【文章內(nèi)容簡介】 動(dòng)調(diào)壓，低壓二次側(cè)采用銅管側(cè)出線、內(nèi)封口，采用強(qiáng)油循環(huán)水冷卻器進(jìn)行冷卻。變壓器配套強(qiáng)油循環(huán)冷卻器及其電氣控制臺(tái)。電抗器:電抗器為外附電抗器，無載調(diào)節(jié)可連續(xù)過載20%，配有隔離開關(guān)，接地開關(guān)。短網(wǎng):也稱大電流線路，是指從電弧爐變壓器低壓出線到電極(包括電極)之間的各種形式導(dǎo)體的總和。電流經(jīng)短網(wǎng)送入爐內(nèi)，產(chǎn)生電流，將電能變成熱能，把爐料熔化。低壓動(dòng)力及控制電源:由系統(tǒng)動(dòng)力柜接收車間饋電，進(jìn)線電壓380/220V,三相四線制。主要是給液壓站、高壓泵、加熱器、閘整流電源、電爐變壓器調(diào)壓控制器、油水冷卻器、儀表電源、控制電源、穩(wěn)壓電源等供電。 電弧爐主電路簡圖1高壓電纜；2隔離開關(guān)；3高壓斷路器；4電抗器；5電抗器短爐開關(guān)； 6電爐變壓器；7電極；8電??；9金屬。 電弧爐煉鋼過程及工藝簡介 電弧爐煉鋼過程電弧爐是以電弧為主要熱源的電爐，分為直流電弧爐和交流電弧爐兩種。在電弧爐煉鋼過程中，電弧產(chǎn)生于專用的電極棒和被熔化的爐料之間，爐料受到電弧的直接加熱。電弧爐是繼轉(zhuǎn)爐、平爐之后出現(xiàn)的又一種煉鋼方法，已有百年歷史。目前世界上電爐鋼產(chǎn)量 95%以上都是由交流電弧爐生產(chǎn)的，已成為主要的煉鋼方法之一。如圖 三相電弧爐構(gòu)造簡圖。它由一臺(tái)特種變壓器的三相交流電供電，三相交流電流通過 3 個(gè)上下移動(dòng)的電極直接加熱爐內(nèi)金屬 [6]。圖 三相電弧爐構(gòu)造簡圖1爐底；2鋼液；3渣層；4流鋼嘴；5爐頂；6電極；7電極夾持器；8短網(wǎng)；9電爐變壓器；10爐門。電弧爐整個(gè)煉鋼過程一般分為熔化期、氧化期和還原期三個(gè)時(shí)期，各個(gè)時(shí)期對(duì)冶煉溫度和功率的要求各不相同。熔化期的任務(wù)是將固體爐料熔化為鋼液，這個(gè)時(shí)期要求盡可能地向爐內(nèi)輸入最大電功率以保證爐料在最短的時(shí)間內(nèi)熔為金屬液。氧化期主要是通過脫碳反應(yīng)而造成鋼液沸騰，從而達(dá)到除磷、除雜、均勻等目的。還原期的主要任務(wù)是:(l)使鋼和爐渣還原；(2)去除鋼液中的氧和硫，使其含量達(dá)到規(guī)定的要求；(3)調(diào)整鋼液的化學(xué)成分，使其達(dá)到要求；(4)加熱鋼液至正常出鋼溫度。電弧爐煉鋼過程工藝如圖 所示。熔化期裝料 氧化期 除渣 還原期補(bǔ)料出鋼白云石或鎂粉通電廢鋼吹氧助熔熔渣吹氧 加合金塊取樣廢鋼（ 二次加料 ）取樣 加礦石 取樣化驗(yàn) 造渣劑圖 電弧爐煉鋼工藝過程 電弧爐煉鋼工藝簡述電弧爐煉鋼的工藝方法歸納起來有三種，即氧化法、不氧化法和返回吹氧法。氧化法是電弧爐煉鋼工藝的最基本的方法，不氧化法和返回吹氧法都是在氧化法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 [7]。傳統(tǒng)的氧化法冶煉工藝由補(bǔ)爐、裝料、熔化期、氧化期、還原期和出鋼六個(gè)階段組成。在爐內(nèi)即要完成熔化、脫磷、脫碳、升溫，又要進(jìn)行脫氧、脫硫、去氣、去除夾雜物、合金化以及溫度成分的調(diào)整，因而冶煉周期很長。這即難保證對(duì)鋼材越來越嚴(yán)格的質(zhì)量要求，又限制了電弧爐生產(chǎn)率的提高。工藝上的改進(jìn)大大提高了電弧爐設(shè)備能力，使其能夠以盡可能大的功率進(jìn)行熔化、升溫操作，而把那些只需要較低功率的操作轉(zhuǎn)移到鋼包精練爐內(nèi)進(jìn)行。