金屬熔融爐冷卻水系統控制系統優化

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

關鍵詞：冷卻水；熔融爐；優化改造；控制系統

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，是以替代進口、研發國內急需的特種材料為主要目標的集產品研發、中試、生產、銷售為一體的高科技企業。公司與中科院理化所、上海大學、東北大學等高校及科研院所進行戰略合作，面向國內、國際高端裝備制造市場，產線投資3.6億元，總建筑面積26 135 m2，年產1萬t氣閥材料、鎳基合金、特種不銹鋼、精密合金、高端模具鋼等，產品注冊商標“龍煙”牌。

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

1 現 狀

特材研制公司主要設備在2012年3月陸續投產后，控制系統精密，設備運行穩定，但在整體的運行上表現出了一些缺陷，主要包括：兩臺熔融爐總管流量計及總管溫度傳感器無法實現熔融爐進回水流量差和溫度差的計算、報警、顯示并迅速切斷電源，設備運行存在隱患；電渣重熔爐、熔融爐、真空感應爐及真空自耗爐，應急供水系統需要人工聯絡啟停，響應時間長，致使設備非正常停水或停電時無法快速啟動應急柴油機泵，易造成應急水源不能及時供給到故障熔爐，極易損壞熔融爐、真空感應爐熔爐線圈和電渣重熔爐結晶器，可能會造成重大生產事故。

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

2 項目建設措施

為了保證設備安全合理使用，提高熔融爐冶煉安全性，優化熔融爐爐體冷卻水檢測系統，新建電渣重熔爐、熔融爐、真空感應爐及真空自耗爐應急水控制系統，保障設備的安全穩定運行。主要優化內容有兩部分。

2.1 熔融爐爐體冷卻水檢測系統優化

熔融爐進出水流量差報警系統采用水溫傳感器、壓力傳感器、超聲波流量計組成，通過對比進回水流量測量值的差值情況，有效監測管道中是否存在泄露。進出水溫報警，主要是指進水的溫度和出水的溫度之間的溫度差，如果溫度差達到一定程度，報警裝置就要報警，一般是60 ℃，溫度差過大，說明冷卻水的效果比較差，因此報警以后就要立即采取相關措施，加大冷卻水的流量；流量報警，主要是單臺爐子進出水的流量，如果進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。通過對監測數據遠程傳輸并實現遠程監控，對異常數據進行即時報警并消除隱患。優化冷卻水檢測系統重點解決兩個方面問題，一是超聲波流量計、流量計檢測探頭、流量計控制箱和溫度傳感器等硬件的規范安裝；二是熔融爐建立PLC與超聲波流量計和溫度傳感器的信號傳輸，直接采集流量和溫度值并計算進回水流量、溫度差值，與冶煉模式關聯來實現熔煉控制功能，并顯示在上位機HMI畫面上。

2.1.1 硬件設備的規范安裝

超聲波流量計通過固定在管路上的超聲波發射源與接收器采集流量信號轉換為電流信號輸出到PLC模擬量輸入模塊。

溫度傳感器采用PT100熱電阻，電阻信號通過溫度變送器輸出標準電流信號傳輸到PLC模擬量輸入模塊。

2.1.2 建立信號傳輸

增加PLC編程語句。

制作上位機HMI畫面，熔融爐操作站進回水流量及溫度顯示，同時顯示進回水流量差及溫度差。

2.2 新建金屬熔融爐應急水控制系統

熔融爐和真空爐是一種將工頻50 HZ交流電轉變為熔融（300 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，再把直流電變為可調節的熔融電流，供給由電容和感應線圈里流過的熔融交變電流，在感應圈中產生高密度的磁力線，并切割感應圈里盛放的金屬材料，在金屬材料中產生很大的渦流，利用電磁感應原理加熱金屬。電渣爐是一種利用重熔電流產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，在水冷結晶器中結晶成電渣錠的一種特殊冶煉設備。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晶器在使用中會產生大量熱量，冷卻這些熱量不及時帶走就會損害電源的元器件和爐體設備，給生產作業帶來巨大的安全隱患，所以需要提供安全的冷卻水系統。特別是爐體感應線圈和結晶器，冶煉過程中如果水系統出現故障或進回水管路堵塞使水流量降低會造成爐體冷卻不夠并未及時斷電結束冶煉將燒毀線圈及出現其他安全事故。

應急水控制系統為電渣重熔爐、熔融爐、真空爐、真空自耗爐的冷卻水系統在本系統停電等極端情況時提供應急水。本系統主要設備包括柴油機泵（凈環水泵站）、氣動切斷閥（各自區域應急水進水總管）、應急/維修轉換開關（除熔融爐區域安裝在低壓電源柜內其他各區域安裝于操作臺），當金屬熔融爐停電時，檢測各區域應急水閥關到位信號，應急水閥關到位信號利用光纖傳輸至凈環水泵站PLC控制系統，通過凈環水泵站PLC系統連鎖應急柴油泵啟動連鎖，秒級響應啟動應急水柴油泵，保證各區域金屬熔融爐冷卻水壓力，并在凈環水泵站上位機畫面增加相應應急狀態指示，同時實現崗位監控管理。

應急水控制系統主要由設備硬件安裝、PLC編程、上位機軟件制作和光纖傳輸構成。

2.2.1 硬件設備的安裝

安裝氣動切斷閥。當熔爐由于非正常狀態停電或停水時，氣動切斷閥動作，閥門開到位信號通過中間繼電器傳輸信號到凈環水泵站PLC，PLC做出判斷后控制柴油機泵起動從而提供應急水源到故障熔爐。

2.2.2 增加PLC控制程序

新增應急水信號標簽和應急水控制程序，制作應急水操作站操作及報警畫面，顯示應急水閥動作區域并觸發聲光報警。

3 結 論

2022年10月實施至今，運行效果良好。2023年6月電網波動造成正在冶煉時間出現全部停電，應急水系統及時運行，確保了設備及時供水冷卻，同時熔融爐控制系統及時切斷電源退出熔煉模式，未造成重大安全事故，未出現因非正常設備停水停電造成設備損壞情況。

參考文獻

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[2] 劉桂年，梁艷.循環水水質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，高級工程師