（机械工程专业论文）电弧炉水冷系统控制.pdf

重庆大学工程硕士学位论文中文摘要 摘要 为了适应经济发展的需要，电弧炉炼钢的经济、安全、高效运行，炼钢厂对 电弧炉进行了一系列的技改，有效地提高了电弧炉的效率，降低了能源消耗，取 得了一定效果，基本保证了设备稳定运行，但由于水冷构件的漏水未及时发现， 造成产品质量问题，出现炉内爆炸现象，造成设备、人员的伤亡。水冷系统没有 进行流量、压力控制，大量能源浪费。为了解决这个问题，研究了电弧炉冷却水 的控制技术，并实施了控制改造，取得了满意的效果，获得了较好的经济效益。 “电弧炉水冷系统控制”是利用压力、温度、流量的测量对系统进行动态监控和 控制，通过对压力和电流的检测控制水泵的转速和开启水泵数量，通过对水温的 检测控制系统的供水量，通过对进出水流量的动态监控检测水冷构件是否漏水。 本论文研究内容包括以下几方面： 水冷构件的漏水检测和报警控制 1 ) 对各构件进出水流量进行检测 2 ) 对各构件进出水检测流量进行比较并进行报警控制，避免各水冷构件出现 漏水现象引起炉内大沸腾、爆炸事故发生。 各水冷构件的水温检测和控制 1 ) 通过对水冷构件的水温进行检测 2 ) 使用p l c 根据水温变化对水流量进行控制，既能保证水冷构件的使用寿命， 又能有效降低能源的损耗 根据电弧炉用水量的变化控制水泵恒压供水，使用p l c 和变频技术对水泵 进行恒压控制，保证电弧炉供水为恒压，同时降低能源消耗。 关键词：电弧炉，冷却水，水泵，控制，节能 a b s t r a c t ho r d e rt om e e t 廿1 en e e d so fe c o n o m i cd e v e l o p m e n t ， e l e c t r i ca r cm m a c e s t e e l m a l 【i n ge c o n o 面c ， s a f e ， e 伍c i e n to p e r a t i o no fm ee l e c t r i ca r c 向m a c es t e e lp l a n t c o n d u c t e das e r i e so ft e c h n i c a li r u l o v a t i o n ，e f f e c t i v e l yi m p r 0 v i n gt 1 1 ee 衢c i e n c yo f e l e c t r i ca r cf h m a c e s ， r e i i u c i n ge n e 唱yc o n s m n p t i o n ， t 0a c l l i e v eac e 删ne 脏c t ， t l l e b a s i cg u a r a i l t e ef o rs t a 【b l eo p e r a t i o no ft l l ee q u i p m e n t ， b u tb e c a u s eo fw a t e r1 e d k a g ei s n o tt i m e l yd e t e c t i o no fc o m p o n e n t s ， r e s u l t i n gi np r o d u c tq u a l i t yp r o b l e m s ，t h e r e 也e p h e n o m e n o no ft h e 如m a c ee x p l o d e d ， r e s u l t i n gi ne q u i p m e n t ， p e r s o m l e lc a s u a l t i e s n ow a t e rc o o l i n gs y s t e mf l o w ， p r e s s u l ec o n t r o l ， al o to fe n e 唱yw a s t e d t bs o l v em i s p r o b l e m ，s t u d y 也ee l e c t r i ca r c 如m a c ec o o l i n gw a t e rc o n t r o lt e c h n o l o g y ， a l l d i m p l e m e n t a t i o no ft h ec o l l t i o l 仃a n s f o n n a t i o n ， a c l l i e v e ds a t i s f - a c t o 巧r e s u l t s ， t 0o b t a i n ab e t t e re c o n o m i ce 所c i e n c y ”e a fc o o l i n gs y s t e mc o n t r o l ”i st l l eu s eo fp r e s s u r e ，t e m p e r a t u r e ， f l o wr a t e m e a s u r e m e n ts y s t e mf o rd y n a m i cm o l l i t o r i n ga l l dc o n t r o l ，t 1 1 r o u 曲p r e s s u r ea r l dc u r r e n t d e t e c