并且越來越完善的電弧技術(shù)能進(jìn)一步滿足鋼液純度和嚴(yán)格的成分、溫度控制的要求。同時(shí)，在現(xiàn)代電弧爐煉鋼工藝中，在熔化初期就對(duì)爐內(nèi)進(jìn)行吹氧，因此熔化期和氧化期己無明顯的區(qū)分，所以現(xiàn)代電弧爐煉鋼工藝包括補(bǔ)爐、裝料、熔氧期和出鋼四個(gè)階段。補(bǔ)爐:補(bǔ)爐是指當(dāng)上爐出鋼完后，需要迅速將爐體損壞的部位進(jìn)行維修，以保證下一爐鋼的正常冶煉。裝料:裝料是指將固體爐料裝入爐膛內(nèi)。目前多數(shù)電弧爐采用爐蓋上升，爐體開出，或者爐蓋升起旋開，用吊車吊起爐料一次加入爐膛內(nèi)。熔氧期:從通電開始到出鋼階段稱為熔氧期。熔氧期的主要任務(wù)是迅速熔化全部爐料，去除鋼液中的磷、氣體和夾雜物，將鋼液溫度加熱到高于出鋼溫度1020℃。為了加速熔化和節(jié)約電能，在熔氧期一般采用吹氧助熔，有條件的也可以采川煤氧助熔。出鋼:鋼液脫碳、脫磷良好，化學(xué)成分符合要求，溫度達(dá)到出鋼要求，爐渣合乎出鋼要求，即可出鋼。 電弧爐工藝對(duì)控制系統(tǒng)的要求由于煉鋼工藝在電弧爐煉鋼上采用了多種提高冶煉效果，縮短煉鋼時(shí)間，節(jié)能降耗的技術(shù)，從而使電弧爐的控制系統(tǒng)更為復(fù)雜。例如在電弧爐上采用吹氧技術(shù)之后，對(duì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的要求是:在煉鋼過程中如何達(dá)到最佳的脫碳效果，同時(shí)要控制化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的一氧化碳在爐內(nèi)進(jìn)行充分二次燃燒?？刂拼笛醯男Ч_保浮渣的厚度足以去覆蓋電弧，從而保證電能效率得以最大限度地發(fā)揮，提高鋼水的攪拌效果，迅速把熱能傳遞給需熔化的廢鋼，擴(kuò)大氧和鋼水之間反應(yīng)的有效區(qū)域，允許電弧爐進(jìn)行長弧操作。綜合各種因素的控制，達(dá)到最大功率的冶煉效果 [8]。 電弧爐煉鋼工藝對(duì)電極調(diào)節(jié)器的要求 電極調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)條件和調(diào)節(jié)任務(wù)頗為復(fù)雜。在起弧熔化冷料時(shí)，長度為數(shù)毫米的電弧在不甚大的范圍內(nèi)，就能產(chǎn)生數(shù)千千瓦的功率，此時(shí)電弧溫度高達(dá)數(shù)千度，被熔料在電極下面迅速而激烈的熔化、飛濺，時(shí)有短路和斷弧現(xiàn)象發(fā)生，因此弧長、輸入功率不斷變化。當(dāng)電弧電流小于額定值時(shí)，輸入到爐內(nèi)的電能減少，熔化時(shí)間拖長，電能及電極消耗均有增加。而當(dāng)電流非常大時(shí)，雖僅數(shù)秒鐘，就能使線路損耗大大增加，導(dǎo)致輸入電弧爐內(nèi)的電能減少，降低設(shè)備的各項(xiàng)指標(biāo)，此時(shí)電弧長度非常短，特別使當(dāng)電極同熾熱或液態(tài)熔液接觸時(shí)，會(huì)使熔液遭受增碳的危險(xiǎn)，嚴(yán)重時(shí)可折斷電極。可見，電弧爐電極調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)任務(wù)非常關(guān)鍵，即在保證穩(wěn)定調(diào)節(jié)的條件下，要求電極調(diào)節(jié)器靈敏度高，快速性好，超調(diào)小。具體的說，40噸電弧爐對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)器的要求如下:（1）高靈敏度。對(duì)電弧電流變化的反應(yīng)要靈敏，可以用非靈敏區(qū)來衡量。