直流电弧炉电极升降控制系统.doc

直流电弧炉电极升降控制系统.doc直流电弧炉电极升降控制系统的问题分析与技术改进
时间：2011-3-10 14:18:54
1概述
直流炼钢电弧炉在冶炼过程中，其初始熔化、熔化、氧化和还原各个阶段对 供电制度（即电压、电流的大小）有着不同的要求，以求节能降耗、提高工效、 达到最佳技术经济指标。
与交流炼钢电弧炉的控制方式不一样，直流电弧炉的弧压（即电弧电压）和 弧流（即电弧电流）的大小是由两套完全独立的调节系统分别控制的，弧压和弧 流可以线性地分别独立地进行自动调节，以满足冶炼工艺对供电的要求。
弧流调节系统以晶闸管整流器作为调节对象，电弧电流自动闭环稳流调节器 控制晶闸管整流器直流输出电流，有静态情况下，自动稳流系统可以保持弧流恒 定不变。在有效控制范围内，弧压的变化不会引起弧流随之而变，这样就为独立 调节弧长和弧压创造了条件。
直流电弧炉在冶炼过程中，电极升降控制系统以电极定位机构为控制对象， 其主要作用是调节电弧弧柱的长度（即弧长）。根据有关文献资料分析，电弧电 压Va和电弧长度la之间近似地存在着以下关系：
Va=kala
式中ka=〜，弧压梯度大小的变化取决于炉 内的气氛。相对于弧流和弧压的变化速度而言，认为ka值的变化十分缓慢，可 近似地看作常数。由此可见，弧压与弧长成近似的线性关系。调节弧长的长短相 当于调节弧压的高低。当弧流恒定不变时，调节弧长也相当于调节电弧功率的大 小。因电弧功率Pa=laVa。所 以，电极升降控制系统性能的好坏直接影响电功率 的输入和电炉的运行状态。
2存在的主要问题和原因分析
甘肃华藏冶金集团特殊钢厂两台标称容量为5吨的直流炼钢电弧炉于1997 年开始投入试运行，投运后发现电极升降控制系统工作不正常，存在的问题主要 表现为：
（1）运行不稳定，电极窜动频繁、持续时间长，电炉不能连续稳定地获得 有效的电弧功率输入；
（2）弧压低，在交流电压最高的第五档，弧压（直流）值也只能达到250V
左右，严重地限制了电弧功率的提高，变压器网侧功率因数也相对较低；
（3）弧压调节范围小，实际弧压值不是跟随给定弧压值线性地变化。控制 性能不能满足冶炼工艺的要求，不能准确地将弧压稳定在给定的值上；
图1原调节器基本原理图
图2弧压和转速双闭环调节器基本原理图
（4）电路故障率高，经常停电检修，调整或更换元器件，严重影响生产。
根据试运行过程中所出现的问题，经过仔细的现场观察和对控制电路系统的 认真分析，认为发生以上问题的主要原因有以下几个方面：
（1）仍沿袭交流电弧炉的控制概念，存在概念不清的问题。以弧压给定和 弧压反馈信号之差值作速度调节器之给定，未设差值放大环节。原调节器电路图 如图1所示，是原有的电极升降调节器的基本电路原理图。由图可见，该电路中 没有设电弧电压调节环节，反馈的弧压信号Uf经4N2组成的比例放大器进行比 例系数变换之后直接与给定电位器输出的弧压给定信号Ug进行串联比较，比较 的结果产生的差值信号直接作为速度闭环调节器的给定。比较差值信号没有进行 放大，二者之间的静差太大，使得反馈与给定之间不可能有很好的跟随性能。从 而导致弧压调节范围小，不能准确地将弧压稳定在所给定的值上，而且限制了弧 压的提高。即使在最高电压档（AC250V），