t i o nc o n n l o lo fp u m ps p e e da n d 锄o u n to fo p e n 忸t e rp u m p s ，t l h o u 曲t h er i g h t w a t e rt e m p e r a t u r em e a s u r e m e n ta n dc o n t r o ls y s t e mo fw a t e rs u p p l y ，t l l i o u 曲t h e d y n a m i cm o n i t o r i i l go fw a t e rn o w o u to fw a t e r - c o o l e dc o m p o n e n t st e s t 、：h e m e rt h el e a k t h i sm e s i si n c l u d e s l ef o l l o w i n ga s p e c t s ： q ) 、乱e r 。c 0 0 1 e dc o m p o n e n t so ft h ew a t e rl e d k a g ed e t e c t i o na n da l a mc o n t r o l 1 ) t h ew a t e rn o w o u to ft h ev a r i o u sc o m p o n e n t st 0d e t e c t 2 ) t e ：s t i n gt 1 1 ev a r i o u sc o m p o n e n t so u to f 也ew a t e rf l o wr a t et 0c o m p a r ea n d m a k e a i la l a n nc o n 舡d l ， a v o i d i n gt 1 1 ew a t e r - c o o l e d 如m a c ec o m p o n e n t sa p p e a rb 适b o i l i n g w a t e rl e d k a g ec a u s e db y l ee x p l o s i o na c c i d e n t s n l ec o o l i n g 、a t e rt e m p e r a t u r ed e t e c t i o na n dc o n t r o lc o m p o n e n t s 1 ) b yt e s t i n gt h ew a t e rt e m p e r a t u r ew a t e r c o o l e dc o m p o n e n t s 2 ) u s i n gt h ep l ca c c o r d i n gt 0w a t e rt e m p e r a t u t ec h a n g e so nw a t e rf l o wc o n t i d l ， n o to n l y 擘r u a r a n t e e st h el i f eo fw a t e r c o o l e dc o m p o n e n t s ，b u ta l s oe 日e c t i v e l yr e d u c et h e e n e 礓yl o s s a c c o r d i n g t ot 1 1 ec h a i l g e si ne l e c t r i ca r c 如m a c ec o n t r o lo fw a t e rp u m pc o n s t a n t p r e s s u r ew a t e rs u p p l y ， t h eu s e0 fp l ca n d 矗e q u e n c yc o n v e r s i o nt e c h n o l o g yt ob e c o n s t a n tp r e s s u r ep 叩c o n t r o l ， e l e c t r i ca r cf u m a c et oe n s u r ec o n s t a n tp r e s s u r ew a t e r s u p p l y ，w h i l er e d u c i n ge n e 玛yc o n s u n l p t i o n k e y w o r d ：e l e c t r i ca r cf 啪a c e ，c o o l i n gw r a t e r ，p 啪p s ，c 0 n t r o l ，e n e 唱y s a v i n g i i 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的三盈士学位论文鱼坠盘查盘! 堑查窒纠 是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别 加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢 意。 学位论文作者签名： 导师签名： 依厄 签字日期：。