马钢三钢厂50t电弧炉自动控制系统毕业设计

马钢三钢厂50t电弧炉自动控制系统毕

业设计

目录

1. 概述 (1)

1.1 引言 (1)

1.2 电弧炉系统 (1)

1.2.1电弧炉炼钢发展概况 (1)

1.2.2 电弧炉炼钢的特点 (2)

1.3 电弧炉工艺发展概况 (3)

1.3.1 电弧炉的历史发展 (4)

1.3.2 电弧炉在国内的发展 (4)

1.4 电弧炉自动化技术的发展趋势 (5)

1.4.1 电弧炉控制方法理论研究 (5)

1.4.2 电弧炉自动化发展趋势 (6)

1.5 电弧炉炼钢设备概括 (7)

1.5.1 电弧炉炼钢的机械设备 (7)

1.5.2 电弧炉炼钢的电气设备 (9)

1.6 电弧炉炼钢过程及工艺简介 (10)

1.6.1 电弧炉炼钢过程 (10)

1.6.2 电弧炉工艺简述 (11)

1.6.3 电弧炉工艺对控制系统的要求 (12)

1.6.4 电弧炉炼钢工艺对电极调节器的要求 (12)

2. 电弧炉炼钢控制系统 (14)

2.1 电极升降自动控制系统 (14)

2.1.1 电极调节器的特点 (15)

2.1.2 电极调节控制原理 (16)

2.2 液压、水冷、气动控制系统 (18)

2.2.1 液压控制系统 (18)

2.2.2 水冷控制系统 (18)

2.2.3 气动控制系统 (19)

2.3 计算机在电弧炉炼钢过程中的应用 (19)

2.4 PLC控制系统 (20)

2.4.1 电弧炉PLC控制系统的构成 (21)

2.4.2 电弧炉PLC控制系统的功能 (21)

3. 电弧炉控制系统的软硬件设计 (23)

3.1 电弧炉控制系统硬件设计 (23)

3.1.1 系统硬件选型 (23)

3.2 电弧炉控制系统软件设计 (24)

3.2.1 变压器保护系统 (24)

3.2.2 液压站控制 (26)

3.2.3 炉体操作 (30)

3.2.4 水冷系统 (34)

3.2.5 事故警报 (36)

3.6 电弧炉控制系统程序的检查和编译 (37)

结束语 ............................................... 错误！未定义书签。参考文献 (42)

致谢 ................................................. 错误！未定义书签。附录 . (43)

1. 概述

1.1 引言

据统计，近40年来，世界电弧炉炼钢得到迅速发展，电炉钢产量占钢总产量的比例逐年增长，目前全世界粗钢产量的56%由电炉生产，我国电炉钢也约占总钢产量的45%左右。电弧炉电气运行是电炉冶炼生产最基本的保障，它关系到冶炼工艺、原料、电气、设备等诸多方面的问题，直接影响电炉炼钢生产的各项技术和经济指标，因此对其进行最佳化的研究意义重大，不但可保障冶炼工艺的顺行和充分发挥设备资源的作用，还能提高生产率，节能降耗。

可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展为以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。随着位处理器、计算机、网络和数字通信技术的飞速发展，工业生产自动化控制技术已扩展到了几乎所有的工业领域。应用计算机网络技术来解决工业自动化任务已逐渐成为普通的技术。可编程序控制器是应用面最广、功能强大、使用方便的通用工业控制装置，它已经成为当代工业自动化的主要实现工具，无论是国外引进的自动化生产线，还是自行设计的自动控制系统，普遍把可编程序控制器作为控制系统的核心器件。可编程序控制器在取代传统电气控制方面有着不可比拟的优点，在自动化领域已经形成了一种工业控制趋势。电气设备能否方便可靠的实现自动化，很大程度上取决于我们对可编程序控制器的应用水平。

可编程序控制器是一种专为在工业环境下应用而设计的计算机控制系统。它采用可编程序的存储器，能够执行逻辑控制，顺序控制，定时，计数和算术运算等操作功能，并通过开关量，模拟量的输入和输出完成各种机械或生产过程的控制。它具有丰富的输入、输出接口，并且具有较强的驱动能力，其硬件需根据实际需要来选配，其软件则需根据控制要求进行设计。

