阅读说明：本技术 一种连铸中间包等离子加热的等电位控制装置及方法 (Equipotential control device and method for plasma heating of continuous casting tundish ) 是由 宋景欣 王勇 李京社 杨树峰 于 2018-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种连铸中间包等离子加热的等电位控制装置及方法,属于金属板坯连铸的工艺设备技术领域。一种连铸中间包等离子加热的等电位控制装置,装置由PLC控制系统控制,中间包内含有渣层和钢液,包括预埋在中间包的耐火材料层之间的钢线,钢线连接至PLC控制系统的零电位采样点,钢线的一端在中间包的底部漏出约3~5mm,钢线的另一端连接有镀锌圆钢,并与中间包外壳可靠连接,镀锌圆钢连接有绝缘软导线,绝缘软导线连接有电极,电极安装在升降装置上,PLC控制系统连接并控制升降装置。本发明通过钢液升高或降低时的液面变化,PLC系统能够及时进行反馈和调节,控制电极的升高或降低,以保障电弧长度的有效变化,保证了加热的稳定。(The invention relates to an equipotential control device and method for plasma heating of a continuous casting tundish, belonging to the technical field of process equipment for continuous casting of metal slabs. The utility model provides an equipotential controlling means of package plasma heating in middle of continuous casting, the device is controlled by PLC control system, contain slag blanket and molten steel in the middle package, including pre-buried copper wire between the refractory material layer of package in the middle of, the copper wire is connected to PLC control system's zero potential sampling point, the one end of copper wire spills about 3~5mm in the bottom of package in the middle, the other end of copper wire is connected with the galvanized round steel, and reliably be connected with middle package shell, the galvanized round steel is connected with insulating flexible conductor, insulating flexible conductor is connected with the electrode, the electrode mounting is on elevating gear, PLC control system connects and controls elevating gear. According to the invention, through the liquid level change when the molten steel rises or falls, the PLC system can feed back and adjust in time and control the rise or fall of the electrode, so that the effective change of the arc length is ensured, and the heating stability is ensured.)

一种连铸中间包等离子加热的等电位控制装置及方法

技术领域

本发明涉及一种连铸中间包等离子加热的等电位控制装置及方法，属于金属板坯连铸的工艺设备技术领域。

背景技术

中间包是连铸机上将液态金属凝固成型前作为缓冲装置的关键设备，具有衔接金属液供应、提高金属液洁净度等功能，对钢铁产品的质量和生产效率起到决定性作用。

中间包金属液恒温浇注是连铸生产中的一个重要目标，是保证连铸坯质量和生产稳定顺行的必要条件。现有的中间包等离子加热设备，在没有外部补充的情况下，中间包内金属液的温度很难保证稳定，其波动范围达到40度。为了使生产过程中的中间包内金属液保持恒温，通过电极产生等离子弧对金属液进行加热的方式。为了实现稳定加热，需要采取合理可靠的控制方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提出一种解决目前中间包通过等离子加热时更加可靠、稳定和合理的控制装置及方法。

为了实现上述目的，本方面采用的技术方案为：一种连铸中间包等离子加热的等电位控制装置，所述装置由PLC控制系统控制，所述中间包内含有渣层和钢液，包括预埋在所述中间包的耐火材料层之间的钢线，所述钢线连接至所述PLC控制系统的零电位采样点，所述钢线的一端在所述中间包的底部漏出约3~5mm，所述钢线的另一端连接有镀锌圆钢，并与所述中间包外壳可靠连接，所述镀锌圆钢连接有绝缘软导线，所述绝缘软导线连接有电极，所述电极安装在升降装置上，所述PLC控制系统连接并控制所述升降装置。

上述技术方案的进一步改进是：所述电极包括阳极和阴极，所述电极连接外界电源，所述电极与所述绝缘软导线之间串联有电阻和电流表，所述电阻并联有电压表。

上述技术方案的进一步改进是：所述中间包位于所述钢液上方设有固定位置点A，所述位置点A相对所述中间包内底的高度记为H_A，所述钢液液面设有位置点B，所述位置点B相对所述中间包内底的高度记为H_B 。