珈多，z 签字日期：a 哆，占 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中国博 士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以下简称“章 程 ) ，愿意将本人的一士学位论文提交中国学术期 刊( 光盘版) 电子杂志社( c n k i ) 在中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕 士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文数据库中全文发表。中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库可以以电子、网 络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入c n l 【i 中国知识资源总库，在中国博 硕士学位论文评价数据库中使用和在互联网上传播，同意按“章程规定享受相关 权益和承担相应义务。本人授权重庆大学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文，可以公开论文的全部或部分内容。 作者签名：字赴址 导师签名： 备注：审核通过的涉密论文不得签署“授权书一，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至年一月一日。 说明：本声明及授权书! 逝装订在提交的学位论文最后一页。 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 1绪论 1 1 引言 能源是人类赖以生存的物质基础。我国正处在经济社会发展的重要阶段，随 着经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，工业化、城镇化进程加快，能源 需求将大幅度上升，能源领域面临严重问题：一是储量不足，我国人均能源资源 占有量仅为世界平均水平的一半；二是能源利用效率远低于世界先进水平：三是 以煤为主的能源结构导致环境污染严重；四是大量进口石油严重威胁国家的经济 安全。能源大量消耗和环境严重污染的粗放型经济增长模式，影响全面建设小康 社会总目标的实现，节约能源是解决上述矛盾的现实选择。 合理开发和利用能源，是国民经济和社会持续发展的重要源泉和战略依据， 也是一个国家综合国力的重要体现。2 0 2 0 年我国要实现g d p 翻两番，钢铁材料是 我国社会经济发展的必选材料，而钢铁工业的健康持续发展是我国g d p 翻两番和 实现新型工业化的重要支撑条件。在强劲市场需求的推动下，近年来我国钢产量 以超过2 0 的增幅高速增长，2 0 0 3 年达2 2 3 4 亿吨，连续8 年位居世界第一。我 国已成为全球最大的钢铁生产国和消费国，钢铁业高速发展也造成了我国能源紧 张，制约了钢铁工业的持续发展。我国钢铁行业消耗的能源占整个工业总量的1 0 ，能源消耗比发达国家高1 5 2 0 ，节能不仅是企业降低成本、提高产品市场 竞争力的重要途径，更是企业必须承担的促进全社会资源永续利用的重要责任， 也是促进企业以及整个国民经济可持续发展的永恒主题，因此，加强企业节能管 理研究，提高企业的能源管理水平，促进企业节能工作方法的不断进步，加强企 业的节能工作力度，做好钢铁业的节能工作对我国经济和社会的可持续发展具有 十分重要的意义，更可以提高企业的经济效益，具有重要的现实意义【5 】【6 】。 安全生产现在已经成为全社会关注的一个焦点问题，“安全第一”是我们党的 一个重要方针，也是我们单位发展的永恒主题。只有安全的发展才是健康的发展、 和谐的发展。因而，抓好安全工作，尤为重要。但是，安全工作不是一朝一夕的 事情，也不是一个人的能力所能解决的，它受到多种因素的制约。只有各方面因 素达到平衡，我们才能真正讲安全工作。安全生产成为每一个企业工作的头等大 事，必须坚持“安全第一、预防为主、综合治理”的方针。及时消除各类隐患，保证 设备的正常运行，是保障安全生产的前提条件，只有通过对设备的不断完善，才 能保证设备的安全运行，才能为企业的安全生产创造良好的条件。企业的安全生 产是企业健康发展的前提，搞好安全工作对企业的发展具有重要的现实意义。 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 1 2 国内外现状 电弧炉是国际普遍应用的高效、节能、降耗的先进炼钢设备。发达国家采用 超高功率电弧炉炼钢率超过5 0 以上。我国大型超高功率电弧炉普遍采用的配套 水冷技术特点是大型、高效、节能、环保。1 9 9 5 年我国就掌握了大型超高功率电 弧炉水冷成套设备的开发生产技术，在引进国外电弧炉项目中，对其设备进行消 化、吸收、创新，研制出具有我国自主知识产权、国际先进水平的超高功率电弧 炉成套水冷设备，冶炼周期由2 4 0m i n 降低至6 0m i n ，吨钢电耗大幅降低，钢的生 产率大幅提高到，炉衬寿命也得到大幅提高【5 】【6 】【4 2 1 。随着社会的发展和科技的进步， 节水、节能、安全越来越显得重要，超高功率电弧炉大多采用循环冷却水，而国 内的电弧炉设备水冷系统一般只有对水冷炉盖和炉壁进行温度检测和报警，对冷 却水的压力和流量没有进行控制，没有分冶炼阶段对水进行控制达到降低冶炼能 耗的目的。 