[发明专利]位置内环、电流外环的矿热炉电极控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种位置内环、电流外环的矿热炉电极控制系统。

背景技术

铁合金电炉炼制铁合金，是由电能通过电炉变压器、短网、电极到炉料，以电弧和电阻发热的形式将炉料融化，再经化学反应产生铁合金。为此在冶炼过程中要求电炉电热能转换效率高，电弧炉耗电量少，对电网的谐波干扰小，而这就需要合理控制三相电流、三相功率的大小，对于电弧炉电极调节系统来说，一般都希望其输出能够快、稳、准地达到给定值，也就是要求电极实时、快速、准确地按照冶炼工艺要求动作。

炉料的熔化过程包括以下步骤：

1、起弧阶段：

从通电起弧至电极开始插入炉内称为起弧；

(1)电极下降接触炉料，产生极大的短路电流，电极与炉料间的空气被电离，当电极与金属炉料分开时形成电弧。

(2)电极下的金属料受到高温而发生爆裂，瞬时短路电流引起炉料之间、短网系统和变压器机械振动产生的声响，造成很大的噪音。

(3)起弧阶段的电压和电流波动大，电弧燃烧不稳定，短路和断弧现象时有发生。为使电弧稳定，通电前应在变压器高压侧串上电抗器进行工作。

2、穿井阶段：

主要是电极穿井和熔化电极下面炉料的过程。由于电极自动调节器的作用，电极始终要与炉料保持一定距离，所以电极随着炉料的熔化而不断下降。在炉料中形成三个比电极直径大30～40％的深坑，称为电极“穿井”。

3、电极回升阶段：

主要靠电弧热辐射使电极周围的炉料熔化。熔化的金属聚集在炉底，使铁合金液面不断上升，为维持一定的电弧长度，电极也相应回升，直到炉料熔化80％以上，最后仅剩下远离电弧低温区附近的炉料时，回升阶段即告结束。

4、熔清阶段：

主要任务是熔化靠近炉坡、出口及炉门两侧等低温区的炉料。

在整个熔化过程中，穿井和回升阶段占全部熔化时间的70～80％，是缩短熔化时间、降低熔化电耗的重点阶段。

矿热炉冶炼铁合金对电极调节器的要求

电极调节器的调节条件和调节任务颇为复杂。在起弧熔化冷料时，长度为数毫米的电弧在不甚大的范围内，就能产生数千千瓦的功率，此时电弧温度高达数千度，被熔料在电极下面迅速而激烈的熔化、飞溅，时有短路和断弧现象的发生，因此弧长、输入功率不断变化。当电弧电流小于额定值时，输入到炉内的电能减少，熔化时间拖长，电能及电极消量均有增加而当电流非常大时，虽仅数秒钟，就能使线路损耗大大增加，导致输入电弧炉内的电能减少，降低设备的各项指标，此时电弧长度非常短，特别是当电极同赤热或液态熔液接触时，会使熔液遭受增碳的危险，严重时可折断电极。可见，电极调节器的调节任务非常关键，即在保证稳定调节的条件下，要求电极调节器灵敏度高，快速性好，超调小。具体地说，对自动调节器的要求如下：

高灵敏度：对电弧电流变化的反应要灵敏。

电极调节快速性好：电极提升速度要快，否则容易造成短路而使高压断路器自动跳闸，下降要慢，以免电极碰撞炉料而折断或插入熔液中。保证电弧电流能在额定值的范围内平滑地整定。

电极同炉料短路时，在保证电弧稳定的情况下，应使电极以最大速度上升。保证电极升降控制能迅速地从自动切换为手动，或由手动切换为自动。

调节器应能保证调节工作高度可靠，操作简单。

良好的三相间的平衡性及相互间的尽可能小的影响。由于炉内炉料的放置不是均匀的，因而三相电极之间是不平衡的。同时，三相电极之间也存在相互间的影响。这些都是设计电极调节器时需要考虑的。

具有抗参数时变的能力，即鲁棒性好。

上面的各项要求中，最重要的是快速性、灵敏度和系统超调小。

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。

二、现存的问题

目前在铁合金生产企业，电极升降系统仍然采用人工手动控制方法，单凭经验、感觉下放电极，有时还需操作工人亲自到电炉旁观察。这不仅增加了操作工人的危险性，还容易造成电极烧结不好、炉况不稳定。

在所有的矿热炉电极控制系统中，一般的控制策略都是恒阻抗、恒电流、恒功率。主要是以检测电极电流与给定电流之差进行比较，通过升降电极保持电流恒定。