CN102749145B - 一种精炼电炉电极横臂发热检测装置及其检测控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种对精炼电炉的三根电极横臂中间的B相电极横臂异常发热的检测装置及其方法，包括检测单元、报警单元和控制单元三部分，所述检测单元，包括温度传感器(8)、绝缘纸(9)、绝缘垫圈(10)、信号传送电缆(11)、信号隔离器(12)、用于温度信号的检测与控制的PLC，即可编程控制器(13)，温度传感器(8)通过绝缘纸(9)和绝缘垫圈(10)设置于电极横臂上，由信号传送电缆(11)将信号输送至信号隔离器及PLC。根据本发明，LF炉B相电极横臂在冶炼过程中的异常发热得以控制，降低了备件的损耗和设备故障的时间；零部件均为设备管理中常见的备件，价格低廉、取材方便，大大节约了投资；安装方便、检测可靠、维护简单。

Description

一种精炼电炉电极横臂发热检测装置及其检测控制方法
技术领域
本发明涉及冶金领域，具体地，本发明涉及一种精炼电炉电极横臂发热检测装置及检测控制方法，所述电极横臂异常发热的检测装置及检测控制方法用于对精炼电炉的三根电极横臂中、B相电极横臂的异常发热进行检测、控制。
背景技术
LF（精炼电炉）炉通常采用三相交流电源进行炼钢，例如，某钢铁公司钢管条钢事业部电炉厂150t LF炉冶炼电源主要由33KV炉用操作开关、用变压器、水冷电缆、导电铜管（三根）、电极夹持器（三个）、石墨电极（三个）组成，如图1所示。
图1中，电极横臂的主要作用是支撑导电铜管及电极夹持器，并作为固定支撑点带动电极上下运动，单根电极横臂及其附属结构见图2。
三根电极横臂的电极称A、B、C三相电极，三电极横臂和导电铜管分别对应其中的A、B、C三相。
在LF开始冶炼时，操作开关合闸，三根电极下降，三根电极以钢水为介质，产生电弧，提供精炼冶炼的能量供给源，电弧电压的通过三根电极的升降进行调节，因此在冶炼过程中电极横臂处于不断上下运动的状态。
同时，在LF冶炼过程中，导电铜管上有大的交变电流存在，在电极横臂周围形成交变磁场，电极横臂的上下运动正好形成切割磁力线的切割运动，在电极横臂上产生涡流发热（电极横臂为钢结构框架）。特别是，因为三相电流在中间一相磁场叠加量最大，所以，处于三根电极横臂中间的B相电极横臂处磁场最大，因此涡流发热量也大，由此会造成电极横臂内电极夹持器油缸经常漏油，且电极横臂内有其它设备的冷却水管，一旦渗水或漏水会在电极横臂内积聚水，若此时电极横臂异常发热超过100℃，会引起水的蒸发膨胀，造成电极横臂爆裂。
为解决这一问题，在作LF导电铜管设计时，要求B相的导电铜管相对于电极横臂的距离高于A、C相导电铜管相对于电极横臂的距离。因三根导管呈等边三角形，电流流过时产生的磁场叠加量会互相抵消，不会在电极横臂上形成涡流。
另一方面，在正常冶炼时，要求三根电极横臂在同一水平面的高度上，这时三根导电铜管之间的距离正好呈等边三角形，见图3。此时作用在B相电极横臂上的电磁场叠加量最小，B相电极横臂上产生的涡流可以忽略。
但是，在实际生产过程中，由于电极消耗的不一样，三根电极横臂冶炼时经常不处于同一水平位置，距离相差越大，B相电极横臂的涡流发热量也就越大，最高时达150℃以上，电极横臂异常发热，造成电极横臂内电极夹持器油缸经常漏油。即，因油缸置于电极横臂内，温度升高，易加快油缸密封老化而造成油缸漏油。例如，某LF车间仅2011年1季度就发生4起B相电极横臂夹持器油缸高温漏油故障及一起电极横臂尾部因高温爆裂的重大设备故障。
对于电极横臂异常发热，可以通过调整电极来解决，，具体地，如图3所示，电极横臂前连接有电极夹持器，电极夹持器由电极横臂内的液压油缸控制，用来夹紧电极，可以通过电极夹持器的松开和夹紧来调节电极的长度。但由于生产节奏较快，操作人员经常忽略这件事，也可通过采用改进成现在普遍使用的导电电极横臂加以解决，但三根电极横臂改造需要投资上百万元，其投资巨大。
如上所述，在LF炉的冶炼过程中，由于三根电极消耗的长度不一样，三根电极横臂的高度也不能始终保持水平，一旦三根电极横臂的相对高度偏离较大，中间B相电极横臂上产生的涡流发热量也就越大，势必对电极横臂及其内的液压油缸等设备带来损坏。虽然电极横臂的高度可以通过调节电极加持位置来解决，但频繁的调节会影响到生产节奏（电炉炼钢时液态钢水流程化作业，LF冶炼是其流程中的中间一环，如果频繁调整电极会延长LF炉作业时间，打乱生产节奏，影响产能），而设备改进又需要一定的过程和高额的费用投入。
