毕业设计-plc电弧炉控制系统总体设计

毕业设计-plc电弧炉控制系统总体设计内容摘要：

0*jZTxMI:EYB()inwi 电弧炉炼钢的机械设备 电弧炉的构造主要由炼钢工艺决定，同时与电弧炉的容量大小、装料方式、传动方式等有关 [4]。 电弧炉的基本结构如图。 图 炼钢电弧炉示意图 1倾炉用液压缸； 2倾炉摇架； 3炉门； 4熔池； 5炉盖； 6电极； 7电极夹持器； 8炉体； 9电弧； 10出钢槽。 电弧炉的主要机械设备由炉体、电极夹持器、电极升降装置、炉体倾动装置、炉盖提升、旋转装置和炉顶装料系统等以及液压系统、水冷系统、气动系统等辅助系统组成。 炉体 :是电弧炉 的主要装置，用来熔化炉料和进行各种冶金反应。 电弧炉的炉体由金属构件和耐火材料砌筑成的炉衬两部分组成。 电弧炉的金属构件包括炉壳、炉门、出钢槽、炉盖圈和电极密封圈。 炉壳由钢板焊成，上部有加固圈。 炉门可以用来观测炉内情况及进行扒渣等操作，炉盖的上方一有三个呈正三角形不知的电极孔，在孔与电极之间设有电极密封圈。 炉壳的上部、炉盖和电极密封圈都通水冷却，炉壳内部、炉盖及出钢槽内部都是用耐火砖砌成的。 电极夹持器及电极升降装置 :电极夹持器可以用来夹紧和放松电极，还可以把电流传送到电极上。 在熔炼过程中，由于炉料不断熔化，不 同的熔炼阶段要求给出不同的电能。 同时，电极自身的长度也会存在自消耗。 因此，需要随时升降电极以调整电弧的长度。 电极通过电极夹持器固定在电极升降装置上。 电极升降装置由导电横臂、立柱和传动装置组成。 导电横臂由铜钢复合板制成，作为支持用的机械结果部分，用来固定电极夹头。 立柱和导电横臂连接成“Г”形支架，一起在固定的框架内升降，框架固定在炉体的摇架上，框架内装有滚轮，立柱沿滚轮升降。 电极夹头、导电横臂都是内部通水冷却。 传动方一式为液压传动。 电极升降机构包括电极升降液压缸、电极升降立柱、电极喷林环、夹头喷吹等部分。 炉 体倾动装置 :为底倾机构，传动形式为液压传动。 炉子装在专门的摇架上，摇 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()共 54 页 第 9 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 架两侧的扇形板支撑在底座上，倾动时摇架的扇形板沿底座摆动，出钢槽末端的运动轨迹为摆线。 倾动时工作液进入液压缸，使液压活塞杆推动摇架，摇架沿水平底座滚动，带动炉体倾动，为防止摇架和水平底座发生相对滑动，在它们的整个接触面上，分别加工上导钉孔和导钉。 倾炉机构包括倾动摇架、倾动轨道、倾动液压缸、水平支撑机构与炉盖旋转轴承和旋转锁定等。 倾动摇架下部为弧形结构，在轨道平面上进行滚动，定位准确、可靠。 两个活塞式倾动炉液压缸下支座固定在水泥基础上。 上支座固定在摇架平台的底部。 倾动油路上安装有液压锁，以保证炉子在任何倾动位置失压时，停止不动。 水平支撑状态，不得向出渣侧倾动。 炉盖提升及旋转装置 :该机构包括炉盖旋转架、炉盖提升缸、提升连杆机构、炉盖旋转机构及锁定机构等。 旋转架通过旋转轴承连接在倾动摇架平台上。 当固定在平台上的液压缸活塞杆伸出时，可使炉盖旋开。 液压缸活塞杆缩回时，炉盖即可复位。 旋转架伸出臂下通水冷却，以防止高温变形。 液压系统 :液压系统包括液压源、控制阀门、蓄液箱、蓄能器等。 液压源有三台恒压变量泵并配备一定数量的蓄能器。 以保证事故状态的应急操作。 电极升降采用比例阀，以保证在穿井塌料时电极能快速提升，防止电极碰断和提高灵敏度。 炉体倾动采用比例阀，使倾动速度在 03/s之间随意控制，以满足出钢和快速回倾的要求。 炉盖旋转采用比例阀控制，以保证在旋转过程平稳、快速。 水冷系统 :为了延长电弧炉的使用寿命以及改善炉前操作条件，电弧炉的许多部位通水冷却，如前所述的炉盖、炉壳等、水冷系统主要包括三部分 :水冷炉壁、水冷炉盖和水冷导电横臂、炉体为双层结构，中间为水冷夹层，炉壁匕有入水口和出水口，冷却水不断从夹层中流过，使炉壁冷却。 