普通电弧炉的一般设计
与电极升降控制
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为了提高所熔炼速度和钢水的质量、减少电能及电极的消耗量、保证维持规定的电气工作条件，使设备获得较高的生产率。从电弧炉的一般设计概况，到电弧炉电极的升降控制。系统了解电弧炉中存在的缺点与不足。通过分析，更好的提高电气控制的稳定性，提高电网提高熔炼速度。
关键词：电弧炉、短网电流、电极升降。
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一、电弧炉的简介及特点
1.电弧炉简介
2.电弧炉特点
二、电弧炉的一般设计
1.电弧炉组成部分
2.炉体设计
3.变压器设计
4.短网电流的计算
5.电极直径计算
6.电极升降计算
7.其他相关参数
三、电极升降自动控制
1.调节器的组成及工作原理
2.调节器的结构原理
四、小结
五、参考文献
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一、电弧炉的简介及特点
1.电弧炉简介
电弧炉是利用电极间电弧产生的热能冶炼金属的一种设备。电弧炉炼钢就是靠电极与炉料之间放电产生的电弧，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金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金。
现代化炼钢电弧炉均为直接加热、炉底不导电式电炉。该电炉按直接加热金属的原理工作，电弧发生在每一电极与炉料之间，己熔化的金属则形成负荷的中心点。
2.电弧炉的特点
电弧炉进行冶炼，电弧炉是一个多变量、非线性、大滞后、强藕合、时变、随机干扰较强的系统，使得系统电极位臵、电弧长度、电弧电流以及系统功率很难保持最佳工作状态。电极升降调节系统是电弧炉的重要组成部分，其工作性能的好坏直接影响钢的产量、质量和能源消耗。在电弧炉冶炼过程中，三相交流电弧炉的电力负载是不稳定的、不对称的；无功冲击及闪变；产生谐波电流。
电弧炉的整个炼钢过程一般分为熔化期、氧化期、还原期三个时期，由于各个时期所完成的任务不同，因而相应地对冶炼温度和功率的要求也不同。
（熔化期）开始熔化阶段，固体炉料熔化，能量需求最大。—4 —
（氧化期）初精炼及加热阶段。
（还原期）精炼期，此阶段输入能量只需平衡热损耗。
在废钢冶炼时电弧炉的工作特性为：
在开始熔化时电弧频繁出现截断和重新燃弧。
全熔化期出现电弧波动，并导致电流急剧变化。
发生塌料导致短路。
电弧炉在熔化期出现的电弧截断及短路现象，只有通过统计学方法进行评价。需注意的是各相不平衡电流、各相断续电流和半波不平衡电流，会导致电网在不同时间和不同相位产生的有功功率和无功功率值发生变化。调制电流使电网电压出现闪变效应，同时产生谐波电流注入电网，使电网电压发生畸变。
电弧炉通过短网、电压变压器、电抗器、断路器和隔离开关接到高压供电网上，短网是指从电弧炉的电极夹持器到电炉变压器的一段三相电路，它是电弧炉电气回路中重要的组成部分之一，短网由很多种不同形状的导线组成，主要包括铜排、软电缆、铜管三部分。短网中通过数千至万安的大电流，因此短网的合理设计对减小电炉设备的功率损失。提高功率因数以及平衡三相功率都起着重要的作用。
电炉变压器是专门用于电炉冶炼的特种变压器。它具有过载能力大、机械强度高等特点。一般具有20%～30%的过载能力（1999年8月6日国家机械工业局发布的JBT 9640-1999 电弧炉变压器行
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业标准中有详细说明）。它的二次侧输出大电流和低电压，并且由过流保护装臵。低压侧配有电压调节装臵，以供在不同的熔炼阶段调节电弧炉的输入功率只用。
电炉变压器的原边接成星型、负载接成三角形。负载边接为三角形可以保证当一相电极处于断流状态时，另外两相电极的电流能形成电流回路，提高炼钢的工作效率。现代化的电弧炉都配有高功率的变压器。使用高功率的变压器可以加快固体炉料的熔化时间。
电抗器是同电弧炉变压器串联的电感线圈，以便在发生短路时用来限制短路电流，缓和电弧电流的剧烈变动和保证电弧稳定燃烧。在选择电抗器的感抗值时应使短路电流数值不超过变压器额定电流的2.5～3.5倍，使冲击电流对电弧炉电气设备无危害。
电抗器一般在熔化期和氧化期间投入。在还原期，电弧比较稳定，可通过电抗器短路开关将电抗器切除。20t以下的电弧炉均附有电抗器（小吨位炉子，一般变压器内部连有电抗器），对于大容量的电弧炉（电炉变压器容量大于9MVA时），由于其短网电抗值较大，一般不再接入电抗器。
高压断路器主要用来频繁的接通和断开电弧炉变压器，另外断路器还能起到保护作用，当电流过大时，断路器会自动与供电电源切断。
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一般电炉变压器二次侧均为低电压（几十至几百伏），大电流（几千至几万安）。为保证各个熔炼阶段对电功率的不同需要，变压器二次电压要能在50%~70%的范围内调整，因此都设计成多级可调形式。调整方法有变换、有载调压分接开关等。变压器容量小于10MVA者，可进行无载切换；容量在10MVA以上者，一般应是有载调压方式。也有三相分别设臵分接头装臵，各相分别进行调整，可以保障炉内三相热能平衡。
与普通电力变压器相比，电炉专用变压器有以下特点：a.有较大的过负荷能力；b.有较高的机械强度。
除此之外，水冷循环体系是电弧炉不可缺少的一部分。随着电弧炉的发展，水冷循环体系日益庞大，存在的安全隐患也随之增加。
抛开水冷循环体系，电弧炉变压器与电极升降调节系统是电弧炉最为重要两个部分。
二、电弧炉的一般设计
1.电弧炉总体由下列几个部分组成：
倾炉机构及其锁紧装臵
炉体
炉盖及其提升和旋转机构
电极升降及其传动、导向和配重装臵
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短网铜排及集束电缆
液压系统、水冷装臵
成套电气设备（包括特种变压器）
在这里对炉体、变压器容量、短路电流、电极升降距离及电气控制的设计进行简要说明。
2.电弧炉炉体
电弧炉炉体设计一般从熔炼吨位开始，先由熔炼吨位计算出炉体大小，以下常用公式是：
○1熔池容积V池。根据定义：V池=V液+V渣
V液=T/ρ液
式中T—出钢液量；
ρ液—钢液的密度，取7.0t/m3。
V渣=G渣/ρ液
式中G渣—按氧化期最大渣量计算，钢液量的3%（碱性）；
ρ渣—3~4t/m3，取3t/m3。
○2熔池直径D（渣面直径）和深度H之比D/H。
在计算熔池直径D和深度H之前，首先要确定一个合适的D/H 值。在熔池容积一定的条件下，D/H越大，则熔池越浅。熔池容积一定，熔池越浅，熔池表面积越大，即钢、渣界面积越大，有利于钢渣之间的冶金反应，因此，希望D/H大一些。但是D/H太大，
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则熔池直径和熔炼室直径都增大，于是路壳直径增大，导致D壳太大，炉壳散热面积增大，电耗也增大，所以D/H又不能太大。
如果D/H太小，熔池太深，钢液加热困难，温度分布不均匀性大。在氧化期应对金属进行良好的加热，并对熔池中的金属进行强烈沸腾搅拌，以使金属成分和温度均匀。
