電渣爐自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

劉 軍，趙鵬飛

1.東北特鋼集團，遼寧大連 116113

2.大連奧托股份有限公司，遼寧大連 116050

電渣爐是冶金行業(yè)中非常重要的生產(chǎn)設(shè)備，在特殊鋼的生產(chǎn)中發(fā)揮著極其重要的作用。在很多大中型鍛件的生產(chǎn)中，都離不開電渣重熔的技術(shù)，尤其在異形件的加工上，電渣重熔更有其獨特的優(yōu)勢。本文對電渣爐的系統(tǒng)進行設(shè)計和改造，形成在自動控制的智能化系統(tǒng)，使電渣爐能夠在生產(chǎn)精度的控制上得到有效的提高，從而提高生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

1 電渣爐控制系統(tǒng)的工作原理

電渣爐工作主要是指電渣重熔技術(shù)，是將電流在通過熔渣的過程中產(chǎn)生的電阻熱加以利用，將其作為熱源對金屬進行熔煉，對金屬進行提純處理，從而得到結(jié)構(gòu)細密，組織均勻的鋼錠。經(jīng)過電渣重熔提純的金屬純凈度好，鑄態(tài)細致均勻，硫含量低，雜物少等特點，其優(yōu)勢特點非常突出。

電渣重熔的工作原理是熔融的爐渣在結(jié)晶器內(nèi)盛放，在熔渣內(nèi)插入自耗電極的一端，這時電極、渣池、金屬熔池、鋼錠、底水箱等通過短網(wǎng)導(dǎo)線和變壓器形成回路。當接通電源后，渣池釋放的熱量會使電極端燒熔，熔化后產(chǎn)生的金屬熔液在結(jié)晶器內(nèi)形成熔池，在水的冷卻作用下凝固，最終形成一個鋼錠。鋼中的雜物在金屬液滴穿過渣池的階段被爐渣吸收，相當于過濾的作用。因為有了渣池的覆蓋作用，有效的預(yù)防了金屬液受到再次氧化的作用。在結(jié)晶器內(nèi)因為水冷卻的作用使得金屬液產(chǎn)生凝固，有效避免了一些耐火材料對金屬的污染影響。渣池和金屬熔池對鋼錠凝固具有補縮的作用，使得生產(chǎn)出來的鋼錠具有良好的致密性。在結(jié)晶器內(nèi)壁上由渣池附著形成薄薄的一層渣殼，這對保證鋼錠表面的光滑度起到積極的作用，同時還具有隔熱的功能，使向下傳導(dǎo)的熱量增加，對鋼錠的定向結(jié)晶十分有利。

2 電渣爐自動控制系統(tǒng)的控制方法

根據(jù)上節(jié)中電渣爐系統(tǒng)工作原理的分析，電極和熔渣接觸面的大小對電流的大小起著決定性的作用，要達到對電流大小的有效控制，需要對進給電極的速度進行控制，這就意味著需要對控制電極進給的電動機轉(zhuǎn)數(shù)進行有效的控制。電極存在這大小不同的橫截面，要保證電流大小保持一致，就需要使電動機的轉(zhuǎn)速根據(jù)電極的橫截面來進行變化調(diào)整。本文對控制系統(tǒng)的設(shè)計中，著重對電極電流進行控制，采用閉環(huán)控制的方法來對電流大小的一致性進行控制。首先將電流大小與給定電流進行對比分析，當二者間的偏差小于60A時，以偏差大小為條件計算輸出電壓，并將此電壓值作為整流裝置觸發(fā)電路的控制電壓。通過這樣的方法來達到控制電流的目的。因為電極在工作的過程中會存在一定的慣性，當電流與給定電流的偏差在60A以上時，觸發(fā)電路為零電壓，從而使得電極減速，相應(yīng)的電流量會快速的減小。

3 自動控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 自動控制系統(tǒng)的工作流程

本文設(shè)計的電渣爐自動控制系統(tǒng)的工作流程如下圖1所示：

圖1 自動控制系統(tǒng)工作流程圖

3.2 自動控制系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成

本文設(shè)計的電渣爐自動控制系統(tǒng)的主要由以下幾個組件構(gòu)成：直流電源、可控硅交流調(diào)壓器、5A電流變換模塊、單片機、AD轉(zhuǎn)換器和DA轉(zhuǎn)換器。

1）5 A電流變換模塊。本系統(tǒng)采用的5A電流變換模塊型號為WSl526，對5A交流信號進行變換，使其轉(zhuǎn)換為標準信號。電源與輸入、輸出之間都是獨立的，以24V直流電為電壓，輸入電流為0至5A的交流電，輸出電流為4mA～20mA的直流電；

2）單片機。本系統(tǒng)采用的單片機是單時鐘，周期為1T的STCl2C2052系列單片機，其特點是功耗低、速度高、抗干擾性強、兼容性好。其內(nèi)部采用的專用復(fù)位電流具有很強的抗干擾能力；

3）AD轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)采用的16位模數(shù)的AD7705轉(zhuǎn)換器，其主要工作在于對直流和低頻交流的測量。此AD轉(zhuǎn)換器具有功耗低的特點，在環(huán)路的供電和本地供電中都能夠?qū)崿F(xiàn)良好的應(yīng)用。此單片機提供可編程放大器，能夠?qū)崿F(xiàn)1～128位的設(shè)置增益，其串行接口設(shè)置為三線，能夠很方便的對高、低電平的輸入進行接收。AD7705轉(zhuǎn)換其設(shè)置有兩個差分通道，在基準電壓的輸入方面具有很大的靈活性，而且其動態(tài)范圍廣，功耗低，同時還具有良好的抗噪性。

4）DA轉(zhuǎn)換器。本系統(tǒng)采用12位的TLV5638型的DA轉(zhuǎn)換其，設(shè)置有兩個輸出通道，三線串行接口，可直接連接于微處理器。數(shù)據(jù)傳輸方面以幀為單位，16位為一幀，經(jīng)過兩個緩沖器來進行輸出，其具有可編程內(nèi)部參考源，系統(tǒng)設(shè)計簡單方便。

5）交流調(diào)壓器。本系統(tǒng)采用交流調(diào)壓器為XIMADENPAC20A智能單相調(diào)壓器，其操作簡單，維護方便，具有防塵機構(gòu)，將單相調(diào)壓和調(diào)功方式設(shè)計為一體化控制，操作起來非常方便。

4 結(jié)論

電渣爐的電流大小受電極和熔渣接觸面大小的影響，接觸面大小的的控制取決于直流電極的轉(zhuǎn)速大小。也就是說，只有對電極轉(zhuǎn)速進行有效的控制，才能保證電流的大小保持一致。本系統(tǒng)在設(shè)計時，充分考慮到這一重點問題，著重對電極的電流進行實時測量，將測定值與給定值進行比較，根據(jù)差值使用PID來控制電極轉(zhuǎn)速，加上其它組件的協(xié)作配合，達到控制電流穩(wěn)定性的目的。

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