发明目的
为克服上述问题，本发明目的在于：提供一种电极横臂异常发热的检测装置，用于对精炼电炉的三根电极横臂中间的B相电极横臂的异常发热进行检测，所述检测装置安装简单、检测可靠、几乎无需投资。避免在冶炼过程中，三根电极横臂因高度偏差而造成中间B相电极横臂涡流发热量增大。
根据本发明，对该电极横臂进行温度检测，当温度达到一定值后，一方面在控制程序中降低冶炼电流输出，减少涡流发热，控制电极横臂温升，同时，另一方面该装置发出报警，提醒操作人员在该炉钢冶炼结束后及时对电极位置进行调整，从而降低设备损坏率，减少设备故障停机时间。
为了能及时准确地反映电极横臂发热情况并对异常发热进行控制，本发明提供一种电极横臂异常发热的检测装置，所述一种电极横臂异常发热的检测装置同时具备检测、控制和报警三重功能。
为达到上述目的，本发明的一种电极横臂异常发热的检测装置的技术方案如下：
一种电极横臂异常发热的检测装置，用于对精炼电炉的三根电极横臂中间的B相电极横臂的异常发热进行检测，其特征在于，所述电极横臂异常发热的检测装置包括检测单元、及分别与所述检测单元电讯连接的报警单元和控制单元，所述检测单元，包括温度传感器8、绝缘纸9、绝缘垫圈10、信号传送电缆11、信号隔离器12、用于温度信号的检测与控制的PLC，即可编程控制器13，温度传感器8通过绝缘纸9和绝缘垫圈10设置于电极横臂上，由信号传送电缆11将信号输送至信号隔离器12及PLC13。
根据上述技术方案，由于电极横臂1上可能存在漏电流，该方案的检测回路具备双重隔离，一是绝缘纸和绝缘垫圈构成的物理绝缘，二是信号隔离器12的电隔离，防止了电极横臂1上漏电流流入PLC板卡，烧毁PLC。
根据本发明的电极横臂异常发热的检测装置，其特征在于，
所述报警单元将由PLC13从温度传感器8上采集来的实时温度值与预先设定的报警值进行比较，如实时温度值超过预先设定的报警值即在HMI，人机交互计算机操作画面上显示，发出报警信号。
所述报警单元主要是由PLC13从温度传感器8上采集来的实时温度值与预先设定的报警值进行比较，超过预设值即发出报警信号，报警信号可在HMI（人机交互计算机操作画面）上显示，HMI上的报警信号显示能及时的将目前电极横臂发热状况通知到操作人员，以便其提前做出预判及处理。
根据本发明的电极横臂异常发热的检测装置，其特征在于，所述控制单元将由PLC13从温度传感器8上采集来的实时温度值与预先设定的报警值进行比较，预先设定的报警值有两档Talarm和Ttrip，Ttrip＞Talarm，当实时温度值在Talarm和Ttrip之间，所述控制单元通过自动降低冶炼电流来降低电极横臂发热量，确保冶炼不中断，生产连续；当实时温度值大于Ttrip时，即终止冶炼，通过调整电极横臂位置来降低电极横臂发热量。
所述控制单元主要也由PLC13从温度传感器8上采集来的实时温度值与预先设定的报警值进行比较，该报警预设值有两档Talarm和Ttrip，Ttrip＞Talarm，当实时温度在Talarm和Ttrip之间，通过自动降低冶炼电流来降低电极横臂发热量，确保冶炼不中断，生产连续，当实时温度大于Ttrip时，立即终止冶炼，通过手动调整电极横臂位置来降低电极横臂发热量，这种控制方式在电极横臂刚刚异常温升时，通过降低电流减少发热量确保了生产稳定连续的运行，当电极横臂发热到最高限时，又能够及时切断发热源（电流），防止事故发生。
根据本发明的电极横臂异常发热的检测装置，其特征在于，所述检测单元使用热电阻，为WZPM型压平面铂热电阻PT100,其测温范围在-150°～200°。
根据本发明的电极横臂异常发热的检测装置，其特征在于，所述热电阻，探头采用中间带孔的方形平面状。
热电阻采用WZPM型压平面铂热电阻PT100,测温范围-150°～200°热电阻探头采用方形平面，能够很好的与被测电极横臂接触，且中间带孔，方便固定到电极横臂上。