当炉坡倾角45°时，D/H一般趣=5左右教合适。
由截锥体和球冠体的体积计算公式可知，熔池的计算公式为：V池=h2(D2+dD+d2)+h1(3×+h12)
式中 h1—球冠部分高度，一般取h1=H/5;
h2—截锥部分高度，h2=H-h1=4/5H ;
D—熔池液面直径，通常采取D/H=5;
d—球冠直径，因d=D-2h2=5H-8/5H=17/5H。
3.变压器容量
计算出电弧炉熔池尺寸后，在计算变压器容量；其大小是根据熔炼吨位、时间计算出变压器容量，
以公式计算出变压器容量；
P =qG/（t m cos?ηN）
式中 P——电弧炉用变压器的额定容量， KVA；
q——熔化每吨废钢料及相应的渣料并升温所需的电量，KWh /t, q≈ 410KWh/t（现国内江苏地区电弧炉吨耗已将至400以下）；
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G——电弧炉装入量，t；
t m——预期熔化时间，h（一般取0.75）；
cos?——熔化期平均功率因数，一般功率电弧炉取
0.82-0.85，超高功率电弧炉取 0.7（一般取0.85）；
η——变压器有功功率利用率，η=0.75-0.80；
N——熔化期变压器功率平均利用系数，N=1.0-1.2。
1、所有参数均取下限计算；
P1= qG/（t m1cos?1η1N1）η=0.75 N=1.0
2、所有参数均取上限计算；
P2= qG/（tm2cos?2η2N2）η=0.8 N=1.2
一般用公式二进行计算。
4.短网电流计算
小吨位变压器中有电抗器，无需设计在外端；大吨位电弧炉的电抗器一般独立设定；电抗器的作用是限制短网电流和对电网的冲击。
电抗计算，可查用变压器容量乘以系数得出。
短网电流一般用公式Sd=Sjz/X*∑得出，容量除以总电抗得出（变压器容量小于100MVA的，可用100MVA），也可用以下公式得出：
式中 U——最高二次电压；
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5.电极直径计算
电极直径可按以下公式得出：
d 电极=
32k I 406.0ρ
式中 ρ——石墨500时电极系数，Ω·m ；石墨ρ=100Ωmm 2、
/m K ——系数，对石墨电极K=2.1W/cm 2
I ——电极上的电流强度，A ；
6.电极升降计算如下：
最大上升速度（米/分）/（电机的额定转速（转/分）*齿距（米））=变速箱变比数
调节器的主要参数列表如下：
水冷系统:工作压力0.2-0.3Mpa ；进水温度5-35℃；回水温度>55℃；冷却水流量>85m3/h （5吨炉参考量；根据实际散热量计算）。
水冷系统的各部件和管路应进行0.5-0.6Mpa泵压实验，15min 不允许有泄漏现象，被时间不许有变形。
液压系统一1.5倍工作压力进行泵压实验，15min不得有泄漏现象。
绝缘电阻测试：测量导电横臂对电极升降机构中的起落架之间的绝缘电阻应≥0.5MΩ以及耐压实验（1000V，1min内不击穿）水冷电缆：在0.5Mpa（5Kg/cm2）压力水下，保压30min不得有泄漏现象。
三、电极升降自动控制
近年来，电弧炉的冶炼能力已经有了很大程度的提高，为了获得最大的经济效益，同时又必须保证电弧炉设备不超出负载能力范围，这就需要有高性能的控制设备做保证，其中最主要的控制设备就是电极升降自动调节装臵DIP（简称调节器）。以前调节器均采用分立元件构成，由于元件的工作点不稳定，维护的工作量大；可编程控制器（PLC）具有高抗干扰性、高可靠性因此故障率高，维护简单、可随意更改程序以满足不同的冶炼工艺，非常适合用来作为调节器使用。
1.调节器的组成及工作原理
调节器的组成：调节器是有信号采集、模数转换、PLC、数模转换、功率放大、低压电器元件组成。
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信号采集：由三块电流变送器（由电流互感器转换为相应的电流信号）、三块电压信号变送器、档位到位信号、
PLC：采用SIEMEN S7-200系列，或SIEMEN S7-300系列
数模转换：由两个数模转换模块中的三个通道提供电极控制信号。
2.调节器的结构原理
取三根电极的三相弧压信号送至电压变送器，产生三个正比于电弧电流变化的0-5V的电压信号，接到模数转换块，用自复位旋钮把代表灵密度设定信号接入到输入模块。三相电弧电流经电流互感器转换后，产生三个正比于电弧电流变化的0-5A的电流信号，由电流变送器隔离转换后，产生三个正比于电弧电流变化的0-5V的电压信号，接入到另一个模数转换块，用旋钮把代表电压电流设定信号接入输入模块上。并把以上转换后的数字信号通过PLC的内部数据总线传送给CPU模块进行处理。
在PLC模块内部的储存器上存储有编好的应用程序，依靠这个应用程序对上述信号进行转换处理、比较判断处理、代数运算处理、PI运算处理、最后给出一个综合控制信号，再通过PLC的内部数据总线传送给数模转换模块，数模转换模块再把这个数字信号转换成一个±10V的电压信号送入变频器，由变频器驱动电机，从而达到自动调节电弧电流和电极升降速度的目的。
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电流自动调节过程：根据冶炼工艺的要求，手动调节电流设定旋钮，当电流设定值大于电流实际值时，这两个信号通过模数转换模块送入CPU，并在PLC内部产生一个电流正差值信号，该差值信号通过数模转换模块输出负信号，驱动变频器运行，使电极下降，以增大电弧电流。当电流设定值小于电流实际值时，这两个信号通过模数转换模块送入CPU，并在PLC内部产生一个电流负差值信号，该差值信号通过数模转换模块输出负信号，驱动变频器运行，使电极上升，以减少电弧电流。
电极升降速度自动调节过程：当发生短路现象时，电弧电流的实际值大于电弧电流的设定值，此时通过PLC送出的负差值信号最大，在这个信号的驱动下驱动下电极上升的速度将以程序中设定的最大自动上升速度提升电极，该上升速度的征订要已在5-6秒内快速消除短路现象为准。电极上升的过程中，电弧电流逐步减小，则PLC送出的负差值信号也逐步减小，电极上升的速度也逐步减慢；当电弧电流的实际值等于电弧电流的设定值时，此时的PLC输出达到零值，电极停止上升。当电弧电流的实际值小于电弧电流的设定值，此时通过PLC送出一个正差值信号，在这个信号的驱动下电极下降;实际值小于设定值越多，差值信号越大，电极下降的速度也越快。电极在下降的过程中，电弧电流逐步增大，则PLC送出的正差值信号也将逐步减小，电极下降的速度与
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逐步减慢；当电弧电流的实际值等于电弧电流的设定值时，此时PLC的输出达到零值，电极停止下降。
PLC内部数据(最小量a-最大量A)、电信号(最小量b-最大量B)、物理量(最小量c-最大量C)、及实际数字量（X）之间的关系。
电信号=（B-b）*（X-c）/（C-c）+b
PLC内部数据=（A-a）*（X-c）/（C-c）+a
如电流范围在0-8000A，实际电流为5000A，电信号范围
（0-5V），PLC内部数据（0-32767）由上述公式可知