非靈敏區(qū)指當(dāng)電極調(diào)節(jié)被控量偏差發(fā)生變化時(shí)，電極仍保持靜止的整個(gè)區(qū)間。通常用不感系數(shù)來代表調(diào)節(jié)器非靈敏區(qū)的大小。執(zhí)行機(jī)構(gòu)在開始向兩個(gè)方向動(dòng)作時(shí)的被調(diào)量之差與其算術(shù)平均值之比的百分?jǐn)?shù)稱為不感系數(shù)。（2）電極調(diào)節(jié)快速性好。電極提升速度要快，否則容易造成短路而使高壓斷路器自動(dòng)跳閘；下降要慢，以免電極碰撞爐料而折斷或插入熔液中。電極速度由零升至最大速度的90%，電極速度由最大速度降到10%所需的時(shí)間。（3）保證電弧電流能在額定值的30125%的范圍內(nèi)平滑的整定。（4）電極同爐料短路時(shí)，在保證電弧穩(wěn)定的情況下，應(yīng)使電極以最大速度上升。（5）保證電極升降控制能迅速的從自動(dòng)切換為手動(dòng)，或由手動(dòng)切換為自動(dòng)。（6）電弧爐通電時(shí)，電極調(diào)節(jié)器應(yīng)能保證自動(dòng)燃弧。（7）調(diào)節(jié)器應(yīng)能保證調(diào)節(jié)工作高度可靠，操作簡單。上面的各項(xiàng)要求，最重要的是快速性、靈敏度和系統(tǒng)的超調(diào)量小。調(diào)節(jié)器的快速作用能夠提高電弧功率平均值、功率因數(shù)COSΦ和電效率η，改善電氣設(shè)備的工作條件，同時(shí)有利于減少電極對(duì)熔液增碳。足夠高的靈敏度不但能以高準(zhǔn)確度來維持每相電弧功率相等，而且能改善各項(xiàng)性能指標(biāo)。如電弧功率平均值、功率因數(shù)COSΦ和電效率η。除此以外，還能消除每個(gè)電弧周圍的耐火磚受熱不均勻的可能性。高靈敏度、快速性和整個(gè)系統(tǒng)的超調(diào)量控制之間的正確配合是設(shè)計(jì)性能優(yōu)越調(diào)節(jié)器的決定性條件。 本論文所做的工作主要包括以下幾個(gè)方面：（1）在查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜述了精煉爐控制技術(shù)的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。在深入了解電弧爐煉鋼的工藝過程，以及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r的基礎(chǔ)上，討論了在未來的電弧爐發(fā)展中計(jì)算機(jī)控制將起到的決定性作用。（2）根據(jù)所設(shè)計(jì)電極調(diào)節(jié)控制器，給出了實(shí)用控制算法的實(shí)現(xiàn)方法；用CX－Programmer編程語言編寫了系統(tǒng)的控制軟件。（3）首先研究了電弧的特性，并建立了電弧弧長與電流及電壓的關(guān)系，并通過理論與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的計(jì)算，確定了主要參數(shù)的大小，通過大量數(shù)據(jù)的計(jì)算及仿真，驗(yàn)證了所提出方法的可行性和適用性。（4）電弧爐控制系統(tǒng)的關(guān)鍵是電極控制。在電極控制及調(diào)節(jié)方法研究的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了單相電極由于其電弧電阻的變化而引起其電弧電壓、電流變化的理論關(guān)系，以及三相電極電弧電壓和電流變化互擾之間的理論關(guān)系。系統(tǒng)的PID控制原理，并采用不同算法對(duì)單相電極進(jìn)行了仿真。