变化率理论在电弧炉电极控制中的应用
用电极自动调节系统提高电炉电能利用效率
用电极自动调节系统提高电炉电能利用效率近年来，电弧炉炼钢的增速十分惊人。
炉子容量也从30-40t迅速增大到400t。
电弧炉炼钢因为投资低、生产灵活（可冶炼低碳钢、中碳钢、特殊钢和不锈钢等），原材料广泛而多样（可用各种废旧钢铁、固体生铁块、铁水，也可用直接还原铁DRI和HBI等）。
所以被各国炼钢厂商们广泛采用。
电弧炉加料方式有两种即分批加料和连续加料。
分批加料允许在加料期间出现短时中断。
总的冶炼操作可分成三步即：穿井、熔化和精炼。
为了有效熔化，电极将通过废钢穿井形成液态金属熔池。
通过升高电压将输入功率增至最大以延长电弧。
然后，缩短电弧使它的主要热量能传至电极下面的金属。
在较低功率状态下对钢进行连续的化学处理。
由于废钢表面的不规则和压紧石墨电极周围的轻薄废钢，电极穿井和废钢熔化期间的电流变化十分惊人。
所以，等效电路状态的变换将按照短路、断路和非线性特征进行。
1 HiREG PLUS自动调节系统熔化操作包括利用石墨电极将大电流输入废钢。
熔化期间可通过选择输出电压获得高功率因素，使炉料尽量利用电弧热以提高热效率和加速废钢熔化。
未利用热量不仅造成浪费且会损坏炉衬和炉顶。
炉料熔化期间动力消耗随熔化进展和炉子容量大小变化而有所不同，变化在450-600kWh/t之间。
实践证明，精炼期间尚需增加功率150-400kWh/t钢。
对于典型电炉，输入总能量的70%为电能，其余为C、Fe、Si元素氧化产生的化学热和天然气在氧燃烧喷嘴中的燃烧热。
但仅总能量的53%留在钢液中，其余损失在炉渣、废气或冷却水中。
电能消耗占电弧炉炼钢总成本的12%。
由于电炉炼钢电耗费用高，很多炼钢厂商们十分愿意通过氧气燃烧预热和熔化废钢的方法，即尽量多用化学热以减少电能消耗和降低产品成本。
输入电弧炉的最大功率与最大电弧电压，最大功率密度（kW/t）和最大电极电流有关。
电弧炉容量越大，需要的变压器功率也越高。
电炉变压器需要的额定功率除有功功率外，还应考虑供电网络、短路容量和无功功率补偿器选择系统，尤其是高功率电弧炉。
电极调节器控制系统在150吨电弧炉中的应用
１ 系统简述
电 弧 炉 的 电极 调 节 系 统 是 炉 子 冶 炼 操 作 的 心脏 ， 极 大 地 影 响 电 弧 炉 工 作 效 率 、 它
箱 获 得 ， 通 过 特 殊 电 缆 与 系 统 连 接 。 测 并 检 箱 配 有 互 感 器 、 涌 吸 收 回 路 、 断 器 和 滤 浪 熔 波 器 ， 防护 过 电 压 冲 击 、 证 信 号 质 量 。 以 保 Ａ Ｃ调 节 器 需 要 同 电 炉 （ 控 ） 炉 ＰＬＣ、 ＮＥＣ、 ＨＭ Ｉ 进 行 通 信 ， 统 设 备 级 通 讯 采 等 系 用 Ｍ ＰＩ 口 的 Ｐ ｏ ｉ ｕ ， 制 级 通 讯 采 用 工 接 ｒ ｆｂ ｓ 控 业 以 太 网 Ｅ ｈｅ ｎ ｔ 讯 。 ｔ ｒｅ通
回 路 压 力 信 号 。当 信 号 达 到 设 定 值 而 电 极 电 流 又 很 小 时 ， 电 极 自 动 抬 起 再 重 新 落 该 下 。 电 极 连 续 三 次 未 起 弧 ， 发 出 报 警 通 若 则 知炉前人员处理 。 ２ ３ 智 能 调 整 ．
２ 系统 组成
２． 硬 件 功 能 １ 用 于 三 相 交 流 电 弧 炉 的 数 字 电 极 调 节 器（ ＡＣ ） 主 要 由 控 制 系 统 、 次 电 流 （ ， 二 弧 流 ） 测 回 路 、 次 电压 （ 压 ） 测 回 路 、 检 二 弧 检 液 压 阀 驱 动 回 路 、 机 接 口 系 统 （ Ｍ Ｉ 和 人 Ｈ ）
