LF精煉爐電極升降控制系統探討

劉慧博 程欣 內蒙古科技大學

70年代初期，LF在日本發展起來。這種鋼包精煉型爐外精煉設備除了可以為連鑄提供成分準確且均勻的鋼水、對煉鋼與連鑄的節奏進行協調，還可以合金含量較高的鋼種進行開發。由于現階段鋼鐵行業逐步進入了微利時代，陳舊的精煉爐電機升降調節器無法使得很多企業達到降低成本增加效益的目的，所以勢必會進行精煉爐電極調節器進行改造。所以，如果能夠對其進行電極調節升級，將會成為企業發展的又一機遇。因此本文以LF精煉爐為研究對象，簡單對爐外精煉的電極升降系統進行分析。

1 精煉爐電極調節系統分析

1.1 精煉爐電極調節中存在的問題

由于目前大部分工廠里用都是已經陳舊的恒電流調節器，而這種調節器存在著許多不足。由于這種調節器的技術是運用早期的電弧控制，不能提供連續的電流，并且目前的電極調節器都是通過變壓器一次側采集弧流信號，這就出現了信號采集點的不適合，從而導致在反映到二次側時出現誤差。也就出現了調節器的控制精度不準確，對消耗能源過于巨大等問題。除此之外，控制信號處理差，加大了工作人員的工作難度、設備的使用出現問題等問題也都層出不窮。這是因為舊式的電極調節器的輸出讓比例閥的控制信號無法做出斜坡及平滑處理，而且由于電極調節器疊加的保護功能較少，所以就無法做出更加完善的保護。

1.2 電極升降調節系統的工作原理

電極升降行程機構的改造主要包含兩個系統，一是由立柱、橫臂、柱塞液壓缸和導向輪所組成，二是由提升液壓缸、鏈輪鏈條和同步軸組成。也就是說，電極升降調節系統就是通過將電弧的電學和物理參數輸入到閉環的電極位置控制系統中，達到確保在整個冶煉過程中操作的穩定的目的。與此同時，我們著重考慮安全和功率以及提高電極的壽命。

2 電極位置液壓控制系統分析

2.1 液壓系統設計

交流電弧精煉爐是煉鋼廠中重要的精煉設備。其較其他冶煉爐具備獲得更高爐溫的能力，且擁有爐溫可靈活控制等優點，有相對較高的熱利用率，通常能達到60%以上。

交流電弧爐原理是利用三根帶有高壓的石墨電極盡可能地靠近煉鋼爐內的鋼液面，用電壓擊穿空氣，產生電弧，從而將電能轉化為熱能，實現精準控制鋼水的溫度，進行鋼水的精煉，提高所煉鋼的品質的目標，同時為下一步的澆鑄創造良好的條件。

交流電弧精煉爐在每一次精煉時，在控制過程中，要先讓電極升降缸都處于最上位，用比例換向閥得到電力，使三電極缸在重力的作用下同步地下降。在電極非常接近鋼液面時產生電弧，這時候，我們用輸入比例換向閥中的信號的方法來調整電極的位置，對爐中的溫度進行精準控制。在這其中，我們可以使用R4WRZE比例方向閥，此閥具有閥芯位移反饋功能，在性能上具有很好的靜態性能與動態性能。通過此種比例方向閥，可以在此電極閉環控制系統中取代以往的伺服閥，實現降低了成本的目的。同時由于此閥對油液清潔度沒有過高的要求，因此維護更加方便。而柱塞缸的選擇，可以起到提高液壓固有頻率和節省能源的作用。單向閥在防止立柱在重力作用下自由下落時起到作用，同時也在因意外產生的反響高壓對泵體的沖擊方面起到了巨大的作用。為了防止電機或者液壓泵突然損壞對爐內造成鋼水造成破壞，系統備有兩套動力裝置。

3 系統的建模與仿真

運用動態計算中獲得的各個部件傳遞函數以及控制原理圖的過程中以及在對系統進行PID校正中，可以運用Simulink建立系統的仿真建模。不過，這種系統單純靠調增往往滿足不了系統的全部性能指標。比如，系統的反饋增益為93，系統經過近兩秒后才開始趨向于穩定，可以看出系統出現了較明顯的滯后現象，這在實際生產中是不可以出現的。

液壓位置控制系統的開環傳遞函數通常可以簡化為一個積分環節和一個震蕩環節，由于液壓阻尼比一般較小，會使得相位裕量有余而增益裕量不足。除此之外，其參數變化較大，尤其是阻尼比隨工作點會在很大范圍內變化。對于此種情況，本研究充分利用PD控制器進行控制效果的優化。結果可以看出系統響應速度很快并且在一定超調量之后快速達到穩定狀態，所以也證明了該系統是合理的。

4 結束語

對于LF精煉爐設計的電極升降液壓比例控制系統，經過系統建模研究和仿真分析，證明系統是可靠穩定的。研究結論在實際生產中得以應用，并很好地對系統性能進行了改進，因此具有一定的生產應用以及推廣價值。

綜上所述，在未來的工作中，LF爐外精煉電極升降系統有著很大的發展空間。相關企業在跟著經濟發展的腳步的同時，協調設備與工程，促進共同發展。相信在國家、企業以及個人的共同努力下，LF爐外精煉電極升降系統未來的發展趨勢會越來越好，從而提升企業的整體效益。

[1]蔣君毅.淺談LF精煉爐電極升降調節系統[J].中國科技縱橫，2016(13).

[2]徐加祥，潘華國.LF精煉爐電極升降調節器的升級應用[J].浙江冶金，2015(2)：56-57.