直流電弧爐電極升降控制系統(tǒng)的問題分析及改進

1概述

直流煉鋼電弧爐在冶煉過程中，其初始熔化、熔化、氧化和還原各個階段對供電制度(即電壓、電流的大小)有著不同的要求，以求節(jié)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(diào)節(jié)系統(tǒng)分別控制的，弧壓和弧流可以線性地分別獨立地進行自動調(diào)節(jié)，以滿足冶煉工藝對供電的要求。

弧流調(diào)節(jié)系統(tǒng)以晶閘管整流器作為調(diào)節(jié)對象，電弧電流自動閉環(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)，弧壓的變化不會引起弧流隨之而變，這樣就為獨立調(diào)節(jié)弧長和弧壓創(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)以電極定位機構(gòu)為控制對象，其主要作用是調(diào)節(jié)電弧弧柱的長度(即弧長)。根據(jù)有關(guān)文獻資料分析，電弧電壓Va和電弧長度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(shù)。由此可見，弧壓與弧長成近似的線性關(guān)系。調(diào)節(jié)弧長的長短相當(dāng)于調(diào)節(jié)弧壓的高低。當(dāng)弧流恒定不變時，調(diào)節(jié)弧長也相當(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

甘肅華藏冶金集團特殊鋼廠兩臺標稱容量為5噸的直流煉鋼電弧爐于1997年開始投入試運行，投運后發(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)運行不穩(wěn)定，電極竄動頻繁、持續(xù)時間長，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)值也只能達到250V左右，嚴重地限制了電弧功率的提高，變壓器網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)也相對較低;

(3)弧壓調(diào)節(jié)范圍小，實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，嚴重影響生產(chǎn)。

根據(jù)試運行過程中所出現(xiàn)的問題，經(jīng)過仔細的現(xiàn)場觀察和對控制電路系統(tǒng)的認真分析，認為發(fā)生以上問題的主要原因有以下幾個方面：