金屬熔融爐冷卻水系統(tǒng)控制系統(tǒng)優(yōu)化

摘 要：對(duì)特材研制公司冷卻水控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，增加了熔融爐各爐體進(jìn)回水流量、溫度檢測(cè)，并與熔煉電源通斷進(jìn)行連鎖控制，確保在熔融爐爐體冷卻水出現(xiàn)故障時(shí)，迅速切斷熔煉電源；同時(shí)新建熔融爐、電渣重熔爐、真空感應(yīng)爐及真空自耗爐應(yīng)急水控制系統(tǒng)，保證在停電等極端情況下冷卻水供應(yīng)的設(shè)備安全，極大提高了設(shè)備的安全性能。通過對(duì)冷卻水控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造，效果顯著，保證了各金屬熔融爐的可靠運(yùn)行，為特材研制公司降本增效提供了設(shè)備保障。

關(guān)鍵詞：冷卻水；熔融爐；優(yōu)化改造；控制系統(tǒng)

OPTIMIZATION OF CONTROL SYSTEM FOR COOLING WATER SYSTEM OF METAL MELTING FURNACE

Wang Yanhong

（Zhang Xuan Technology Special Materials Research and Manufacturing Company. Xuanhua 075100，China）

Abstract：The cooling water control system of Special Material Research and Development Company was optimized to increase the flow rate and temperature detection of the inlet and return water of each furnace body of the melting furnace， and the chain control was carried out to ensure that the melting power supply was quickly cut off when the cooling water of the furnace body was faulty. At the same time， the new melting furnace， electroslag remelting furnace， vacuum induction furnace and vacuum consumable furnace emergency water control system to ensure the safety of cooling water supply equipment in extreme cases such as power failure， greatly improving the safety performance of equipment. Through the optimization of the cooling water control system， the effect is remarkable， ensuring the reliable operation of each metal melting furnace， and providing equipment guarantee for the special material development company to reduce cost and increase efficiency.

Key words：cooling water;melting furnace;control system;optimization and transformation

0 引 言

特種材料研究制造公司隸屬河北張宣高科科技有限公司，是以替代進(jìn)口、研發(fā)國(guó)內(nèi)急需的特種材料為主要目標(biāo)的集產(chǎn)品研發(fā)、中試、生產(chǎn)、銷售為一體的高科技企業(yè)。公司與中科院理化所、上海大學(xué)、東北大學(xué)等高校及科研院所進(jìn)行戰(zhàn)略合作，面向國(guó)內(nèi)、國(guó)際高端裝備制造市場(chǎng)，產(chǎn)線投資3.6億元，總建筑面積26 135 m2，年產(chǎn)1萬(wàn)t氣閥材料、鎳基合金、特種不銹鋼、精密合金、高端模具鋼等，產(chǎn)品注冊(cè)商標(biāo)“龍煙”牌。

特材研制公司目前有4臺(tái)電渣重熔爐，熔煉能力分別為1.5、3、6、10 t，2臺(tái)容量分別為3、5 t的一拖二熔融爐及2臺(tái)容量分別為0.5、1.5 t真空爐和1臺(tái)真空自耗爐，都屬于電冶煉設(shè)備，對(duì)冷卻供水性能要求較高。冶煉過程中如果水系統(tǒng)出現(xiàn)故障或進(jìn)回水管路堵塞使水流量降低會(huì)造成爐體冷卻不夠，未及時(shí)斷電結(jié)束冶煉將燒毀線圈及出現(xiàn)其他安全事故。

1 現(xiàn) 狀

特材研制公司主要設(shè)備在2012年3月陸續(xù)投產(chǎn)后，控制系統(tǒng)精密，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，但在整體的運(yùn)行上表現(xiàn)出了一些缺陷，主要包括：兩臺(tái)熔融爐總管流量計(jì)及總管溫度傳感器無(wú)法實(shí)現(xiàn)熔融爐進(jìn)回水流量差和溫度差的計(jì)算、報(bào)警、顯示并迅速切斷電源，設(shè)備運(yùn)行存在隱患；電渣重熔爐、熔融爐、真空感應(yīng)爐及真空自耗爐，應(yīng)急供水系統(tǒng)需要人工聯(lián)絡(luò)啟停，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，致使設(shè)備非正常停水或停電時(shí)無(wú)法快速啟動(dòng)應(yīng)急柴油機(jī)泵，易造成應(yīng)急水源不能及時(shí)供給到故障熔爐，極易損壞熔融爐、真空感應(yīng)爐熔爐線圈和電渣重熔爐結(jié)晶器，可能會(huì)造成重大生產(chǎn)事故。

