浅谈镍铁电炉的电气控制及监测系统

摘要：镍铁电炉的电气控制和监测系统在对电炉的控制上起着举足轻重的作用，利用可编程控制器（PLC）技术，可实现现场设备控制的精确性和现场信号采集的准确性。根据现场控制方式的不同，阐述了各种控制方式的优点和缺点。

关键词：电炉；液压；流量；监测

中图分类号：TF644 文献标识码：A 文章编号：2095－6835（2014）08－0046－02

随着科技的进步和技术的革新，最近几年不锈钢市场在飞速发展，国内对镍的需求也越来越大，大部分地区处理红土镍矿都采用还原电炉熔炼工艺。还原电炉熔炼渣含镍较少，并且还能回收铁，炉气量较少，含尘量低，生产容易控制，易于实现自动化。为了保证生产平稳、安全、有序的进行，可靠的控制和监测系统是必不可少的。

电炉控制和监测系统主要包括以下几部分：液压系统，它是电炉的核心控制部分；电炉本体温度的监测、电炉水循环系统流量和温度监测、收尘风管道压力监测；电炉变压器电气、温度和外围辅助设备控制、监测信号。

镍铁电炉主要由以上几部分控制，下面以朝阳北鑫矿业有限公司的33 000 kVA电炉控制和监测系统为例作简要描述。

1镍铁电炉液压系统

镍铁电炉液压系统，即为电极压放和电极升降。它采用三套操作系统进行控制，即现场控制箱控制、操作台控制和上位机组态画面控制。

1.1 现场控制箱控制

现场操作人员能观察到电极的运行状态，在现场，电极的压放能明确压放距离，而电极的升降一般不在此控制，因为不能明确炉内的负荷投入状况。

现场控制箱的操作步骤是：将电极现场箱的“集中/机旁”旋钮选择到机旁，组态画面选择手动，这样现场箱才能控制电极动作。具体的操作方法与下文叙述的操作台操作方法相同。

1.2 操作台控制

在操作台上通过按钮方式操作，在室内可以观察到电炉的负荷运行状况，可以及时调节电炉的工况。

操作台的操作方法是：工作人员先把操作台上的“手动/自动”选择开关选到“手动”，此时，操作台按钮就可以控制电极的压放和升降部分。压放操作操作时，先选择A电极、B电极、C电极三种中的一种，选择完毕后根据操作台上的按钮操作电极的压放。按钮为点动按钮，其步骤为：上抱闸松→小油缸上行，上行停止→上抱闸紧→下抱闸松→小油缸下行，下行停止→下抱闸紧，完成一次压放循环。A，B，C电极升降要长按电极才会动作，松开时电极动作停止。

1.3 上位机组态画面控制

它可以实现液压系统控制的全部功能，并且显示电炉运行的工况，能与电炉工况实行连锁控制，这是非常先进的。以电炉变压器电流或设置动作时间来实现电极的自动控制。以电流为基准控制时，一般都控制电极的升降；以设置动作时间控制时，一般都控制电极的压放，因为液压油在各种温度下的状态是不一样的，所以，要根据季节和环境的改变来调整动作时间。

上位机操作时，进入炉体画面后，上位机可以控制A电极、B电极、C电极的升降，也可以选择A，B电极一起升降，A，C电极一起升降，B，C电极一起升降，A，B，C电极同时升降，可以压放手/自动选择来控制上位机操作电极的手动压放和自动压放。当选择自动压放时，先设定上抱闸打开时间、小油缸上行时间、下抱闸打开时间和小油缸下行时间，将时间都输入后，按自动压放一次按钮，这时会按照事先设定好的时间进行一次自动压放。

2电炉本体监测

电炉本体温度的监测位置主要有炉底、炉墙、炉膛和渣铁口。炉底安装K型热电偶，长度为7 000 mm，插入7 000 mm共3支，互成120°角，安装在距离炉底高800 mm的地方，且每根电极正下方只对应1支。炉墙安装K型热电偶，长度为250 mm，插入250 mm，共8支，相隔45°，安装在距离炉底高2 200 mm的地方。渣铁口安装K型热电偶，长度为250 mm，插入250 mm，共3支，两个渣口上方各1支，两个铁口中间1支。炉膛安装K型热电偶，长度为400 mm，插入200 mm，共3支，互成120°角，安装在炉顶的位置。在出口烟道顶垂直安装K型耐磨热电偶，长度为800 mm，插入800 mm，共1支。

电炉水循环系统主要由电炉变压器水循环系统（变压器油冷却水）、短网水循环系统（铜瓦、铜管、压力环和水电缆）、炉体水套水循环系统（炉顶和炉墙水套）、渣铁口（方水套、圆水套）水循环系统和液压站水循环系统组成。电炉水循环系统用水为软化水。电极铜瓦水循环系统和渣铁口铜水套水循环系统对水流量和温度的要求较高，在断流情况下，可能会发生爆炸等事故。在每个支路上安装高精度流量变送器和热电偶，在上位机上监测实际流量、温度和报警情况，每个支路要求流量大于3 Nm3/h，回水温度小于40 ℃。

为了保证炉膛内有一定的负压，且不带走多余的热量，一般在矮烟罩出口处安装负压表，压力范围为－500～0 Pa，正常运行时，压力保持在－200 Pa左右。

3电炉变压器监测

为了方便用户使用，操作台一般布置有A，B，C三相一次电压仪表、一次电流仪表、二次电压仪表、多功能万用表、液压站压力仪表、电炉变压器的有载调压开关控制仪和变压器温度信号仪表。电极的高度监测采用磁伸缩位移变送器。

外围辅助设备为实现自动化控制和节能管理，电炉的循环水泵、热水循环泵、冲渣水泵均采用变频器调节，主要有三种控制方式，即现场控制、操作台控制和上位机控制。上位机可以根据管道压力变送器和流量变送器的信号控制泵的运行状况。

仪表与PLC进行通讯，在上位机显示电炉变压器的一次电流，一次电压，二次电压，瞬时有功，瞬时无功，功率因数，二次折算电流，累计电量，管道流量、压力，其他辅助设备的运行电流、转速和电极行程等电气运行状况，还能对数据进行存储、记录，并形成报告。

4结束语

随着国内镍铁厂建设脚步的加快，市场竞争日益激烈，只有应用可靠的控制和监测系统才能保证设备的安全、稳定运行，才能实现企业利润的最大化，使企业立于不败之地。