1 3 攀长钢3 0 t 电弧炉现状 攀长钢现在的电弧炉通过几年的技术改造，技术装备也有了快速发展，攀长 钢炼钢厂一车间的3 0 t 超高功率电弧炉采用了铜钢复合导电横臂、p t i 复合碳氧枪、 水冷炉盖、水冷炉壳等先进技术，大大的提高了3 0 t 电弧炉的生产效率，降低了 能源消耗，但是这些技术都是采用多个厂家的先进技术对其进行不断改造，对水 冷系统没有完整的、系统的检测和控制。 现在的电弧炉水冷系统是通过循环水泵站由冷水泵从冷水池将冷却水直接给 电弧炉各水冷构件供水，回流到循环水泵站的热水池，通过热水泵将热水池的水 送到玻璃钢冷却塔进行冷却后回到冷水池。冷却水的压力和流量都是通过改变启 动水泵的数量进行人工控制，无法保证根据电弧炉各冶炼阶段温度的变化情况调 节水量。 电弧炉在冶炼过程中每一个阶段的温度都不一样，在溶化期温度较低，在氧 化期和还原期温度较高，因为水冷构件的冷却水的流量在每个阶段没有进行控制， 从开炉到出钢没有根据炉内温度变化情况进行调整，水冷构件在熔化期温度较低， 氧化期和还原期温度较高，所以在冶炼全过程中水冷构件的温差较大，对水冷构 件的寿命有较大的影响。在熔化期大量的热量无效地被冷却水带走，能源大量浪 费。 电弧炉冶炼随着冶炼技术的不断进步，为了提高效率，都采用全水冷式结构 ( 水冷炉盖和水冷炉壁结构) ，但水冷构件的采用对电弧炉的安全冶炼构成了严重 的威胁，因为电弧炉冶炼炉内钢水温度达到1 5 0 0 1 6 0 0 ，在这时如果炉内水冷构 件出现大量漏水，将影响产品质量，严重的将产生炉内大沸腾，出现炉内爆炸， 2 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 这将容易造成人员和设备方面的大事故，影响安全生产。 国内外电弧炉炼钢技术无论在设备还是在工艺上都在快速发展，采用了大量 的先进技术，有效地降低了能耗、提高了生产效率，虽然对水冷系统有一些检测 但是为了保证安全和有效降低能耗，仍然存在以下几个需要解决的问题： 没有对漏水故障进行检测和控制，有效避免漏水造成重大的设备、人身事 故的发生； 没有根据炉内变化情况进行有效地控制冷却水的流量，造成能量的大量损 失， 没有根据电弧炉每个阶段实际的用水量对水泵进行控制。 1 4 本课题研究的内容、目的和意义 1 4 1 本课题研究的内容 “电弧炉水冷系统控制”是利用压力、温度、流量的测量对电弧炉水冷系统进行 动态检测和控制，通过对压力和电流的检测控制水泵的转速和开启水泵数量，通 过对水温的检测控制系统的供水量，通过对进出水流量的动态监控检测水冷构件 是否漏水。 对水冷构件的漏水检测和报警控制 1 ) 对各构件进出水流量进行检测； 2 ) 对各构件进出水检测流量进行比较并报警控制，避免各水冷构件出现漏水 现象引起炉内大沸腾、爆炸事故发生。 各水冷构件的水温检测和控制 1 ) 通过对水冷构件的水温进行检测； 2 )使用p l c 根据水温变化对水流量进行控制，既能保证水冷构件的使用寿 命，又能有效降低能量的损耗。 根据电弧炉用水量的变化控制水泵恒压供水 使用p l c 和变频技术对水泵进行恒压控制，保证电弧炉供水为恒压，根据电 弧炉各阶段实际用水量自动开停水泵和调整水泵的运行。 1 4 2 本课题研究的目的、意义 攀长钢炼钢厂一车间的3 0 t 电弧炉采用了铜钢复合导电横臂、p t i 复合碳氧枪、 水冷炉盖、水冷炉壳等先进技术，大大的提高了3 0 t 电弧炉的生产效率，降低了 能源消耗，但是这些技术都是采用多个厂家的先进技术对其进行不断改造，对水 冷系统没有完整的、系统的检测和控制，采用电弧炉炼钢必须提高其生产效率和 降低能耗指标，才能有效地保证安全生产，真正降低生产成本、保证质量，在市 场站一席之地。 重庆大学工程硕士学位论文 1 绪论 本项目对电弧炉水冷系统进行温度、压力和流量的检测和控制的目的和意义 有： 有效控制炉内漏水现象的发生，一旦出现漏水现象能及时发现，并及时采 取相应的措施进行处理，避免因为漏水对产品质量的影响和出现炉内爆炸事故的 发生，保证安全生产。 通过对电弧炉各阶段水流量进行控制，使冶炼能源能有效利用，有效地降 低能源消耗。 通过对水泵的控制，保证电弧炉水冷系统恒压供水，降低水泵的能源消耗。 开展此项目的研究，对于有效地降低能源消耗、保证安全生产、提高超高功 率电弧炉生产效率、设备寿命、促进钢铁工业持续发展具有深远意义。 4 重庆大学工程硕士学位论文2 总体技术方案 2 总体技术方案 2 1 根据温度控制阀的开口度，调节水流量 电弧炉水冷构件有铜钢复合导电横臂、水冷炉盖、p t i 复合碳氧枪、水冷炉 壁、电极夹持器、水冷电缆、电弧炉变压器等，需水量最大的水冷构件为水冷护 盖和水冷炉壳，冷却出水温度对电弧炉的冶炼电耗影响最大。因此应对水冷护盖 和水冷炉壳的出水温度进行控制。 前些年由水冷护盖和水冷炉壳代替了高铝砖砌筑后对延长炉盖和炉壳使用 寿命起了不少作用。然而，由于冷却水的出口温度靠人工来调整，故存在不少问 题。氧化期炉温高，炉盖和炉壁冷却水流量须增加冷却水，而熔化期则应减少冷 却水。冷却水出口温度低，造成冶炼能耗增加，冷却水带走的热量增多；出口 温度过高则易使炉盖和炉壁等水冷构件寿命缩短，甚至烧坏。