电信号=（5-0）*（5000-0）/（8000-0）+0=3.125V；
PLC内部数据=（32767-0）*（5000-0）/（8000-0）+0=20479.37 由于PLC中最大数据为32767，输入的变量存在变比差异，为避免PLC出现过溢现象，将输入的PLC数据转变成外部的物理量数据后，再经运算。
（A-a）*（X-c）/（C-c）+a
（8000-0）*（20479.37-0）/（32767-0）+0=4999.9A转换成物理量进行PI（积分运算）运算、处理得出运算数据。再经相应公式转换成对应数据输出。由数模转换模块驱动变频器动作。
根据电弧炉的特点，设定几个不同情况下的运算程序，经比较指令区分去对应的运算程序，运算结果由数模转换模块输出，并驱动变频器，变频器带动的电机执行正反转。
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在调试中修正。还有死区控制(又称冶炼稳定区)，输出值一旦进入此区，系统自检定为稳弧区(电极波动≈0)，也就是给定值、弧流、弧压三个量关系的平衡，以保证弧流的稳定。为防止断弧还要有上升下降速度限幅，一般使上升、下降限幅值设为0.5：1即上升速度为下降速度的50％,此值可根据实际情况进行调整。调整时要适当改变比例、积分时间常数及上升下降速度限幅值，以保证电炉顺利引弧并使冶炼电流平稳。
四、小结
该篇论文思想能够编写电弧炉程序。对于稳定性、可靠性和响应时间没有做介绍。
五、参考文献
[1] 周璜，魏利平.电弧炉的发展与控制河北冶金，1996, 6: 4049
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[4] 邹笃镭，毛志忠，李彦平，“电弧炉能量输入的最佳控制”，国家“八〃五”计划验收鉴定资料汇编，1995: 100-107
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[5] 杨拥民.自适应调节器在电弧炉控制中的应用.自动化学报，1998,24(2)
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[7] 姚瑶.电弧炉电极调节系统的发展钢铁研究，1998,6:28-31
[8] 阎立彭，武振廷，“电弧炉供电操作”冶金能源，1995, 9
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[10] 沈才芳，孙社成，陈建斌，“电弧炉炼钢工艺与设备”，冶金工业出版社，1983
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普通电弧炉的一般设计与电极升降控制
摘要： 为了提高所熔炼速度和钢水的质量、减少电能及电极的消耗量、保证维持规定的电气工作条件，使设备获得较高的生产率。从电弧炉的一般设计概况，到电弧炉电极的升降控制。系统了解电弧炉中存在的缺点与不足。通过分析，更好的提高电气控制的稳定性，提高电网提高熔炼速度。 关键词：电弧炉、短网电流、电极升降。
目录 一、电弧炉的简介及特点 1.电弧炉简介 2.电弧炉特点 二、电弧炉的一般设计 1.电弧炉组成部分 2.炉体设计 3.变压器设计 4.短网电流的计算 5.电极直径计算 6.电极升降计算 7.其他相关参数 三、电极升降自动控制 1.调节器的组成及工作原理 2.调节器的结构原理 四、小结 五、参考文献
一、电弧炉的简介及特点 1.电弧炉简介 电弧炉是利用电极间电弧产生的热能冶炼金属的一种设备。电弧炉炼钢就是靠电极与炉料之间放电产生的电弧，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金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金。 现代化炼钢电弧炉均为直接加热、炉底不导电式电炉。该电炉按直接加热金属的原理工作，电弧发生在每一电极与炉料之间，
己熔化的金属则形成负荷的中心点。 2.电弧炉的特点 电弧炉进行冶炼，电弧炉是一个多变量、非线性、大滞后、强藕合、时变、随机干扰较强的系统，使得系统电极位置、电弧长度、电弧电流以及系统功率很难保持最佳工作状态。电极升降调节系统是电弧炉的重要组成部分，其工作性能的好坏直接影响钢的产量、质量和能源消耗。在电弧炉冶炼过程中，三相交流电弧炉的电力负载是不稳定的、不对称的；无功冲击及闪变；产生谐波电流。 电弧炉的整个炼钢过程一般分为熔化期、氧化期、还原期三个时期，由于各个时期所完成的任务不同，因而相应地对冶炼温度和功率的要求也不同。 （熔化期）开始熔化阶段，固体炉料熔化，能量需求最大。 （氧化期）初精炼及加热阶段。 （还原期）精炼期，此阶段输入能量只需平衡热损耗。 在废钢冶炼时电弧炉的工作特性为：
五矿（湖南）铁合金有限责任公司103#硅锰合 金冶炼炉优化控制系统 方 案 设 计 说 明 书 中南大学信息科学与工程学院 二○一○年三月
一、开发背景 五矿（湖南）铁合金集团有限公司103#10000KV A矿热炉主要用于熔炼硅锰合金和碳锰合金，整个生产系统由炉体、供电变压器及保护系统、配加料系统、电极卷扬升降控制系统、电极压放子系统和炉体水冷系统等组成。目前，配加料子系统采用了计算机自动控制；电极压放子系统依靠人工凭经验综合考虑炉况、二次电压、一次电流、熔炼时间等因素，输入控制信号给PLC，由PLC来完成电极的定长压放；电极升降是依靠人工凭经验综合考虑二次电压、一次电流及炉盖温度等因素进行调节；供电变压器二次侧电压等级靠人工根据炉况和电压、电流、功率等因素凭经验进行调整。这种靠人工凭经验来控制冶炼过程的方法难以保证矿热炉稳定持续地工作在最佳工作范围内，调节过程相对滞后、工人操作强度大、工作效率低，容易出现电极烧结不好、耗电量大、炉况不稳定等问题，难以保证产品的产量和质量。 二、设计要求 针对五矿（湖南）铁合金集团有限公司103#矿热炉熔炼过程控制自动水平低下带来的各种问题，通过现场调研和与工艺技术人员交流沟通，结合生产的实际需要，搭建103#矿热炉优化控制系统，以达到如下目标：1．通过建立电极位置模型，在线检测电极的升降量和压放量，实现电极自动升降和自动压放；并通过采用合理的算法，计算电极长度及其位置，控制电极处于最优位置区域内，使三相有功功率平衡度在原有基础上提高2-3%，提高功率因数。 2．通过建立实时数据库，实时采集熔炼过程数据，实现整个矿热炉控制系统的运行监视、事故报警与记录、统计分析和报表打印、日常生产管
1电弧炉炼钢车间的设计方案 1.1电炉车间生产能力计算 1.1.1电炉容量和座数的确定 在进行电炉炉型设计之前首先要确定电弧炉的容量和座数，它主要与车间的生产规模，冶炼周期，作业率有关。 在同一车间，所选电炉容量的类型一般认为不超过两种为宜。座数也不宜过多，一般设置一座或两座电炉。为了确定电炉的容量和座数，首先要估算每次出岗量q ： y G q a ητ8760= 式中 G a —车间产品方案中确定的年产量，80万t ； τ—冶炼周期，55min=0.917h ； η—作业率，年日历天数 年作业天数=η×100% 本设计取90%； Y —良坯收得率，连铸一般95%~98%,本设计取98%； 带入数据计算得 q=95.0t 。 根据估算出的每次出钢量选取HX 2-100系列一座，以下是主要技术性能： 1.1.2电炉车间生产技术指标 （1）产量指标 年产量80万t ； 小时出钢量： （2）质量指标 钢坯合格率 98%; (3) 作业率指标