本装置的纠偏方法，在于执行以下步骤：

步骤一：所述升降装置控制所述电极下降。

步骤二：当所述电极接触所述钢液时，所述电压表指示接近为0V。

步骤三：所述PLC控制系统计算电极从所述位置点A下降到所述位置点B的距离D_AB，根据公式：H_B=H_A - D_AB 。

步骤四：所述中间包等离子起弧过程中；当所述阳极处于位置点A时，所述PLC控制系统会将位置点A的坐标值赋值给所述阳极，所述电压表指示为100V以上。

步骤五：所述升降装置控制所述电极下降直至接近渣层，所述阳极与所述渣层表面接触时，在1500℃的高温钢液的热辐射状态下，所述阳极与渣层以及钢液导通，此时阳极电压迅速降低，只有5~10 V左右，因为串联分压，所述渣层电阻上的压降只有5~10V。

步骤六：在所述阳极接近钢液面的同时，处于高位的所述阴极相对应的电压会升高大约一倍，所述电压表指示在200V以上。

步骤七：所述升降装置继续控制所述电极下降，此时所述阴极从高处逐渐下降，当所述阴极到达位置点A时，所述PLC控制系统会将位置点A的坐标值赋值给阴极。

步骤八：所述阴极继续缓慢下降，当所述阴极距离所述渣层3mm左右，在1500℃的环境中，所述阴极对所述渣层产生放电，产生等离子弧。在等离子弧产生时，所述阴极对应的电压迅速降低，电流迅速上升，并达到预置工作电流，加热功率从0迅速增大。

步骤九：然后紧接着所述升降装置控制所述阴极自动往上提，所述阴极电压显示会逐渐增大，当达到设定的弧长后，所述电极处于稳定状态。

步骤十：在加热状态时，所述升降装置控制所述电机保证电弧长度。预设电极单位电压降所对应的电弧长度为L_单 。

步骤十一：这里设所述阳极的弧电压为U_阳，阳极等离子弧长（即阳极电极头距离钢液面的高度距离）为D_阳，所述阴极的弧电压为U_阴，阴极等离子弧长（即阴极电极头距离钢液高度）为D_阴，根据公式：

D_阳 = L_单 * U_阳；D_阴 = L_单 * U_阴。

步骤十二：当所述钢液液面上升时，所述电极与所述钢液液面之间的距离会越来越小，同时所述电极的电弧长度变短且弧电压变小，所述PLC控制系统根据反馈回的所述弧电压进行自动调节，将所述电极升高并使所述弧电压增大，以使所述电弧长度始终稳定在设定的范围内；同理当所述钢液液面下降时，所述电极的电弧长度会变长，所述弧电压也会升高，所述PLC控制系统则控制所述电极下降并使所述弧电压降低。

本发明带来的有益效果是：通过钢液升高或降低时的液面变化，PLC系统能够及时进行反馈和调节，控制电极的升高或降低，以保障电弧长度的有效变化，保证了加热的稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明的实施例的连铸中间包等离子加热的等电位控制装置的结构示意图。

图2是图1的电路结构示意图。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

实施例

如图1所示，一种连铸中间包等离子加热的等电位控制装置，装置由PLC控制系统控制，中间包1内含有渣层2和钢液3，包括预埋在中间包1的耐火材料层之间的钢线4，钢线4连接至PLC控制系统的零电位采样点，钢线4的一端在中间包1的底部漏出约3~5mm，钢线4的另一端连接有镀锌圆钢5，并与中间包1外壳可靠连接，镀锌圆钢5连接有绝缘软导线，绝缘软导线连接有电极6，电极6安装在升降装置上，PLC控制系统连接并控制升降装置。

电极6包括阳极和阴极，电极6连接外界电源，电极6与绝缘软导线之间串联有电阻和电流表，电阻并联有电压表。

中间包1位于钢液3上方设有固定位置点A，位置点A相对中间包1内底的高度记为H_A，钢液3液面设有位置点B，位置点B相对中间包1内底的高度记为H_B 。

如图1至图2所示，本装置的纠偏方法，在于执行以下步骤：

步骤一：升降装置控制电极6下降。

步骤二：当电极6接触钢液3时，电压表指示接近为0V。

步骤三：PLC控制系统计算电极6从位置点A下降到位置点B的距离D_AB ，根据公式：H_B=H_A - D_AB 。

步骤四：中间包1等离子起弧过程中；当阳极处于位置点A时，PLC控制系统会将位置点A的坐标值赋值给阳极，电压表指示为100V以上。

步骤五：升降装置控制所述电极6下降直至接近渣层2，阳极与渣层2表面接触时，在1500℃的高温钢液3的热辐射状态下，阳极与渣层2以及钢液3导通，此时阳极电压迅速降低，只有5~10 V左右，因为串联分压，所述渣层2电阻上的压降只有5~10V。

