直流電弧爐電極升降控制系統(tǒng)的問題分析與技術(shù)改進(jìn)

1概述

直流煉鋼電弧爐在冶煉過程中，其初始熔化、熔化、氧化和還原各個(gè)階段對(duì)供電制度（即電壓、電流的大?。┯兄煌囊螅郧蠊?jié)能降耗、提高工效、達(dá)到最佳技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。

與交流煉鋼電弧爐的控制方式不一樣，直流電弧爐的弧壓（即電弧電壓）和弧流（即電弧電流）的大小是由兩套完全獨(dú)立的調(diào)節(jié)系統(tǒng)分別控制的，弧壓和弧流可以線性地分別獨(dú)立地進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，以滿足冶煉工藝對(duì)供電的要求。

弧流調(diào)節(jié)系統(tǒng)以晶閘管整流器作為調(diào)節(jié)對(duì)象，電弧電流自動(dòng)閉環(huán)穩(wěn)流調(diào)節(jié)器控制晶閘管整流器直流輸出電流，有靜態(tài)情況下，自動(dòng)穩(wěn)流系統(tǒng)可以保持弧流恒定不變。在有效控制范圍內(nèi)，弧壓的變化不會(huì)引起弧流隨之而變，這樣就為獨(dú)立調(diào)節(jié)弧長(zhǎng)和弧壓創(chuàng)造了條件。

直流電弧爐在冶煉過程中，電極升降控制系統(tǒng)以電極定位機(jī)構(gòu)為控制對(duì)象，其主要作用是調(diào)節(jié)電弧弧柱的長(zhǎng)度（即弧長(zhǎng)）。根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料分析，電弧電壓Va和電弧長(zhǎng)度la之間近似地存在著以下關(guān)系：

Va=kala

式中ka=0.6～1.1V/mm稱之為電弧電壓梯度，弧壓梯度大小的變化取決于爐內(nèi)的氣氛。相對(duì)于弧流和弧壓的變化速度而言，認(rèn)為ka值的變化十分緩慢，可近似地看作常數(shù)。由此可見，弧壓與弧長(zhǎng)成近似的線性關(guān)系。調(diào)節(jié)弧長(zhǎng)的長(zhǎng)短相當(dāng)于調(diào)節(jié)弧壓的高低。當(dāng)弧流恒定不變時(shí)，調(diào)節(jié)弧長(zhǎng)也相當(dāng)于調(diào)節(jié)電弧功率的大小。因電弧功率Pa=IaVa。所以，電極升降控制系統(tǒng)性能的好壞直接影響電功率的輸入和電爐的運(yùn)行狀態(tài)。

2存在的主要問題和原因分析

甘肅華藏冶金集團(tuán)特殊鋼廠兩臺(tái)標(biāo)稱容量為5噸的直流煉鋼電弧爐于1997年開始投入試運(yùn)行，投運(yùn)后發(fā)現(xiàn)電極升降控制系統(tǒng)工作不正常，存在的問題主要表現(xiàn)為：

（1）運(yùn)行不穩(wěn)定，電極竄動(dòng)頻繁、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，電爐不能連續(xù)穩(wěn)定地獲得有效的電弧功率輸入；

（2）弧壓低，在交流電壓最高的第五檔，弧壓（直流）值也只能達(dá)到250V左右，嚴(yán)重地限制了電弧功率的提高，變壓器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)也相對(duì)較低；

（3）弧壓調(diào)節(jié)范圍小，實(shí)際弧壓值不是跟隨給定弧壓值線性地變化。控制性能不能滿足冶煉工藝的要求,不能準(zhǔn)確地將弧壓穩(wěn)定在給定的值上；

圖1原調(diào)節(jié)器基本原理圖

圖2弧壓和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器基本原理圖

（4）電路故障率高，經(jīng)常停電檢修，調(diào)整或更換元器件，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。

根據(jù)試運(yùn)行過程中所出現(xiàn)的問題，經(jīng)過仔細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)觀察和對(duì)控制電路系統(tǒng)的認(rèn)真分析，認(rèn)為發(fā)生以上問題的主要原因有以下幾個(gè)方面：