針對(duì)上述問題，對(duì)特材研制公司冷卻水控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，增加了熔融爐各爐體進(jìn)回水流量、溫度檢測(cè)，并與熔煉電源通斷進(jìn)行連鎖控制，確保在熔融爐爐體冷卻水出現(xiàn)故障時(shí)，迅速切斷熔煉電源；同時(shí)新建熔融爐、電渣重熔爐、真空感應(yīng)爐及真空自耗爐應(yīng)急水控制系統(tǒng)，保證在停電等極端情況下的冷卻水供應(yīng)的設(shè)備安全，極大提高了設(shè)備的安全性能。通過對(duì)冷卻水控制系統(tǒng)的優(yōu)化改造，效果顯著，保證了各金屬熔融爐的可靠運(yùn)行，為特材研制公司降本增效提供了設(shè)備保障。

2 項(xiàng)目建設(shè)措施

為了保證設(shè)備安全合理使用，提高熔融爐冶煉安全性，優(yōu)化熔融爐爐體冷卻水檢測(cè)系統(tǒng)，新建電渣重熔爐、熔融爐、真空感應(yīng)爐及真空自耗爐應(yīng)急水控制系統(tǒng)，保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。主要優(yōu)化內(nèi)容有兩部分。

2.1 熔融爐爐體冷卻水檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化

熔融爐進(jìn)出水流量差報(bào)警系統(tǒng)采用水溫傳感器、壓力傳感器、超聲波流量計(jì)組成，通過對(duì)比進(jìn)回水流量測(cè)量值的差值情況，有效監(jiān)測(cè)管道中是否存在泄露。進(jìn)出水溫報(bào)警，主要是指進(jìn)水的溫度和出水的溫度之間的溫度差，如果溫度差達(dá)到一定程度，報(bào)警裝置就要報(bào)警，一般是60 ℃，溫度差過大，說明冷卻水的效果比較差，因此報(bào)警以后就要立即采取相關(guān)措施，加大冷卻水的流量；流量報(bào)警，主要是單臺(tái)爐子進(jìn)出水的流量，如果進(jìn)出水流量相差比較大，就可能有水滲透或者泄露，造成爆炸事故。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí)報(bào)警并消除隱患。優(yōu)化冷卻水檢測(cè)系統(tǒng)重點(diǎn)解決兩個(gè)方面問題，一是超聲波流量計(jì)、流量計(jì)檢測(cè)探頭、流量計(jì)控制箱和溫度傳感器等硬件的規(guī)范安裝；二是熔融爐建立PLC與超聲波流量計(jì)和溫度傳感器的信號(hào)傳輸，直接采集流量和溫度值并計(jì)算進(jìn)回水流量、溫度差值，與冶煉模式關(guān)聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)熔煉控制功能，并顯示在上位機(jī)HMI畫面上。

2.1.1 硬件設(shè)備的規(guī)范安裝

超聲波流量計(jì)通過固定在管路上的超聲波發(fā)射源與接收器采集流量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)輸出到PLC模擬量輸入模塊。

溫度傳感器采用PT100熱電阻，電阻信號(hào)通過溫度變送器輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)傳輸?shù)絇LC模擬量輸入模塊。

2.1.2 建立信號(hào)傳輸

增加PLC編程語(yǔ)句。

制作上位機(jī)HMI畫面，熔融爐操作站進(jìn)回水流量及溫度顯示，同時(shí)顯示進(jìn)回水流量差及溫度差。

2.2 新建金屬熔融爐應(yīng)急水控制系統(tǒng)