普通电弧炉的设计与电极升降控制
普通电弧炉的一般设计与电极升降控制摘要：为了提高所熔炼速度和钢水的质量、减少电能及电极的消耗量、保证维持规定的电气工作条件，使设备获得较高的生产率。
从电弧炉的一般设计概况，到电弧炉电极的升降控制。
系统了解电弧炉中存在的缺点与不足。
通过分析，更好的提高电气控制的稳定性，提高电网提高熔炼速度。
关键词：电弧炉、短网电流、电极升降。
目录一、电弧炉的简介及特点1.电弧炉简介2.电弧炉特点二、电弧炉的一般设计1.电弧炉组成部分2.炉体设计3.变压器设计4.短网电流的计算5.电极直径计算6.电极升降计算7.其他相关参数三、电极升降自动控制1.调节器的组成及工作原理2.调节器的结构原理四、小结五、参考文献一、电弧炉的简介及特点1.电弧炉简介电弧炉是利用电极间电弧产生的热能冶炼金属的一种设备。
电弧炉炼钢就是靠电极与炉料之间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金。
现代化炼钢电弧炉均为直接加热、炉底不导电式电炉。
该电炉按直接加热金属的原理工作，电弧发生在每一电极与炉料之间，己熔化的金属则形成负荷的中心点。
2.电弧炉的特点电弧炉进行冶炼，电弧炉是一个多变量、非线性、大滞后、强藕合、时变、随机干扰较强的系统，使得系统电极位置、电弧长度、电弧电流以及系统功率很难保持最佳工作状态。
电极升降调节系统是电弧炉的重要组成部分，其工作性能的好坏直接影响钢的产量、质量和能源消耗。
在电弧炉冶炼过程中，三相交流电弧炉的电力负载是不稳定的、不对称的；无功冲击及闪变；产生谐波电流。
电弧炉的整个炼钢过程一般分为熔化期、氧化期、还原期三个时期，由于各个时期所完成的任务不同，因而相应地对冶炼温度和功率的要求也不同。
（熔化期）开始熔化阶段，固体炉料熔化，能量需求最大。
（氧化期）初精炼及加热阶段。
（还原期）精炼期，此阶段输入能量只需平衡热损耗。
在废钢冶炼时电弧炉的工作特性为：在开始熔化时电弧频繁出现截断和重新燃弧。
基于plc的模糊控制在100t精炼电弧炉电极调节中的应用优秀毕业论文 参考文献 可复制黏贴
The fuzzy control algorithm is a kind of advanced intelligent algorithm. The practice shows that fuzzy control can reach to dreaming effects for nonlinear and time-varying systems which were used in industrial fields. To prove the same control effect in electrode regulator system, this paper analyses electric arc furnace details and sets the Mathematical simulation model combining with actual arguments. Using respectively traditional algorithm and fuzzy control algorithm under the model’s condition, the results indicates that the fuzzy control algorithm is better than the traditional control algorithm .
