Способ определения длины электрода электродуговой печи и электродная колонна для его осуществления

007121 Область техники Настоящее изобретение относится к способу определения длины электрода и его возможной повреждения во время работы электродуговой печи, а также к электродной колонне для осуществления этого способа. Уровень техники Традиционные печи с погруженной дугой содержат несколько электродных колонн, обычно три,каждая из которых содержит кожух электродной колонны, в котором концентрически расположен электрод, подвижный в вертикальном направлении. Сами кожухи также выполнены подвижными благодаря соответствующим уплотнениям в своде печи. Каждый кожух содержит подвесные механизмы, на которых подвешены зажимное кольцо и узлы электрических контактных башмаков для контакта с электродами, охватывающих электрод чуть выше уровня загрузки печи. Кожух электродной колонны представляет собой сложное приспособление, которое связано с системой электроснабжения и системой охлаждения при помощи, гибких шлангов для подачи охлаждающей воды, и электрических соединений между шиной и трубой. Большинство используемых в печах электродов представляют собой так называемые электроды Седерберга, которые содержат оболочку, проходящую от верхнего края электрода ниже до места в печи,расположенного ниже контактных башмаков, и рабочую часть, изначально состоящую из углеродистой пасты, которая размещена в оболочке электрода и которая под действием теплоты печи спекается в форме электропроводного твердого цилиндра, расположенного в нижней части оболочки. Под действием теплоты печи нижняя часть оболочки под контактными башмаками сгорает, освобождая твердую часть электрода. Большая часть открытого участка твердой части электрода во время работы печи расположена в загрузке печи. Электродная колонна поддерживается в печи при помощи силовых цилиндров для регулирования электрической нагрузки, действующих между механизмом для перемещения зажима электрода и подвесным настилом, расположенным над сводом печи. Механизм для перемещения зажима электрода обычно состоит из верхнего и нижнего скользящих зажимов, действующих последовательно и выдвигающих электрод по мере его расходования в загрузке. Наиболее часто встречающейся неисправностью печей данного типа является повреждение электрода. Электрод повреждается на конце или по направлению к концу, находящемуся в загрузке печи,вследствие, например, неравномерного спекания пасты из-за нештатного режима работы печи, например вследствие перемещения загрузки печи и т.п, которое может вызвать напряжения в зоне спекания электрода и в конечном счете привести к повреждению электрода. Такие повреждения невозможно предсказать и трудно обнаружить. Нередко случается, что повреждения электрода не обнаруживаются оператором печи до тех пор, пока в печи не произойдет пожар или того хуже, взрыв, представляющий серьезную угрозу безопасности персонала, находящегося вблизи печи, и сохранности самой печи. С целью минимизации серьезных простоев печи, а также решения вышеуказанных проблем, вызванных повреждением электрода, были разработаны системы для обнаружения повреждения электрода во время работы печи. Во всех известных устройствах для отслеживания массы всех электродных колонн, а значит, косвенно, и массы электрода с целью обнаружения повреждения электрода при работе постоянно используют устройство наподобие тензодатчика, на который воздействуют регулирующие цилиндры для регулирования электрической нагрузки. Работа данных устройств для определения массы электрода, тем не менее, существенно осложнена силами, действующими на всю электродную колонну, в частности силы давления контактных башмаков на электрод, силы изменения нагрузки на кожух из-за трения уплотнения свода печи, силы тяжести воды и сил, вызванных прямым действием нагрузки, приложенных к открытой части концов электродов вследствие шурования в печи и печного осадка. При вычислении массы электрода должны быть учтены все эти параметры, некоторое из которых непредсказуемы. Краткое описание сущности изобретения Электродная колонна электродуговой печи содержит кожух электрода, механизм перемещения электрода, включающий нижний скользящий зажим электрода, охватывающий электрод и поддерживаемый кольцевой балкой, верхний скользящий зажим электрода, смещенный по вертикали относительно нижнего скользящего зажима и подвижный относительно него, перемещающие цилиндры, расположенные между верхним и нижним скользящими зажимами и связанные с ними, и регулирующие цилиндры для регулирования электрической нагрузки, установленные с возможностью действия между кольцевой балкой и неподвижной конструкцией над сводом печи, отличающаяся тем, что электродная колонна может включать по меньшей мере одно упруго податливое воспринимающее нагрузку устройство, которое расположено между верхним скользящим зажимом и конструкцией на кольцевой балке и которое способно полностью поддерживать электрод, когда тот закреплен только верхним скользящим зажимом, а также средства измерения деформации воспринимающего нагрузку устройства под действием нагрузки. Воспринимающее нагрузку устройство, может быть расположено между нижним и верхним скользящими зажимами электрода с возможностью взаимодействия с ними и выполнено в виде пружины сжатия.