作业率：90% (4)材料消耗指标 a金属材料消耗 一般为废钢、返回废钢、合金料于脱氧合金。 b炼钢扶住材料消耗 石灰、以及其他造渣材料和脱氧粉剂。 c耐火材料消耗 主要用于炉衬的各种耐火砖以及钢包的耐火材料。 d其它原材料消耗 电极和工具材料。 e动力热力消耗指标 主要为电能和各种气体和燃油等。车间设计产品大纲见下表： （5）连铸生产技术指标 连铸比 铸坯成坯率 连铸收得率 （6）生产的钢种：主要生产Q215，年产量80万吨，连铸坯尺寸选取200×200mm方坯； 1.2 电炉车间设计方案 1.2.1电炉炼钢车间设计与建设的基础材料 （1）建厂条件 1）各种原料的供应条件，特别是钢铁材料来源； 2）产品销售对象及其对产品质量的要求； 3）水电资源情况，所在地区的产品加工，配件制作的协作条件； 4）交通运输条件，水路运输及地区公铁路的现状与发展计划； 5）当地气象，地质条件； 6）环境保护的要求； 在上述各项主要建厂条件之中，原材料条件对于工艺设计的关系尤为密切重要。 （2）工艺制度 确定工艺制度是整个工艺设计的基本方案，是设备选择，工艺布置等一系列问题的设计基础。确定工艺制度的主要依据是产品大纲所规定的钢种，生产规模，原材料条件以及后步工序的设计方案。 1）冶炼方法：利用超高功率电弧炉进行单渣冶炼，然后进行炉外精炼； 2）浇注方法：采用全连铸； 3）连铸坯的冷却处理与精整：铸坯在冷床上冷却并精整； 4）在技术或产量方面应留有一定的余地。 1.2.2电炉炼钢车间的组成
5 1前言 众所周知，在电弧炉中，废钢是以电弧为主要热源来进行熔化的。自直流电弧炉出现以后，直流电弧的传热机理、传热特性及偏弧现象 等一直是研究者所关 注的核心问题。围绕此类问题，研究者们作了大量的研 究（包括物理模拟和数学模拟）。文献[3]对直流电弧炉相关研究的历史和发展状况作了较为详细的总结。针对电弧传热的数学模拟研究相对较晚，1983年J.Szekely 和J.Mckelliger 等第一次应用数学方法描述了直流电弧炉电弧区与熔池内的传热，以及对熔池的搅拌效果，并对50kA 电弧等离子的速度场、温度场、传向金属熔池的热流束、热平衡作了计算，同时考察了电弧长度对传热效果的影响。1987年G.Baker 和J.Szekely 发表了针对实验室规模直流电弧炉内金属块与电弧等离子体接触熔化过程的数学模拟结果，并认为主要传热方式为对流，且传热量随着电流、电弧长度、气体流速的增大而增大，但是电弧传热效率随着气流速度的增大仅有微弱的增加，这是因为增加的电流和电弧的长度同时也使得电弧的辐射热损增加。F.Qian 等建立了相近的模型， 计算结果表明，电弧长度对于电弧区温度和速度分布的影响显著，电弧区气体的速度可达到1000m/s ，对于50～60kA 、长度为25cm 电弧，其传热效率仅为27%，而基于实际过程的热平衡分析则表明电弧的热效率在55%～66%之间。类似的还有焊接过程中电弧传热和熔池传热过程相耦合的模型研究。该模型将电弧热源处理成特定的边界热流，熔池简化为固定的几何尺寸和形状，并采用各向异性的传导系数来评估熔池中轴向和径向两种对流方式对热量传递的影响。 电弧炉炉料的熔化是个很复杂的过程，受到多种因素的影响。Szekely 认为处理的困难主要在于废钢料床熔化剥离过程的描述上，并指出可以从总体热平衡的角度来获得对熔化过程的近似表达。A.H.Catillejios 则 认为困难在于熔化的钢液滴落渗透过程中对未熔化疏松介质（料堆）的热量传输机制上。Preisman 等从总体热平衡的角度出发，提出了一个适应输入功率改变和留钢操作的经验模型，用以预报废钢的熔化时间和电能消耗，该模型的主要假设有:废钢采用平均的导热系数，忽略化学反应热，忽略废钢堆中气体的隔热作用，通过理论计算确定装入炉料的所需电耗，以及对炉气和冷却水的测量，可以对总体的热损失进行评估。文献[2，3]基于热平衡原理，将电弧热、化学热及熔化潜热处理为等效的内热源，建立了二维非稳态的废钢熔化传热模型，并利用熔化期电耗和时间两个指标，间接验证了熔化模型的合理性，基本上反映了电弧炉的熔化过程。 直流电弧炉电弧加热废钢熔化过程数学模型及其数值模拟 李 青 （宝钢集团 上海第一钢铁有限公司技术中心，上海200431） 摘要：在详细地分析了电弧传热和废钢熔化过程的基础上，建立了完整的废钢熔化过程数学模型。该模型可以适应不同电弧炉的不同装料制度，模拟电弧炉的穿井和塌料过程，并能在自电弧炉熔化起始直至废钢完全熔清的全阶段上进行数值模拟。模型计算结果可以反映实际生产情况，完善后的数学模型为工艺优化及过程控制等奠定了坚实的理论基础。关键词：直流电弧炉；废钢熔化；过程模拟中图分类号：TM924.4；TF062憲 文献标识码：A 文章编号：1002-1639(2005)04-0005-06 Mathematical Model and Numerical Modeling of Scrap Melting Process Heating by Electric Arc in DC EAF LI Qing （T echnical Center,Shanghai No.1Iron &Steel Co.,Ltd.,Baosteel Group,Shanghai 200431,China ） Abstract:Based on detailed analysis of heat transfer of electric arc and scrap melting process,an integrated model was estab-lished.The model could be adapted in various EAF with different charge https://www.doczj.com/doc/ad15703443.html,ing the model,the full process of scrap melting from the beginning to the melt end could be simulated,including moving and boring of the electrode and collapsing of the scrap simultaneously.The calculated results concurred with practical process and experience reasonably.The improved model would provide academic base for process optimization and operation control.Key words:DC EAF ；scrap melting ；process simulation 收稿日期：2005-02-24；修回日期：2005-06-06 基金项目：上海市科学技术委员会资助项目（04R214203）作者简介：李青（1973-），男，安徽人，博士，同济大学机械 工程博士后流动站，从事钢冶炼过程数学模型及仿真研究.
