專利名稱：一種精煉電爐電極橫臂發(fā)熱檢測裝置及其檢測控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種精煉電爐電極橫臂發(fā)熱檢測裝置及檢測控制方法，所述電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置及檢測控制方法用于對精煉電爐的三根電極橫臂中、B相電極橫臂的異常發(fā)熱進行檢測、控制。
背景技術(shù)：
LF(精煉電爐)爐通常采用三相交流電源進行煉鋼，例如，某鋼鐵公司鋼管條鋼事業(yè)部電爐廠150t LF爐冶煉電源主要由33KV爐用操作開關(guān)、用變壓器、水冷電纜、導(dǎo)電銅管(三根)、電極夾持器(三個)、石墨電極(三個)組成，如圖I所示。圖I中，電極橫臂的主要作用是支撐導(dǎo)電銅管及電極夾持器，并作為固定支撐點帶動電極上下運動，單根電極橫臂及其附屬結(jié)構(gòu)見圖2。三根電極橫臂的電極稱A、B、C三相電極，三電極橫臂和導(dǎo)電銅管分別對應(yīng)其中的A、B、C三相。在LF開始冶煉時，操作開關(guān)合閘，三根電極下降，三根電極以鋼水為介質(zhì)，產(chǎn)生電弧，提供精煉冶煉的能量供給源，電弧電壓的通過三根電極的升降進行調(diào)節(jié)，因此在冶煉過程中電極橫臂處于不斷上下運動的狀態(tài)。同時，在LF冶煉過程中，導(dǎo)電銅管上有大的交變電流存在，在電極橫臂周圍形成交變磁場，電極橫臂的上下運動正好形成切割磁力線的切割運動，在電極橫臂上產(chǎn)生渦流發(fā)熱(電極橫臂為鋼結(jié)構(gòu)框架)。特別是，因為三相電流在中間一相磁場疊加量最大，所以，處于三根電極橫臂中間的B相電極橫臂處磁場最大，因此渦流發(fā)熱量也大，由此會造成電極橫臂內(nèi)電極夾持器油缸經(jīng)常漏油，且電極橫臂內(nèi)有其它設(shè)備的冷卻水管，一旦滲水或漏水會在電極橫臂內(nèi)積聚水，若此時電極橫臂異常發(fā)熱超過100°C，會引起水的蒸發(fā)膨脹，造成電極橫臂爆裂。為解決這一問題，在作LF導(dǎo)電銅管設(shè)計時，要求B相的導(dǎo)電銅管相對于電極橫臂的距離高于A、C相導(dǎo)電銅管相對于電極橫臂的距離。因三根導(dǎo)管呈等邊三角形，電流流過時產(chǎn)生的磁場疊加量會互相抵消，不會在電極橫臂上形成渦流。另一方面，在正常冶煉時，要求三根電極橫臂在同一水平面的高度上，這時三根導(dǎo)電銅管之間的距離正好呈等邊三角形，見圖3。此時作用在B相電極橫臂上的電磁場疊加量最小，B相電極橫臂上產(chǎn)生的渦流可以忽略。但是，在實際生產(chǎn)過程中，由于電極消耗的不一樣，三根電極橫臂冶煉時經(jīng)常不處于同一水平位置，距離相差越大，B相電極橫臂的渦流發(fā)熱量也就越大，最高時達150°C以上，電極橫臂異常發(fā)熱，造成電極橫臂內(nèi)電極夾持器油缸經(jīng)常漏油。即，因油缸置于電極橫臂內(nèi)，溫度升高，易加快油缸密封老化而造成油缸漏油。例如，某LF車間僅2011年I季度就發(fā)生4起B(yǎng)相電極橫臂夾持器油缸高溫漏油故障及一起電極橫臂尾部因高溫爆裂的重大設(shè)備故障。對于電極橫臂異常發(fā)熱，可以通過調(diào)整電極來解決，，具體地，如圖3所示，電極橫臂前連接有電極夾持器，電極夾持器由電極橫臂內(nèi)的液壓油缸控制，用來夾緊電極，可以通過電極夾持器的松開和夾緊來調(diào)節(jié)電極的長度。但由于生產(chǎn)節(jié)奏較快，操作人員經(jīng)常忽略這件事，也可通過采用改進成現(xiàn)在普遍使用的導(dǎo)電電極橫臂加以解決，但三根電極橫臂改造需要投資上百萬元，其投資巨大。如上所述，在LF爐的冶煉過程中，由于三根電極消耗的長度不一樣，三根電極橫臂的高度也不能始終保持水平，一旦三根電極橫臂的相對高度偏離較大，中間B相電極橫臂上產(chǎn)生的渦流發(fā)熱量也就越大，勢必對電極橫臂及其內(nèi)的液壓油缸等設(shè)備帶來損壞。雖然電極橫臂的高度可以通過調(diào)節(jié)電極加持位置來解決，但頻繁的調(diào)節(jié)會影響到生產(chǎn)節(jié)奏(電爐煉鋼時液態(tài)鋼水流程化作業(yè)，LF冶煉是其流程中的中間一環(huán)，如果頻繁調(diào)整電極會延長LF爐作業(yè)時間，打亂生產(chǎn)節(jié)奏，影響產(chǎn)能)，而設(shè)備改進又需要一定的過程和高額的費用投入。發(fā)明目的為克服上述問題，本發(fā)明目的在于提供一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，用于 對精煉電爐的三根電極橫臂中間的B相電極橫臂的異常發(fā)熱進行檢測，所述檢測裝置安裝簡單、檢測可靠、幾乎無需投資。