冷却水的进口压力要求一般在 气压以上。 电炉主体的水冷系统供给水冷炉壁、水冷炉盖、炉门、炉门框、导电横臂电极夹头、电极喷林水冷电缆和铜管等。 气动系统 :气动装置为电极夹头清灰，为加料斗气缸、炉门气缸等供气，系统由主阀架气动三大件、气阀等组成，系统压力。 电弧炉炼钢的电气设备 电弧炉的电气设备主要分为主电路和电极升降自动调节系统。 主电路的任务是将高压电转变为低压大电流输往电弧炉，并以电弧的形式将电能转变为热能。 电弧炉的主电路如图 ，主要由高压断电器、电抗器、电炉变压器及低压短网等组成 [5]。 电弧炉采用三相 交流电供电，电气设备主要包括以下几个部分 :高压供电系统、二次回路、电炉变压器、电抗器、短网、低压供电系统和控制系统。 高压系统 :一股由 35Kv电，经高压隔离开关、高压真空断路器、电抗器送至电弧炉变压器，在高压供电系统中设有氧化锌避雷器、阻容吸收器，作为电压吸收装置，吸收操作过电压和浪涌过电压，以保证变压器正常运行。 高压测二次计量回路设有高Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()inwi压侧电压、高压侧电流、功率因数、有功功率、有功电度及无功电度的计量，二次保护回路设有过电流保护、欠压保护、缺相保护、变压器温度保护、变压器瓦斯保护及冷却器保护等完善的保护回 路。 电炉变压器：采用高阻抗电弧炉专用变压器，变压器采用有载电动调压，低压二次侧采用铜管侧出线、内封口，采用强油循环水冷却器进行冷却。 变压器配套强油循环冷却器及其电气控制台。 电抗器 :电抗器为外附电抗器，无载调节可连续过载 20%，配有隔离开关，接地开关。 短网 :也称大电流线路，是指从电弧炉变压器低压出线到电极 (包括电极 )之间的各种形式导体的总和。 电流经短网送入炉内，产生电流，将电能变成热能，把炉料熔化。 低压动力及控制电源 :由系统动力柜接收车间馈电，进线电压 380/220V,三相四线制。 主要是给液压站、高压 泵、加热器、闸整流电源、电炉变压器调压控制器、油水冷却器、仪表电源、控制电源、稳压电源等供电。 图 电弧炉主电路简图 1高压电缆； 2隔离开关； 3高压断路器； 4电抗器； 5电抗器短炉开关； 6电炉变压器； 7电极； 8电弧； 9金属。 电弧炉炼钢过程及工艺简介 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()共 54 页 第 11 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 电弧炉炼钢过程 电弧炉是以电弧为主要热源的电炉，分为直流电弧炉和交流电弧炉两种。 在电弧炉炼钢过程中，电弧产生于专用的电极棒和被熔化的炉料之间，炉料受到电弧的直接加热。 电弧炉是继转炉、平炉之后出现的又一 种炼钢方法，已有百年历史。 目前世界上电炉钢产量 95%以上都是由交流电弧炉生产的，已成为主要的炼钢方法之一。 如图 三相电弧炉构造简图。 它由一台特种变压器的三相交流电供电，三相交流电流通过 3个上下移动的电极直接加热炉内金属 [6]。 图 三相电弧炉构造简图 1炉底； 2钢液； 3渣层； 4流钢嘴； 5炉顶； 6电极； 7电极夹持器； 8短网；9电炉变压器； 10炉门。 电弧炉整个炼钢过程一般分为熔化期、氧化期和还原期三个时期，各个时期对冶炼温度和功率的要求各不相同。 熔化期的任务是将固体炉 料熔化为钢液，这个时期要求尽可能地向炉内输入最大电功率以保证炉料在最短的时间内熔为金属液。 氧化期主要是通过脱碳反应而造成钢液沸腾，从而达到除磷、除杂、均匀等目的。 还原期的主要任务是 :(l)使钢和炉渣还原； (2)去除钢液中的氧和硫，使其含量达到规定的要求； (3)调整钢液的化学成分，使其达到要求； (4)加热钢液至正常出钢温度。 电弧炉炼钢过程工艺如图 所示。 