所以人力控制不能 使出口温度处于最佳状态，而且增加了劳动强度，由于需要人工调整流量，在冶 炼过程中为了生产任务，生产工人都没有及时对水冷构件的水流量进行调整，在 熔化期出水温度较低，而在氧化期出水温度又较高，造成水冷构件温差较大，寿 命降低，甚至出现水冷构件烧损，能耗指标高的现象，故急需加以改造。 改造前这台电弧炉水冷系统如下图所示。冷却水由循环冷水泵供给，其流量 由手动截止阀来控制。水冷护盖和水冷炉壳出水温度控制方案有以下两种： 方案一：采用水冷护盖和水冷炉壳的出水温度来控制水泵的流量，达到改 变水冷护盖和水冷炉壳的冷却水流量。 方案二：采用水温控制电动阀，通过改变阀门的开口控制冷却水流量。 方案一存在的问题是其他水冷构件的出水温度不是随电弧炉的冶炼周期发 生变化，如铜钢复合导电横臂、电极夹持器、水冷电缆、电弧炉变压器等，如果 在按水冷护盖和水冷炉壳出水温度控制水泵的流量，必然影响这些水冷构件的冷 却效果。方案二虽然增加了管道阻力，但能保证电弧炉所有水冷构件的冷却效果。 因此选用方案二进行改造。 在通往水冷炉盖和水冷炉壁的两路冷却管道上进行了改造，在水冷炉盖和水 冷炉壁水管道上加一套电动阀和水温检测装置，将检测到的水温信号传到p l c ，再 通过p l c 根据水温自动控制调节阀门开启的大小，以达到自动控制控制水冷炉盖和 水冷炉壁。 水冷炉盖和水冷炉壁冷却水出口温度最高可达7 0 ，最低不低于5 0 。 把冷却水出口温度设定为6 0 。 重庆大学工程硕士学位论文 2 总体技术方案 图2 1 水冷系统图 f i g 2 1c 0 0 l i n gs y s t e md i a g r 锄 p l c 实现现场数据采集、跟踪调节，操作站完成温度的设定、水流量的显示和 数据记录、数据打印和统计功能。 2 2 判断水冷构件是否漏水，并发出报警信号 随着电弧炉冶炼水平的不断提高，普通的耐火材料难以承受高的热流冲击， 以及人们对冶炼质量的高要求，炼钢电弧炉中采用水冷构件的部位越来越多，虽 然这对延长炉体寿命有利，但是如果一旦发生漏水，会给设备正常运行和操作带 来许多困难，如果冷却水进入熔池，将会严重影响钢液的质量( 增加钢中气体含 量) ，尤其冷却水浸入镁砂炉衬后又未得到及时发现处理，其后果轻则在冶炼过程 中将镁砂炉衬翻起，不但增加钢中气体含量，还会使钢中非金属夹杂物增加和使 炉渣粘稠不利于冶炼操作，重则会发生爆炸事故，将严重威胁设备和人身安全。 我单位的电弧炉，安装的水冷构件部位较多，有：电极握持器、炉盖芯、炉盖、 水冷炉壁、碳氧枪等。在有效的工作时间内所有的设备都必须处于正常运行状态， 尤其是不得停炉。通过多年来的实践和对经验教训的总结，使我们熟练掌握了一 套较成熟的电弧炉漏水故障预防和应急处理方法。 2 2 1 漏水故障的应急处理方法 水冷炉盖、炉盖芯及电极握持器漏水水冷炉盖圈、炉盖芯及电极握持器这 几个水冷构件位置较高，一旦漏水较容易发现，处理方法也相对简单。 1 ) 氧化期漏水 若在氧化期漏水，由于脱碳反应，炉内压力较大，炉门口将会阵发地冒出黄 绿色火焰。漏水不多时水蒸气量小不易发现。出现上述情况时须立即停电检查， 并根据漏水量的大小关闭进水阀门或减小冷却水流量，对相关构件进行检修或予 以更换。氧化期漏水故障处理完毕后，要加强脱碳沸腾，排除钢中有害气体，亦 6 重庆大学工程硕士学位论文2 总体技术方案 可先增加一部分碳后再做氧化脱碳，最好采取吹氧气脱碳方式。 2 ) 还原期漏水 若在还原期漏水，由于水蒸气中含有大量的氧，破坏了还原性气氛，不易造 成白渣，随着漏水量的大小不同，会出现不同程度的黄绿色火焰，漏水相当严重 时可在渣面上发现一些黑点。还原期漏水时，视漏水量大小及距出钢时间长短可 关闭进水阀门或减小冷却水流量，以下是其几种具体情况应急处理方法。 a 距出钢液还有一段时间且漏水量不大的情况下，可不必关闭进水阀门而采取 减小冷却水流量的方式，并加强脱氧强化还原( 正常生产时应备些强脱氧剂以防不 测) ，抓紧时间出钢液，待钢液出完后进行检修或更换构件。 b 距出钢液还有一段时间但漏水严重的情况下，必须马上停电进行处理。 c 如将要出钢液时漏水量大则关闭进水阀门，漏水量小则减小冷却水流量，尽 快出钢液，钢液出完后及时进行检修或更换构件。 水冷炉墙漏水 1 ) 炉内漏水 当漏水发生在炉内时，由于水冷炉壳底部大约在渣线上方2 0 0i m 左右，距离 渣面较近，不易发现漏水情况。若漏水位置发生在渣面以上，会因漏水量的大小 产生程度不同的水蒸气；若漏水位置在渣面以下( 钢液较多时) ，水蒸气受热后体 积发生急剧膨胀，当膨胀到覆盖在它上面的炉渣时，将发出爆炸声，严重时会有 炉渣从炉门口喷出，或将炉盖顶起，造成严重的生产事故。当渣面以上位置漏水 时，首先要查明漏水管路部位，然后视其连接情况决定处理方法。 a 如果冷却水是一进一出的方式，则可以关闭进水阀门继续冶炼。 b 如果水冷炉墙内的钢管是串联并经过几个弯头则不得继续冶炼，必须停水进 行更换后方可进行冶炼。严禁擅自关闭进水阀门进行冶炼的野蛮操作。当渣面以 下位置漏水时，则必须停炉，将钢液倒出。 2 ) 炉外漏水 当漏水发生在炉外时，主要是由打火、水冷构件出现锈蚀和意外碰撞等原因 造成。 a 漏水未进入炉内，可采取适当措施保护重要设备，继续冶炼，出钢液后进 行处理。 b 漏水进入炉内，尽量采取措施将漏水引到炉外，出钢液后处理；如不能引 到炉外，须停电处理，焊补后继续冶炼。 水冷挂渣炉壳的安装 1 ) 使用前必须进行水压试验。 