电弧炉电极调节系统模糊自适应PID控制器设计
电弧炉电极调节系统模糊自适应PID控制器设计鲁军;李亮【摘要】电弧炉炼钢系统是一个非线性、强耦合、多变量的系统,采用传统的PID 控制很难取得理想的控制效果.基于恒阻抗控制策略,运用模糊数学的基本理论和方法设计模糊自适应PID控制器,该控制器可实时调整PID参数,使电极调节系统工作在最佳状态.仿真结果表明控制器能够有效地调节电极的升降,将电弧的弧长控制在期望值,可有效降低能耗,提高炼钢产品质量.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2015(034)002【总页数】5页(P1-5)【关键词】电弧炉;电极控制;三相耦合;恒阻抗;模糊自适应PID【作者】鲁军;李亮【作者单位】沈阳理工大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学信息科学与工程学院,辽宁沈阳110159【正文语种】中文【中图分类】TP273.3近年来，电弧炉炼钢已经广泛应用于钢铁制造。
电弧炉利用电极与炉料间产生的高温电弧来熔化金属和矿石，弧区温度一般可达到3000℃以上。
电弧炉比其他炼钢炉工艺更适于优质合金钢的熔炼，因为它能有效地除去硫、磷等杂质，且炉温容易控制，灵活性强。
在炼钢过程中，通常要求电弧炉干扰小、功率高、耗电少，此时需要通过控制三相电流的大小，使电弧炉主回路稳定运行。
电弧炉电极调节系统的对象是弧长，但是不能通过合适的检测装置测得，因此只能通过改变电极的位置来调节弧长，从而控制电流的大小。
尤其在熔化期，炉料在电弧的作用下激烈反应，并伴有金属飞溅和蒸发，很容易发生短路、断弧和炉料的坍塌，此时需要快速、准确、实时地调节电极的位置，使电弧炉工作在最佳状态。
为此，国内学者已经做了一定的研究[1-3]，并取得了不少理论成果。
采用恒电流控制策略，可以使炉内输入功率和电网电流保持平稳，控制器的灵敏度也很高，但是这种控制策略并不能消除三相电极间的耦合作用，当其中一相电流发生扰动时，其余两相电流也会受到影响，给电极调节器带来困难。
浅析电弧炉电极调节器原理
浅析电弧炉电极调节器原理【摘要】电弧炉电极调节器是电弧炉中的重要组件，其作用是控制电极的位置和电流，以确保电弧炉的稳定运行。
其原理是通过控制电极与炉内材料之间的距离和电流大小，从而控制熔炼过程中的温度和化学反应。
电极调节器一般由电机、传动装置、控制系统等部件组成，可以实现自动或手动控制。
在工业生产中，电极调节器广泛应用于钢铁、有色金属、冶炼等行业，为生产过程提供了便利。
其优点包括操作简便、调节灵活、能耗低等特点。
通过对电弧炉电极调节器的分析和研究，可以更好地了解其工作原理和应用场景，为提高生产效率和质量提供参考。
【关键词】电弧炉、电极调节器、原理、作用、结构、应用、优点、引言、结论1. 引言1.1 引言电弧炉电极调节器是电弧炉中重要的控制设备之一，它可以实现电弧炉电极的精确调节和控制，进而确保电弧炉的稳定运行和生产效率。
在电弧炉中，电极调节器的作用至关重要，它能够实现电极的快速升降和精确位置调节，以适应炉内的能量需求和物料加工过程。
电极调节器还可以通过监测电极电流和电压等参数，实现对电弧炉的智能控制和优化。
在本文中，我们将对电弧炉电极调节器的作用、原理、结构、应用和优点进行深入分析和探讨。
通过对其功能和性能的全面了解，可以更好地理解和应用电弧炉中的电极调节器，进而提高电弧炉的生产效率和产品质量。
通过本文的学习，希望能够为相关专业人士和电弧炉生产企业提供有益的参考和指导，促进电弧炉技术的进步和发展。
2. 正文2.1 电极调节器的作用电极调节器是电弧炉中的重要部件，其作用主要是用来控制电极的位置和距离，从而保持电弧的稳定性和炉内温度的均匀性。
通过调节电极的位置，可以有效地控制电弧的长度和弧电流的大小，从而达到精确控制熔炼过程的目的。
在电弧炉的工作过程中，电极调节器能够实时监测电弧的光谱特性和电弧长度等参数，通过反馈控制系统来自动调整电极的位置，以保持电弧的稳定和炉温的均匀。
在炼钢或炼铁过程中，电极调节器的作用尤为重要，它不仅可以提高电弧炉的熔炼效率，还可以减少能量消耗和操作成本。
