淺談LF精煉爐電極升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)

蔣君毅（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰 214432）

淺談LF精煉爐電極升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)

蔣君毅
（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰 214432）

本文通過以LF精煉爐為研究對象，將會對爐外精煉電極升降系統(tǒng)進行簡單的分析，通過對電極升降機構(gòu)的液壓比例閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計，加之以數(shù)學運用和仿真研究，使得這一套系統(tǒng)有了初步改善系統(tǒng)性能的作用。對精煉爐電極升降調(diào)節(jié)進行改造，是為了降低精煉爐煉鋼耗電等不足，同時也是為了提升精煉爐其它性能的指標，并且達到降低精煉爐電耗和穩(wěn)定冶煉電壓的目的，最后能夠使得精煉爐生產(chǎn)線的順暢運行。

精煉爐 電極升降 調(diào)節(jié)系統(tǒng)

現(xiàn)階段，由于鋼鐵行業(yè)慢慢出現(xiàn)了微利時代，導致它們大力推行降本增效的活動，而由于陳舊的精煉爐電機升降調(diào)節(jié)器，使得很多企業(yè)達不到降本增效的目的，所以對精煉爐電極調(diào)節(jié)器進行改造就勢在必行。隨著70年代LF精煉爐在日本的盛行，這種新型的精煉設(shè)備也推廣開來，它具有很多獨特的精煉功能，包括氬氣攪拌，埋弧加熱和合成渣精煉等，這種精煉爐不僅可以協(xié)調(diào)煉鋼與連鑄節(jié)奏，還可以開發(fā)合金含量較高的鋼種。如果再加之對其進行電極調(diào)節(jié)的升級，將會是企業(yè)的又一發(fā)展機遇。

1 精煉爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造

1.1 精煉爐電極調(diào)節(jié)中存在的問題

目前大部分廠子里都是恒電流調(diào)節(jié)器，這種電流的調(diào)節(jié)器過于陳舊，存在著很多不足，其中包括調(diào)節(jié)器的控制精度不高，對能源的消耗十分大，因為這種技術(shù)已經(jīng)是早期的電弧控制，它在運用的過程中存在不穩(wěn)定的因素，不能提供連續(xù)的電流，并且目前的電極調(diào)節(jié)器都是通過變壓器一次側(cè)采集弧流信號，這就會產(chǎn)生信號采集點的不適合，最后導致反映到二次側(cè)時就會出現(xiàn)誤差，從而影響了調(diào)節(jié)的精度，同時因為在起步階段，電弧無法迅速的穩(wěn)定下來，就會導致電極易損且耗電量上升；在通電加熱的過程中，恒電流的電機調(diào)節(jié)器無法使電極穩(wěn)定在鋼渣內(nèi)，從而造成了埋弧效果的不好，不穩(wěn)點的弧流還伴隨著弧光外露的現(xiàn)象，也會加大熱量損失和電耗損；由于調(diào)節(jié)參數(shù)一旦調(diào)試結(jié)束就不能改變，所以這種固定的參數(shù)很難適應(yīng)所有爐況，就會出現(xiàn)調(diào)節(jié)效果不穩(wěn)定的發(fā)生；老式的電極調(diào)節(jié)器的輸出給比例閥的控制信號無法做斜坡及平滑處理，從而造成控制信號處理差，不僅影響了設(shè)備的使用也加大了工作人員的維護難度；因為電極調(diào)節(jié)器疊加的保護功能較少，所以就不能更佳的保護精煉爐的各項設(shè)施。

1.2 電極升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理

電極升降行程機構(gòu)的改造主要包含兩個系統(tǒng)，其中一個是由立柱、橫臂、柱塞液壓缸和導向輪組成的，另一個是由提升液壓缸、鏈輪鏈條和同步軸組成，簡單說來，電極升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是通過將電弧的電學和物理參數(shù)輸入到閉環(huán)的電極位置控制系統(tǒng)中，目的就是為了確保在整個冶煉過程中操作的穩(wěn)定。同時應(yīng)該把安全和功率以及提高電極的壽命放在應(yīng)當著重考慮的地位上，比如在發(fā)生持續(xù)的過載電流時，由于電極會快速的提升，就需要通過點擊即調(diào)節(jié)系統(tǒng)對其排出過載，從而進入正常的自動操作系統(tǒng)中。

1.3 數(shù)字電子調(diào)節(jié)器

為了達到電極自動升降的控制目的，就需要在電極自動升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，通過運用電極調(diào)節(jié)PLC系統(tǒng)，從而完成對二次反饋的弧壓和弧流數(shù)據(jù)進行高速采集的工作，同時按照不同的控制模式和原理對的道德這些參數(shù)進行分析計算，并將其與相應(yīng)設(shè)置點相比較，把得到的數(shù)據(jù)輸出到點擊升降的執(zhí)行機構(gòu)，最終達到能夠控制電極自動升降的目的，在進行控制運算的時候，PLC會把弧壓弧流和弧阻等參數(shù)傳輸給上位機，運用其強大的計算能力和分析能力，將獲得的最佳控制參數(shù)回送給下位機，這樣就給PLC提供了控制運算的參數(shù)，為其實施控制做好了基礎(chǔ)，從而實現(xiàn)了最優(yōu)的控制，出這些基本的調(diào)節(jié)功能外，數(shù)字調(diào)節(jié)器還具有起弧和電流快速穩(wěn)定，電極插入時的電流短路保護，以及非導電材料電極布置的保護等輔助功能，可見數(shù)字調(diào)節(jié)器的優(yōu)點就是開放性及智能性，它通過在微機內(nèi)增加程序，修改或執(zhí)行新的功能。