2 ) 水冷炉壳应在理论( 或设计) 渣线位置上方约l5 0 2 0 0m m 处( 渣线位置并 7 重庆大学工程硕士学位论文 2 总体技术方案 非固定不变，它将受炉衬( 底) 的蚀损、钢液未出净等情况的影响而下降或上 移) 。故在装炉时，必须控制每炉的装入量，保证渣线在控制范围内，避免钢液对 水冷炉壁的冲洗，损坏炉壁，出现漏水现象。 漏水故障的预防措施 1 ) 水冷构件使用前必须经不小于1m p a 、延续时间不少于6 0m i l l 的水压试验， 确认无泄漏后方可使用。 2 ) 水冷构件中进水管装在下方，出水管装在上方，即下进上出。 3 ) 水冷炉壁安装、制作时，无缝钢管的外部必须焊挂渣钉，在冶炼时，钢渣 挂在水冷炉壁上，避免废钢接触到水冷炉壁，在冶炼时出现放电现象，造成水冷 炉壁的击穿，出现漏水现象；又可防止钢液在氧化期、还原期对水冷炉壁的熔损。 4 ) 三相电极与水冷炉盖芯的三个电极孔同心度要高，并注意随时调整电极 握持器与横臂以保证电极始终处于垂直升降状态，以免电极下降时造成打火漏水。 5 ) 根据经验总结出炉盖和炉壁的平均使用寿命，限定炉盖和炉壁的使用次 数，以确保其可靠性。 6 ) 向炉内吹氧时，不得将吹氧管直接对着水冷炉壁，防止烧化挂渣面。 7 ) 入炉废钢块度要合适，以免压料时损坏水冷挂渣炉墙；同时应避免超装，过 多的钢液量会使渣线上移，降低水冷炉壁的使用寿命。 8 ) 保持电弧炉各部位清洁，经常用压缩空气吹净炉盖和水冷圈等各部位的灰 尘和氧化铁皮等。 9 ) 及时清除循环水池内杂物，保持水质洁净，并在循环水进水口增设过滤网， 确保冷却水循环畅通。 冷却水输入压力芝0 2m p a ；出水温度控制在5 0 6 0 为宜( 水冷炉墙挂渣效果 最佳) 。 1 0 ) 送电前和冶炼中必须注意各水冷构件的水循环情况。即循环水路不畅通 不送电，冶炼过程中发现异常必须及时查找原因，妥善处理。 2 2 2 漏水检测与报警 在冶炼过程中为了保证安全正常的生产，虽然我们有相应措施保证水冷构件 运行，降低了水冷构件漏水现象出现，但水冷构件如果出现漏水现象，未及时发 现，将对冶炼的质量和冶炼的安全产生严重的影响，在冶炼过程中，漏水现象不 能及时发现，无法及时避免质量和安全事故的发生。为了保证在冶炼过程中能及 时发现各关键水冷构件的运行状况，及时判断水冷构件是否出现漏水现象，在关 键的水冷构件( 如水冷炉盖和水冷炉壁) 的进、出总管道上各增加一套流量检测 装置，并将各自进、出水流量电信号传到电弧炉原电极控制用的p l c ，通过p l c 对起各自的进、出流量进行比较，当进、出流量误差大于进水流量的2 0 时，发 8 重庆大学工程硕士学位论文2 总体技术方案 出声光报警信号，当出现声光报警时，应及时停炉对发出声光报警的水冷构件进 行全面的检查，并采取相应的措施。这样可以避免因为人为因素对水冷构件是否 漏水的判断失误，而造成较大的质量和生产安全事故的发生。 2 3 通过变频控制水的压力保证恒压供水 为保证系统的供水正常，我们利用p l c ，配以不同功能的传感器，根据网管的 压力，通过变频器控制水泵的转速，使水管中的压力始终保持在合适的范围。另 外水泵耗电功率与电机转速的三次方成正比关系，所以水泵调速运行的节能效果 非常明显，平均耗电量较通常供水方式节省4 0 。结合使用可编程控制器，可实 现循环变频，电机软启动，具有短路保护、过流保护功能，工作稳定可靠，大大 延长了设备的使用寿命。水泵站主要设备参数： 双吸离心泵： 上海东方泵业( 集团) 有限公司 型号 d f s s 2 0 0 4 2 0 ( 1 ) 流量5 5 6 m 3 l l 扬程4 6 m 功率9 0 k w 转速1 4 8 0 r m i n 变频器型号： 雷偌尔刚狲l e 型号r n b 3 0 0 0 p l c ： 西门子s 7 2 0 0 系统采用3 台水泵并联运行方式，压力传感器将主水管网水压变换为电信号， 经模拟量输入模块，输入p l c ，p l c 根据给定的压力设定值与实际检测值进行p i d 运算，输出控制信号经模拟量输出模块至变频器，调节水泵电机的供电电压和频 率。当用水量较小时，一台泵在变频器的控制下稳定运行，当用水量大到水泵全 速运行也不能保证管网的压力稳定时，p l c 给定的压力下限信号与变频器的高速 信号同时被p l c 检测到，p l c 自动将原工作在变频状态下的泵投入到工频运行， 以保持压力的连续性，同时将下一台备用泵用变频器起动后投入运行，以加大管 网的供水量保证压力稳定。若2 台泵运转仍不能满足压力的要求，则依次将变频 工作状态下的泵投入到工频运行，再将一台备用泵投入变频运行。当用水量减少 时，首先表现为变频器已工作在最低速信号有效，这时压力上限信号如仍出现， p l c 首先将最先工频运行的泵停掉，以减少供水量。当上述2 个信号仍存在时， 9 重庆大学工程硕士学位论文 2 总体技术方案 p l c 再停掉第2 台工频运行的电机，直到最后一台泵用变频器恒压供水。 所有水泵电机从停止到启动及从启动到停止都由变频器来控制，实现带载软 启动，避免了启动大电流给水泵电机带来冲击，相对延长了电机的使用寿命。同 时，系统供水采用变频泵循环方式，以“先开先关”的顺序关泵，工作泵与备用泵不 固定死，这样，既保证供水系统有备用泵，又保证系统泵有相同的运行时间，有 效地防止因为备用泵长期不用发生锈死现象，提高了设备的综合利用率，降低了 维护费用。 