-1 007121 Изобретение относится также к способу определения длины электрода в вышеописанной электродной колонне в действующей электродуговой печи, согласно которому открепляют от электрода нижний скользящий зажим, перемещают электрод вниз относительно кожуха электродной колонны путем перемещения верхнего скользящего зажима, прикрепленного к электроду, вниз через открепленный нижний скользящий зажим под действием перемещающих цилиндров и/или силы тяжести электрода, измеряют силу, требующуюся для перемещения электрода только под действием закрепленного верхнего скользящего зажима с преодолением заданных и сравнимых сил противодействия, действующих против движения электрода, и вычисляют значение этих параметров для определения массы и, следовательно, длины электрода относительно теоретической массы неповрежденного электрода во время движения. Способ также может включать этапы, на которых электрод полностью поддерживается воспринимающим нагрузку устройством для создания опорного параметра массы перед перемещением электрода при помощи верхнего скользящего зажима с преодолением возрастающей деформации воспринимающего нагрузку устройства; при этом силы поддержания и перемещения массы электрода используются в качестве опорных параметров длины электрода для ввода в компьютер. Способ может включать этапы, на которых сначала электрод перемещают на заданное расстояние вниз через раскрепленный нижний скользящий зажим, а затем при помощи перемещающих цилиндров,перемещают электрод через раскрепленный верхний скользящий зажим вверх на расстояние, равное длине его хода вниз, и вычисляют массу электрода и параметры давления перемещающего цилиндра при каждом из этих перемещений для расчета эффективной длины электрода. Способ дополнительно может включать этап, на котором при выдвижении электрода из кожуха в загрузку печи выполняют два перемещения вниз и одно перемещение вверх, а для расчета эффективной длины электрода вычисляют массу электрода и параметры давления перемещающего цилиндра во время одного из перемещений вниз и перемещения вверх. Краткое описание чертежей Изобретение описывается на примере чертежа, представляющего собой схематический вид сбоку печного электрода и устройств, используемых в связи с ним, для осуществления способа, раскрываемого в изобретении. Подробное описание изобретения На чертеже показана электродная колонна 10, которая содержит электрод 11 Седерберга, перемещающий механизм 12 для перемещения электрода, кожух 13 электрода и узел 14 сегментированного зажимного кольца. Электрод 11 содержит металлическую оболочку 16 и выступающий рабочий конец 18. Электрод 11 обслуживают, как обычно обслуживают электроды Седерберга: загружают пасту в форме цилиндров 20,блоков или кусков в оболочку электрода с ее верхнего конца, расплавляют пасту в оболочке в зоне нагрева печи 22 и периодически выдвигают в загрузку печи рабочий конец 18 электрода, который спечен в виде твердого тела ниже зоны плавления и оболочка 16 которого обгорела. Данный процесс продолжается непрерывно во время работы печи, посредством добавления твердой пасты в оболочку 16 по мере расходования электрода в процессе работы печи. Перемещающий механизм 12 электрода прикреплен к кольцевой балке 24, установленной с возможностью перемещения на регулирующих цилиндрах 26 для регулирования электрической нагрузки,которые, в свою очередь, прикреплены к подвесному настилу 28, установленному в корпусе печи над ее сводом (не показан). Механизм 12 содержит верхний скользящий зажим 30 и нижний скользящий зажим 32, подвижные относительно оболочки электрода 16, а также перемещающие цилиндры 34 и эталонные пружины 36 сжатия, расположенные между скользящими зажимами. Как показано на чертеже, узел 14 подвешен к кожуху 13. Узел 14 выполнен аналогично узлу, описанному в патенте Южной Африки 99/3870, и действует на контактные башмаки 38 электрода, прижатые к оболочке электрода сильфонами 40, составляющими сегменты зажимного кольца. Действие электрода в печи с погруженной дугой описано только для одного электрода, показанного на чертеже, но аналогичное описание применимо и к остальным электродам печи. При нормальном режиме работы печи электрод 11 подвешен в своем кожухе 13 с возможностью перемещения в вертикальном направлении независимо от кожуха. Кожух 13, который несет на себе соединения для подвода охлаждающей воды и электрические соединения между шиной и трубой (не показаны), узел 14 и контактные башмаки 38, прикреплен и подвешен к кольцевой балке 24. Когда рабочий конец 18 электрода 11 погружен в загрузку печи, как показано на чертеже, электрическая нагрузка на электроде регулируется посредством перемещения вверх и вниз цилиндров 26, которые перемещают электрод вместе с его кожухом вверх или вниз для управления нагрузкой. По мере расхода