熔融爐和真空爐是一種將工頻50 HZ交流電轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴冢?00 HZ以上至1 000 HZ）的電源裝置，把三相工頻交流電，整流后變成直流電，再把直流電變?yōu)榭烧{(diào)節(jié)的熔融電流，供給由電容和感應(yīng)線圈里流過的熔融交變電流，在感應(yīng)圈中產(chǎn)生高密度的磁力線，并切割感應(yīng)圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產(chǎn)生很大的渦流，利用電磁感應(yīng)原理加熱金屬。電渣爐是一種利用重熔電流產(chǎn)生熱能融化插入渣池的自耗電極，金屬熔滴通過渣液清洗后，在水冷結(jié)晶器中結(jié)晶成電渣錠的一種特殊冶煉設(shè)備。熔融爐、真空爐和電渣爐的冷卻水在熔融爐、真空爐、電渣爐使用中非常重要。熔融爐、真空爐線圈和電渣爐結(jié)晶器在使用中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，冷卻這些熱量不及時(shí)帶走就會(huì)損害電源的元器件和爐體設(shè)備，給生產(chǎn)作業(yè)帶來(lái)巨大的安全隱患，所以需要提供安全的冷卻水系統(tǒng)。特別是爐體感應(yīng)線圈和結(jié)晶器，冶煉過程中如果水系統(tǒng)出現(xiàn)故障或進(jìn)回水管路堵塞使水流量降低會(huì)造成爐體冷卻不夠并未及時(shí)斷電結(jié)束冶煉將燒毀線圈及出現(xiàn)其他安全事故。

應(yīng)急水控制系統(tǒng)為電渣重熔爐、熔融爐、真空爐、真空自耗爐的冷卻水系統(tǒng)在本系統(tǒng)停電等極端情況時(shí)提供應(yīng)急水。本系統(tǒng)主要設(shè)備包括柴油機(jī)泵（凈環(huán)水泵站）、氣動(dòng)切斷閥（各自區(qū)域應(yīng)急水進(jìn)水總管）、應(yīng)急/維修轉(zhuǎn)換開關(guān)（除熔融爐區(qū)域安裝在低壓電源柜內(nèi)其他各區(qū)域安裝于操作臺(tái)），當(dāng)金屬熔融爐停電時(shí)，檢測(cè)各區(qū)域應(yīng)急水閥關(guān)到位信號(hào)，應(yīng)急水閥關(guān)到位信號(hào)利用光纖傳輸至凈環(huán)水泵站PLC控制系統(tǒng)，通過凈環(huán)水泵站PLC系統(tǒng)連鎖應(yīng)急柴油泵啟動(dòng)連鎖，秒級(jí)響應(yīng)啟動(dòng)應(yīng)急水柴油泵，保證各區(qū)域金屬熔融爐冷卻水壓力，并在凈環(huán)水泵站上位機(jī)畫面增加相應(yīng)應(yīng)急狀態(tài)指示，同時(shí)實(shí)現(xiàn)崗位監(jiān)控管理。

應(yīng)急水控制系統(tǒng)主要由設(shè)備硬件安裝、PLC編程、上位機(jī)軟件制作和光纖傳輸構(gòu)成。

2.2.1 硬件設(shè)備的安裝

安裝氣動(dòng)切斷閥。當(dāng)熔爐由于非正常狀態(tài)停電或停水時(shí)，氣動(dòng)切斷閥動(dòng)作，閥門開到位信號(hào)通過中間繼電器傳輸信號(hào)到凈環(huán)水泵站PLC，PLC做出判斷后控制柴油機(jī)泵起動(dòng)從而提供應(yīng)急水源到故障熔爐。

2.2.2 增加PLC控制程序

新增應(yīng)急水信號(hào)標(biāo)簽和應(yīng)急水控制程序，制作應(yīng)急水操作站操作及報(bào)警畫面，顯示應(yīng)急水閥動(dòng)作區(qū)域并觸發(fā)聲光報(bào)警。

3 結(jié) 論

2022年10月實(shí)施至今，運(yùn)行效果良好。2023年6月電網(wǎng)波動(dòng)造成正在冶煉時(shí)間出現(xiàn)全部停電，應(yīng)急水系統(tǒng)及時(shí)運(yùn)行，確保了設(shè)備及時(shí)供水冷卻，同時(shí)熔融爐控制系統(tǒng)及時(shí)切斷電源退出熔煉模式，未造成重大安全事故，未出現(xiàn)因非正常設(shè)備停水停電造成設(shè)備損壞情況。

參考文獻(xiàn)

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[2] 劉桂年，梁艷.循環(huán)水水質(zhì)常見問題及處理方法[J].甘肅科技，2005，（12）：132-133.

收稿日期：2024-09-19

作者：王艷紅，女，42歲，高級(jí)工程師