步骤六：在阳极接近钢液3面的同时，处于高位的所述阴极相对应的电压会升高大约一倍，电压表指示在200V以上。

步骤七：升降装置继续控制所述电极6下降，此时阴极从高处逐渐下降，当阴极到达位置点A时，PLC控制系统会将位置点A的坐标值赋值给阴极。

步骤八：阴极继续缓慢下降，当阴极距离所述渣层23mm左右，在1500℃的环境中，阴极对所述渣层2产生放电，产生等离子弧。在等离子弧产生时，阴极对应的电压迅速降低，电流迅速上升，并达到预置工作电流，加热功率从0迅速增大。

步骤九：然后紧接着升降装置控制阴极自动往上提，阴极电压显示会逐渐增大，当达到设定的弧长后，电极6处于稳定状态。

步骤十：在加热状态时，升降装置控制电机保证电弧长度。预设电极6单位电压降所对应的电弧长度为L_单 。

步骤十一：这里设阳极的弧电压为U_阳，阳极等离子弧长（即阳极电极6头距离钢液3面的高度距离）为D_阳，阴极的弧电压为U_阴，阴极等离子弧长（即阴极电极6头距离钢液3高度）为D_阴，根据公式：

D_阳 = L_单 * U_阳；

D_阴 = L_单 * U_阴。

步骤十二：当钢液3液面上升时，电极6与钢液3液面之间的距离会越来越小，同时电极6的电弧长度变短且弧电压变小，PLC控制系统根据反馈回的弧电压进行自动调节，将电极6升高并使弧电压增大，以使电弧长度始终稳定在设定的范围内；同理当钢液3液面下降时，电极6的电弧长度会变长，弧电压也会升高，PLC控制系统则控制电极6下降并使弧电压降低。

如图2所示，当PLC控制系统处于起始状态时，3个电极都处于待机位置。R1、R2、R3这3个电压取样电阻阻值相等，且左阴极和右阴极都是使用独立的直流电源，两个阴极与阳极通过导线和零电位连接在一起，所以左阴极可以和阳极形成电气回路，右阴极也和阳极形成电气回路。

启动直流电源，电源电压输出设置为直流200V，则3支电极所对应的电压表分别为：

左阴极对地（钢液3）电压=电阻R1两端的电压值=

200V / (R1+R2) * R1=100V；

阳极对地（钢液3）电压=电阻R2两端的电压=

200V / (R1+R2) * R2=100V；

右阴极对地（钢液3）电压=电阻R3两端的电压值=

200V / (R3+R2) * R3=100V；

根据实际经验，在起弧工作状态时，电极单位电压降所对应的电弧长度L_单值的范围在0.5～1.0 mm/V之间。

在加热状态时，电极的调节是靠弧电压以保证电弧长度的。系统根据每个电极反馈的电压值，每路都进行独立的自动调节，一般情况下阳极一般将弧电压U_阳控制在35V以下，控制等离子弧长（即阳极电极头距离钢液3面的高度距离）D_阳约25mm：

D_阳= L_单 * U_阳=0.7mm/V * 35V = 25mm；

阴极根据加热功率不同一般将弧电压控制在70~200V之间，控制等离子弧长（即阴极电极头距离钢液3高度）D_阴约50~150mm：

D_阴 = L_单 * U_阴=（0.5～1.0）mm/V *（70~200）V = 35~200mm；

调节过程，当钢液3升高时因为钢液3变化是比较缓慢的，阳极距离钢液3距离会越来越小，阳极电弧变短，阳极的弧电压变小，系统会根据PLC的反馈回的阳极弧电压进行自动调节，将阳极升高，以始终稳定在设定的弧长范围内，钢液3升高时阴极的弧电压也会相应的降低，系统根据阴极弧电压的反馈进行自动调节后将阴极电极提高，以保证设定的阴极弧长，同理当钢液3下降时，每个电极的电弧会变长，弧电压也会升高，PLC控制系统会根据每个电极反馈的弧电压进行相应的调节。

本发明不局限于上述实施例，凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。