毕业设计--电石炉温度控制系统的设计

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1、 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 1 页 共 43 页 1 1 引言引言 1.11.1 本课题研究的背景及意义本课题研究的背景及意义 1.1.1 课题的提出背景 电石主要是由电石炉内电弧和电阻加热焦炭和生石灰等原料， 使之在熔化状 态下反应而制成。 故电石炉是生产电石的主要设备， 其性能直接影响到电石产量、 质量以及能耗等经济技术指标。 除少数引进设备外，我国目前生产所用的电石生产设备多为 6080 年代仿 制 Demag 型式的中小型密闭炉或开放炉。这些早期设备的产量占总产量的 80%左 右。与国外相比，我国电石工业生产装备整体技术水平尤其是自动控制水平仍然 较低，仍然为粗放式高耗能

2、生产模式，导致产品价格偏高，经济指标差，缺乏国 内外市场竞争力。为了改变上述情况，对大量的设备实施自动控制是有效途径之 一 1。 1.1.2 课题的意义 电石炉是生产电石的大型设备， 它是通过三相电极之间产生的电弧对原材料 进行加热，使原材料在一定温度下发生化学反应而生产出电石产品。电石炉三项 电极升降控制好坏，直接影响炉温和三项电流的不平衡程度，从而影响产品的质 量以及电网的质量。电石冶炼炉同样是一个大量消耗电能、炉内情况变化很大、 现场工作环境恶劣的冶炼设备。它工作的稳定与否直接关系到电石产品的质量。 在工业上仅应用少数几种碳化物，其中活化钙居第一位。工业碳化钙，或简称电 石，使有时会和含

3、碳物料（无烟煤，焦炭）在电炉中熔炼制得。电石主要是由电 石炉内电弧和电阻加热焦碳和石灰石等材料,使之在熔化状态下反映而制成。对 电石炉生产过程进行自动控制是冶炼厂提高产品质量和节能降耗的重要手段之 一。 因而电石炉是生产电石的主要设备,其性能直接影响到电石产量,质量以及能 耗等经济指标。而现在国内电石生产现状还不是很先进，极电流等现场控制有操 作员手工操作实现。 电石生产为三班连续作业， 由于操作员的素质 （如技术水平、 反应灵敏性和责任心等）不同，导致电石炉运行很不规范，难以保证持续满负荷 运行；电极压放经常必须在停电状态下进行；电石炉运行参数和供配电状态分别 由操作员和电工定时观察和记录，

4、难以做到规范准确，难以对数据进行分析，更 本本 科科 毕毕 业业 设设 计计 第 2 页 共 43 页 难以对历史记录分析比较等等，这就要求通过设计更好的方法去进一步改善它。 运用 PLC 自动控制系统可以通过对电石炉进行动态监测电石炉的电压、 电流和供 率的电气参数。以测电气参数为基础，结合其他工艺参数，采用先进 PLC 控制技 术， 合理动态调节电极插入深度， 控制电炉电流、 电压级数等参数满足生产要求。 在自动控制运行情况下，可根据工艺规定流程，实现恒电流模式平稳运行，使整 个操作流程更加规范合理。 本设计是为了适应市场竞争需要，提高产品质量，降低能耗，对电石炉进行 控制策略研究和计算机

5、控制技术改造。技术改造核心是设计一套计算机控制系 统，结合具体生产工艺，合理设计计算机控制系统软硬件，使电石生产过程自动 化和规范化。本设计结合目前国内工艺现状和原料特点，分析设备工艺数据，采 用 PLC 控制理论和技术，研究合理的控制模型和策略，寻求生产过程中交加的参 数匹配，建立电石炉运行的控制模型。同时以此为基础，研制电石炉的计算机控 制系统，研究电极的升降，及炉内恒温的控制。 1.21.2 电石工业电石工业国国内外相关技术现内外相关技术现状与发展趋势状与发展趋势 1.2.1 电石工业国内外技术现状 电石工业诞生已有一个世纪。开始电石仅用于电灯、金属切割与焊接。二次 大战后，随着有机合成

6、工业的迅速发展，电石工业装备水平不断提高，生产规模 不断扩大。日本、美国、德国等是世界上电石工业较发达的国家，电石工业发展 历史长。美国是世界上第一个生产电石的国家。美国生产电石的企业有联合碳化 物公司、太平洋电石公司等，他们于 60 年代末首先尝试将计算机运用于电石生 产过程控制。原联邦德国也是世界上生产电石比较早的国家，德国 Demag 公司于 50 年代即设计了 2 座大型密闭炉。以后 Demag 形式的电石炉的国家。挪威 Elekm 公司设计的 Elekm 电石炉也是各国引进的另一个发明密闭电石炉形式。 日本早期 从国外引进几座电石炉，在此基础上经过消化设计，建成了多座改良性密闭电石 炉。由于这些国家的电石生产装备采用了先进的型式（如挪威发明的的 Elekm 和德国发明的 Demag 型密闭电石炉）和先进的技术（如进年来空心电极和电石炉 计算机控制系统的应用等） ，故其技术经济指标处于世界领先地位。如电石炉的 能耗指标电能单耗为 3200 度/吨以下，质量指标电石发气量达到 300 升/公斤， 整个设备能保持长期稳定运行 2。 本本 科科 毕毕