铁合金电炉设备合理参数的选择与计算

２０１２年第３期　工业仪表与自动化装置　・４１・　

铁合金电炉自动化配料控制系统的设计与应用　

吴明永，王国伟　

（兰州城市学院培黎石油工程学院，兰州７３００７０）　

摘要：以铁合金电炉配料系统决定冶炼产品质量为依据，设计出基于Ｓ７—２００　ＰＬＣ和变频调速　

技术的自动化配料控制系统。综述了自动化配料的工艺流程，阐明控制系统的构成和控制功能．重　

点探讨了控制系统的设计思想和监控界面的设计过程。运行结果表明，系统运行稳定可靠，配料精　

确，取得满意的使用效果，实现了节能增效。　

关键词：配料；输送；可编程控制器；变频调速；监控　

中图分类号：ＴＰ２７３　文献标志码：Ａ　文章编号：１０００—０６８２（２０１２）０３—００４１—０４　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｅｒｒｏａｌｌｏｙ　ｆｕｒｎａｃｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　

ＷＵ　Ｍｉｎｇｙｏｎｇ，ＷＡＮＧ　Ｇｕｏｗｅｉ　（Ｐｅｉｌｉ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＣｉｔｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００７０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｅｒｒｏａｌｌｏｙ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｓ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　

ｓｍｅｌｔｉｎｇ．ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓ７—２００　ＰＬＣ　ａｎｄ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓ—　

ｔｅｒｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ．Ｒｅｖｉｅｗｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ，ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　

ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｐｒｏｂｅｓ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｔｈｏｕｇｈｔ　ａｎｄ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　

1 铁合金生产一些常见知识简介

1、 矿热炉和精炼炉的区别？以及各自的优缺点？

铁合金的生产方法，按照使用设备的不同，可分为电炉法、高炉法、炉外法、转炉法、及真空电阻炉法。

电炉法又分为矿热炉法和精炼炉法。

矿热炉是矿石加热还原电炉的简称。矿热炉法是以碳作还原剂还原矿石生产铁合金的一种工艺方法。其生产过程是，将炉料连续加入炉内，并将电极插埋于炉料中，依靠电弧和电流通过炉料而产生的电弧热和电阻热，进行埋弧还原冶炼操作，熔化还原产生的金属和熔渣集聚在炉底，并通过出铁口定时出铁出渣。生产过程是连续进行的。用此方法生产的品种主要有硅铁、硅钙合金、工业硅、高碳锰铁、硅锰合金、高碳铬铁、硅铬合金、镍铁等。

精炼炉法又称为电弧炉法，其原意是指将初级铁合金用电弧炉进行精炼降低杂质元素而得到精炼铁合金产品的一种工艺方法，一般是用硅（硅质合金）、铝等作还原剂生产含碳量低的铁合金产品，依靠电弧热、硅氧或铝氧反应热进行冶炼，炉料从炉顶或炉门加入炉内，整个冶炼过程分为引弧、加料、熔化、精炼和出铁等五道工序。生产过程是间歇进行的，即每炉一个循环。主要生产的品种有：中、低碳锰铁，中、低、微碳铬铁，钒铁等。我公司用精炼炉生产镍铁，严格地说不是一个精炼过程，而是一种电碳热熔分冶炼工艺，只是沿用了传统铁合金生产精炼炉法的称谓而已。

矿热炉法和精炼炉法的主要特点和差别： 2 A矿热炉设备较复杂，而精炼炉设备相对较简单；

B生产工艺流程方面，矿热炉是连续进行的，而精炼炉法是间歇进行的；

C操作控制方面，矿热炉相对较难，而精炼炉相对较为容易；

D在铁合金生产领域，矿热炉法较易实现大型化规模化，而精炼炉法则受到局限；

E矿热炉生产效率较高，而精炼炉生产效率相对较低；

F矿热炉一般使用自焙电极，电极插入炉料较深，为埋弧操作，而精炼炉一般使用石墨电极，电极插入炉料较浅，为遮弧操作；

G就我公司目前镍铁生产而言，精炼炉产品P、S杂质含量可控制得较低，且已实现矿石热装，从而电耗较低，而矿热炉使用烧结矿，没有热装，电耗较高，环境控制较难，这在广西金源公司采用的回转窑加矿热炉工艺后将会有根本的改变。

Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ＆Ｅｑｕｉｐｍｅｍｔ　铁合金电炉功率因数补偿装置设计　郭书军　（吉林成大弘晟能源有限公司，吉林桦甸１　３２４００）　【摘要】目前在国内冶炼行业，铁合金电炉的功率因数普遍　比较低，对铁合金电炉进行功率补偿是十分必要的。铁合金电炉工　作在１４０Ｖ左右的低电压下，并且电极电流高这几万安培，要对这么　大的电流进行无功补偿，不仅存在许多接触工艺上的困难，还给控　制上提出许多难题，开发出适合铁合金电炉的低压无功补偿智能控　制装置，可提高功率因数，降低电耗，其社会效益和经济效益是非　常显著的。本文先介绍了无功补偿设备的发展现状，各种无功补偿　设备的性能比较。然后又对ＴＳＣ无功补偿方式的原理进行了较详细　的论述，包括基本概念，补偿原理和补偿作用等。　【关键词】低压无功补偿；过零型固态继电器；铁合金电炉。　１铁合金电炉概论　铁合金电炉概论占铁合金总产量９０　以上的硅铁　铬铁、锰铁　等铁合金主导产品从钨铁、钒铁等特殊铁合金产品都是用电炉冶炼　的。电炉使用电这种最清洁的能源。其他能源如煤、焦炭、油、天　然气等都不可避免地将伴生的杂质元素带入冶金过程。　１．１无功补的产生　无功功率的产生在工业和生活用电负载中，阻感负载占了很大　比例，异步电动机、变压器、等都是典型的阻感负载，所消耗的无　功功率，在电力系统占有很高的比例。电力电子装置等非线性装置　也要消耗无功功率，特别是各种相控装置，在工作时基波电流滞后　于电网电压，要消耗大量的无功功率。　１．２无功补偿的目的　无功补偿的目的、无功功率对供电系统和负荷的运行是十分重　要的。系统，大多数负载也需要消耗无功功率。这些无功功率如果　都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，合理的方法应该　是在需要消耗无功功率的地方产生无功功率，这就是无功补偿。　无功补偿的作用主要有以下几点：（１）提高供电系统及负载的　功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。（２）稳定受电端及电网　的电压，提高供电质量，还可以改善输电线系统的稳定性。（３）在　三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿，可以平衡三相的有　功及无功负载　２无功补偿的发展现状　所谓无功功率补偿，是指在电网中安装并联电容器、同步调相　机等容性设备，以供给感性负荷消耗的部分无功功率，减少电网电　源向感性负荷提供的、由输电线路输送的无功功率，从而减少了无　功功率在电网中的流动。在长距离输电中选择合适的地点设置无功　动态补偿装置，改善电网稳定性能，提高输电能力。　电力系统每年都要投入较大资金用于功率补偿，功率因数己由　上世纪８Ｏ年代的０．６左右，提高到０．９以上，对降损节能起到了显　著的作用，较大地提高了电力企业的效率。　提供无功功率有两条途径一是输电系统提供，二是补偿电容器　提供。如果由输电系统传输无功功率，则设计输电系统时，既要考　虑有功功率，也要考虑无功功率，将造成输电线路及变压器损耗的　增加，提高系统的传输功率。　当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。并联电　容器的成本较低。把并联电容器和同步调相机相比在调节效果相近　的条件下，前者的费用要节省很多。　３静止无功补偿器概述　静止无功补偿器概述静止无功补偿器（以下简称ＳＶＣ）是目前电　力系统中应用最多、最为成熟的并联补偿设备，它也是～类较早得　到应用的ＦＡＣＴＳ控制器。ＳＶＣ包括与负荷并联的电抗器或电容器，　或二者的组合，且具有可调／可控部分、两种形式。　电容器则通常包括与谐波滤波器电路结合成一体的固定的或机　械投切的电容器，或在需对电容进行高速或非常频繁投切时所采用　的晶闸管投切的电容器（ＴＳＣ）等形式。　