浅析电弧炉电极调节器原理
浅析电弧炉电极调节器原理电弧炉电极调节器是电弧炉的重要部件，它能够对电弧炉的电极进行调节，从而使电弧炉的工作更加稳定和高效。
本文将从电弧炉的工作原理、电极调节器的功能和原理、以及电极调节器的优势等方面来进行浅析。
一、电弧炉的工作原理电弧炉是一种使用电弧加热原理来进行冶炼的设备，其工作原理是利用电弧将固体物质加热融化，然后通过将熔化的物质浇铸成型。
电弧炉通常由电极、电极支架、电极调节器、电力系统等组成。
电弧炉的运行过程中，首先是通过电力系统将电能转换为热能，然后利用电极产生的电弧来将物料加热融化。
电弧炉是一种能耗低、污染小、操作简单、自动化程度高的设备，因此在冶金行业中得到了广泛的应用。
二、电极调节器的功能和原理电极调节器作为电弧炉的重要部件，其主要功能是对电极进行调节，使之保持在合适的位置和状态，从而保证电弧炉的正常工作。
电极调节器采用自动化控制系统，能够对电极的位置、角度、伸出长度等进行实时监测和调整，确保电极与炉料之间的距离和位置保持在最佳状态。
电极调节器还能够根据电弧炉的工作情况进行自动化调节，使电极的操作更加稳定和高效。
电极调节器的原理主要是通过传感器来监测电极的位置和状态，然后将监测到的数据传输给控制系统，根据设定的参数进行调节。
传感器通常采用接近开关、光纤传感器或者激光传感器等，能够实时监测电极的位置和伸出长度。
控制系统通常采用PLC（可编程逻辑控制器）、PID控制器等，能够根据传感器监测到的数据来进行实时分析和调节，从而实现电极的精准控制。
电极调节器作为电弧炉的重要部件，具有许多优势，如下：1.自动化程度高：电极调节器采用自动化控制系统，能够实现对电极的实时监测和调节，能够自动适应电弧炉的工作情况，提高了生产效率和质量。
2.精准控制：电极调节器能够通过传感器实时监测电极的位置和状态，然后通过控制系统进行调节，使电极的位置和伸出长度保持在最佳状态，从而保证电弧炉的正常工作。
3.智能化管理：电极调节器可以通过与电弧炉的其他设备进行联动，实现智能化管理和控制，提高了生产效率和安全性。
电弧炉工作原理及其对电能质量的影响
电弧炉工作原理及其对电能质量的影响为了了解电弧炉对电能质量和电能效率影响的产生原因，需要对电弧炉设备的特殊性做一下简单介绍。
1.1 电弧炉分类和工作原理电弧炉是利用电弧能来冶炼金属的一种电炉。
工业上应用的电弧炉可分为三类：第一类是直接加热式，电弧发生在专用电极棒和被熔炼的炉料之间，炉料直接受到电弧热。
主要用于炼钢，其次也用于熔炼铁、铜、耐火材料、精炼钢液等。
第二类是间接加热式，电弧发生在两根专用电极棒之间，炉料受到电弧的辐射热，用于熔炼铜、铜合金等。
这种炉子噪声大，熔炼质量差，已逐渐被其它炉类所取代。
第三类称为矿热炉，是以高电阻率的矿石为原料，在工作过程中电极的下部一般是埋在炉料里面的。
其加热原理是：既利用电流通过炉料时，炉料电阻产生的热量，同时也利用了电极和炉料间的电弧产生的热量。
所以又称为电弧电阻炉。
1.2电弧炉的组成设备∙炉用变压器电弧炼钢用变压器应能按冶炼要求单独进行电压电流的调节，并能承受工作短路电流的冲击。
电炉变压器额定电压的选择要考虑许多因素。
若一次侧电压取高些，则系统电抗小，短路容量大，可减少闪变，但须增加配电装置费用。
若二次电压高些，则功率因素较高，电效率较高，但电弧长，炉墙损耗快，综合效率变低。
一般电炉变压器二次侧均为低电压（几十至几百伏），大电流（几千至几万安）。
为保证各个熔炼阶段对电功率的不同需要，变压器二次电压要能在50%~70%的范围内调整，因此都设计成多级可调形式。
调整方法有变换、有载调压分接开关等。
变压器容量小于10MVA者，可进行无载切换；容量在10MVA以上者，一般应是有载调压方式。
也有三相分别设置分接头装置，各相分别进行调整，可以保障炉内三相热能平衡。
与普通电力变压器相比，电炉专用变压器有以下特点：a.有较大的过负荷能力；b.有较高的机械强度；c.有较大的短路阻抗；d.有几个二次电压等级；e.有较大的变压比；f.二次电压低而电流大。
电炉变压器和电弧炉的容量比一般为0.4~1.2MVA/t。
