高功率電弧爐是單位爐容量所配變壓器容量高出普通功率電弧爐而又低於超高功率電弧爐的電弧爐。一般認為，20t的電弧爐功率在600～749kVA/t之間、30t的電弧爐在600～699kVA/t之間、50t的電弧爐在500～599kVA/t之間、70t的電弧爐在428～569kVA/t之間、100t的電弧爐在400～499kVA/t之間時，即被稱為高功率電弧爐。
基本介紹
- 中文名：高功率電弧爐
- 外文名：High power electric arc furnace
- 一級學科：工程技術
- 二級學科：冶金工程
- 電弧爐分類：普通功率、高功率、超高功率
- 電弧爐煉鋼：又稱“電爐煉鋼法”
電弧爐,電弧爐的分類,定義,北鋼45t高功率電弧爐自動控制系統,硬體配置,系統功能,
電弧爐
電弧爐煉鋼技術已有100多年的歷史，電弧爐煉鋼又稱“電爐煉鋼法”，利用電弧爐爐頂可升降電極對爐內廢鋼形成放電間隙，產生電弧，使電能轉變為熱能，藉助輻射和電弧的直接作用加熱並熔化金屬和爐渣。雖然面臨著其他煉鋼技術的挑戰和競爭，但是在世界鋼總量的比例中電弧爐鋼產量依舊逐年上升。以廢鋼為原料的電爐煉鋼，與高爐轉爐法相比，基建投資少，同時由於直接還原技術的發展，為電爐提供金屬化球團代替大部分廢鋼，大大地推動了電爐煉鋼技術的發展。在電弧爐電極產生的電弧作用區，溫度高達4000 0C。冶煉過程分為熔化期、氧化期和還原期，在爐內既能造成氧化氣氛，還能造成還原氣氛，脫磷、脫硫效率很高。電弧爐煉鋼新技術的不斷湧現並被充實到電弧爐煉鋼工藝中，電弧爐煉鋼對原料的適應性不斷增強，正逐漸成為21世紀鋼的生產技術的主流。世界上現有較大型的電爐約2000多座，電爐正在向大型化、超高功率以及AI控制等方面發展，世界上最大電爐容量為400t。
電弧爐的分類
為了提高電弧爐煉鋼的生產率和降低生產成本，1964年在美國礦冶石油工程師協會的提出了電弧爐超高功率的概念(Ultra High Power，簡稱UHP) ，依據試驗結果劃分為普通功率(RP)、高功率(HP)和超高功率(UHP)三類。實驗結果顯示：電弧爐高功率和超高功率化後可廢鋼的熔化明顯加快。熔化時間隨著功率提高減少，生產率有明顯提高，同時電弧爐的熱效率和總效率有一定的改善，單位噸鋼電耗降低，但隨著電弧長度和功率提高，對耐火材料的輻射也增加，降低了爐襯等耐火材料的壽命。
定義
作為判定電弧爐類別的參考數值，一般認為，20t電弧爐的功率為600～749kVA/t、30t的為600～699kVA/t、50t的為500～599kVA/t、70t的為428～569kVA/t、100t的為400～499kVA/t時，即被稱為高功率電弧爐。高功率電弧爐在世界上的套用很普遍，中國也已改造或新建多座20t以上的高功率電弧爐。
北鋼45t高功率電弧爐自動控制系統
北鋼45t高功率電弧爐計算機監控系統，在充份滿足高功率冶煉生產工藝的前提下於2002年11月份改造成功。原設備是1989年從德國引進的二手設備，其電極升降採用滑差離合器、減速機器和鋼絲繩傳動，調節板由分立元件構成，電氣控制均採用繼電器邏輯控制，設備老化、故障頻繁、消耗高。改造後，採用的比例閥控制的液壓電極升降系統，把常規電控全部改為PLC控制，將電極升降自動調節納人計算機控制，並且引人智慧型控制方法，從而使電爐生產各項經濟技術指標全面最佳化。
電爐單爐生產能力為45t，電爐變壓器容量2. 5MVA，液壓站一套，工作壓力12MPa,為了滿足冶煉工藝要求，配備了20多個熱工量進行檢測的儀表系統。
硬體配置
由工業控制機作為上位機器監控站，PLC作為下位機，構成一個二級計算機監控系統。根據電弧工藝和控制要求，在電爐主控制室配置一套西門子115U PLC，中央機板安裝943 CPU、點對點通信處理板CP 525、高速A/D板、A/D板、D/A板、高速計數板IP242等，並配帶4個擴展基板，裝有開關量輸入輸出模板。以PLC為核心的基礎檢測與控制級承擔600多個I/0點的過程邏輯控制、熱工物理量採集以及三項電極升降調節控制。編程器聯接到CPU板接口上，完成平時系統維護、故障查找等任務，上位管理監控機配置兩套互為備用的監控站，通過與PLC點對點通信獲得實時數據，監視整個電爐各個設備的運行狀況，以及電爐冶煉過程中的各個量的變化趨勢、故障報警，幫助操作人員及時、全面的完成各種操作。
系統功能
（1）變壓器換檔及保護換檔操作聯鎖相關信號，實現了18檔點動自動換檔，檔位數碼顯示，操作簡單，顯示明了。變壓器過流、高溫、瓦斯等有關實時狀態和參數由PLC實現自動檢測與記錄並聯鎖到高壓跳、合閘控制中，通過高壓斷路器自動跳、合閘，對變壓器進行保護。
（2）爐體操作:爐體操作動作過程及相關聯鎖較為複雜。根據工藝要求，設計了完善的爐蓋提升、旋轉、出渣、爐後出鋼等控制程式。
（3）加料系統:配備了6個高位料倉，通過設定倉位和重量，自動完成加料過程。為了提高加料的準確度，料倉振動採用了交流變頻調速，由計算機控制，自動記錄加料過程動態量，確保產品質量。
（4）電極調節自動控制:在冶煉過程中計算機能根據不同的檔位、操作及冶煉狀態，在PLC中通過分析判斷煉鋼的不同階段和條件進行長、短弧設定，用系統知識規則匹配的方式，切換不同算法，實現電極調節自動控制。