ＳＶＣ装置是一种快速调节无功功率的装置，它可使所需无功功　２６０　ｆ华东科技　率作随机调整，从而保持在冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒　定。有效抑制冲击性负荷引起的电压波动和闪变、高次谐波，提高　功率因数，还可实现按各相的无功功率快速补偿调节实现三相无功　功率平衡，使负荷处于稳定、可靠的运行状态。　ＳＶＣ的几种类型一、固定电容一晶闸管控制电抗型无功补偿器　（ＦＣ—ＴＣＲ　ＳＶＣ）固定电容一晶闸管控制电抗型无功补偿的单相原理，　其中电容支路为固定连接，ＴＣＲ支路采用触发延迟控制，形成连续　可控的感性电抗，通常ＴＣＲ的容量大于ＦＣ的容量，以保证既能输出　容性无功也能输出感性无功。　实际常用一个滤波网络（Ｌｃ或ＬＣＲ）来取代单纯的电容支路，滤　波网络在基频下等效为容性阻抗，产生需要的容性无功功率，而在　特定的频段内表现为低阻抗，从而能对ＴＣＲ产生的谐波分量起滤波　作用。　ＦＣ—ＴＣＲ型ＳＶＣ的单相结构ＦＣ－ＴＣＲ型ＳＶＣ总的无功输出（以　吸收感性无功功率为正）为ＴＣＲ支路和ＦＣ支路的无功输出之和，即　Ｑ＝ＱＬ—Ｑｃ。　无功输出与需求之间的关系曲线，纵坐标为无功输出，横坐标　为无功需求，最下面的平行线表示Ｆｃ输出的容性无功（假设输入电　压有效值不变），最上面的斜线表示的ＴＣＲ的无功输出，中间的斜线　是ＦＣ　ＴＣＲ的合成输出。当需要最大的容性无功输出时，将ＴＣＲ支路　“断开”即触发延迟角ａ＝９０。，逐渐减小触发延迟角ａ，则ＴＣＲ输　出的感性无功增加，从而实现从容性到感性无功功率的平滑调节。　在零无功输出点上，Ｆｃ输出的容性无功和的感性正好抵消，进一步　减少，则输出的感性无功超过输出的容性无功，整个装置输出净感　性无功，当ａ＝Ｏ。时，ＴＣＲ支路全导通，装置输出的感性无功最大。　晶闸管投切电容一晶闸管控制电抗型无功补偿器　（ＴＳＣ－ＴＣＲ　ＳＶＣ）ＴＳＣ型ＳＶＣ装置不产生谐波，晶闸管投切电容一晶闸　管控制电抗型无功补偿器可以克服上述两者的缺点，与ＦＣ—ＴＣＲ型　ＳＶＣ比较，具备更好的运行灵活性，并有利于减少损耗。　根据装置容量、谐波影响、晶闸管阀参数、成本等而由ｎ条ＴＳＣ　支路（或者容性滤波器支路）和Ｉｎ条ＴＣＲ支路构成，式中ｎ＝２，ｍ＝ｌ。　各ＴＳＣ、ＴＣＲ参数一致，通常ＴＣＲ支路的容量稍大于ＴＳＣ支路的容量。　ＴＳＣ—ＴＣＲ型ＳＶＣ的单相原理图在额定电压下，ＴＳＣ－ＴＣＲ型ＳＶＣ在所有　ＴＳＣ支路投入而ＴＣＲ支路断开时，输出最大的容性无功功率Ｑ　：在　所有的ＴＳＣ支路断开而ＴＣＲ支路投入（ａ＝０）时，输出最大的感性无功　功率Ｑ　：当要求装置输出容性无功，且Ｑ＜Ｑ　时，则投入ｋ条ＴＳＣ　支路，使得（ｋ－ｉ／ｎ）Ｑｃ　＜Ｑ＜（ｋ／ｎ）ＱＣｍ　，并调节ＴＣＲ支路的触发延迟　角ａ，吸收多余的容性无功功率（ｋ／ｎ）Ｑ　一Ｑ：而要求装置输出感性无　功时，可关断所有的ＴＳＣ支路而通过控制ＴＣＲ支路来获得所需的无功　功率。　４本文的主要设计任务　．　（１）对低压无功补偿装置的控制策略进行研究，采用以无功功率　作为主要的投切判据，以电网电压作为辅助判据的综合控制策略，　解决以往投切判据中轻载时产生投切振荡而重载时补偿不充分的问　题。　（２）在分析现有的各种无功补偿技术特点的基础上，进行低压动　态无功补偿的理论研究，在实验室进行模拟实验和调试，检验装　置的性能。　５小结　本文以铁合金电炉的自动无功补偿控制为课题、与软件的开发。　本研究中的投切开关采用过零型固态继电器ＳＳＲ（Ｓｏｉｉｄ　ｓｔａｔｅ　Ｒｅｌａｙ），ＳＳＲ内部的过零检测电路能够保证其内部的双向晶闸管在　两端电压过零时触发，避免了由于电容器残压过高而造成的巨大冲　击电流，从而在硬件电路上实现电容器组的无过渡过程投切。本设　计为解决现存无功自动控制器所存在的不足，进行了大量试验，在　软件上进行了一些改进，提高了补偿精度和快速性，实现了循环投　切。

