基于40吨铝混合电炉电加热系统的设计

2023-02-10

目前铝混合炉在国内电解铝行业应用广泛, 例如内蒙古霍林河霍煤鸿骏铝电公司40t、和山东魏桥铝电的40t铝混合炉都是采用电加热方式运行的。青海黄河上游水电开发有限责任公司50t铝混合炉、遵义铝业股份有限公司60t电热固定式混合炉也正在火热招标中。由于电加热和燃气加热相比, 具有清洁、燃烧副产物少等优点, 所以现在电加热铝混合炉应用越来越多。

1 设计要求

本设计以山东魏桥铝电有限公司二期电解厂的六台40吨混合炉为例, 进行设计。其电气设计要求如下:东西两侧各三台混合炉对称排列。每台混合炉均分三区加热, 总功率为900kW, 每区300kW, 温度要求控制在700℃~750℃实现分区控温并记录温度。加热元件为硅碳棒。每台炉子设有三个大炉门并可控制升降。

2 控制系统的组成及工作过程

2.1 控制系统的组成

本控制系统由电加热控制回路、温度控制回路和炉门控制回路三部分组成。

2.2 工作过程

铝混合炉是铝电解厂铸造车间的重要热工设备。由电解槽生产出来的原铝为中间产品, 需要经过计量、配料与氯化等处理, 铝液再经炉门加入, 经铝混合炉进行均质、澄清及排渣后由不同高度的溜槽流出然后浇注成不同品位的铝锭。铝混合炉控制系统采用温度单闭环控制就可以满足设计要求。实现铝混合炉的升温、降温和保温功能。

3 控制系统的设计

每台炉子分三区分别控温, 每区各配有一台加热柜。三台混合炉共用一台炉门控制柜。加热元件为硅碳棒, 炉门采用电液推杆来控制升降。

(1) 每台加热柜的电源均由380V、50Hz三相电源供电, 不设置变压器。每一相带4支硅碳棒, 每一区由12支硅碳棒组成, 采用三相并联星型接线方法。加热回路由塑料外壳式低压断路器、反并联单向晶闸管及阻容吸收保护元件组成。塑料外壳式低压断路器采用正泰DZ20Y-630/3300, 可实现短路和过负荷保护。晶闸管采用江苏威斯特KP800A 1200V的单向晶闸管, 采用反并联接法, 通过智能温控表实现调压功能, 每相均配有电流、电压表, 以监测电热工作情况 (见铝混合炉一区主电路图) 。同时每个晶闸管都配有散热器, 每台加热柜都配有3个排风扇以利于散热。

(2) 温度采集三区均采用K型双芯耐热钢热电偶, 插入深度600mm。其用途, 一是给温控器传送温度信号, 通过智能温控器触发可控硅对炉温进行PID调节。同时设有炉温超温声光报警及断电保护装置;二是给有纸记录仪传送温度信号, 以记录实时温度值。另有一只K型单芯不锈钢带碳化硅套管的热电偶, 用于间断测量铝液的温度, 传送给普通温度表。

如图1所示。

(3) 混合炉的炉门升降采用电液推杆控制。它与电动推杆、电动执行机构、液压缸、气缸相比, 具有可靠的过载自动保护性能;可以带负荷启动;驱动力范围广;在恶劣的环境下不吸尘、不进水、内部不锈蚀, 使用寿命长;投资小等优点。炉门的升降由电液推杆电机的正反转和限位开关的配合来控制。

4 系统的运行

本工程施工完成后需要对系统进行调试和烘炉运行。首先, 把每个加热柜的负载开路, 用兆欧表测量连接加热柜到硅碳棒之间电缆的绝缘电阻是否满足要求, 然后把事先准备好的3只200W的灯泡按星型接法接在一区主电路晶闸管的后面, 最后合上电源开关, 设置好智能温控器的输入信号类型后, 调节温控器, 当灯泡的亮度随着调节值的增大而变亮时, 说明相序是正确的, 否则需要调换相序。依次类推, 调试二区、三区的加热柜。当调试结束后, 关断电源, 拆下灯泡, 换上连接电缆为烘炉做好准备。烘炉要按照一定的烘炉曲线进行升温, 烘炉共用时22.3天。

5 结语

本控制系统控制方式简单、运行稳定且经济实用。利用智能温控器控制反并联单相晶闸管, 不仅满足控制系统的性能要求, 而且这种调压式控制方法比一期的开关型控制方法在实际运行中明显的提高硅碳棒的使用寿命, 达到预期控制的目的和要求, 且运行安全可靠。山东魏桥铝电有限公司的6台40吨铝混合从07年年底使用至今。如果控制系统要求加上位机控制, 也可以利用PLC、组态软件实现上位机控制, 但成本至少要提高3~5万元。

摘要：本文阐述了山东魏桥铝电有限公司40吨铝混合炉电气控制器系统设计要求和控制方法。主要采用智能温控器触发反并联单相晶闸管来控制硅碳棒加热过程的升、降温和保温, 将现场温度变送到智能温控器, 并与温控器的设定值进行比较实现闭环控制, 同时采用有纸记录仪进行实时温度采集。

关键词：铝混合炉,智能温控器,反并联单相晶闸管,硅碳棒