CN204589222U - 炼钢电弧炉防电极折断装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及金属冶炼设备技术领域，具体公开了一种炼钢电弧炉防电极折断装置，包括PLC控制系统，所述PLC控制系统上分别连接有用于测量三相电极下降速度的A相电极测速装置、B相电极测速装置和C相电极测速装置，所述PLC控制系统还连接有用于控制三相电极升降的A相电极升降驱动机构、B相电极升降驱动机构和C相电极升降驱动机构。本实用新型优点是，其基于控制系统自动检测与执行，检测电极实际下降速度与设定下降速度进行比较，判断电极是否接触到不导电炉料，进一步防止了电极在下降过程中遇导电不良废料时电极被折断的问题。

Description

炼钢电弧炉防电极折断装置

技术领域

本实用新型涉及金属冶炼设备技术领域，特别是指一种炼钢电弧炉防电极折断装置。

背景技术

电弧炉熔炼废钢，主要依靠三相电极与废钢料短路起弧来熔炼。在炼钢过程中，电极的正常使用是保证电炉炼钢稳定运行的一个重要条件。如何降低电极消耗，避免无谓的电极损耗，是炼钢企业的一个重要生产考核指标。在电弧炉冶炼过程中，电极的消耗主要分为电极端部消耗、电极侧面氧化消耗、电极折断、电极残部损失、电极端头剥落五种方式。其中电极折断、电极残部损失、电极端头剥落属于非正常消耗。造成电极非正常消耗的原因比较多，在相关的文献资料中都有分析说明。在非正常消耗中，以电极折断事故比较多，造成电极折断的原因主要要从电极质量、电炉操作、系统控制三个方面来分析。

由于电极质量、炉内塌料，电极、横臂共振，电极夹持操作不当、电极侧面有道外力碰撞(炉盖旋转和炉体倾动时碰到电极)等都可能造成电极折断，这些原因比较直观。在电弧炉熔化初期，由于炉内不导电炉料造成电极折断事故比较多。如何预判和快速响应以避免由此类原因造成的电极折断事故，是一个比较难处理的问题。

三相电极自动工作原理

电弧炉熔炼废钢的过程，就是不断地通过三相电极与废钢之间形成电弧，依靠电弧热熔炼废钢。通过电流、电压变送器，采集每相的工作电压、电流信号。通过PLC控制系统设定功率值，自动计算模拟量调节输出信号给液压比例阀或变频器，整个系统构成闭环。液压比例阀或变频器根据PLC输出的模拟量信号值的大小及正负来控制驱动每相电极的升降速度及运行方向。检测、控制框图如图1所示。

炉内有不导电炉料时电极的运行情况

炼钢炉有手动和自动两种工作模式，在系统自动模式下，可进行手操干预 操作。由于炼钢时，三相电极独立运行，尤其是在熔化期电流变化非常快，电极上下往复运动频繁，手动操作难度大，目前一般都采用自动运行模式。

在系统自动模式下，高压系统合闸送电给电炉变压器，三相电极带电。通过电压变送器、电流互感器从低压侧采集到的信号传输到PLC控制系统。如果采样电压信号对地电压值大于等于30V(约等于电弧弧柱电压降)时，电极自动下降。当电极接触到导电炉料时，电压值减小；当电压值小于临界值(约10V)时，电极停止下降。炉内两相或三相电极，接触到废钢炉料时短路产生弧流，调节系统根据设定要求计算，控制电极升降。

废钢铁料本身具有导电性，但当这些大块的钢铁料表面覆盖一层不导电物质，如冷的钢渣料、石灰、耐火材料等炉料时，电极下降接触到这些炉料时，不会产生弧流，对地电压不会小于临界值，电极会继续下降从而折断电极。当炉内布料不均匀，电极端部与不导电炉料接触面积较小时，电极以倾斜方式下降。这种运行方式，使得电极接头受到很大的弯矩，超过临界质时，从电极接头处折断。

不导电炉料使得电极折断，是电炉设备上很常见的一种冶炼事故。从设备角度考虑，目前国内外还没有特别有效的办法，常见的处理办法，一是严格控制入炉废钢料的质量；炉内的废钢铁料的布料工艺。二是根据检测液压回路中电极升降油缸的背压变化率来判断电极是否遇到不导电炉料。

严格控制入炉原料、严格控制布料工艺。这种方法有很好的效果，但使得废钢准备工作变得繁琐、工人劳动强度大、废钢准备效率低且造成废钢浪费。

检测液压回路中电极升降油缸的背压变化率的本思路是：当电极碰到不导电炉料时，电极由于阻力无法下降，而导致缸内压力降低，检测到压力降低时电控系统指令电极上升，从而避免折断电极。这种方法在实际中并不容易实现，因为液压压力本身波动较大，背压的变化较小，不易检测。再加上电极折断主要是侧向挤压作用的结果，侧向挤压对缸内压力影响并不明显，因此采用这种方法在实际使用中并不理想。