1 0 重庆大学工程硕士学位论文3 基本原理 3 基本原理 3 1p l c 控制原理 p l c 及其网络被公认为现代工业自动化三大支柱( p l c 、机器人、c a d c a m ) 之一。从近年的统计数据看，在世界范围内，p l c 产品的产量、销量、用量高居 各种工业控制装置榜首，形成这一局面有其深刻的原因： p l c 集三电于一体。工业自动化通常分为三类：一类是控制开关量的逻辑控制 系统，一类是控制慢连续量的过程控制系统，一类是控制快连续量的运动控制系 统。在传统上对于这三种控制系统使用不同的控制装置。逻辑控制用电控装置( 电 气控制装置即继电器接触器控制柜) ，过程控制用电仪装置( 电动单元组合仪表) ， 运动控制用电传装置( 电气传动控制装置) 。所谓三电指的就是电控、电仪、电传。 从现代控制装置来看，无论是逻辑控制、过程控制还是运动控制都使用计算机 开发的控制装置，计算机成为三电一体的物质基础。 有两种实现三电一体化的思路：一种是在网络一级实现三电一体化，逻辑控制 装置、过程控制装置、运动控制装置尽管各不相同，但他们通过网络载体实现了 三电一体化。另一种思路是在控制装置一级实现三电一体化，一台控制装置既有 逻辑控制功能，又有过程和运动控制功能。d c s ( d i s t r a b u t e dc o n t r o ls y s t e m ) 系统 沿着前一种思路发展三电一体化，它投资较大，适合于大型自动化系统。p l c 则 沿着后一种思路发展三电一体化，它灵活机动，三电集成度高，适合于各种规模 的自动化系统。 随着p l c 的处理器处理速度的不断提高，p l c 的功能不断增多，现在发展成 具有逻辑控制功能、过程控制功能、运动控制功能、数据处理功能、联网通信功 能的名符其实的多功能控制器。 基础p l c 网络的性能价格比高。p l c 网络经过多年的发展，已成为具有3 4 级子网的多级分布式网络。加上配置强有力的工具软件，使它成为具有工艺流程 显示、动态画面显示、趋势图生成显示、各类报表制作的多种功能的系统，所有 这一切使p l c 网络成为c i m s 系统非常重要的组成部分。而且p l c 网络仅在关键 部位配置冗余结构，在价格上大大低于d c s 等控制系统。 p l c 的高可靠性。p l c 是一种具有很高可靠性的控制装置，在硬件上采取 了诸如隔离、滤波、屏蔽、接地等抗干扰措施，在模板机箱进行了完善的电磁兼 容性设计，采用了数字滤波、指令复执、程序卷回、差错校验等一系列软件抗干 扰措施及故障诊断技术。 p l c 采用周期循环扫描方式工作，对输入输出集中进行，这种工作方式本身具 重庆大学工程硕士学位论文3 基本原理 有抗干扰能力。通常，为了防止输入开关量丢失，把循环扫描的时间控制在l o o 2 0 0 m s 之内，这个时间比p l c 所带的执行器的机电时间常数小得多，所以，其纠 正错误输出的能力是十分强的【8 l 【9 】【l o 】【1 3 】1 3 4 1 【3 引。 3 1 1p l c 控制系统 p l c 是基于电子计算机，且适用于工业现场工作的电控制器。通过运行存储 于p l c 内存中的程序，进行入出信息交换实现控制。 p l c 实现控制的要点 入出信息交换、可靠物理实现是p l c 实现控制的两个基本要点。入出信息 交换是靠运行存储于内存中的程序实现的。程序包含p l c 生产厂家提供的系统程 序和用户根据需要自行开发的应用程序。系统程序提供了运行平台，同时，还为 p l c 用户程序的可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。可靠物理实现 主要靠输入( i n p u t ) 及输出( o u t p u t ) 电路。p l c 的输入电路要对输入信号 进行滤波处理，去掉高频干扰，在内部与计算机电路进行光隔离，靠光耦元件或 继电器建立连接。输出电路需进行功率的放大，以带动一般的工业控制元器件， 如电磁阀、接触器等。图3 1 对p l c 数据流程进行了说明。其中框图代表信息存 储的地点，箭头代表信息流向及实现信心流动的手段。 输入点 输出点 输入电路 存器 存器 i o 刷新 输出电路lo刷新 图3 1p l c 数据流程图 f i g 3 1 t h ed i a g r a mo fp l cd a t af l o w 入继电器 用户程序运行 出继电器 p l c 的控制过程 p l c 实现控制的过程一般是：输入刷新运行用户程序输出刷新再 输入刷新再运行用户程序再输出刷新反复循环进行。同时系统还会 作公共处理，如循环时间监控、外设服务及通信处理等。 p l c 的控制方式 p l c 实现控制的方式是以扫描方式为主，中断方式为辅的控制方式。大量控制 都用扫描方式，个别急需的处理，可通过中断这个扫描运行的程序的方式来执行。 3 1 2 系统配置的基本原则 p l c 控制系统的配置应遵循以下五条原则： 完整性原则。一般来讲需配置c p u 模板、电源模板、内存配置、i o 模板、 1 2 重庆大学工程硕士学位论文3 基本原理 特殊模板、机架及连接单元和连接电缆、外设的配置等。 可靠性原则。