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变化率理论在电弧炉电极控制中的应用
摘要：工程中有很多关于时间参数的方程，而微分在时间参数方程中应用能够得到单位时间内的变化率。
这也是微分概念的在工程中的应用。
电炉炼钢中，将冶炼电流通过电流互感器、电流变送器送入到plc中，通过不断的计算电流在0.1秒内的电流差能够得到电流的变化率。
根据单位时间内电流的变化率，判断出塌料现象的发生，提前控制电极的提升与下降，避免塌料现象造成的损害。
关键词：电弧炉炼钢；变化率；plc；塌料判断；电极控制
电弧炉炼钢控制中，最重要的是控制电极与炉料间的间距，使其产生持续而稳定的电弧。
电极控制的好，不仅能够降低电能损耗，同时也能节省冶炼时间，减少石墨电极的损耗，极大的降低冶炼成本。
在电极控制中，重点是在冶炼的起弧期、穿井期和电极提升期的控制。
在这阶段，由于炉料在熔化过程中极其的不稳定。
塌料现象就是电极控制的难点，它不但导致短路而使电流急剧增大，从而产生主电路跳闸保护中断冶炼，延长冶炼的时间，而且还可能造成倒塌的炉料砸断电极，造成电极的大量损耗。
而塌料控制的难点是如何尽早判断出塌料现象的发生，使电极提前以大于正常冶炼提升的速度进行快速提升。
本文重点在于运用微分理论来提前判断出塌料现象。
1 电极正常冶炼动作与塌料时电极动作分析
电极正常冶炼时：电极以低速下降起弧，起弧后电流一般都会大
于设定的主电路电流，电极根据实际电流与设定电流的差值来决定电极提升的速度，一般都会控制其速度，速度不能大于一个极限值，我们这里称为极限值1。
这个极限值的确定需要在实际中根据具体的电炉设备来确定，如果这个值太小，电机提升的速度太慢，就会造成由于电流长时间大于主电流设定的保护值，造成主电路断路器跳闸保护。
造成冶炼时间的增长，同时增加主电路元件损坏的风险。
如果极限值1太大，则很容易拉断电弧。
拉断电弧后得需要重新起弧，而我们则希望得到持续的电弧来冶炼，从而缩短冶炼时间，减少电能损耗。
这个极限值应该是略大约电极下降速度。
电极在塌料时：当发生塌料现象时，尤其是穿井后期的塌料。
电极与炉料短路，电流远远大于设定值。
如果电极仍然以极限值1的速度提升就远远不够，必须提高提升速度。
这个速度极限值我们成为极限值2，我们可以确认的是极限值2远大于极限值1。
2 如何利用微分概念来判断塌料现象发生
在传统的塌料判断中，是利用短路电流远大于设定电流。
我们确定一个远大于设定电流的值作为短路判断。
当电流大于这个值时认为是发生塌料，从而使电流快速提升。
我们可以看出，利用这种方法判断塌料现象的发生有它的滞后性。
等判断出塌料发生时电流已经很大，已经发生损害。
在炼钢过程中，由于塌料的损害往往在1秒内就发生，而且我们知道，δt越小越接近瞬时变化率。
同时为了兼顾运算plc设备的运行速度，我们可以设定δt为100ms，即0.1秒比较合理。
采用以上电流变化率的方法判断塌料情况，最重要是确定lim1。
调试时，首先采用传统的方法，确保不出现大的控制事故，给出一个lim1值，进行在线监控。
如果传统的方法经常起作用来迅速提升电极，表示lim1值比合理值大；如果燃弧时间很短，电极快速提升过于频繁使电弧拉断，表示表示lim1值比合理值小。
一般在冶炼开始的二十分钟，电弧能够持续二十秒左右，然后断弧后重新起弧时间约十秒左右，说明控制已经比较合理。
这只是经验值，在实际中可能有更好的控制效果。
3 如何在控制系统中实现上述理论
由于plc技术的快速发展，现在plc技术普遍运用到电弧炉控制系统中。
我们下面来说明如何在plc实现上述理论。
首先，将主电路电流通过电流互感器、电流变送器等原件将电流转换成标准信号送入到plc的模拟量输入通道中。
然后在软件中通过计算，有些plc有标准功能块（如西门子plc中的fc405）将标准信号转换成电流值，我们同样标记为inow，使用中自己分配存储地址。
这是和其他模拟量读入没有什么不同，不过多的赘述。
4 结束语
在plc中利用相应的功能计算出电流变化率，然后根据电流变化率来对电弧炉熔炼情况进行判断。
能够提前判断出塌料情况的发生，提前提升电极。
能够有效的减少塌料给熔炼过程带来的副作用，提高熔炼效率，减少熔炼时间，并有很强的可行性。