避免在冶煉過程中，三根電極橫臂因高度偏差而造成中間B相電極橫臂渦流發(fā)熱量增大。根據(jù)本發(fā)明，對該電極橫臂進行溫度檢測，當(dāng)溫度達到一定值后，一方面在控制程序中降低冶煉電流輸出，減少渦流發(fā)熱，控制電極橫臂溫升，同時，另一方面該裝置發(fā)出報警，提醒操作人員在該爐鋼冶煉結(jié)束后及時對電極位置進行調(diào)整，從而降低設(shè)備損壞率，減少設(shè)備故障停機時間。為了能及時準確地反映電極橫臂發(fā)熱情況并對異常發(fā)熱進行控制，本發(fā)明提供一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，所述一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置同時具備檢測、控制和報警三重功能。為達到上述目的，本發(fā)明的一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置的技術(shù)方案如下一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，用于對精煉電爐的三根電極橫臂中間的B相電極橫臂的異常發(fā)熱進行檢測，其特征在于，所述電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置包括檢測單元、及分別與所述檢測單元電訊連接的報警單元和控制單元，所述檢測單元，包括溫度傳感器8、絕緣紙9、絕緣墊圈10、信號傳送電纜11、信號隔離器12、用于溫度信號的檢測與控制的PLC，即可編程控制器13，溫度傳感器8通過絕緣紙9和絕緣墊圈10設(shè)置于電極橫臂上，由信號傳送電纜11將信號輸送至信號隔離器12及PLC13。根據(jù)上述技術(shù)方案，由于電極橫臂I上可能存在漏電流，該方案的檢測回路具備雙重隔離，一是絕緣紙和絕緣墊圈構(gòu)成的物理絕緣，二是信號隔離器12的電隔離，防止了電極橫臂I上漏電流流入PLC板卡，燒毀PLC。根據(jù)本發(fā)明的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，其特征在于，所述報警單元將由PLC13從溫度傳感器8上采集來的實時溫度值與預(yù)先設(shè)定的報警值進行比較，如實時溫度值超過預(yù)先設(shè)定的報警值即在HMI，人機交互計算機操作畫面上顯示，發(fā)出報警信號。所述報警單元主要是由PLC13從溫度傳感器8上采集來的實時溫度值與預(yù)先設(shè)定的報警值進行比較，超過預(yù)設(shè)值即發(fā)出報警信號，報警信號可在HMI (人機交互計算機操作畫面)上顯示，HMI上的報警信號顯示能及時的將目前電極橫臂發(fā)熱狀況通知到操作人員，以便其提前做出預(yù)判及處理。根據(jù)本發(fā)明的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，其特征在于，所述控制單元將由PLC13從溫度傳感器8上采集來的實時溫度值與預(yù)先設(shè)定的報警值進行比較，預(yù)先設(shè)定的報警值有兩檔Talanil和Ttaip，Ttrip > Talarffl,當(dāng)實時溫度值在Talanil和Ttaip之間，所述控制單元通過自動降低冶煉電流來降低電極橫臂發(fā)熱量，確保冶煉不中斷，生產(chǎn)連續(xù)；當(dāng)實時溫度值大于Ttaip時，即終止冶煉，通過調(diào)整電極橫臂位置來降低電極橫臂發(fā)熱量。所述控制單元主要也由PLC13從溫度傳感器8上采集來的實時溫度值與預(yù)先設(shè)定的報警值進行比較，該報警預(yù)設(shè)值有兩檔Talmi和TMp，Ttrip > Talarm,當(dāng)實時溫度在Talanil和Iteip之間，通過自動降低冶煉電流來降低電極橫臂發(fā)熱量，確保冶煉不中斷，生產(chǎn)連續(xù)，當(dāng)實時溫度大于Iteip時，立即終止冶煉，通過手動調(diào)整電極橫臂位置來降低電極橫臂發(fā)熱量，這種控制方式在電極橫臂剛剛異常溫升時，通過降低電流減少發(fā)熱量確保了生產(chǎn)穩(wěn)定連續(xù) 的運行，當(dāng)電極橫臂發(fā)熱到最高限時，又能夠及時切斷發(fā)熱源(電流)，防止事故發(fā)生。根據(jù)本發(fā)明的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，其特征在于，所述檢測單元使用熱電阻，為WZPM型壓平面鉬熱電阻PT100，其測溫范圍在-150° 200°。