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摘 要电渣炉是冶金行业中的一种具有特殊性的冶金设备,在大中型锻件和模块坯料的生产中具有非常重要的地位.本文对电渣炉的工作原理和工作方法进行分析,讨论电渣炉自动控制系统的构成和电路设计,旨在实现电渣炉的高精度控制,提高生产质量.
关 键 词电渣重熔；控制系统；增量式PID
中图分类号TF3文献标识码A文章编号1674-6708（2013）107-0076-02
电渣炉是冶金行业中非常重要的生产设备,在特殊钢的生产中发挥着极其重要的作用.在很多大中型锻件的生产中,都离不开电渣重熔的技术,尤其在异形件的加工上,电渣重熔更有其独特的优势.本文对电渣炉的系统进行设计和改造,形成在自动控制的智能化系统,使电渣炉能够在生产精度的控制上得到有效的提高,从而提高生产质量和生产效率.
1电渣炉控制系统的工作原理
电渣炉工作主要是指电渣重熔技术,是将电流在通过熔渣的过程中产生的电阻热加以利用,将其作为热源对金属进行熔炼,对金属进行提纯处理,从而得到结构细密,组织均匀的钢锭.经过电渣重熔提纯的金属纯净度好,铸态细致均匀,硫含量低,杂物少等特点,其优势特点非常突出.
电渣重熔的工作原理是熔融的炉渣在结晶器内盛放,在熔渣内插入自耗电极的一端,这时电极、渣池、金属熔池、钢锭、底水箱等通过短网导线和变压器形成回路.当接通电源后,渣池释放的热量会使电极端烧熔,熔化后产生的金属熔液在结晶器内形成熔池,在水的冷却作用下凝固,最终形成一个钢锭.钢中的杂物在金属液滴穿过渣池的阶段被炉渣吸收,相当于过滤的作用.因为有了渣池的覆盖作用,有效的预防了金属液受到再次氧化的作用.在结晶器内因为水冷却的作用使得金属液产生凝固,有效避免了一些耐火材料对金属的污染影响.渣池和金属熔池对钢锭凝固具有补缩的作用,使得生产出来的钢锭具有良好的致密性.在结晶器内壁上由渣池附着形成薄薄的一层渣壳,这对保证钢锭表面的光滑度起到积极的作用,同时还具有隔热的功能,使向下传导的热量增加,对钢锭的定向结晶十分有利.
2电渣炉自动控制系统的控制方法
根据上节中电渣炉系统工作原理的分析,电极和熔渣接触面的大小对电流的大小起着决定性的作用,要达到对电流大小的有效控制,需要对进给电极的速度进行控制,这就意味着需要对控制电极进给的电动机转数进行有效的控制.电极存在这大小不同的横截面,要保证电流大小保持一致,就需要使电动机的转速根据电极的横截面来进行变化调整.本文对控制系统的设计中,着重对电极电流进行控制,采用闭环控制的方法来对电流大小的一致性进行控制.首先将电流大小与给定电流进行对比分析,当二者间的偏差小于60A时,以偏差大小为条件计算输出电压,并将此电压值作为整流装置触发电路的控制电压.通过这样的方法来达到控制电流的目的.因为电极在工作的过程中会存在一定的惯性,当电流与给定电流的偏差在60A以上时,触发电路为零电压,从而使得电极减速,相应的电流量会快速的减小.
3自动控制系统的设计
3.1自动控制系统的工作流程
本文设计的电渣炉自动控制系统的工作流程如下图1所示：
3.2自动控制系统的系统构成
本文设计的电渣炉自动控制系统的主要由以下几个组件构成：直流电源、可控硅交流调压器、5A电流变换模块、单片机、AD转换器和DA转换器.
1）5A电流变换模块.本系统采用的5A电流变换模块型号为WSl526,对5A交流信号进行变换,使其转换为标准信号.电源与输入、输出之间都是独立的,以24V直流电为电压,输入电流为0至5A的交流电,输出电流为4mA～20mA的直流电；
2）单片机.本系统采用的单片机是单时钟,周期为1T的STCl2C2052系列单片机,其特点是功耗低、速度高、抗干扰性强、兼容性好.其内部采用的专用复位电流具有很强的抗干扰能力；
3）AD转换器.本系统采用的16位模数的AD7705转换器,其主要工作在于对直流和低频交流的测量.此AD转换器具有功耗低的特点,在环路的供电和本地供电中都能够实现良好的应用.此单片机提供可编程放大器,能够实现1～128位的设置增益,其串行接口设置为三线,能够很方便的对高、低电平的输入进行接收.AD7705转换其设置有两个差分通道,在基准电压的输入方面具有很大的灵活性,而且其动态范围广,功耗低,同时还具有良好的抗噪性.
4）DA转换器.本系统采用12位的TLV5638型的DA转换其,设置有两个输出通道,三线串行接口,可直接连接于微处理器.数据传输方面以帧为单位,16位为一帧,经过两个缓冲器来进行输出,其具有可编程内部参考源,系统设计简单方便.
5）交流调压器.本系统采用交流调压器为XIMADENPAC20A智能单相调压器,其操作简单,维护方便,具有防尘机构,将单相调压和调功方式设计为一体化控制,操作起来非常方便.
4结论
电渣炉的电流大小受电极和熔渣接触面大小的影响,接触面大小的的控制取决于直流电极的转速大小.也就是说,只有对电极转速进行有效的控制,才能保证电流的大小保持一致.本系统在设计时,充分考虑到这一重点问题,着重对电极的电流进行实时测量,将测定值与给定值进行比较,根据差值使用PID来控制电极转速,加上其它组件的协作配合,达到控制电流稳定性的目的.