一、组成 油箱；柱塞泵（两台）；压力表；发讯器；过滤器；单向阀（两个）；先导式溢流阀（两个）；球阀（六个）；三组阀台（A、B、C三相电极）； 升降系统：三位四通电磁换向阀；液控单向阀；单向节流阀（两个）；集流分流阀；球阀（两个）；升降缸（两个）； 抱闸系统：两位四通电磁换向阀（两个）；三位四通电磁；直动式减压阀（两个）；单向节流阀（两个）；双单向节流阀；球阀（四个）；上抱闸油缸（六个）；下抱闸油缸（六个）；压放油缸（三个）。 压力环系统：先导式减压阀；两位四通电磁阀；板式溢流阀；管式溢流阀；球阀；压力环油缸（波纹管十个）； 辅助系统：保压稳压部分：蓄能器（八个）；两位三通电磁换向阀；先导式溢流阀；球阀；滤油冷油部分：立式齿轮泵；先导式溢流阀；管列式冷却器；过滤器。 二、工作过程 22.5米液压站，是实现电极把持、压放、升降等电极活动，是全场最核心的液压设备，由两台高压柱塞泵供压，一备一用，其控制阀比较多，每相电极各有一组阀台并设有控制进出油的球阀。 升降过程：每个电极有两个升降油缸，来提升和下降整个电极；升电极时，柱塞泵工作，压力油由油箱经发讯器、单向阀、溢流阀，进入阀台，升降系统的Y三位四通电磁换向阀一端得电,,油液过液控单向阀、单向节流阀，在通过聚流分流阀，均匀的进入升降油缸的无杆腔，电极提升；要降电极时，电磁换向阀的另一端得电，油液作用在液控单向阀上，使单向阀处于通流状态，升降缸的油经节流阀电磁阀流回油箱。 压放过程：电极的压放量是50mm，液压系统动作的顺序是：上抱闸打开-压放缸上升-上抱闸抱紧-压力环打开、下抱闸打开-压放缸下降-压力环、下抱闸抱紧；倒把电极与压放过程正好相反：压力环、下抱闸打开-压放缸上升-压力环、下抱闸抱紧-上抱闸打开-压放缸下降-上抱闸抱紧。 在不需要活动电极的时候，该液压系统起电极把持的作用，油泵不工作，由蓄能器保压，其主要是保证压力环波纹管的压力，它是通过油液来使压力环夹紧筒瓦给电极接电的，所以他的作用很大，太松，太紧都会影响给电极的正常供电，所以压力环进油设了减压阀和溢流阀，回油也设了溢流阀。 该液压站设有自动循环冷却清洗系统，由立式齿轮泵带动工作，将流回油箱的液压油，经溢流阀，管列式冷却器，过滤器，冷却，净化。
大型炼钢电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案.txt26选择自信，就是选择豁达坦然，就是选择在名利面前岿然不动，就是选择在势力面前昂首挺胸，撑开自信的帆破流向前，展示搏击的风采。大型炼钢电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案 翁利民，陈允平，舒立平 （武汉大学电气工程学院，湖北省武汉市430072） 摘要：详细分析了现代大型炼钢电弧炉对电网不利影响的4个方面：即电压波动、电压畸变、负序电压与电流、功率因数低，并结合实际从量的概念上认识其对自身在增加损耗、继电保护误动、增加网损、降低生产效益等方面的影响；介绍了抑制电弧炉的常规有效措施，得出了合理的结论。 关键词：电压闪变；电压波动；SVC；滤波器 1 引言 现代大型超高功率炼钢电弧炉，由于其容量大，是用电大户，对电网的影响具有举足轻重的作用。它具有功率因数低，无功波动负荷大且急剧变动，产生有害的高次谐波电流，三相负荷严重不平衡产生负序电流等对电网不利的因素，使得电网电能质量恶化，危及发配电和大量用户，也影响电炉自身的产量、质量，使电耗、电极消耗增大，从而成为电网的主要公害之一。现在有关大型电炉对电网公害抑制的研究也正在深入开展，有必要对其不利影响和抑制对策作一概述性的分析。 2 现代大型电炉对电网的影响 2.1 引起电网电压急剧波动 大型电炉在打孔期和熔化期电弧长度急剧变化，引起无功负荷急剧波动，其工作短路功率为电炉变压器额定功率的两倍左右，其最大波动无功为电炉变压器额定功率的1.5倍左右（具体倍数取决于短网阻抗、电炉变压器阻抗、供电系统阻抗之和的大小，总阻抗大则工作短路倍数小，反之则大）。无功的急剧波动，引起电网电压的急剧波动，其波动频率一般为1~15Hz，使灯光和电视机屏幕产生闪烁，使人视觉疲劳而感到烦躁，此外还影响到晶闸管设备和精密仪表等的稳定运行，甚至产生质量事故。国标GB12326-2000《电能质量电压允许波动和闪变》规定了电力系统公共供电点各级电压等级的电压波动和闪变允许值。 2.2 使电网电压波形产生畸变 电炉在熔化和打孔期，电弧电流是不规则的，且急剧变化，其电流波形不是正弦波，可分解为2次和2次以上的各次谐波电流，主要为2~7次，其中2次和3次最大，其平均值可达基波分量的5%~10%，最大可达15%~30%；4~7次平均值为2%~6%，最大值可达6%~15%。而电网中的铁磁元件也产生高次谐波，以3次和5次谐波电流较大，其中3次分量最大，而电炉刚好也是3次谐波电流很大，这对电网是极为不利的。谐波电流流入电网，使其电压波形发生畸变，引起电气设备发热、振动，增加损耗，干扰通信，使电力电缆局部放电绝缘损坏，电容器过载损坏等，国家标准GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》规定了电压波形畸变率限值。 2.3 使电网电压产生负序分量 电炉在熔化期，特别是打孔期，各相电弧电压是独立变化的，三相电弧各自发生急剧无规则变化，故其三相电流是不对称的。在正常生产情况下，产生的负序电流约为电炉变压器额定电流的25%左右；在不正常情况下，如一相断弧时，可达56%左右，如两相短路的同时，第三相又断弧，此时可达86%左右。负序电流流入电网，使电网电压产生负序分量，影响发电机和用电设备使用效果，严重时可能造成损坏，还会使继电保护误动作，其严重程度一般用不平衡度（即负序电压与正序电压分量之比的百分数）表示，国标GB/T15543-1995《电能
五矿<湖南）铁合金有限责任公司103#硅锰合金冶炼炉优化控制系统 方 案 设 计 说 明 书 中南大学信息科学与工程学院 二○一○年三月
一、开发背景 五矿<湖南）铁合金集团有限公司103#10000KV A矿热炉主要用于熔炼硅锰合金和碳锰合金，整个生产系统由炉体、供电变压器及保护系统、配加料系统、电极卷扬升降控制系统、电极压放子系统和炉体水冷系统等组成。目前，配加料子系统采用了计算机自动控制；电极压放子系统依靠人工凭经验综合考虑炉况、二次电压、一次电流、熔炼时间等因素，输入控制信号给PLC，由PLC来完成电极的定长压放；电极升降是依靠人工凭经验综合考虑二次电压、一次电流及炉盖温度等因素进行调节；供电变压器二次侧电压等级靠人工根据炉况和电压、电流、功率等因素凭经验进行调整。这种靠人工凭经验来控制冶炼过程的方法难以保证矿热炉稳定持续地工作在最佳工作范围内，调节过程相对滞后、工人操作强度大、工作效率低，容易出现电极烧结不好、耗电量大、炉况不稳定等问题，难以保证产品的产量和质量。 二、设计要求 针对五矿<湖南）铁合金集团有限公司103#矿热炉熔炼过程控制自动水平低下带来的各种问题，通过现场调研和与工艺技术人员交流沟通，结合生产的实际需要，搭建103#矿热炉优化控制系统，以达到如下目标：1．通过建立电极位置模型，在线检测电极的升降量和压放量，实现电极自动升降和自动压放；并通过采用合理的算法，计算电极长度及其位置，控制电极处于最优位置区域内，使三相有功功率平衡度在原有基础上提高2-3%，提高功率因数。 2．通过建立实时数据库，实时采集熔炼过程数据，实现整个矿热炉控制系统的运行监视、事故报警与记录、统计分析和报表打印、日常生产