本发明提供一种电极横臂异常发热的检测控制方法，根据本发明的一种电极横臂异常发热的检测控制方法，所述方法采用一种电极横臂异常发热的检测装置，所述电极横臂异常发热的检测装置包括检测单元、及分别与所述检测单元电讯连接的报警单元和控制单元，所述检测单元，包括温度传感器8、绝缘纸9、绝缘垫圈10、信号传送电缆11、信号隔离器12、用于温度信号的检测与控制的PLC，即可编程控制器13，温度传感器8通过绝缘纸9和绝缘垫圈10设置于电极横臂上，由信号传送电缆11将信号输送至信号隔离器12及PLC13，其特征在于，所述方法包括步骤如下：
f）确定电极横臂温度报警值Talarm和Ttrip；
Talarm和Ttrip根据正常时电极横臂的温度值及电极横臂内油缸密封所承受的温度范围及电极横臂冷却水的沸点设定，Talarm设定为45-55℃，Ttrip设定为85-95℃；
g）采集电极横臂实时温度值T；
h）将T和Talarm进行比较，T<Talarm时，不进行控制及报警；
i）当Talarm≤T<Ttrip时，发出降低输出电流的控制命令，降低电流档位；同时发出报警，通知操作人员在当前炉次结束后对电极进行调整，使三根电极横臂处在水平位置；
j）当T>Ttrip时，封锁通电条件，通知操作工停止冶炼并进行电极调整。
根据本发明，Talarm和Ttrip根据正常时电极横臂的温度值及电极横臂内油缸密封所承受的温度范围及电极横臂冷却水的沸点设定，一般正常温度在30℃左右，在本发明，优选的是，Talarm设定为50℃，Ttrip设定为90℃。
根据本发明，当Talarm≤T<Ttrip时，发出降低输出电流的控制命令，降低电流档位。根据本发明实施例，当T＞Talarm后，温度每升高5℃，变压器有载调压档位降低一档，总共13档，当然可根据实际情况及试验进行档位降低的控制计算）；同时发出报警，通知操作人员在当前炉次结束后对电极进行调整，手动调整电极长度，使三根电极横臂在水平位置。
根据本发明的一种电极横臂异常发热的检测控制方法，其特征在于，所述检测单元使用热电阻，为WZPM型压平面铂热电阻PT100，其测温范围在-150°～200°。
根据本发明的电极横臂异常发热的检测控制方法，其特征在于，所述热电阻，探头采用中间带孔的方形平面状。
根据本发明的电极横臂异常发热的检测控制方法，其特征在于，Talarm设定为40-45℃，Ttrip设定为80-85℃。
根据本发明，Talarm和Ttrip根据电极横臂及其附件日常运行过程中正常温度的要求制定，详细的控制和报警方案流程图见图7。
根据本发明所述的一种电极横臂异常发热的检测装置及其检测控制方法，LF炉B相电极横臂在冶炼过程中的异常发热得以控制，降低了备件的损耗和设备故障的时间；零部件均为设备管理中常见的备件，价格低廉、取材方便，大大节约了投资；安装方便、检测可靠、维护简单。
附图说明
图1为LF冶炼电源系统示意图。
图2为电极横臂及其附属机构结构简图。
图3为正常冶炼时三根电极横臂及导电铜管的位置示意图。
图4为本发明的温度检测装置示意图。
图5为本发明的温度传感器结构示意图。
图6为本发明的温度检测装置安装应用示意图。
图7为本发明的电极横臂异常发热的检测控制方法流程图。
图中，1为电极横臂，2为导电铜管，3为石墨电极，4为电极夹持器，5为电极升降油缸，6为水冷电缆，7为导电铜管支撑架，8为温度传感器，9为绝缘纸，10为绝缘垫圈11为信号传送电缆，12为信号隔离器，13为用于温度信号的检测与控制的PLC，即可编程控制器，14为紧固螺丝。
具体实施方式
以下，举实施例具体说明本发明的电极横臂异常发热的检测装置及其检测控制方法。
实施例
在某钢铁公司钢管条钢事业部电炉厂LF炉冶炼过程中，应用本发明的电极横臂异常发热的检测装置及其检测控制方法。
结合附图7可以看出，本发明的检测装置部分主要由温度传感器8、绝缘纸9、绝缘垫圈10、信号传送电缆11、信号隔离器12、PLC13组成。温度传感器8可按附图5由专业厂家生产、绝缘垫圈10可按附图6制作，绝缘纸9可按导热性能好、耐热、耐压条件购买，信号隔离器12和PLC13为标准件。温度传感器8、绝缘纸9和绝缘垫圈10组成的检测单元可由紧固螺丝14固定在电极横臂上，温度传感器8测得的温度信号由信号隔离器12进行电气隔离送到PLC13的模拟量输入板，信号隔离器12和PLC13均安装在LF的电气室内，PLC13接受到温度传感器8的信号，经过转换呈摄氏温度值。
结合附图7的详细控制流程图，在PLC程序中进行程序的编制和应用，LF冶炼开始后按图7的流程图进行温度检测、控制和报警。
