происходит при включенных автоматических регуляторах трех фаз и поднятых электродах. Под воздействием автоматических регуляторов электроды начинают опускаться. В печах с непроводящей подиной при дифференциальной системе автоматического регулирования электрод, который первым касается шихты, немедленно останавливается. После соприкосновения с шихтой другого электрода возникает ток короткого замыкания, В результате действия автоматических регуляторов электроды начинают перемещаться вверх, а между шихтой и электродами зажигаются дуги. После соприкосновения с шихтой третьего электрода зажигается третья дуга.
На стадии зажигания дуг необходимо обеспечить защиту свода от перегрева, стабилизацию дуг и быстрое погружение электродов в шихту. Для выполнения этих требований процесс ведут на пониженном напряжении при величине тока меньше максимальной. В первый период плавления, вследствие холодного металла и остывшей печи, дуги имеют очень малую длину (несколько миллиметров), горят беспокойно, перебрасываются с одного куска металла на другой. В небольшом объеме под электродами выделяется мощность, измеряемая тысячами киловатт. В шихте образуются «колодцы», в которые опускаются электроды.
Вторая стадия - проплавление колодцев. Для этого повышают вводимую в печь мощность, переключая ступень на трансформаторе и изменяя задание регулятору тока. Электрические дуги заглубляются в шихту, металл под электродами расплавляется» Скорость плавления на этой стадии минимальна, т.к. значительная часть мощности идет на прогрев шихты. Масса расплавленного металла зависит от величины вводимой мощности и насыпной плотности шихты. Если вести плавку на больших токах, прожигаются узкие колодцы. Обвал стенок этих колодцев вызывает частые толчки тока и короткие замыкания, в результате чего возникают резкие колебания мощности. Поэтому на этой стадии работают на длинных дугах, которые, кроме того, позволяют в большей мере стабилизировать электрический режим и снизить частоту колебаний до 0,2 — 0,4 Гц.
Третья стадия - плавление закрытыми дугами На этой стадии создаются условия для введения максимальной мощности в печь: дуга горит на жидкий металл, а футеровка стен экранирована шихтой. Шихта интенсивно расплавляется как за счет излучения дуг, так и за счет воздействия поднимающейся ванны жидкого металла. В ходе стадии образуется общий для всех электродов колодец, который постепенно расширяется. Ванна жидкого металла увеличивается, заполняет поры в твердой шихте и дополнительно подогревает ее. Происходят обвалы шихты сначала в центральной части печи, затем на периферии, В этот период вместо требуемых постоянных во времени величин тока и мощности возникают частые толчкообразные изменения нагрузки, превышающие зону нечувствительности регулятора. Отработка этих возмущений приводит к появлению статической ошибки, вследствие чего, изменяется величина потребляемого тока, что вызывает колебания температуры в печи и несимметрию нагрузки печного трансформатора.
Это приводит к затягиванию периода расплавления, понижению производительности печи, увеличению расхода электроэнергии и электродов и снижению коэффициента мощности [71]. Поэтому в этот период от регулятора печи требуется и высокая точность и большое быстродействие.
Четвертая стадия характеризуется наличием открытых дуг, В печи еще много нерасплавленной шихты, особенно на откосах, но шихта уже не экранирует дуги. После заполнения жидким металлом пустот между кусками твердого скрапа дуги полностью открываются и с этого момента свободно излучают энергию во всех направлениях. Так как тепло-восприимчивость жидкого металла очень низка, а жидкий шлак, покрывающий металл, отражает значительное количество энергии на футеровку печи, то наблюдается резкий рост температуры ее внутренней поверхности. Для предотвращения перегрева применяют ступенчатое снижение мощности, изменяя величину питающего напряжения печи [8]. Колебания тока в этот период обусловлены в основном перемещением дуги под действием электродинамических сил и изменением ее длины вследствие испарения и кипения металла. Появление ванны жидкого металла означает окончание периода расплавления,
Продолжительность следующего этапа - окислительного периода, как правило, не лимитируется мощностью печи, а зависит в первую очередь от технологического процесса. В период окисления потребляемая мощность идет в основном па восполнение части тепловых потерь, нагрев металла до температуры, необходимой для протекания физико-химических процессов.
Введение газообразного кислорода для окисления углерода, фосфора и других элементов вызывает энергичное кипение металла. Изменение уровня металла и шлака может привести к периодическим изменениям величины токов печи до ±20—30 % номинальной величины. Частота этих колебаний настолько велика, чт(5 обычно регулятор не успевает следить за отдельными колебаниями тока, да в этом нет и необходимости, поскольку колебания весьма кратковременны. Длина дуги в этот период достигает нескольких десятков миллиметров [72].
В восстановительный период плавки производят удаление серы, кислорода, добавляют соответствующие легирующие элементы. Весь период за исключением моментов наведения шлака, характеризуется весьма спокойным электрическим режимом. Дуги имеют значительную длину. Металл покрыт толстым слоем шлака. Регулирование в этот период, как правило, не сопровождается существенными колебаниями. Потребляемая мощность снижается и достигает 0,3—0,6 номинального значения, одновременно уменьшается напряжение примерно до 0,6 номинального. От регулятора в этот период требуются высокие чувствительность и точность регулирования для точного соблюдения положения концов электродов относительно верхней границы слоя шлака, чтобы избежать науглероживания металла.
Таким образом, управление электрическим режимом имеет своей основной целью создание требуемых тепловых условий в печи, необходимых для быстрого расплавления шихты и нагрева металла до температуры, обеспечивающей протекание физико-химических процессов. Поскольку управлять тепловой энергией, измеряя непосредственно тепловые параметры дуги довольно сложно, используют ее электрические параметры: напряжение и силу тока, как более доступные для измерения.