2 精煉爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造方案

2.1 行程機構(gòu)的改造措施

形成機構(gòu)的改造主要分為這幾方面，其一是包蓋升降行程機構(gòu)改造，包蓋提升系統(tǒng)的兩側(cè)各有個液壓缸，液壓缸通過鏈條和包蓋連接，為的就是保證兩側(cè)液壓缸動作的同步，經(jīng)過實踐中現(xiàn)場的反復試驗測，最終決定把包蓋的上限位下移 150 mm，這樣既保證了立柱最大的下移量，又保證了鋼包車行駛到冶煉位置。關(guān)于立柱升降行程機構(gòu)的改造，主要是當包蓋的上限位降低后，給立柱的下限位留出一定的空間，讓包蓋抬到頂部，橫臂與包蓋之間留下間隙，再者就是水冷電纜下側(cè)平臺改造，需要將水冷電纜下側(cè)平臺割除一部分，并且在上側(cè)安裝用鋼管制作的防護網(wǎng)，針對改造后的管理措施，一定要定期的清理包蓋上沿積渣，同時對水冷電纜進行定期包扎，做到科學的檢查和修養(yǎng)。

2.2 電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的軟件編程

軟件編程先要考慮的是抗阻計算，為了計算出精煉爐的變壓器各檔位下的最佳工作點，一般要運用功率圓圖的工具來實現(xiàn)電極升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制計算，一個操作點只能處于一個變壓器的抽頭曲線上，如果想改變到另一個變壓器的抽頭曲線上，就要通過變壓器的分接開關(guān)切換變壓器的檔位，這樣不同的工作點組合在一起，就可變成特性曲線，只有這樣才可以通過計算得出的阻抗設(shè)定值輸入預(yù)置的數(shù)據(jù)庫，從而實現(xiàn)快速切換預(yù)置阻抗設(shè)置參數(shù)。再次就是點弧程序，在這個過程中，應(yīng)設(shè)置分步的控制速度，當三相電流為零，三相電壓為定值時；就可以以較快的速度下降電極。當三相電極稍微下降直到有電流產(chǎn)生時，電極調(diào)節(jié)就會進入自動控制狀態(tài)。關(guān)于液壓閥特性曲線，當輸入信號的絕對值與死區(qū)值進行比較時，小于死區(qū)值就還導致輸出信號封閉，這時電極不需要做任何調(diào)節(jié)；當大于死區(qū)值時，輸出信號隨輸入信號線性變化，電極就會自動調(diào)節(jié)。過壓補償是為了在超過偏差值并達到一定時間時，調(diào)整阻抗設(shè)定值的編程。

2.3 其他保護控制的優(yōu)化

對于其他的保護控制的優(yōu)化一般還包括過電流控制短路控制高壓斷路器保護以及變壓器換檔保護等大體四方面，當檢測的弧流超過最大電流保護設(shè)定值時，電機自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)就會啟動，電極的反饋的弧流越大其提升速度就會越快，如果還超出了限定的電流時，就會出現(xiàn)三根電極同時提升速度的情況，當短路狀態(tài)超過設(shè)定時間，相應(yīng)電極的阻抗設(shè)定值就會附加一個速度值，從而使電極快速的上升，在發(fā)生緊急情況時，電極升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)開啟液壓旁路閥，從而快速的提升電極，因為該系統(tǒng)是實時監(jiān)控三相電極電流，所以在超過高壓斷路器設(shè)定的最大電流值時，就會將高壓斷路器分閘信號切斷，從而阻止電流的運行，并且精煉爐的變壓器分接開關(guān)，是主要實現(xiàn)檔位的變換，這就要及時檢測電極電流是否低于切換檔位的保護值，對于那些滿足條件的才可以換擋不滿足條件的則不可以換擋。

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3 結(jié)語

對這種精煉爐設(shè)計電極升降液壓比例控制系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的建模和仿真的分析可以驗證這項系統(tǒng)的穩(wěn)定性，再加上PID的調(diào)節(jié)，取得了很好的效果，它可以基本解決老系統(tǒng)點弧階段不能迅速穩(wěn)弧，并且水冷電纜震蕩劇烈等導致的耗電高和損壞電極等問題，這樣可以讓這項技術(shù)在生產(chǎn)中實際運用，因為它的操作性強，還可以為轉(zhuǎn)爐廠降本增效，從而改善精煉爐的系統(tǒng)性能，提高生產(chǎn)效率，有很高的應(yīng)用價值。

［1］趙濟祥，董保華.模糊PID控制在LF精煉爐電極調(diào)節(jié)中的應(yīng)用［J］.江蘇冶金，2005，33（6）:18-21.

［2］任偉等.電渣爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的模糊自適應(yīng)PID控制［J］.人工智能技術(shù)應(yīng)用，2006（1）:15-18.