變化率理論在電弧爐電極控制中的應用

摘 要：工程中有很多關于時間參數的方程，而微分在時間參數方程中應用能夠得到單位時間內的變化率。這也是微分概念的在工程中的應用。電爐煉鋼中，將冶煉電流通過電流互感器、電流變送器送入到PLC中，通過不斷的計算電流在0.1秒內的電流差能夠得到電流的變化率。根據單位時間內電流的變化率，判斷出塌料現象的發生，提前控制電極的提升與下降，避免塌料現象造成的損害。

關鍵詞：電弧爐煉鋼；變化率；PLC；塌料判斷；電極控制

電弧爐煉鋼控制中，最重要的是控制電極與爐料間的間距，使其產生持續而穩定的電弧。電極控制的好，不僅能夠降低電能損耗，同時也能節省冶煉時間，減少石墨電極的損耗，極大的降低冶煉成本。

在電極控制中，重點是在冶煉的起弧期、穿井期和電極提升期的控制。在這階段，由于爐料在熔化過程中極其的不穩定。塌料現象就是電極控制的難點，它不但導致短路而使電流急劇增大，從而產生主電路跳閘保護中斷冶煉，延長冶煉的時間，而且還可能造成倒塌的爐料砸斷電極，造成電極的大量損耗。而塌料控制的難點是如何盡早判斷出塌料現象的發生，使電極提前以大于正常冶煉提升的速度進行快速提升。本文重點在于運用微分理論來提前判斷出塌料現象。

1 電極正常冶煉動作與塌料時電極動作分析

電極正常冶煉時：電極以低速下降起弧，起弧后電流一般都會大于設定的主電路電流，電極根據實際電流與設定電流的差值來決定電極提升的速度，一般都會控制其速度，速度不能大于一個極限值，我們這里稱為極限值1。這個極限值的確定需要在實際中根據具體的電爐設備來確定，如果這個值太小，電機提升的速度太慢，就會造成由于電流長時間大于主電流設定的保護值，造成主電路斷路器跳閘保護。造成冶煉時間的增長，同時增加主電路元件損壞的風險。如果極限值1太大，則很容易拉斷電弧。拉斷電弧后得需要重新起弧，而我們則希望得到持續的電弧來冶煉，從而縮短冶煉時間，減少電能損耗。這個極限值應該是略大約電極下降速度。

電極在塌料時：當發生塌料現象時，尤其是穿井后期的塌料。電極與爐料短路，電流遠遠大于設定值。如果電極仍然以極限值1的速度提升就遠遠不夠，必須提高提升速度。這個速度極限值我們成為極限值2，我們可以確認的是極限值2遠大于極限值1。

2 如何利用微分概念來判斷塌料現象發生

在傳統的塌料判斷中，是利用短路電流遠大于設定電流。我們確定一個遠大于設定電流的值作為短路判斷。當電流大于這個值時認為是發生塌料，從而使電流快速提升。我們可以看出，利用這種方法判斷塌料現象的發生有它的滯后性。等判斷出塌料發生時電流已經很大，已經發生損害。

在煉鋼過程中，由于塌料的損害往往在1秒內就發生，而且我們知道，ΔT越小越接近瞬時變化率。同時為了兼顧運算PLC設備的運行速度，我們可以設定ΔT為100MS，即0.1秒比較合理。

采用以上電流變化率的方法判斷塌料情況，最重要是確定lim1。調試時，首先采用傳統的方法，確保不出現大的控制事故，給出一個lim1值，進行在線監控。如果傳統的方法經常起作用來迅速提升電極，表示lim1值比合理值大；如果燃弧時間很短，電極快速提升過于頻繁使電弧拉斷，表示表示lim1值比合理值小。一般在冶煉開始的二十分鐘，電弧能夠持續二十秒左右，然后斷弧后重新起弧時間約十秒左右，說明控制已經比較合理。這只是經驗值，在實際中可能有更好的控制效果。

3 如何在控制系統中實現上述理論

由于PLC技術的快速發展，現在PLC技術普遍運用到電弧爐控制系統中。我們下面來說明如何在PLC實現上述理論。

首先，將主電路電流通過電流互感器、電流變送器等原件將電流轉換成標準信號送入到PLC的模擬量輸入通道中。然后在軟件中通過計算，有些PLC有標準功能塊（如西門子PLC中的FC405）將標準信號轉換成電流值，我們同樣標記為iNOW，使用中自己分配存儲地址。這是和其他模擬量讀入沒有什么不同，不過多的贅述。

4 結束語

在PLC中利用相應的功能計算出電流變化率，然后根據電流變化率來對電弧爐熔煉情況進行判斷。能夠提前判斷出塌料情況的發生，提前提升電極。能夠有效的減少塌料給熔煉過程帶來的副作用，提高熔煉效率，減少熔煉時間，并有很強的可行性。