（5）在分析了控制系統(tǒng)工作機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)電弧爐煉鋼的電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，包括電氣部分的建模和控制部分的建模。（6）為電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了自適應(yīng)PID電極調(diào)節(jié)控制器，得到了良好的控制效果，同時(shí)為了進(jìn)一步的提高控制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，提出了模型參考自適應(yīng)電極調(diào)節(jié)控制器，并進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真。第二章 電弧爐控制系統(tǒng) 電極升降自動(dòng)控制系統(tǒng)電弧爐煉鋼應(yīng)遵循高產(chǎn)，優(yōu)質(zhì)，低消耗的原則。因此，各類鋼種的冶煉過程的供電制度應(yīng)符合其工藝原則。，變壓器容量為5500kVA的電力曲線控制實(shí)例。圖中縱坐標(biāo)為輸入電流（A），曲線上標(biāo)明輸入電壓值（V），輸入功率即為二者乘積，圖中陰影部分為電流可調(diào)節(jié)范圍，其值應(yīng)根據(jù)鋼液溫度靈活掌握。，變壓器容量16MAV的供電制度。熔化期氧化期還原期停電送電 1 0 m i n熔清化稀薄渣渣變白熔化開始 爐料 8 0 % 熔化氧化末期 還原劑加入 出鋼扒渣0電流 / A1 0 0 0 05 0 0 02 1 2 2 1 62 6 02 1 2 2 6 02 1 21 4 02 1 21 4 01 2 2 40t,16MAV電弧爐變壓器的供電制度熔化期 氧化期 還原期供電制度送電前10min助熔 助熔熔清 氧化出渣 化渣出渣形成還原出鋼檔位6 3或5 68 610 68 1016電壓/V 353326 電流/A20220 260003000030000 1500025000 25000 2022030000 電力曲線分析：（1） 熔化期。在通電起弧510min內(nèi)，為了避免弧光損壞爐蓋，此階段輸入中級(jí)電壓，中級(jí)電流；10min后，熔煉進(jìn)入穿井和電極回升階段，為促使?fàn)t料快速熔化，此階段輸入最大電壓和最大電流，直到爐料熔化掉80%以上，熔池面逐漸上升平展，只剩下爐坡，渣線處和低溫區(qū)附近的一些爐料。同時(shí)，電極也相應(yīng)上升，電弧也暴露在熔池面上，如果繼續(xù)采用高電壓、大電流，勢(shì)必嚴(yán)重?fù)p壞爐體和爐蓋，故改用中級(jí)電壓、中級(jí)電流，減少輸入功率，一直保持到爐料全熔，并將鋼液加熱到需要的溫度為止。（2） 氧化期。這個(gè)階段的主要任務(wù)之一就是合理地把鋼液溫度加熱到出鋼溫度或高于出鋼溫度。與熔化期相比，輸入功率可適當(dāng)減少，一般采用中級(jí)電壓和中級(jí)電流送電。（3） 還原期。加入稀薄渣料后，為了減少脫氧劑燒損及維護(hù)爐襯，應(yīng)立即轉(zhuǎn)為低級(jí)電壓供電。在正常情況下，應(yīng)輸入小功率只需彌補(bǔ)爐子正常的散熱損失。電極自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)必須適應(yīng)煉鋼的合理供電規(guī)則，使?fàn)t料熔化時(shí)間最短、電能消耗最小。爐料的熔化時(shí)間友下式確定： 0EGtePksh=式中 熔化期內(nèi)平均點(diǎn)效應(yīng)；Aeh 熔化期電爐變壓器自電網(wǎng)取得的平均功率，kW；P 用來補(bǔ)充損失的功率，kW；ks 裝入爐料中的爐料重量，t；G 熔化1t金屬在理論上的電能消耗，kW*h/t。