1)该发明自试投入使用以来，LF炉B相电极横臂在冶炼过程中的异常发热得以控制，降低了备件的损耗和设备故障的时间。
2)该发明涉及的零部件均为设备管理中常见的备件，价格低廉、取材方便，全部耗资不超过两千元，大大节约了投资。
3)该发明安装方便、检测可靠、维护简单。
LF炉电极横臂是LF炉不可或缺的设备之一，早期LF设计时均采用电极横臂的结构形式，因此这种结构形式的应用场合还比较普遍，这种结构的LF炉在冶炼过程中都不可避免的出现涡流发热现象，因此，本发明在LF炉的冶炼设备领域具有非常广泛的应用前景。

Claims (8)

1.一种电极横臂异常发热的检测装置，用于对精炼电炉的三根电极横臂中间的B相电极横臂的异常发热进行检测，其特征在于，
所述电极横臂异常发热的检测装置包括检测单元、及分别与所述检测单元电讯连接的报警单元和控制单元，
所述检测单元，包括温度传感器（8）、绝缘纸（9）、绝缘垫圈（10）、信号传送电缆（11）、信号隔离器（12）、用于温度信号的检测与控制的PLC，即可编程控制器（13），温度传感器（8）通过绝缘纸（9）和绝缘垫圈（10）设置于电极横臂上，由信号传送电缆（11）将信号输送至信号隔离器及PLC，
所述控制单元将由PLC（13）从温度传感器（8）上采集来的实时温度值与预先设定的报警值进行比较，预先设定的报警值有两档Talarm和Ttrip，Ttrip＞Talarm，当实时温度值在Talarm和Ttrip之间，所述控制单元通过自动降低冶炼电流来降低电极横臂发热量，确保冶炼不中断，生产连续；当实时温度值大于Ttrip时，即终止冶炼，通过调整电极横臂位置来降低电极横臂发热量。
2.如权利要求1所述的电极横臂异常发热的检测装置，其特征在于，
所述报警单元将由PLC（13）从温度传感器（8）上采集来的实时温度值与预先设定的报警值进行比较，如实时温度值超过预先设定的报警值，即在人机交互计算机操作画面HMI上显示，发出报警信号。
3.如权利要求1所述的电极横臂异常发热的检测装置，其特征在于，
所述检测单元使用热电阻，为WZPM型压平面铂热电阻PT100,其测温范围在-150°～200°。
4.如权利要求3所述的电极横臂异常发热的检测装置，其特征在于，
所述热电阻，探头采用中间带孔的方形平面状。
5.一种电极横臂异常发热的检测控制方法，用于对精炼电炉的三根电极横臂中间的B相电极横臂的异常发热进行检测，其特征在于，所述方法采用一种电极横臂异常发热的检测装置，所述电极横臂异常发热的检测装置包括检测单元、及分别与所述检测单元电讯连接的报警单元和控制单元，
所述检测单元，包括温度传感器（8）、绝缘纸（9）、绝缘垫圈（10）、信号传送电缆（11）、信号隔离器（12）、用于温度信号的检测与控制的PLC，即可编程控制器（13），温度传感器（8）通过绝缘纸（9）和绝缘垫圈（10）设置于电极横臂上，由信号传送电缆（11）将信号输送至信号隔离器及PLC，其特征在于，
包括步骤如下：
a）确定电极横臂温度报警值Talarm和Ttrip；
Talarm和Ttrip根据正常时电极横臂的温度值及电极横臂内油缸密封所承受的温度范围及电极横臂冷却水的沸点设定，Talarm设定为40-55℃，Ttrip设定为80-95℃；
b）采集电极横臂实时温度值T；
c）将T和Talarm进行比较，T<Talarm时，不进行控制及报警；
d）当Talarm≤T<Ttrip时，发出降低输出电流的控制命令，降低电流档位；同时发出报警，通知操作人员在当前炉次结束后对电极进行调整，使三根电极横臂处在水平位置；
e）当T>Ttrip时，封锁通电条件，通知操作工停止冶炼并进行电极调整。
6.如权利要求5所述的一种电极横臂异常发热的检测控制方法，其特征在于，
所述检测单元使用热电阻，为WZPM型压平面铂热电阻PT100,其测温范围在-150°～200°。
7.如权利要求6所述的电极横臂异常发热的检测控制方法，其特征在于，所述热电阻，探头采用中间带孔的方形平面状。
8.如权利要求5所述的电极横臂异常发热的检测控制方法，其特征在于，Talarm设定为40-45℃，Ttrip设定为80-85℃。
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