根據(jù)本發(fā)明的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，其特征在于，所述熱電阻，探頭采用中間帶孔的方形平面狀。熱電阻采用WZPM型壓平面鉬熱電阻PT100，測溫范圍-150° 200°熱電阻探頭采用方形平面，能夠很好的與被測電極橫臂接觸，且中間帶孔，方便固定到電極橫臂上。本發(fā)明提供一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測控制方法，根據(jù)本發(fā)明的一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測控制方法，所述方法采用一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，所述電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置包括檢測單元、及分別與所述檢測單元電訊連接的報警單元和控制單元，所述檢測單元，包括溫度傳感器8、絕緣紙9、絕緣墊圈10、信號傳送電纜11、信號隔離器12、用于溫度信號的檢測與控制的PLC，即可編程控制器13，溫度傳感器8通過絕緣紙9和絕緣墊圈10設(shè)置于電極橫臂上，由信號傳送電纜11將信號輸送至信號隔離器12及PLC13，其特征在于，所述方法包括步驟如下f)確定電極橫臂溫度報警值Talanil和Iteip ；Talm^P Ttaip根據(jù)正常時電極橫臂的溫度值及電極橫臂內(nèi)油缸密封所承受的溫度范圍及電極橫臂冷卻水的沸點設(shè)定，Talarm設(shè)定為45-55°C，Ttaip設(shè)定為85-95°C ；g)采集電極橫臂實時溫度值T ；h)將T和Talrai進行比較，T < Talarffl時，不進行控制及報警；i)當(dāng)TalmiS T < Ttaip時，發(fā)出降低輸出電流的控制命令，降低電流檔位；同時發(fā)出報警，通知操作人員在當(dāng)前爐次結(jié)束后對電極進行調(diào)整，使三根電極橫臂處在水平位置；j)當(dāng)T > Ttrip時，封鎖通電條件，通知操作工停止冶煉并進行電極調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明，Talann和Ttaip根據(jù)正常時電極橫臂的溫度值及電極橫臂內(nèi)油缸密封所承受的溫度范圍及電極橫臂冷卻水的沸點設(shè)定，一般正常溫度在30 V左右，在本發(fā)明，優(yōu)選的是，Talarm設(shè)定為50°C，Ttrip設(shè)定為90°C。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)Talanil ( T < Ttrip時，發(fā)出降低輸出電流的控制命令，降低電流檔位。根據(jù)本發(fā)明實施例，當(dāng)T > Talarffl后，溫度每升高5 °C，變壓器有載調(diào)壓檔位降低一檔，總共13檔，當(dāng)然可根據(jù)實際情況及試驗進行檔位降低的控制計算)；同時發(fā)出報警，通知操作人員在當(dāng)前爐次結(jié)束后對電極進行調(diào)整，手動調(diào)整電極長度，使三根電極橫臂在水平位置。根據(jù)本發(fā)明的一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測控制方法，其特征在于，所述檢測單元使用熱電阻，為WZPM型壓平面鉬熱電阻PT100，其測溫范圍在-150° 200°。根據(jù)本發(fā)明的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測控制方法，其特征在于，所述熱電阻，探頭采用中間帶孔的方形平面狀。根據(jù)本發(fā)明的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測控制方法，其特征在于，Talanil設(shè)定為40-450C，Ttrip 設(shè)定為 80-850C。根據(jù)本發(fā)明，Talann和Ttaip根據(jù)電極橫臂及其附件日常運行過程中正常溫度的要求制定，詳細的控制和報警方案流程圖見圖I。
根據(jù)本發(fā)明所述的一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置及其檢測控制方法，LF爐B相電極橫臂在冶煉過程中的異常發(fā)熱得以控制，降低了備件的損耗和設(shè)備故障的時間；零部件均為設(shè)備管理中常見的備件，價格低廉、取材方便，大大節(jié)約了投資；安裝方便、檢測可靠、維護簡單。