铁合金生产工艺与设备

铁合金是一种含有铁和其他合金元素的材料，广泛应用于钢铁行业和其他领域。铁合金生产涉及到多个环节和工艺步骤，同时需要使用一系列的设备来完成。

铁合金生产的工艺流程通常包括原料准备、熔炼、浇铸和后处理等步骤。下面将对每个步骤进行详细描述：

1. 原料准备：铁合金的原料通常包括铁矿石、合金元素和还原剂。铁矿石经过破碎、磨矿和磁选等处理后，与合金元素（如硅、锰等）和还原剂（如焦炭）按一定比例混合。同时，根据需要进行化验分析，确保原料的质量和合理配比。

2. 熔炼：原料经过配料后，进入熔炼炉中进行加热熔化。熔炼一般采用电炉、高炉或转炉等设备。其中，电炉主要用于生产高合金铁，高炉适用于大规模生产铸铁，转炉适用于生产铸钢。

3. 浇铸：熔化的金属液通过铁水包或者废钢包装入浇铸机中，然后进行浇铸。浇铸一般分为两种：连续浇铸和间歇浇铸。连续浇铸适用于大规模连续生产，间歇浇铸适用于较小量的特殊合金的生产。

4. 后处理：浇铸后，铁合金需要进行冷却、固化和除渣等处理。此外，还需要对产品进行打磨、修整和品质检测等工序，确保产品达到规定的技术要求。

在铁合金生产中，使用的设备包括破碎机、磁选机、磨矿机、电炉、高炉、转炉、浇铸机、冷却装置、除渣设备、打磨机、质检设备等等。这些设备在生产过程中充当了不同的角色，以确保合金的质量和生产效率。

总而言之，铁合金生产工艺涉及到原料准备、熔炼、浇铸和后处理等多个步骤，同时需要使用一系列的设备来完成。这些工艺和设备的合理运用，对于铁合金的质量和生产效率起着至关重要的作用。