电弧炉直流可逆稳弧控制系统的研究

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电弧炉直流可逆稳弧控制系统的研究

作者：刘昕

来源：《无线互联科技》2014年第08期

摘要：电弧熔炼法是钛及钛合金熔炼生产的重要方法，而电弧炉电弧的稳定对铸锭的质

量影响很大。针对电弧炉稳弧系统的工艺和控制要求，研制基于工控机（IPC）+PLC+西门子6RA70直流调速器的集散控制系统，并设计稳弧直流可逆原理电路，实现稳弧磁场的正、反方向快速变化。生产实际应用表明，该系统在稳定电弧，改善合金化条件有显著效果，有一定的应用前景。

关键词：电弧炉；稳弧控制系统；直流可逆系统；PLC

钛及钛合金具有密度低、耐腐蚀、比强度高等优异性能，在航空、航天、海洋运输、石油、化工、冶金、医疗卫生等行业中都是不可缺少的材料。目前，电弧炉是冶炼钛及钛合金十分重要和不可替代的关键设备，而电弧的稳定对电弧熔炼是非常重要的。当稳弧线圈中通以直流电时，线圈内就产生纵向磁场，为了稳定磁场以及对熔池均匀搅拌，通以线圈的电流必须是正反方向交替的，且电流大小需按要求控制。本文以3T电弧炉控制系统研制为背景，结合电弧炉稳弧系统工艺及控制特点，研究电弧炉直流可逆的稳弧控制系统，实现了稳定电弧及对熔池均匀搅拌，改善了合金化条件。

1 电弧炉稳弧控制系统工艺与特点

1.1 电弧炉稳弧系统组成及工艺

电弧炉稳弧系统有两个交替工作的工位，主要由炉体、真空系统、铜坩埚和冷却水套组成。

1.2 控制技术要求

稳弧控制器采用两组可控硅反并联接法共同给一组稳弧线圈实现直流、低频交流以及转向控制，构成一个纯电感的直流可逆系统。工艺特点需求如下：⑴要求直流可逆系统对输出电流进行功率驱动放大，这样金属熔池才得以搅拌；⑵要求稳弧电流调节范围为0～30A，电流调节时间间隔为3～300s，稳弧电压调节范围为0～40V，磁场强度为0～60高斯；⑶要求起弧阶段要尽量短，搅拌磁场比正常熔炼时要强，尽快建立熔池，可以减少铸锭的切除量[2]。

2 稳弧控制系统组成

控制系统主要由研华工控机、西门子PLC S7-400、稳弧控制器和稳弧线圈组成。⑴上位机：采用研华工控机，自带有以太网通讯接口及打印机并行口，监示器选择19寸液晶显示器。⑵过程控制机：采用西门子PLC S7-400系列，配有CP443-1以太网通讯模块，可实现上