圖I為LF冶煉電源系統(tǒng)不意圖。圖2為電極橫臂及其附屬機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡圖。圖3為正常冶煉時三根電極橫臂及導(dǎo)電銅管的位置示意圖。圖4為本發(fā)明的溫度檢測裝置示意圖。圖5為本發(fā)明的溫度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本發(fā)明的溫度檢測裝置安裝應(yīng)用示意圖。圖7為本發(fā)明的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測控制方法流程圖。圖中，I為電極橫臂，2為導(dǎo)電銅管，3為石墨電極，4為電極夾持器，5為電極升降油缸，6為水冷電纜,7為導(dǎo)電銅管支撐架,8為溫度傳感器,9為絕緣紙，10為絕緣墊圈11為信號傳送電纜，12為信號隔離器，13為用于溫度信號的檢測與控制的PLC，即可編程控制器，14為緊固螺絲。
具體實施例方式以下，舉實施例具體說明本發(fā)明的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置及其檢測控制方法。實施例在某鋼鐵公司鋼管條鋼事業(yè)部電爐廠LF爐冶煉過程中，應(yīng)用本發(fā)明的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置及其檢測控制方法。結(jié)合附圖7可以看出，本發(fā)明的檢測裝置部分主要由溫度傳感器8、絕緣紙9、絕緣墊圈10、信號傳送電纜11、信號隔離器12、PLC13組成。溫度傳感器8可按附圖5由專業(yè)廠家生產(chǎn)、絕緣墊圈10可按附圖6制作，絕緣紙9可按導(dǎo)熱性能好、耐熱、耐壓條件購買，信號隔離器12和PLC13為標準件。溫度傳感器8、絕緣紙9和絕緣墊圈10組成的檢測單元可由緊固螺絲14固定在電極橫臂上，溫度傳感器8測得的溫度信號由信號隔離器12進行電氣隔離送到PLC13的模擬量輸入板，信號隔離器12和PLC13均安裝在LF的電氣室內(nèi)，PLC13接受到溫度傳感器8的信號，經(jīng)過轉(zhuǎn)換呈攝氏溫度值。結(jié)合附圖7的詳細控制流程圖，在PLC程序中進行程序的編制和應(yīng)用，LF冶煉開始后按圖7的流程圖進行溫度檢測、控制和報警。I)該發(fā)明自試投入使用以來，LF爐B相電極橫臂在冶煉過程中的異常發(fā)熱得以控制，降低了備件的損耗和設(shè)備故障的時間。2)該發(fā)明涉及的零部件均為設(shè)備管理中常見的備件，價格低廉、取材方便，全部耗資不超過兩千元，大大節(jié)約了投資。3)該發(fā)明安裝方便、檢測可靠、維護簡單。LF爐電極橫臂是LF爐不可或缺的設(shè)備之一，早期LF設(shè)計時均采用電極橫臂的結(jié)構(gòu)形式，因此這種結(jié)構(gòu)形式的應(yīng)用場合還比較普遍，這種結(jié)構(gòu)的LF爐在冶煉過程中都不 可避免的出現(xiàn)渦流發(fā)熱現(xiàn)象，因此，本發(fā)明在LF爐的冶煉設(shè)備領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用前
旦
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權(quán)利要求
1.一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，用于對精煉電爐的三根電極橫臂中間的B相電極橫臂的異常發(fā)熱進行檢測，其特征在于，所述電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置包括檢測單元、及分別與所述檢測單元電訊連接的報警單元和控制單元，所述檢測單元，包括溫度傳感器(8)、絕緣紙(9)、絕緣墊圈(10)、信號傳送電纜(11)、信號隔離器(12)、用于溫度信號的檢測與控制的PLC，即可編程控制器(13)，溫度傳感器(8)通過絕緣紙(9)和絕緣墊圈(10)設(shè)置于電極橫臂上，由信號傳送電纜(11)將信號輸送至信號隔離器及PLC。
2.如權(quán)利要求I所述的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，其特征在于，所述報警單元將由PLC(13)從溫度傳感器(8)上采集來的實時溫度值與預(yù)先設(shè)定的報警值進行比較，如實時溫度值超過預(yù)先設(shè)定的報警值即在HMI，人機交互計算機操作畫面上顯示，發(fā)出報警信號。