高阻抗电弧炉的设计特点和应用 引言高阻抗电弧炉是一种高效率的新型炼钢炉，它具有一系列突出的优点：能大幅度地降低电能和电极消耗、能显著地减少对供电电网的短路冲击和谐波污染。 高阻抗电弧炉吸取了近25年来出现的所有电弧炉炼钢新技术，再加上泡沫渣的成功应用，使得一直发展缓慢的交流电弧炉在电弧稳定性、效率和对电网短路冲击减少方面均可同直流电弧炉相媲美。 本文介绍了带饱和电抗器和固定电抗器的高阻抗电弧炉。前者具有高超的伏安特性，使短路电流很小，基本上达到了恒电流电弧炉特性。 1 高阻抗电弧炉的供电电源1．1 对供电可靠性的要求电弧炉属于热加工设备，如果中途停电，会造成很大的损失：使电耗和原材料增加，使产品质量下降，甚至造成整炉钢水报废，炉子越大损失越大。根据有关规范规定，电弧炉属于二级负荷。 对于炉子容量在50t及以上的电弧炉通常由两路独立高压电源供电，炉容较小的可由一路高压电源供电。 1．2 公共供电点的确定电弧炉的公共供电点系指其与电力系统相连接的供电点，并接有其他用户负荷。对公共供电点的要求主要考虑以下因素： 1）供电变压器容量要能适应电弧炉负荷特性的要求； 2）由电弧炉负荷引起的公共供电点的电压波动和电压闪变值、以及谐波电流值不得超过国标GBl4549-93中的允许值； 3）由电弧炉负荷引起的公共供电点的电压不对称度不得超过2％。 电弧炉的公共供电点有两种情况，其一是电弧炉系统直接与电力系统相连接；其二是电弧炉系统通过企业总变电所与电力系统相连接。电弧炉一般不由车间变电所供电。 当电弧炉由企业总变电所母线供电时，为了防止对其他负荷供电质量产生不良影响，一般要求供电变压器的容量为电炉变压器容量的2．5倍以上。当不能满足此要求时，或增大供电变压器容量；或采用专用中间变压器供电，这需要经过技术经济比较来确定。 当采用专用中间变压器供电时，该变压器容量的选择，应与电炉变压器经常过负荷运行状
直流电弧炉技术 德国MAN-GHH集团早在1984年，就开始Unarc型直流电弧炉的研究开发工作。但在其国内，由MAN-GHH集团提供的大型Unarc型直流电弧炉到目前为止仅有两台，它们分别是德国乔奇斯玛丽赫特钢厂的125t 电弧炉(1994年投产)和德国普瑞奥萨克钢公司佩尼钢厂的100t电弧炉(1995年投产)，而且都是代替原有转炉的。 (1)MAN-GHH集团直流电弧炉的特点： MAN-GHH集团直流电弧炉的炉底电极特点是：根据炉子的不同容量，把100～250根触针埋入炉子中央部分的耐火材料里。在触针的下端进行强制空冷，以防耐火材料中的触针熔损。尽管耐火材料中与钢水接触部分的触针上部会熔化。由于触针反复熔化和凝固，不会有消耗。但是，耐火材料一旦减少，触针就会损耗。所以，在触针上装有热电偶，到设定温度就更换炉底电极。 (2)德国乔奇斯玛丽赫特钢厂125t直流电弧炉的设备与生产工艺 ①125t直流电弧炉的设备 该直流电弧炉的炉壳直径7300mm，变压器功率130MVA，底电极强 制空冷，顶电极直径700 mm；以天然气为燃料的5只烧嘴分别布置在 炉门口、EBT出钢口上部和炉壁三个区域，天然气消耗量为400m3/h，氧耗为800m3/h。底电极为触针型(原为190根，1996年10月已改为244 根)。触针直径45mm，触针长度1590mm，触针露出小炉底25～35mm。炉下底电极顶出装置为6只液压缸，顶距3m，电炉配备EBT出钢系统。炉盖为全水冷结构，中心部位的小炉盖内径800mm，外径1300mm。炉 盖向出钢口旋转，最大旋转角为85°。炉子通过液压向出钢侧和炉门侧倾动。出钢侧最大倾角为25°，向炉门侧最大倾角为15°。炉壳上部贴 有17块水冷块。700电极有喷淋装置。电炉水冷系统采用闭循环，循 环水量为1900m3/h，进口水温27℃，出口水温35～40℃。 ②125t直流电弧炉的冶炼工艺及其冶金效果 a.125t直流电弧炉的冶炼工艺 125t直流电弧炉的冶炼工艺主要围绕熔料、去磷和升温三大任务展开。 其冶炼工艺流程为：补炉→进料(第一料篮)→通电→氧气和天然气助燃→停电进料(第二料篮)→通电→氧气和天然气助燃→成分分析→测温→流渣→测温和成分分析→定氧→停电出钢(打开EBT出钢口)→塞EBT出钢口→补炉。 具体工艺操作要点为： 补炉：在中后期3～4炉补一次，补炉砂用量6kg/t；采用旋转补炉机喷补。另外，炉门口是补炉重点，基本上每炉都要补一次。 进第1次料：料重为总料重的60%～70%。料高用料篮压。同时，通过计算机画面作通电前的设备检查。
电弧炉工作原理 为了了解电弧炉对电能质量和电能效率影响的产生原因，需要对电弧炉设备的特殊性做一下简单介绍。 1.1电弧炉分类和工作原理 电弧炉是利用电弧能来冶炼金属的一种电炉。工业上应用的电弧炉可分为三类： 第一类是直接加热式，电弧发生在专用电极棒和被熔炼的炉料之间，炉料直接受到电弧热。主要用于炼钢，其次也用于熔炼铁、铜、耐火材料、精炼钢液等。 第二类是间接加热式，电弧发生在两根专用电极棒之间，炉料受到电弧的辐射热，用于熔炼铜、铜合金等。这种炉子噪声大，熔炼质量差，已逐渐被其它炉类所取代。 第三类称为矿热炉，是以高电阻率的矿石为原料，在工作过程中电极的下部一般是埋在炉料里面的。其加热原理是：既利用电流通过炉料时，炉料电阻产生的热量，同时也利用了电极和炉料间的电弧产生的热量。所以又称为电弧电阻炉。 1.2电弧炉的组成设备 炉用变压器 电弧炼钢用变压器应能按冶炼要求单独进行电压电流的调节，并能承受工作短路电流的冲击。 电炉变压器额定电压的选择要考虑许多因素。若一次侧电压取高些，则系统电抗小，短路容量大，可减少闪变，但须增加配电装置费用。若二次电压高些，则功率因素较高，电效率较高，但电弧长，炉墙损耗快，综合效率变低。 一般电炉变压器二次侧均为低电压（几十至几百伏），大电流（几千至几万安）。为保证各个熔炼阶段对电功率的不同需要，变压器二次电压要能在50%~70%的范围内调整，因此都设计成多级可调形式。调整方法有变换、有载调压分接开关等。变压器容量小于10MVA者，可进行无载切换；容量在10MVA以上者，一般应是有载调压方式。也有三相分别设置分接头装置，各相分别进行调整，可以保障炉内三相热能平衡。 与普通电力变压器相比，电炉专用变压器有以下特点：a.有较大的过负荷能力；b.有较高的机械强度；c.有较大的短路阻抗；d.有几个二次电压等级；e.有较大的变压比；f.二次电压低而电流大。 电炉变压器和电弧炉的容量比一般为0.4~1.2MVA/t。电弧炉的电流控制，是由电弧炉变压器高压侧绕组分接头的切换和电极的升降来达到的。 电抗器 为了稳定电弧和限制短路电流，需要约等于变压器容量35%的电抗容量，串入变压器主回路中。大型电弧炉变压器，本身具有满足需要的电抗值，不需外加电抗器；而小于10MVA的变压器，电抗不满足要求，需在一次侧外加电抗器。电抗器的结构特点是：既使通过短路电流，铁芯也不发生磁饱和。 电抗器可装在电炉变压器的内部，称为内附式；也可做成装在变压器外部的独立电抗器，称为外附式。 电炉变压器一般要串联电抗器，使得变压器短路阻抗和电抗器电抗之和达到0.33~0.5标准值（以电炉变压器额定容量为基准）。 容量小于10MVA的电炉变压器，有时在其高压侧装有串联电抗器，以降低短路电流和稳定电弧。对于较大容量的电炉变压器，它本身的漏电抗已足够大，不需再串联电抗器。 高压断路器 炼钢电弧炉对高压断路器的要求是：断流容量大；允许频繁动作；便于维修和使用寿命长。电弧电阻炉负载平稳，连续运行，常用多油或少油式高压断路器，炼钢电弧炉断路器经常跳闸，多选用六氟化硫断路器、电磁式空气断路器、真空断路器等。
#硅锰合湖南）铁合金有限责任公司103五矿<金冶炼炉优化控制系统 方 案 设 计 说 明 书 中南大学信息科学与工程学院 二○一○年三月
1 / 29 一、开发背景 #10000KV A103<湖南）铁合金集团有限公司矿热炉主要用于熔炼五矿硅锰合金和碳锰合金，整个生产系统由炉体、供电变压器及保护系统、配加料系统、电极卷扬升降控制系统、电极压放子系统和炉体水冷系统等组成。目前，配加料子系统采用了计算机自动控制；电极压放子系统依靠人工凭经验综合考虑炉况、二次电压、一次电流、熔炼时间等因素，输入控制信号给PLC，由PLC来完成电极的定长压放；电 极升降是依靠人工凭经验综合考虑二次电压、一次电流及炉盖温度等因素进行调节；供电变压器二次侧电压等级靠人工根据炉况和电压、电流、功率等因素凭经验进行调整。这种靠人工凭经验来控制冶炼过程的方法难以保证矿热炉稳定持续地工作在最佳工作范围内，调节过程相对滞后、工人操作强度大、工作效率低，容易出现电极烧结不好、耗电量大、炉况不稳定等问题，难以保证产品的产量和质量。 二、设计要求 #矿热炉熔炼过程控制自动103针对五矿<湖南）铁合金集团有限公司水平低下带来的各种问题，通过现场调研和与工艺技术人员交流沟通，结#矿热炉优化控制系统，以达到如下目标：103 合生产的实际需要，搭建1．通过建立电极位置模型，在线检测电极的升降量和压放量，实现电极自动升降和自动压放；并通过采用合理的算法，计算电极长度及其位置，控制电极处于最优位置区域内，使三相有功功率平衡度在原有基础上提高2-3%，提高功率因数。 2．通过建立实时数据库，实时采集熔炼过程数据，实现整个矿热炉
