郎志興

摘 要：目前我國電爐電極升降主要采用以下幾種自動調節(jié)裝置;第一、可控硅-直流電動機式自動調節(jié)器;第二、可控硅-電磁轉差離合器式調節(jié)器;第三、電液比例閥-液壓傳動式調節(jié)器;前兩種調節(jié)裝置均采用插板電子元件構成，由于電子元器件的性能不穩(wěn)定，維護的工作量大。相比前兩種調節(jié)方式，本公司現(xiàn)采用的是液壓傳動式調節(jié)器，液壓系統(tǒng)的慣性小，啟動、制動的升降速度快，力矩大，同時采用可編程控制器SIEMEN S7-300系列進行控制，整個電氣系統(tǒng)結構緊湊、工作性能穩(wěn)定，因此故障率低、維護方便，通過修改程序以滿足不同的冶煉工藝要求，非常適合用來作為調節(jié)器使用，在大中型電爐上得到廣泛應用。

關鍵詞：電弧爐;電極;PLC;比例閥

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.08.151

1 HX2-10t交流電弧爐設備簡介

HX2-10t交流電弧爐是利用電極間電弧產生的熱能冶煉金屬的一種設備。電弧爐煉鋼就是利用石墨電極與爐料（或金屬液）之間短路產生的電弧所產生的熱量來熔化金屬和爐渣，冶煉出各種成分的鋼和合金。

根據公司鑄造車間的具體情況，本設備為廢鋼的熔化和冶煉設備，可全廢鋼冶煉。是高效優(yōu)質鋼生產線的重要保障，具有以下功能：常壓下電弧加熱、造渣脫磷硫、吹氧脫碳、 合金化、測溫、取樣、冶煉鋼種中碳和高碳鋼。

2 調節(jié)器的組成及工作原理

2.1 調節(jié)器的組成

調節(jié)器是有信號采集、模數轉換、PLC、數模轉換、功率放大、低壓電器元件組成。

信號采集：由三只SAA-T2電流變送器（由電流互感器轉換為相應的電流信號）、三只SAV-T2電壓信號變送器、檔位到位信號。

PLC：數模轉換：由一個D/A轉換模塊中的四個通道提供三相電極控制信號，一路作為備用控制信號;一個A/D轉換模塊處理現(xiàn)場采集信號。

2.2 調節(jié)器的結構原理

取變壓器短網處的三相弧壓信號（0-300V AC）送至SAV-T2隔離電壓變送器，產生三個正比于弧電流變化的4-20mA電流信號，接到西門子6ES7 331-7KF02-OABO模塊，三相弧流信號經電流互感器轉換后，產生三個正比于弧流變化的0-10A的電流信號，由SAA-T2隔離電流變送器轉換后，產生三個正比于電弧電流變化的4-20mA的電流信號，接入到同一個A/D模塊，A/D模塊轉換的數字量信號輸入到PLC的CPU模塊進行處理。

在PLC模塊內部CPU運用寫入的程序對上述信號進行轉換處理、比較分析判斷處理、數字運算處理，輸出一個數字量控制信號，再通過PLC的內部數據總線傳送給數模轉換模塊，數模轉換模塊再把這個數字信號轉換成一個-10V～+10V的電壓信號送入電液比例閥，由比例閥控制油缸驅動電極，從而達到自動調節(jié)電弧電流和電極升降速度的目的。

3 弧流自動控制過程

根據冶煉工藝的要求，PLC程序中設置最大弧流值，當電弧電流設定值與電流實際值產生偏差時，PLC電氣控制系統(tǒng)將測量比較環(huán)節(jié)傳來的偏差信號放大后，傳給電液比例閥的電磁鐵線圈，電磁鐵在偏差信號的驅動下帶動閥芯向左或向右移動。閥芯的移動控制著閥體的進液量，從而使進入液壓缸的高壓油增加或減少。增加時，電極升降立柱向上提升電極;減少時，依靠立柱和電極的自重使電極下降。但電弧處于穩(wěn)定狀態(tài)時，測量環(huán)節(jié)無信號輸出，電液比例閥的閥芯處于中位，升降立柱不動。

4 電極升降速度自動調節(jié)過程

在PLC系統(tǒng)處于自動控制冶煉狀態(tài)時，PLC程序中A、B、C三相調節(jié)器FC功能塊根據現(xiàn)場采集的三相電弧電流信號和變壓器短網電壓信號，通過與不同冶煉期的設定值進行比較、程序運算處理得出參與控制的弧流和弧壓參數。然后弧壓參數及弧流參數輸入阻抗公式計算出阻抗值和相應的設定值比較，偏差值經PI調節(jié)器進行正反向限幅，自動控制電極升降?？刂旗`敏度由PLC在控制電極升降過程中自動跟蹤優(yōu)化處理。當有低壓側過負荷，則電極自動快速提升從而解除低壓側過負荷。當電極快速下降過程中與爐料發(fā)生瞬間短路時，電弧電流的實際值大于電弧電流的最大設定值，這時PLC控制系統(tǒng)給出最大反向控制信號，在這個信號的驅動下電液比例閥控制液壓油以最大流量進入液壓缸快速提升電極，要以7～9m/min提升速度快速消除短路現(xiàn)象為佳。電極上升的過程中，弧流慢慢減小，則PLC輸出的反向差值信號也逐步減小，電極上升逐步減速;當弧流的實際值達到電弧電流的設定值時，這時的PLC信號輸出值為零，三相電極停止上升。當弧流的實際值小于電弧電流的設定值，此時通過PLC輸出一個正向控制信號，在這個正向信號的驅動下電液比例閥控制液壓油進入液壓缸，電極在自重和液壓缸驅動下快速下降;弧流實際值小于程序中設定值越多，差動信號值越大，電極下降的速度也越快。電極在下降的過程中，電弧電流逐步增大，PLC的D/A模塊送出的正向控制信號值也將逐步減小，電極下降速度減慢;當弧流的實際值等于PLC程序的弧流設定值時，此時PLC的輸出為零，電極停止下降。

5 冶煉穩(wěn)定區(qū)控制

冶煉過程中的穩(wěn)定區(qū)，也就是PLC給定值、實際三相電極的弧流值、弧壓值三者關系的相對平衡，為防止斷弧現(xiàn)象發(fā)生，就必須對電極上升、下降速度進行限幅控制，一般情況下上升、下降限幅值按1：2設定，此值可根據實際情況進行微調。調整時要適當改變比值、積分時間常數及升降速度幅值，以確保電弧爐順利引弧并使冶煉弧流平穩(wěn)。

根據電弧爐的特點，設定幾個不同情況下的運算程序，經比較指令區(qū)分去對應的運算程序，運算結果由數模轉換模塊輸出，并驅動電液比例閥，比例閥控制進入電極升降油缸液壓油流量和方向，進一步實現(xiàn)電極的快慢升降動作。

6 小結

該篇論文通過對電極調節(jié)器自動控制原理的分析，便于設備維修技術人員真正掌握電弧爐自動煉鋼電氣原理，在電弧爐發(fā)生設備故障的情況下能及時、快速分析查找出故障點;同時在編寫電極自動控制PLC程序時有一定的參考作用。

參考文獻：

[1]王新江，傅杰.現(xiàn)代電爐煉鋼生產技術手冊[M].冶金工業(yè)出版社，2009.[2]楊擁民.自適應調節(jié)器在電弧爐控制中的應用[J].自動化學報，

1998.

[3]陜西方圓冶金設備有限公司.電弧爐使用說明書[S].2009.