3.如權(quán)利要求I所述的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，其特征在于，所述控制單元將由PLC(13)從溫度傳感器(8)上采集來的實時溫度值與預(yù)先設(shè)定的報警值進行比較，預(yù)先設(shè)定的報警值有兩檔Talmi和Ttaip，Ttrip > Talarffl,當(dāng)實時溫度值在Talanil和Ttaip之間，所 述控制單元通過自動降低冶煉電流來降低電極橫臂發(fā)熱量，確保冶煉不中斷，生產(chǎn)連續(xù)；當(dāng)實時溫度值大于Ttaip時，即終止冶煉，通過調(diào)整電極橫臂位置來降低電極橫臂發(fā)熱量。
4.如權(quán)利要求I所述的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，其特征在于，所述檢測單元使用熱電阻，為WZPM型壓平面鉬熱電阻PT100，其測溫范圍在-150° 200°。
5.如權(quán)利要求4所述的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，其特征在于，所述熱電阻，探頭采用中間帶孔的方形平面狀。
6.一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測控制方法，用于對精煉電爐的三根電極橫臂中間的B相電極橫臂的異常發(fā)熱進行檢測，其特征在于，所述方法采用一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置，所述電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置包括檢測單元、及分別與所述檢測單元電訊連接的報警單元和控制單元，所述檢測單元，包括溫度傳感器(8)、絕緣紙(9)、絕緣墊圈(10)、信號傳送電纜(11)、信號隔離器(12)、用于溫度信號的檢測與控制的PLC，即可編程控制器(13)，溫度傳感器(8)通過絕緣紙(9)和絕緣墊圈(10)設(shè)置于電極橫臂上，由信號傳送電纜(11)將信號輸送至信號隔離器及PLC，其特征在于，包括步驟如下 a)確定電極橫臂溫度報警值Talmi和Ttaip；Talarm和Iteip根據(jù)正常時電極橫臂的溫度值及電極橫臂內(nèi)油缸密封所承受的溫度范圍及電極橫臂冷卻水的沸點設(shè)定，Talarffl設(shè)定為40-55°C, Ttrip 設(shè)定為 80-95°C ； b)采集電極橫臂實時溫度值T; c)將T和Talmi進行比較，T< Talarffl時，不進行控制及報警； d)當(dāng)Talanil^ T < Ttrip時，發(fā)出降低輸出電流的控制命令，降低電流檔位；同時發(fā)出報警，通知操作人員在當(dāng)前爐次結(jié)束后對電極進行調(diào)整，使三根電極橫臂處在水平位置； e)當(dāng)T> Ttrip時，封鎖通電條件，通知操作工停止冶煉并進行電極調(diào)整。
7.如權(quán)利要求6所述的一種電極橫臂異常發(fā)熱的檢測控制方法，其特征在于，所述檢測單元使用熱電阻，為WZPM型壓平面鉬熱電阻PT100，其測溫范圍在-150° 200°。
8.如權(quán)利要求6所述的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測控制方法，其特征在于，所述熱電阻，探頭采用中間帶孔的方形平面狀。
9.如權(quán)利要求6所述的電極橫臂異常發(fā)熱的檢測控制方法，其特征在于，Talmi設(shè)定為40-50c
全文摘要
一種對精煉電爐的三根電極橫臂中間的B相電極橫臂異常發(fā)熱的檢測裝置及其方法，包括檢測單元、報警單元和控制單元三部分，所述檢測單元，包括溫度傳感器(8)、絕緣紙(9)、絕緣墊圈(10)、信號傳送電纜(11)、信號隔離器(12)、用于溫度信號的檢測與控制的PLC，即可編程控制器(13)，溫度傳感器(8)通過絕緣紙(9)和絕緣墊圈(10)設(shè)置于電極橫臂上，由信號傳送電纜(11)將信號輸送至信號隔離器及PLC。根據(jù)本發(fā)明，LF爐B相電極橫臂在冶煉過程中的異常發(fā)熱得以控制，降低了備件的損耗和設(shè)備故障的時間；零部件均為設(shè)備管理中常見的備件，價格低廉、取材方便，大大節(jié)約了投資；安裝方便、檢測可靠、維護簡單。
文檔編號G05D23/24GK102749145SQ20121008315
公開日2012年10月24日 申請日期2012年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月26日
發(fā)明者丁安, 吳建峰, 周建平, 夏春榮, 朱雄輝, 李中軍, 陳建國, 韓建明 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司