淺談鎳鐵電爐的電氣控制及監測系統

石忠江

摘要：鎳鐵電爐的電氣控制和監測系統在對電爐的控制上起著舉足輕重的作用，利用可編程控制器（PLC）技術，可實現現場設備控制的精確性和現場信號采集的準確性。根據現場控制方式的不同，闡述了各種控制方式的優點和缺點。

關鍵詞：電爐；液壓；流量；監測

中圖分類號：TF644 文獻標識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）08－0046－02

隨著科技的進步和技術的革新，最近幾年不銹鋼市場在飛速發展，國內對鎳的需求也越來越大，大部分地區處理紅土鎳礦都采用還原電爐熔煉工藝。還原電爐熔煉渣含鎳較少，并且還能回收鐵，爐氣量較少，含塵量低，生產容易控制，易于實現自動化。為了保證生產平穩、安全、有序的進行，可靠的控制和監測系統是必不可少的。

電爐控制和監測系統主要包括以下幾部分：液壓系統，它是電爐的核心控制部分；電爐本體溫度的監測、電爐水循環系統流量和溫度監測、收塵風管道壓力監測；電爐變壓器電氣、溫度和外圍輔助設備控制、監測信號。

鎳鐵電爐主要由以上幾部分控制，下面以朝陽北鑫礦業有限公司的33 000 kVA電爐控制和監測系統為例作簡要描述。

1鎳鐵電爐液壓系統

鎳鐵電爐液壓系統，即為電極壓放和電極升降。它采用三套操作系統進行控制，即現場控制箱控制、操作臺控制和上位機組態畫面控制。

1.1 現場控制箱控制

現場操作人員能觀察到電極的運行狀態，在現場，電極的壓放能明確壓放距離，而電極的升降一般不在此控制，因為不能明確爐內的負荷投入狀況。

現場控制箱的操作步驟是：將電極現場箱的“集中/機旁”旋鈕選擇到機旁，組態畫面選擇手動，這樣現場箱才能控制電極動作。具體的操作方法與下文敘述的操作臺操作方法相同。

1.2 操作臺控制

在操作臺上通過按鈕方式操作，在室內可以觀察到電爐的負荷運行狀況，可以及時調節電爐的工況。

操作臺的操作方法是：工作人員先把操作臺上的“手動/自動”選擇開關選到“手動”，此時，操作臺按鈕就可以控制電極的壓放和升降部分。壓放操作操作時，先選擇A電極、B電極、C電極三種中的一種，選擇完畢后根據操作臺上的按鈕操作電極的壓放。按鈕為點動按鈕，其步驟為：上抱閘松→小油缸上行，上行停止→上抱閘緊→下抱閘松→小油缸下行，下行停止→下抱閘緊，完成一次壓放循環。A，B，C電極升降要長按電極才會動作，松開時電極動作停止。

1.3 上位機組態畫面控制

它可以實現液壓系統控制的全部功能，并且顯示電爐運行的工況，能與電爐工況實行連鎖控制，這是非常先進的。以電爐變壓器電流或設置動作時間來實現電極的自動控制。以電流為基準控制時，一般都控制電極的升降；以設置動作時間控制時，一般都控制電極的壓放，因為液壓油在各種溫度下的狀態是不一樣的，所以，要根據季節和環境的改變來調整動作時間。

上位機操作時，進入爐體畫面后，上位機可以控制A電極、B電極、C電極的升降，也可以選擇A，B電極一起升降，A，C電極一起升降，B，C電極一起升降，A，B，C電極同時升降，可以壓放手/自動選擇來控制上位機操作電極的手動壓放和自動壓放。當選擇自動壓放時，先設定上抱閘打開時間、小油缸上行時間、下抱閘打開時間和小油缸下行時間，將時間都輸入后，按自動壓放一次按鈕，這時會按照事先設定好的時間進行一次自動壓放。

2電爐本體監測

電爐本體溫度的監測位置主要有爐底、爐墻、爐膛和渣鐵口。爐底安裝K型熱電偶，長度為7 000 mm，插入7 000 mm共3支，互成120°角，安裝在距離爐底高800 mm的地方，且每根電極正下方只對應1支。爐墻安裝K型熱電偶，長度為250 mm，插入250 mm，共8支，相隔45°，安裝在距離爐底高2 200 mm的地方。渣鐵口安裝K型熱電偶，長度為250 mm，插入250 mm，共3支，兩個渣口上方各1支，兩個鐵口中間1支。爐膛安裝K型熱電偶，長度為400 mm，插入200 mm，共3支，互成120°角，安裝在爐頂的位置。在出口煙道頂垂直安裝K型耐磨熱電偶，長度為800 mm，插入800 mm，共1支。

電爐水循環系統主要由電爐變壓器水循環系統（變壓器油冷卻水）、短網水循環系統（銅瓦、銅管、壓力環和水電纜）、爐體水套水循環系統（爐頂和爐墻水套）、渣鐵口（方水套、圓水套）水循環系統和液壓站水循環系統組成。電爐水循環系統用水為軟化水。電極銅瓦水循環系統和渣鐵口銅水套水循環系統對水流量和溫度的要求較高，在斷流情況下，可能會發生爆炸等事故。在每個支路上安裝高精度流量變送器和熱電偶，在上位機上監測實際流量、溫度和報警情況，每個支路要求流量大于3 Nm3/h，回水溫度小于40 ℃。

為了保證爐膛內有一定的負壓，且不帶走多余的熱量，一般在矮煙罩出口處安裝負壓表，壓力范圍為－500～0 Pa，正常運行時，壓力保持在－200 Pa左右。

3電爐變壓器監測

為了方便用戶使用，操作臺一般布置有A，B，C三相一次電壓儀表、一次電流儀表、二次電壓儀表、多功能萬用表、液壓站壓力儀表、電爐變壓器的有載調壓開關控制儀和變壓器溫度信號儀表。電極的高度監測采用磁伸縮位移變送器。

外圍輔助設備為實現自動化控制和節能管理，電爐的循環水泵、熱水循環泵、沖渣水泵均采用變頻器調節，主要有三種控制方式，即現場控制、操作臺控制和上位機控制。上位機可以根據管道壓力變送器和流量變送器的信號控制泵的運行狀況。

儀表與PLC進行通訊，在上位機顯示電爐變壓器的一次電流，一次電壓，二次電壓，瞬時有功，瞬時無功，功率因數，二次折算電流，累計電量，管道流量、壓力，其他輔助設備的運行電流、轉速和電極行程等電氣運行狀況，還能對數據進行存儲、記錄，并形成報告。

4結束語

隨著國內鎳鐵廠建設腳步的加快，市場競爭日益激烈，只有應用可靠的控制和監測系統才能保證設備的安全、穩定運行，才能實現企業利潤的最大化，使企業立于不敗之地。

〔編輯：白潔〕

（英文摘要、關鍵詞下轉第48頁）