电炉温度控制系统设计
摘要 热处理是提高金属材料及其制品质量的重要技术手段。近年来随工业的发展， 对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，加热时恒温过程的测量与控制成为了关键技术，促使人们更加积极地研制热加工工业过程的温度控制器。 此设计针对处理电阻炉炉温控制系统，设计了温度检测和恒温控制系统，实现了基本控制、数据采样、实时显示温度控制器运行状态。控制器采用51 单片机作为处理器，该温度控制器具有自动检测、数据实时采集处理及控制结果显示等功能，控制的稳定性和精度上均能达到要求。满足了本次设计的技术要求。 关键词：电阻炉，温度测量与控制，单片机
目录 一、绪论 ....................................................................................................... - 1 - 1.1 选题背景........................................................................................ - 1 - 1.2 电阻炉国发展动态........................................................................... - 1 - 1.3 设计主要容 .................................................................................... - 2 - 二、温度测量系统的设计要求........................................................................... - 3 - 2.1 设计任务......................................................................................... - 3 - 2.2 系统的技术参数................................................................................ - 3 - 2.3 操作功能设计................................................................................... - 4 - 三、系统硬件设计........................................................................................... - 5 - 3.1 CPU选型........................................................................................ - 5 - 3.2 温度检测电路设计.............................................................................. - 6 - 3.2.1 温度传感器的选择..................................................................... - 6 - 3.2.1.1热电偶的测温原理 ......................................................... - 7 - 3.2.1.2 热电偶的温度补偿......................................................... - 7 - 3.2.2 炉温数据采集电路的设计.......................................................... - 8 - 3.2.2.1 MAX6675芯片.......................................................... - 8 - 3.2.2.2 MAX6675的测温原理................................................. - 9 - 3.2.2.3 MAX6675 与单片机的连接.......................................... - 10 - 3.3 输入/输出接口设计......................................................................... - 10 - 3.4 保温定时电路设计 .......................................................................... - 13 - 3.4.1 DS1302 与单片机的连接....................................................... - 13 - 3.5 温度控制电路设计............................................................................ - 14 - 系统硬件电路图...................................................................................... - 17 - 四、系统软件设计......................................................................................... - 19 - 4.1 软件总体设计 .................................................................................. - 19 - 4.2 主程序设计 ..................................................................................... - 19 - 4.3 温度检测及处理程序设计................................................................... - 20 - 4.4 按键检测程序设计............................................................................ - 23 - 4.5 显示程序设计 .................................................................................. - 25 - 4.6 输出程序设计 .................................................................................. - 27 - 4.7中值滤波 ......................................................................................... - 28 - 五、结论 ..................................................................................................... - 30 - 参考文献 ..................................................................................................... - 31 -