рабочего конца электрода в загрузке печи 42 требуется дальнейшее выдвижение электрода 11 через контактные башмаки 38 в загрузку печи. Твердая часть 18 электрода 11 производится непрерывно, во время работы печи, посредством процесса спекания, описанного выше. Как указано выше, периодически становится необходимо выдвигать рабочий конец электрода 18 в загрузку печи 42 для обеспечения расхода электрода. Для этого осуществляют следующий цикл перемещения электрода 11 вниз:(а) нижний скользящий зажим 32 открепляют от электрода, и электрод остается подвешенным только за верхний скользящий зажим 30, поддерживаемый, в свою очередь, пружинами 36. Пружины 36 устанавливают на заданную деформацию поддержания нагрузки (одинаковую для всех трех электродов),которая используется как начало отсчета при измерении массы электрода 11;(б) затем при необходимости приводят в действие перемещающие цилиндры 34, чтобы надавливать книзу на электрод, находящийся под действием силы тяжести, для перемещения его в относительно неподвижном кожухе электродной колонны против действия пружины 36 с известным усилием, через контактные башмаки 38 и с преодолением их зажимающего усилия, действующего на электрод с созданием фрикционной нагрузки, показанной на чертеже вектором 44. Электрод перемещают вниз на заданное расстояние удлинения;(в) в конце перемещения вниз на заданное расстояние удлинения нижний скользящий зажим 32 закрепляют, и электрод оказывается снова подвешен на обоих - верхнем и нижнем скользящих зажимах 30 и 32, а(г) затем верхние зажимающие башмаки открепляют и перемещают до упора вверх, как показано на чертеже, после чего их вновь закрепляют, так что они готовы к следующему перемещению электрода. Чтобы начать перемещение электрода 11 вниз, на цилиндры 34 подается питание, как указано выше, и гидравлическое давление в этих цилиндрах повышается с преодолением нагрузки (состоящей из различных неизвестных статических фрикционных сопротивлений, действующих на электрод, находящийся под действием силы тяжести) и реакции пружины 36 до тех пор, пока не начнется перемещение электрода и не будут преодолены неизвестные статические силы, создающие трение, для перевода этого перемещения на стадию кинетического трения. На стадии кинетического трения нагрузка цилиндров 34 складывается из линейно увеличивающегося усилия пружины 36, сопротивления кинетического трения,эффекта плавучести загрузки 42, действующего на электрод и показанного на чертеже вектором 46, а также сопротивления контактных башмаков 38. Эти факторы являются измеряемыми величинами. Зная эти факторы, длина электрода 11 может быть определена с использованием гидравлического давления цилиндров 34 путем сбора данных. При этом обнаруживаются любые непредсказуемые потери массы электрода, которые могут возникнуть, например, вследствие повреждения электрода в загрузке печи. В предпочтительном способе определения длины электрода согласно изобретению процесс сбора данных включает два перемещения вниз и одно перемещение наверх, во время которых закрепление и открепление скользящих зажимов 30 и 32 производится в последовательности, обратной описанной выше: отслеживание гидравлического давления в цилиндрах 34 производится началом перемещения вниз,в, и снова производится во время второго перемещения. В заключении отслеживание гидравлического давления в цилиндрах производится во время движения вверх. Затем эти значения давления оцениваются с целью определения массы электрода 11 и обнаружения повреждения в случае его наличия. Вышеуказанное перемещение вверх против силы тяжести способствует высокой точности измерения различных параметров, так как электрод больше не находится под влиянием эффекта плавучести,который обычно является переменным по бассейну печи и вследствие этого по-разному влияет на каждый электрод. Перемещение вверх, против силы тяжести, обеспечивает более однородные и предсказуемые условия для всех электродов. Если электрод поврежден, при перемещении вверх это немедленно обнаружится, так как поврежденная часть электрода будет оставаться в загрузке печи и вызовет значительную разницу в считываемых данных по сравнению с оставшимися электродами и с собственными первоначальными данными. При использовании вышеописанного способа определения массы электрода могут быть обнаружены гораздо более мелкие повреждения электрода, чем при использовании известных систем определения длины электрода. Кроме того, в любое время (кроме времени, когда требуется перемещение) может быть проведена проверка наличия повреждения или проверка длины электрода 11 посредством применения последовательности так называемых проверочных перемещений. Эту последовательность перемещений проводят следующим образом: начинают перемещение вверх, при этом отслеживают гидравлическое давление цилиндров 34. Затем начинают обратное перемещение и вновь отслеживают гидравлическое давление. Результат этих двух перемещений оценивают для определения того, полностью ли электрод отведен назад, и вернулся ли он в исходное положение, в котором он