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()inwi熔 化 期装 料 氧 化 期 除 渣 还 原 期补 料出 钢白 云 石或 镁 粉通 电废 钢吹 氧 助 熔熔 渣吹 氧 加 合 金 块取 样废 钢（ 二 次 加 料 ）取 样 加 矿 石 取 样 化 验 造 渣 剂 图 电弧炉炼钢工艺过程 电弧炉炼钢工艺简述 电弧炉炼钢的工艺方法归纳起 来有三种，即氧化法、不氧化法和返回吹氧法。 氧化法是电弧炉炼钢工艺的最基本的方法，不氧化法和返回吹氧法都是在氧化法的基础上发展起来的 [7]。 传统的氧化法冶炼工艺由补炉、装料、熔化期、氧化期、还原期和出钢六个阶段组成。 在炉内即要完成熔化、脱磷、脱碳、升温，又要进行脱氧、脱硫、去气、去除夹杂物、合金化以及温度成分的调整，因而冶炼周期很长。 这即难保证对钢材越来越严格的质量要求，又限制了电弧炉生产率的提高。 工艺上的改进大大提高了电弧炉设备能力，使其能够以尽可能大的功率进行熔化、升温操作，而把那些只需要较低功率的操作 转移到钢包精练炉内进行。 并且越来越完善的电弧技术能进一步满足钢液纯度和严格的成分、温度控制的要求。 同时，在现代电弧炉炼钢工艺中，在熔化初期就对炉内进行吹氧，因此熔化期和氧化期己无明显的区分，所以现代电弧炉炼钢工艺包括补炉、装料、熔氧期和出钢四个阶段。 补炉 :补炉是指当上炉出钢完后，需要迅速将炉体损坏的部位进行维修，以保证下一炉钢的正常冶炼。 装料 :装料是指将固体炉料装入炉膛内。 目前多数电弧炉采用炉盖上升，炉体开出，或者炉盖升起旋开，用吊车吊起炉料一次加入炉膛内。 熔氧期 :从通电开始到出钢阶段称为熔氧期。 熔氧 期的主要任务是迅速熔化全部炉料，去除钢液中的磷、气体和夹杂物，将钢液温度加热到高于出钢温度 1020℃。 为了加速熔化和节约电能，在熔氧期一般采用吹氧助熔，有条件的也可以采川煤氧助熔。 出钢 :钢液脱碳、脱磷良好，化学成分符合要求，温度达到出钢要求，炉渣合乎出钢要求，即可出钢。 安徽工业大学 毕业设计（论文）说明书 Opinos adugethry39。 mlcAv,fPb20*jZTxMI:EYB()共 54 页 第 13 页 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 装 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 订 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 线 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 电弧炉工艺对控制系统的要求 由于炼钢工艺在电弧炉炼钢上采用了多种提高冶炼效果，缩短炼钢时间，节能降耗的技术，从而使电弧炉的控制系统更为复杂。 例如在电弧炉上采用吹氧技术之后，对计算机控制系统的要求是 :在炼钢过程中如何达到最 佳的脱碳效果，同时要控制化学反应中产生的一氧化碳在炉内进行充分二次燃烧。 控制吹氧的效果，确保浮渣的厚度足以去覆盖电弧，从而保证电能效率得以最大限度地发挥，提高钢水的搅拌效果，迅速把热能传递给需熔化的废钢，扩大氧和钢水之间反应的有效区域，允许电弧炉进行长弧操作。 综合各种因素的控制，达到最大功率的冶炼效果 [8]。 电弧炉炼钢工艺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，电能及电极消耗均有增加。 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，特别使当电极同炽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，电弧炉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。 具体的说， 40吨电弧炉对自 动。