直流電弧爐電極升降控制系統的問(wèn)題分析及改進(jìn)

1概述

直流煉鋼電弧爐在冶煉過(guò)程中，其初始熔化、熔化、氧化和還原各個(gè)階段對供電制度(即電壓、電流的大小)有著(zhù)不同的要求，以求節能降耗、提高工效、達到最佳技術(shù)經(jīng)濟指標。

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立的調節系統分別控制的，弧壓和弧流可以線(xiàn)性地分別獨立地進(jìn)行自動(dòng)調節，以滿(mǎn)足冶煉工藝對供電的要求。

弧流調節系統以晶閘管整流器作為調節對象，電弧電流自動(dòng)閉環(huán)穩流調節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)穩流系統可以保持弧流恒定不變。在有效控制范圍內，弧壓的變化不會(huì )引起弧流隨之而變，這樣就為獨立調節弧長(cháng)和弧壓創(chuàng )造了條件。

直流電弧爐在冶煉過(guò)程中，電極升降控制系統以電極定位機構為控制對象，其主要作用是調節電弧弧柱的長(cháng)度(即弧長(cháng))。根據有關(guān)文獻資料分析，電弧電壓Va和電弧長(cháng)度la之間近似地存在著(zhù)以下關(guān)系：

Va=kala

式中ka=0.6～1.1V/mm稱(chēng)之為電弧電壓梯度，弧壓梯度大小的變化取決于爐內的氣氛。相對于弧流和弧壓的變化速度而言，認為ka值的變化十分緩慢，可近似地看作常數。由此可見(jiàn)，弧壓與弧長(cháng)成近似的線(xiàn)性關(guān)系。調節弧長(cháng)的長(cháng)短相當于調節弧壓的高低。當弧流恒定不變時(shí)，調節弧長(cháng)也相當于調節電弧功率的大小。因電弧功率Pa=IaVa。所以，電極升降控制系統性能的好壞直接影響電功率的輸入和電爐的運行狀態(tài)。

2存在的主要問(wèn)題和原因分析

甘肅華藏冶金集團特殊鋼廠(chǎng)兩臺標稱(chēng)容量為5噸的直流煉鋼電弧爐于1997年開(kāi)始投入試運行，投運后發(fā)現電極升降控制系統工作不正常，存在的問(wèn)題主要表現為：

(1)運行不穩定，電極竄動(dòng)頻繁、持續時(shí)間長(cháng)，電爐不能連續穩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)值也只能達到250V左右，嚴重地限制了電弧功率的提高，變壓器網(wǎng)側功率因數也相對較低;

(3)弧壓調節范圍小，實(shí)際弧壓值不是跟隨給定弧壓值線(xiàn)性地變化?？刂菩阅懿荒軡M(mǎn)足冶煉工藝的要求,不能準確地將弧壓穩定在給定的值上;

圖1原調節器基本原理圖

圖2弧壓和轉速雙閉環(huán)調節器基本原理圖

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

根據試運行過(guò)程中所出現的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)仔細的現場(chǎng)觀(guān)察和對控制電路系統的認真分析，認為發(fā)生以上問(wèn)題的主要原因有以下幾個(gè)方面：