находился перед проверкой. Дополнительные преимущества изобретения по сравнению с известными решениями заключаются в том, что при использовании предлагаемого способа измеряют массу одного только электрода при воздействии внешних сил, действующих на электрод, тогда как в известных системах определения длины электрода в качестве значения массы, вводимого при вычислении длины электрода, использовали массу всей электродной колонны (электрод, кожух и электродное оснащение), которая может превышать массу одного электрода более чем в три раза. Кроме того, при отслеживании массы электродной колонны данные искажаются из-за непредсказуемого действия дополнительной нагрузки в виде гибких токопроводящих соединений между шиной и трубой и гибких соединений системы охлаждения, необходимых для обеспечения движения электрода. Изобретение не ограничено вышеприведенным подробным описанием. Например, пружина 36 может действовать между зажимом 30 и фиксированной конструкцией, прикрепленной к балке 24 с проти-3 007121 воположной стороны от скользящего зажима 32, описанного выше. Далее, при необходимости, которая может возникнуть в любое время при работе печи, контактные башмаки 38 могут быть откреплены от электрода 11 во время его перемещения для исключения параметра их фрикционного трения, обусловленного их зажимом, при определении массы электрода. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Электродная колонна электродуговой печи, содержащая кожух электрода, электрод, размещенный в кожухе соотносительно с ним с возможностью перемещения относительно него в осевом направлении, механизм перемещения электрода, включающий нижний скользящий зажим электрода, охватывающий электрод и поддерживаемый кольцевой балкой, верхний скользящий зажим электрода, смещенный по вертикали относительно нижнего скользящего зажима и подвижный относительно него, перемещающие цилиндры, расположенные между верхним и нижним скользящими зажимами и связанные с ними, и регулирующие цилиндры для регулирования электрической нагрузки, установленные с возможностью действия между кольцевой балкой и неподвижной конструкцией над сводом печи, отличающаяся тем, что электродная колонна содержит по меньшей мере одно упруго податливое воспринимающее нагрузку устройство, которое расположено между верхним скользящим зажимом и конструкцией на кольцевой балке и которое способно полностью поддерживать электрод, когда тот закреплен только верхним скользящим зажимом, а также средства измерения деформации воспринимающего нагрузку устройства под действием нагрузки. 2. Электродная колонна по п.1, отличающаяся тем, что указанное воспринимающее нагрузку устройство или каждое воспринимающее нагрузку устройство расположено между нижним и верхним скользящими зажимами электрода с возможностью взаимодействия с ними. 3. Электродная колонна по п.1, отличающаяся тем, что указанное воспринимающее нагрузку устройство или каждое воспринимающее нагрузку устройство выполнено в виде пружины сжатия. 4. Способ определения длины электрода в электродной колонне по любому из предшествующих пунктов в действующей электродуговой печи, отличающийся тем, что он включает открепление нижнего скользящего зажима от электрода, перемещение электрода вниз относительно кожуха электродной колонны путем перемещения верхнего скользящего зажима, прикрепленного к электроду, под действием перемещающих цилиндров и/или силы тяжести электрода, через открепленный нижний скользящий зажим, измеряют силу, требующуюся для электрода только под действием закрепленного верхнего скользящего зажима с преодолением заданных и сравнимых сил противодействия, действующих против движения электрода, и вычисление этих параметров для определения массы, и, следовательно, длины электрода относительно теоретической массы неповрежденного электрода во время движения. 5. Способ по п.4, включающий этапы, на которых электрод полностью поддерживается воспринимающим нагрузку устройством для создания опорного параметра массы перед перемещением электрода при помощи верхнего скользящего зажима с преодолением возрастающей деформации воспринимающего нагрузку устройства, при этом силы поддержания и перемещения массы электрода используются в качестве опорных параметров длины электрода для ввода в компьютер. 6. Способ по п.4, включающий этапы, на которых сначала электрод перемещают на заданное расстояние вниз через раскрепленный нижний скользящий зажим, а затем при помощи перемещающих цилиндров, перемещают электрод через раскрепленный верхний скользящий зажим вверх на расстояние,равное длине его хода вниз, и вычисляют массу электрода и параметры давления перемещающего цилиндра при каждом из этих перемещений для расчета эффективной длины электрода. 7. Способ по п.4, включающий этап, на котором при выдвижении электрода из кожуха в загрузку печи выполняют два перемещения вниз и одно перемещение вверх, а для расчета эффективной длины электрода вычисляют массу электрода и параметры давления перемещающего цилиндра во время одного из перемещений вниз и перемещения вверх.