可靠性可从4 个方面考虑：一是p l c 自身产品质量；二是 产品技术服务情况；三是重要场合下的可靠性要求；四是冗余配置。 发展性原则。即要求系统配置时要留有扩展的余地等。 继承性原则。在选型、外设配置、软件等方面考虑技术的发展和可继承性。 经济性原则。从p l c 本身和系统配置等方面考虑经济性问题。 3 1 2 1p l c 控制系统的基本配置 p l c 控制系统的基本配置根据p l c 的类型可分为模板式( 主流配置) 、箱体式。 模板式一般由c p u 、电源、内存、i o 模板及地板或机架和简易编程器。 c p u 模板确定了可进行控制的规模、工作速度、内存容量等等。选得合适与 否至关重要，是系统配置中首先要进行的。内存模板是在c p u 规定范围内选择， 以满足存储用户程序的容量及其它性能要求。电源模板可以与c p u 模板和二为一， 也可是分开的，是依据p l c 用的工作电源种类、规格，和要否为i o 模板提供工 作及信号电源，以及容量需要来选择的。i o 模板是依据i o 点数确定模板规格及 数量。i o 点数可多可少，但其最大数量受c p u 所能管理的基本配置能力限制。 3 1 2 2p l c 控制系统的扩展配置 p l c 控制系统的扩展配置是在基本配置的基础上，增加扩展机架或扩展机箱， 从而增加i o 点数的配置。扩展配置可充分利用c p u 、内存、外设资源，使p l c 的单点费用降低。且通过扩展配置还可实现远程安装，简化接线，便于维护等。 扩展配置可分为远程扩展配置、当地扩展配置等。 3 1 2 3 当地扩展配置 箱体式p l c 扩展配置较简单，即按所要增加的i 0 点数加接相应的扩展箱体。 扩展箱体在外形上与主箱体差别不大。但它只有i o 电路及有关显示，无c p u 和 内存，有的可能配有电源。 扩展模板i o 地址的分配规律：( 以日本o m r o n 公司p l c 为例) 输入：从零通道开始，主箱体占两个通道，即0 0 ，0 1 。其机箱上对应接线端 子都注明有它的接点编号。最靠近主箱体的扩展箱体为0 2 通道，依次类推。 输出：从1 0 通道开始，主箱体占一个通道。其箱体上接线端子也注明有接点 编号。最靠近主箱体的扩展箱体为1 1 通道，依次类推。 模板式p l c 扩展配置可扩展配置i o 点数、机架、电源等。 水泵间用专用电缆相连。另外配扩展电源，以供i o 单元工作。电源有交流和 直流两种。直流为2 4 v 电源，为输入点提供输入电压。 3 1 2 4 远程扩展配置 远程扩展配置也可增加i o 点数，但它的扩展部分安放在远处。扩展部分与主 重庆大学工程硕士学位论文3 基本原理 体部分通过传输介质靠通讯实现数据交换。同时，远程扩展配置还可使p l c 之间 实现主从控制，扩展部分可以是下位p l c ，其受主机控制。 远程扩展使对地域分布较广的系统进行综合控制成为可能，而且实现时既简 单又可靠。远程扩展种类较多，依传输介质分，有光纤、双绞线、同轴线等；依 远程部分分，有远程机架、远程终端、远程p l c 及混合的远程系统等。 3 1 2 5p l c 控制系统的特殊配置 配置特殊单元，实现特殊功能。根据功能划分，特殊单元大体为：高速计数 器单元、位置控制单元、模入模出单元、温度检测单元等。 高速计数器单元 中、大型高速计数信号用特殊的高速计数单元处理。该单元自配c p u ，可独 立处理计数、比较甚至中断输出等。但它有是通过总线与p l c 挂接，因此，c p u 也可向它读写数据，实现对高速计数的控制。 具体的高速计数单元有很多类型，有单路的，仅处理一路高速计数；有两路的， 可处理两路高速计数；甚至更多路数。 位置控制单元 位置与运动控制单元用于运动部件的位置及速度控制，是数控( n c ) 技术在 p l c 控制系统中的运用。位控单元有单轴、双轴等类型，其有十一种命令实现位 置及速度控制，如s t a r t ( 起始命令) 、o m g i ns e 舢贬h ( 原点查找命令) 、o r i g i n i 也t u r n ( 原点返回命令) 、s t o p ( 停止命令) 、r e l e a s ep r o h i b i t ( 禁止释放 命令) 、r e a de i 淑o r ( 读出错命令) 、r e s e to 融g i n ( 复位原点命令) 、r e a c h ( 示教命令) 、i 冱a n s f e rd a l a ( 传送数据命令) 、m a n u a lo p e 凡虹i o n ( 手 工操作命令) 、e x t e i 矾a li n t e w p tc o m m a n d ( 外部中断命令) 等。 模入模出单元 p l c 最初只能处理开关量，随着模入、模出单元的成功开发，现在也可处理模 拟量。 模入单元用以把模拟量转换成数字量。模拟量一般是指标准电信号，电流或电 压。电流为4 m a 2 0 i n a ，电压为o 1 0 v ，或者l 5 v 或士1 0 v 等。转换后的数字量 可以为2 进制8 位、1 0 位、1 2 位或更高，对应的分辨率分别位量程的2 5 6 分之一、 1 0 2 4 分之一、4 0 9 6 分之一等。模出单元用以把数字量转换成模拟量，模拟量也是 标准信号，电压、电流等。电流为4 m a 2 0 m a ，电压为0 1 0 v ，或者l 5 v 等。 数字量也