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(jìn)行簡單的分析，通過對電極升降機(jī)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(xué)運(yùn)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(jìn)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(biāo)，并且達(dá)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(yùn)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(dǎo)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(jī)升降調(diào)節(jié)器，使得很多企業(yè)達(dá)不到降本增效的目的，所以對精煉爐電極調(diào)節(jié)器進(jìn)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(dú)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(jìn)行電極調(diào)節(jié)的升級，將會是企業(yè)的又一發(fā)展機(jī)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(yùn)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(dǎo)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(dǎo)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(jī)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(hù)難度；因為電極調(diào)節(jié)器疊加的保護(hù)功能較少，所以就不能更佳的保護(hù)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(jī)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(dǎo)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(xué)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(dāng)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(jìn)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(dá)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(yùn)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(jìn)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(jìn)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(jī)構(gòu)，最終達(dá)到能夠控制電極自動升降的目的，在進(jìn)行控制運(yùn)算的時候，PLC會把弧壓弧流和弧阻等參數(shù)傳輸給上位機(jī)，運(yùn)用其強(qiáng)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(jī)，這樣就給PLC提供了控制運(yùn)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(hù)，以及非導(dǎo)電材料電極布置的保護(hù)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(jī)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(jī)構(gòu)的改造措施

形成機(jī)構(gòu)的改造主要分為這幾方面，其一是包蓋升降行程機(jī)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(fù)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(jī)構(gòu)的改造，主要是當(dāng)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(hù)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(jìn)行定期包扎，做到科學(xué)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(yùn)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(dāng)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(dāng)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(jìn)入自動控制狀態(tài)。關(guān)于液壓閥特性曲線，當(dāng)輸入信號的絕對值與死區(qū)值進(jìn)行比較時，小于死區(qū)值就還導(dǎo)致輸出信號封閉，這時電極不需要做任何調(diào)節(jié)；當(dāng)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(bǔ)償是為了在超過偏差值并達(dá)到一定時間時，調(diào)整阻抗設(shè)定值的編程。

2.3 其他保護(hù)控制的優(yōu)化

對于其他的保護(hù)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(hù)以及變壓器換檔保護(hù)等大體四方面，當(dāng)檢測的弧流超過最大電流保護(hù)設(shè)定值時，電機(jī)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(dāng)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(yùn)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(hù)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(dǎo)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(yùn)用，因為它的操作性強(qiáng)，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(jì)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.