直流炼钢电弧炉简介 直流电弧炉是用直流电源供给电能的电弧炉。它与交流电弧炉一样，也是利用电极和炉料(或熔池)间产生的电弧来发热，从而达到熔炼的目的。 直流电弧炉与交流电弧炉的结构区别在于： 三相交流电弧炉顶部安装三根可以上下移动的电极，而直流电炉仅在炉子顶部装设一根可以上下移动的电极，另一电极位于炉子底部固定不动。 直流电弧炉需要直流供电，所以比三相交流电弧炉多一套将三相交流电变换成直流电的整流设备。 与传统的交流电弧炉相比，直流电弧炉的主要优点是： (1)电弧稳定且集中，熔池搅拌良好，炉内温度分布均匀，生产效率可以提高10%； (2)电流和电压波动小、对电网的冲击减少，三相供电平衡，功率因数高，可以节电5%以上； (3)电极损耗少，吨钢电极消耗比交流电弧炉少50％。 由于受到直流电源容量的限制，直流电弧炉发展缓慢。随着可控硅技术的发展，大功率直流电源设备的制造技术逐渐成熟，在20世纪70年代后期直流电弧炉开始受到冶金界的重视。世界上第一座直流电弧炉于1982年在德国布什钢厂建成并投产，以后的六、七年中，美、法、意、日等国相继改建或新建成了各自的直流电弧炉，容量从30t到60t不等。1989年日本东京钢铁公司建成了当时最大的一座容量为130t的直流电弧炉。近年来世界各国相继建成并投产多座直流电弧炉，容量从60t到180t。1989年中国太原机械铸造厂研制成中国第一座小型直流电弧炉并投产，同年宣化铁合金厂一座2000kVA埋弧直流电弧炉投产，用来生产硅铁、锰铁、硅钙等铁合金。进入90年代后，直流电弧炉越来越受到重视，上海第三钢铁厂、长城钢厂、齐齐哈尔钢厂、江阴沿山钢厂、上海第一钢铁厂等先后引进大型直流电弧炉，容量80～100t不等。宝山钢铁(集团)公司从法国引进一套双炉壳(—个电源)的150t直流电弧炉设备。 直流电弧炉的基本电路见图1。直流电弧炉的供电系统不同于交流电弧炉，它需要有将交流电变成直流电的整流器。直流电弧炉上方仅有一根电极，为负极，炉子的底部电极为正极。一般是在炉底钢板上放铜板作为底电极以利导电。铜板上砌三层镁碳砖，再在其上打结耐火材料。直流电弧炉的典型布置见图2。 在各种底电极中，目前使用最为广泛的是水冷钢棒式底电极，见图3。 图4为直流电弧炉供电系统可控整流器的电气线路图。 本次供货范围： 1）可控整流器（直流电源柜）1台， 2）自动控制柜（操作台）1台。由电弧控制器1套、变频器1台及相应仪表、电气元件组成。 3）电极升降用稀土永磁调速电机1台。
电弧炉原理 电炉熔 “电弧炉工作原理” 为了了解电弧炉对电能质量和电能效率影响的产生原因，需要对电弧炉设 备的特殊性做一下简单介绍。 电弧炉分类和工作原理电弧炉是利用电弧能来冶炼金属的一种电炉。工业上应用的电弧炉 可分为三类： 第一类是直接加热式，电弧发生在专用电极棒和被熔炼的炉料之间，炉料直接受到电弧热。主要用于炼钢，其次也用于熔炼铁、铜、耐火材料、精炼钢液等。 第二类是间接加热式，电弧发生在两根专用电极棒之间，炉料受到电弧的辐射热，用于熔炼铜、铜合金等。这种炉子噪声大，熔炼质量差，已逐渐被其它炉类所取代。 第三类称为矿热炉，是以高电阻率的矿石为原料，在工作过程中电极的下部一般是埋在炉料里面的。其加热原理是：既利用电流通过炉料时炉料电阻产生的热量，同时也利用了电极和炉料间的电弧产生的热量。所以又称为电弧电阻炉。 1.2电弧炉的组成设备 炉用变压器 电弧炼钢用变压器应能按冶炼要求单独进行电压电流的调节，并能承受工作短路电流的冲击。 电炉变压器额定电压的选择要考虑许多因素。若一次侧电压取高些，则系统电抗小，短路容量大，可减少闪变，但须增加配电装置费用。若二次电压高些，则功率因素较高，电效率较高，但电弧长，炉墙损耗快，综合效率变低。 一般电炉变压器二次侧均为低电压（几十至几百伏），大电流（几千至几万安）。为保证各个熔炼阶段对电功率的不同需要，变压器二次电压要能在50%~70%勺范围内调整，因此都 设计成多级可调形式。调整方法有变换、有载调压分接开关等。变压器容量小于10MVA者， 可进行无载切换；容量在10MVA以上者，一般应是有载调压方式。也有三相分别设置分接头装置，各相分别进行调整，可以保障炉内三相热能平衡。 与普通电力变压器相比，电炉专用变压器有以下特点：a.有较大的过负荷能力；b.有较高的机械强度；c.有较大的短路阻抗；d.有几个二次电压等级；e.有较大的变压比；f.二次电压低而电流大。电炉变压器和电弧炉的容量比一般为0.4~1.2MVA/t。电弧炉的电流控制，是由电弧炉变压器 高压侧绕组分接头的切换和电极的升降来达到的。 电抗器为了稳定电弧和限制短路电流，需要约等于变压器容量35%的电抗容量，串入变 压器主回路中。大型电弧炉变压器，本身具有满足需要的电抗值，不需外加电抗器；而小于10MVA
天远炼钢有限公30T电弧炉电气控制 系统改造技术文件 供方：XXXXXXX 需方：天远炼钢有限公 1.总则 电弧炉电气控制系统主要完成三相电极升降及自动功率控制功能，要求技术先进、性能可靠，操作方便。 2.系统构成及说明 2.1 硬件：操作台（上位机：17‘液晶显示，256M/40XCD/80G，PLC：S7-300，CPU314系列） 2.2 软件：西门子最新授权的相关软件STEP7，上位机组态软件KINGVIEW 2.3 系统功能说明如下： 2.3.1 上位机具有管理、参数显示功能。能够显示三相冶炼电流、电压、给定电流数值，具有棒图显示。同时还可以通过上位机控制三相电极手动升降速度。 2.3.2P LC采用西门子最新产品（S7-300，CPU314，模拟量为光隔 12BIT，开关量为16BIT，备用I/O点为10%） 2.3.3操作台仪表显示三相冶炼电压、电流；档位显示；高压分、合 闸显示；炉变故障显示；液压站控制等 2.3.4设定电流采用电位器给定，电流调节采用最优模糊控制方法， 三相冶炼功率平衡，自动设定非灵敏区，控制支臂升降，有手
动/自动两种方式。 2.3.5自动起弧，穿井快速跟踪。 2.3.6低压电器元件采用国内名牌产品 以上技术要求可在技术交流中具体明确 １概述 电弧炉以及精炼炉在运行过程中其产生的高次谐波及强电磁场所形成的强大干扰，是严重威胁控制和通讯系统安全运行的主要原因。５０吨炼钢电弧炉的电炉变压器额定容量为３１５００ＫＶＡ，二次额定电流可达到４２ＫＡ以上，其冲击和短路电流有时可达到和超过１００ＫＡ。强电磁场和电弧的弧光放电引起的宽带噪声干扰及高次谐波分量与闪变（电压波动），成为计算机及通讯网络，电子设备稳定和安全运行的主要问题。在方案设计和系统设计及ＰＬＣ选型以及制造工艺设计时，都必须充分考虑和关注到系统所处的恶劣运行现场工业环境的抗扰问题。 在为太钢集团公司第一炼钢厂设计的５０吨炼钢电弧炉及６０吨钢包精炼炉控制系统中?穴５０吨电弧炉和６０吨钢包精炼炉的系统总结构图略，可向作者索取?雪，两台电炉的控制系统全部采用ＳＩＥＭＥＮＳ公司的Ｓ７－３００系列ＰＬＣ及其通讯技术。经过现场调试和运行结果证明该系统运行状态良好，性能可靠稳定。 ２系统的总体设计 ２．１硬件结构的设计