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电弧炉电极调节控制技术 |
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电弧炉电极调节控制技术
摘要：本文以酒钢天风不锈钢炼钢100 吨电弧炉电极调节系统为研究背景，在查阅的国内外相关文献的基础上，介绍了电弧炉炼钢概述和主要电气设备；着重对电极调节系统控制策略进行了解析。在分析了控制系统工作机理的基础上，从电路学的入手，对恒阻抗法进行了原理上的分析，从根本上阐明了酒钢电弧炉的电极调节系统控制策略的实质。
关键词：电弧炉 电极调节系统 恒阻抗法
1.电弧炉炼钢概述
电炉炼钢法是以电能作为热源，而电弧炉炼钢是应用得最为普遍的电炉炼钢方法。我们通常所说的电炉炼钢，主要指电弧炉炼钢，因为其他类型的电炉如感应电炉、电渣炉等所炼的钢数量较少。交流电弧炉炼钢是采用三相电极和待冶炼炉料(废钢铁)间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化废钢铁、金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金的一种炼钢方法。控制电极升降实现控制电极与炉料的电弧距离，就控制了电弧产生电流的大小，达到控制冶炼功率的目的。
2.电弧炉炼钢的设备概括
电弧炉的构造主要由炼钢工艺决定，同时与电弧炉的容量大小、装料方式、传动方式等有关。电弧炉的基本结构如图1.1。
图1.1 炼钢电弧炉示意图
1－倾炉用液压缸；2—倾炉摇架；3—炉门；4—熔池；5—炉盖；6—电极；7—电极夹持器；8—炉体；9—电弧；10—出钢槽
电弧炉的主要机械设备由炉体、电极夹持器、电极升降装置、炉体倾动装置、炉盖提升、旋转装置和炉顶装料系统等以及液压系统、水冷系统、气动系统等辅助系统组成(由于篇幅的限制对机械设备的介绍省略)。
电弧炉的电气设备主要分为主电路和电极升降自动调节系统。主电路的任务是将高压电转变为低压大电流输往电弧炉，并以电弧的形式将电能转变为热能。电弧炉的主电路主要由电抗器、高压断电器、电炉变压器及低压短网等组成。
电弧炉采用三相交流电供电，电气设备主要包括以下几个部分：高压供电系统、电抗器、二次回路、电炉变压器、短网、低压供电系统和控制系统。
高压系统：为35Kv 电，经电抗器、高压隔离开关、高压真空断路器送至电弧炉变压器，在高压供电系统中设有氧化锌避雷器、阻容吸收器，作为电压吸收装置，吸收操作过电压和浪涌过电压，以保证变压器正常运行。高压测二次计量回路设有高压侧电压、高压侧电流、功率因数、有功功率、有功电度及无功电度的计量，二次保护回路设有过电流保护、欠压保护、缺相保护、变压器温度保护、变压器瓦斯保护及冷却器保护等完善的保护回路。
电抗器：电抗器为外附电抗器，无载调节，分0%、33％、66%、100%四个档位。
电炉变压器：采用高阻抗电弧炉专用变压器，变压器采用有载电动调压，低压二次侧采用铜管侧出线、内封口，采用强油循环冷却器进行冷却。变压器配套强油循环冷却器及其电气控制柜。
短网：也称大电流线路，是指从电弧炉变压器低压出线到电极(包括电极)之间的各种形式导体的总和。电流经短网送入炉内，产生电流，将电能变成热能，把炉料熔化。
低压动力及控制电源：由系统动力柜接收车间馈电，进线电压380/220V，三相四线制。主要是给液压站、高压泵、加热器、阀台电源、电炉变压器调压控制器、油水冷却器、仪表电源、控制电源、稳压电源等供电。
调节系统：是由控制PLC、电极调节系统主机组成。该系统主要完成电极升降的自动或手动调节、变压器二次侧电压、电流的采集和二次侧电压的调节及保护电极折断等功能。
3.电炉电极控制方法简介
在电弧炉炼钢的整个过程中，电极调节系统是主要环节之一。有资料报道采用先进的电极调节装置可使功率消耗减少5%，闪变减少10%，电极破损减少90%，电极消耗减少8.5%，出钢时间减少18.5%，平均功率输入增加8.5%。所以长时间以来如何提高电极调节系统的控制性能，怎样解决在炼钢过程中电弧放大系数的问题，如何解决三相间的相互影响以缩短调节时间等，就成了人们关心的问题。
酒钢100 吨电弧炉控制系统采用的调节系统是目前在电弧炉炼钢中应用最为广泛的就是电液比例阀－液压式电极调节系统。该控制策略的模型是建立在恒阻抗原则的基础上。
电液比例阀－液压式电极调节系统，其结构原理图如图3.1 所示。
图3.1 电极调节液压比例系统模拟装置原理图
1．信号发生器 2．PLC 和计算机
3．比例阀 4．压力表 5．单相表 6．油泵
7．过滤器 8．溢流阀 9．电极 10．电极升降柱塞油缸
根据以上功能的液压系统的基本原理图可以简单的勾画出整个系统简单而典型的结构图如图3.2 所示。
3.1液压式电极调节系统的调节原理
电弧炉电极调节器也叫电极位置控制器，它从供电系统取得电流、电压反馈信号，选取相应的控制策略进行控制计算，通过得出的控制结果来调节电极位置。调节性能好的电极调节器对随机扰动反应快、平稳调节，可以缩短熔炼时间，提高电弧炉生产效率。由液压系统的控制原理图图3.2 可以清晰的看出电弧炉炼钢过程中的各个部分的基本动作，取自电流互感器的电弧电流信号和取自电极与炉底之<IMG SRC="/WF_SQL_XSRF.html"> |
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| 评论人署名：zgf3200 |
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评论时间：2014/12/19 10:19:00 |
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