因此，采用常规方法仍旧无法从根本解决电极折断事故，当发生电极折断时，除了直接产生电极损失和消耗增加、增加冶炼成本之外，更重要的是造成生产中断，停炉误产造成损失，增加炉前工的工作量，造成高消耗、加长冶炼周期、产量降低、成本提高。因此，如何从根本上解决电炉冶炼过程中因不导 电炉料而折断电极的问题，是我们电炉行业一直探讨、摸索、研究的课题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种炼钢电弧炉防电极折断装置，其基于控制系统自动检测与执行，检测电极实际下降速度与设定下降速度进行比较，判断电极是否接触到不导电炉料，进一步防止了电极在下降过程中遇导电不良废料时电极被折断的问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下的技术方案：一种炼钢电弧炉防电极折断装置，包括PLC控制系统，所述PLC控制系统上分别连接有用于测量三相电极下降速度的A相电极测速装置、B相电极测速装置和C相电极测速装置，所述PLC控制系统还连接有用于控制三相电极升降的A相电极升降驱动机构、B相电极升降驱动机构和C相电极升降驱动机构。

优选的，所述A相电极测速装置、B相电极测速装置和C相电极测速装置采用精确度在2m的行程内可达0.01m的位移传感器。

优选的，所述A相电极测速装置、B相电极测速装置和C相电极测速装置与PLC控制系统之间均通过测速信号线连接。

炼钢电弧炉防电极折断装置的设计原理为：当电弧炉高压送电、系统开始自动点弧时，电极下降；如果碰到炉内废料导电不良时，难以点弧，电极继续下降就容易折断电极。当电极下降碰到炉内不良导电废料时，电极运行速度必然发生变化，即有速度变化率α=dv/dt。根据速度变化率值得大小，从控制软件上分类别处理。根据依据这个原理，设计出电极防折断保护系统。

本实用新型的有益效果在于：采用上述装置后，其基于PLC控制系统自动检测与执行，进一步通过位移传感器检测电极实际下降速度与设定下降速度进行比较，判断电极是否接触到不导电炉料。PLC控制系统还连接有控制三相电极升降的电极升降驱动机构，避免了电极在下降过程中遇导电不良废料时电极被折断的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用 新型为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对-实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型背景技术的原理框图；

图2为本实用新型的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图2所示的一种炼钢电弧炉防电极折断装置，包括PLC控制系统，所述PLC控制系统上分别连接有用于测量三相电极下降速度的A相电极测速装置、B相电极测速装置和C相电极测速装置，所述PLC控制系统还连接有用于控制三相电极升降的A相电极升降驱动机构、B相电极升降驱动机构和C相电极升降驱动机构。运行时，A相电极测速装置、B相电极测速装置和C相电极测速装置通过各自位移传感器采集相应电极的下降速度，通过测速信号线传输给PLC控制系统。PLC控制系统接收三相电极的下降速度后，比较并作出判断，将输出相应驱动信号给A相电极升降驱动机构、B相电极升降驱动机构和C相电极升降驱动机构，从而实现控制三相电机的升降。

其基于PLC控制系统自动检测与执行，进一步通过位移传感器检测电极实际下降速度与设定下降速度进行比较，判断电极是否接触到不导电炉料。PLC控制系统还连接有控制三相电极升降的电极升降驱动机构，避免了电极在下降过程中遇导电不良废料时电极被折断的问题。

本实用新型采用适用于狭小空间安装的高精度位置反馈、响应速度快、防护等级达IP65，工作环境温度可在-40～200℉范围内的的位移传感器，其精确度在两米的行程内可达0.01mm。位移传感器把电极位移信号转换为4～20mA信号 供PLC模块实时采集，经PLC运算后，即可得出比较精确的实时线速度。

依据这个设计思路，可得出这个设计原理：当电弧炉高压送电、系统开始自动点弧时，电极下降；如果碰到炉内废料导电不良时，难以点弧，电极继续下降就容易折断电极。当电极下降碰到炉内不良导电废料时，电极运行速度必然发生变化，即有速度变化率α=dv/dt。根据速度变化率值得大小，从控制装置上分类别处理。根据依据这个原理，设计出电极防折断保护系统。

当三相升降系统以自动方式开始运行时，三相电极开始下降，位移传感器检测电极下降速度,通过对实际速度与设定速度比较做出判断，构成一个闭环检测机构。在三相电极点弧过程中，电极下降速度保持不变，实际检测到的电极下降速度也应保持在一定范围之内，即速度变化率α=dv/dt近似等于0；当电极遇到不导电炉料时，实际下降速度减小，甚至为0，即速度变化率α=dv/dt远远大于0。当检测到实际速度有大范围变换时，即速度变化率α=dv/dt大于临界值，系统自动抬升电极；同时报警指示灯亮，提醒操作工电极遇到不导电炉料需要处理。具体的速度变化率临界值，应根据实际运行情况，测试后在控制系统软件中设置。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种炼钢电弧炉防电极折断装置，其特征在于，包括PLC控制系统，所述PLC控制系统上分别连接有用于测量三相电极下降速度的A相电极测速装置、B相电极测速装置和C相电极测速装置，所述PLC控制系统还连接有用于控制三相电极升降的A相电极升降驱动机构、B相电极升降驱动机构和C相电极升降驱动机构。

2.根据权利要求1所述的炼钢电弧炉防电极折断装置，其特征在于：所述A相电极测速装置、B相电极测速装置和C相电极测速装置采用精确度在2m的行程内可达0.01m的位移传感器。

3.根据权利要求1所述的炼钢电弧炉防电极折断装置，其特征在于：所述A相电极测速装置、B相电极测速装置和C相电极测速装置与PLC控制系统之间均通过测速信号线连接。