1.2 电弧炉系统

1.2.1电弧炉炼钢发展概况

近年来世界电弧炉的生产发展很快，随着二步炼钢法的兴起和20世纪70-80年代电炉自身采用了诸如超高功率技术、水冷炉壁、水冷炉顶、偏心炉底出钢、氧燃烧嘴、吹氧、喷碳、泡沫渣工艺等新技术，使得电炉钢生产不仅在传统的合金钢领域中继续保持优势，而且在普通钢范围内也表现了强大的竞争力。自20世纪80年代初世界上第一座直流电弧炉问世以来，电炉钢的生产突飞猛进。2000年，电炉钢约将占世界钢产量的34.4%，2004年世界粗钢产量达10.548亿t，其中转炉钢66452万t，占33.8%，我国钢产量27470万t，其中转炉钢23271万t，占85.72%，电炉钢4167.1万t，仅占15.17%。

目前，我国仍以交流电弧炉生产电炉钢为主，这种趋势目前仍不会改变。交流电弧炉在受到新兴直流电弧炉冲击的同时，在提高生产率和改善各种单耗方面也不断取

得进展；而直流电弧炉的诸多优点使其在未来的电弧炉炼钢中具有广阔的发展前景。

1.2.2 电弧炉炼钢的特点

电弧炉炼钢是以电能为热源，利用电极与炉料间产生的电弧的高温来加热和熔化炉料。电弧炉炼钢是以废钢铁料为主要原料，以各种微量合金和造渣料为辅料，以电能为热源，利用电极与炉料间产生的电弧的高温来加热和熔化炉料，经过一系列的物理化学反应，最后形成成分和温度合格的钢产品。

电弧炉炼钢有一系列的优点[1]

（1）能灵活掌握温度。电弧炉中电弧区温度高达4000℃以上，远远高于炼钢所需的温度，因而可以熔化各种高熔点的合金，通过电弧加热，钢液的温度可达1600℃以上。在冶炼过程中通过对电流和电压的控制，可以灵活掌握冶炼温度，以满足不同钢种冶炼的需要。

（2）热效率高。电弧炉炼钢没有大量高温炉气带走的热损失，因而热效率高，一般可达60%以上，比转炉炼钢和平炉炼钢的热效率高。

（3）炉内气氛可以控制。氧气转炉吹入大量氧气是熔炼得以进行的必要条件，平炉熔炼过程中为了保证燃料（煤气或重油）完全燃烧，必须在熔炼室中保持一定的过剩空气系数，因而在这些炉子中，熔炼自始至终是在不同程度的氧化性气氛下进行的。在电弧炉中没有可燃气体，根据工艺要求，既可造成炉内的氧化性气氛，也可造成还原性气氛，这是转炉和平炉无法达到的。因而在电弧炉炼钢过程中能够大量地去除钢中的磷、硫、氧和其他杂质，提高钢的质量，合金的回收率高且稳定，钢的化学成份比较容易控制，冶炼的钢种也较多。

（4）设备简单，工艺流程短。电弧炉的主要设备为变压器和炉体两大部分，因而基建费用低，投产快。电弧炉以废钢为原料，不象转炉那样以铁水为原料，所以不需要一套庞大的炼铁和炼焦系统，因而流程短。由于电弧炉炼钢法具有上述一系列优点，所以世界各国都在稳步地发展电炉炼钢。多年以来，世界电炉钢产量的增长速度一直高于世界钢总产量的增长速度。随着科技的发展，炼钢技术研究水平的不断进步，炼钢方法由以前的一炉直接出钢发展为炉内初炼和炉外精炼两步炼钢。目前这种以超高功率电炉炼钢、炉外精炼和连铸组成的工艺路线被称为最佳工艺流程。电炉炼钢主要指电弧炉炼钢，其他电炉如感应电炉、电渣炉等所炼钢数量很小，因此电弧炉炼钢在冶炼工艺中的地位是十分重要的。电弧炉是实现炉内初炼、生产粗钢的重要冶炼设备。冶炼过程在电弧炉内进行，靠电极和炉料间放电产生的电弧，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废钢料和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金的一种炼钢方法。电炉炼钢一般是以从各处搜集的废钢铁作为固体炉料，