0E式中說明 ：煉鋼時(shí)間取決于輸入爐膛的平均功率和煉鋼中散熱損失的功率。為了減少電能消耗，減少冶煉時(shí)間以便減小散熱損失的電能，應(yīng)視煉鋼工藝過程情況合理調(diào)節(jié)輸入到爐膛的功率。 液壓、水冷、氣動(dòng)控制系統(tǒng) 液壓控制系統(tǒng) 電弧爐電極升降機(jī)構(gòu)采用液壓傳動(dòng)方式控制的，稱為全液壓傳動(dòng)電弧爐。由于電極升降的液壓缸動(dòng)作十分頻繁，其工作時(shí)間幾乎就是冶金時(shí)間，需要一個(gè)長時(shí)間供應(yīng)壓力液體的液壓系統(tǒng)，故一般都設(shè)有液壓力蓄勢(shì)器(貯壓罐)作為長期供應(yīng)的壓力源，整個(gè)液壓系統(tǒng)比較復(fù)雜。而一般液壓傳動(dòng)的電弧爐，其電極升降機(jī)構(gòu)作為機(jī)械傳動(dòng)，在電爐冶煉工作時(shí)，只要其他機(jī)構(gòu)不動(dòng)作，液壓系統(tǒng)的油泵可以停止工作，也不需要蓄勢(shì)器，液壓系統(tǒng)較為簡單 [9]。電弧爐液壓系統(tǒng)由四個(gè)部分組成：（1） 驅(qū)動(dòng)部分：即油泵，它的作用是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能。（2） 執(zhí)行部分：即油缸，它的作用是將壓力液體的壓力能轉(zhuǎn)換為工作部件運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能。（3） 控制部分：即控制液流的壓力、流量和方向的各種閥件。它的作用是滿足執(zhí)行部件提出的推動(dòng)要求、動(dòng)作方向要求和動(dòng)作速度要求等。（4） 輔助部分：包括油管、郵箱、蓄能器、濾油管、管接頭、壓力表和液位計(jì)等。它的作用是將驅(qū)動(dòng)部分、控制部分和執(zhí)行部分連成一個(gè)系統(tǒng)，并具有連接、測(cè)量、貯液、蓄能和過濾等功能。 水冷控制系統(tǒng)水冷系統(tǒng)包括短網(wǎng)的三相大截面水冷電纜、電極夾持器、導(dǎo)電橫臂、爐體、爐門及水冷壁、水冷爐蓋圈。水冷系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)部分為冷循環(huán)水泵，它的作用是使冷卻水循環(huán)并帶走以上所述電弧爐各部分設(shè)備的熱量，延長電爐設(shè)備的使用壽命，改善現(xiàn)場(chǎng)的工作環(huán)境。冷卻。水冷控制系統(tǒng)還設(shè)有事故報(bào)警裝置，爐門、爐門框、爐蓋圈、上爐體水冷塊、旋轉(zhuǎn)架、合金加料裝置、水冷電纜、短網(wǎng)銅管、導(dǎo)電橫臂各部件溫度，總進(jìn)水溫度和壓力超過規(guī)定值時(shí)，則溫度傳感、壓力傳感部件的開關(guān)量閉合，并輸入給PLC系統(tǒng)進(jìn)行“或”操作，使故障報(bào)警輸出繼電器動(dòng)作，發(fā)出音響和燈光報(bào)警。MD YP L CA C 2 2 0 VU V WQ FK MP + P U V啟動(dòng)停止P +S A K AP +P A C 2 2 0 VU K A K MK M K M H R H GN2 4 V 直流 冷卻水泵的控制原理圖 氣動(dòng)控制系統(tǒng) 氣動(dòng)控制系統(tǒng)主要為電極立柱氣缸、爐門氣缸、加料斗啟閉氣缸等部件提供壓縮空氣。其驅(qū)動(dòng)部分由空氣壓縮機(jī)組成；執(zhí)行部分為氣缸；控制部分分空壓機(jī)的控制和氣動(dòng)閥的控制兩部分?？諌簷C(jī)的控制為機(jī)旁手動(dòng)操作。其控制原理與冷卻水泵控制原理