電極恒阻抗控制在冶煉埋弧操作上的優(yōu)越性

楊 帆，胡正君，王 尚，戴本俊，吳 越

（寶武集團(tuán)馬鋼股份特鋼公司，安徽，馬鞍山 243000）

馬鋼股份特鋼公司擁有雙工位LF 爐1 臺(tái)，單工位LF 爐1 臺(tái)，原電極控制采用恒電流調(diào)節(jié)，二次側(cè)電壓和電流檢測(cè)通過(guò)控制檢測(cè)電纜傳輸?shù)姜?dú)立PLC，PLC 之間通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)傳輸信號(hào)。

1 基本理論

（1）埋弧操作在冶煉過(guò)程中，通過(guò)提高升溫速率，降低電耗，增加渣鋼反應(yīng)界面，加快脫硫速度。（2）阻抗。對(duì)于一個(gè)具體控制回路，阻抗不是不變的，而是隨著頻率變化而變化。在電阻、電感和電容串聯(lián)電路中，電路的阻抗一般來(lái)說(shuō)比電阻大。在冶煉周期內(nèi)，阻抗的變化主要取決于電極尖端和鋼水液面之間的阻抗值變化。

2 電極控制方式

EAF 爐和LF 爐電極調(diào)節(jié)控制一般有四種方式：恒功率、恒電流、恒電壓、恒阻抗。電極的程序控制算法都是基于上述四種方法。

（1）恒功率控制。電極的恒功率調(diào)節(jié)，因不同功率因素和變壓器負(fù)載不同，導(dǎo)致電極調(diào)節(jié)器無(wú)法始終工作在最佳狀態(tài)。

（2）恒電流控制。電極的恒電流調(diào)節(jié)要結(jié)合弧壓檢測(cè)來(lái)控制，電流和消耗在爐內(nèi)的功率比較平穩(wěn)，無(wú)功功率比較小，具有很高的靈敏度。但是埋弧操作時(shí)實(shí)際電流往往波動(dòng)很大。

（3）恒電壓控制。電極的恒壓法調(diào)節(jié)靈敏度非常低。冶煉期間往往采用低電壓、大電流的供電方法，同時(shí)當(dāng)電弧電流變化很大時(shí)，電弧的電壓變化卻很小，調(diào)節(jié)靈敏度低，很少采用。

（4）恒阻抗控制。電極的恒阻抗控制方法即維持弧電壓和弧電流比值一定，并對(duì)其偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制策略在技術(shù)上是最先進(jìn)的。它能保證調(diào)節(jié)過(guò)程高度自動(dòng)化，還具有一定的解耦的功能。采用恒阻抗方法進(jìn)行電極調(diào)節(jié)，可以使功率消耗、電極消耗相應(yīng)減少，電極消耗大大降低，出鋼時(shí)間減少，能源利用率高，是目前較先進(jìn)的電極調(diào)節(jié)器控制方式。

3 控制原理和埋弧原理

（1）電極恒阻抗調(diào)節(jié)公式：Ki×I-Ku×U=0。

式中：Ki為變壓器特性參數(shù)，Ku為工作點(diǎn)特性參數(shù)，I 為一次側(cè)電流，U 為二次側(cè)電壓。

根據(jù)公式（1），程序設(shè)計(jì)電極在自動(dòng)控制過(guò)程中控制埋弧阻抗，使電爐電流始終在工作點(diǎn)附近，達(dá)到變壓器最佳的工作特性。圖1 是阻抗調(diào)節(jié)控制圖中，最優(yōu)調(diào)節(jié)曲線追尋圖。

圖1

（2）埋弧造渣條件。鋼包渣厚度大于弧長(zhǎng)2 倍能夠?qū)崿F(xiàn)完全埋弧。由于不同檔位電壓弧長(zhǎng)不同，建立變壓器檔位和渣厚匹配表并嚴(yán)格執(zhí)行，才能實(shí)現(xiàn)合理的埋弧操作。

式中：Larc為電弧長(zhǎng)度；Uarc為電弧電壓；A 為電弧沖擊深度；B 為弧電壓降。電弧長(zhǎng)度主要取決于二次電壓，也就是說(shuō)二次電壓越大，電弧越細(xì)長(zhǎng)。

（4）埋弧效果判定標(biāo)準(zhǔn)。電弧聲音響亮、尖銳，埋弧效果不好；電弧聲音低沉，發(fā)悶，說(shuō)明埋弧效果好；同樣鋼包狀況，同樣變壓器檔位，升溫速率慢，埋弧效果不好，升溫速率快，說(shuō)明埋弧效果好。

（5）影響渣厚因素。通過(guò)改善爐 渣特性形成一定儲(chǔ)氣能力的基渣或加入發(fā)泡劑，使?fàn)t渣發(fā)泡，提高爐渣厚度；造渣劑即可做脫氧劑，也可做發(fā)泡劑，但在冶煉中后期，由于渣中氧化鐵等不穩(wěn)定氧化物減少，發(fā)泡能力下降。

4 電極恒阻抗在埋弧操作的優(yōu)越性

（1）恒電流埋弧。以恒電流操作埋弧為例，存在以下缺陷：穩(wěn)弧時(shí)間長(zhǎng)，噪音較大；升溫期間弧光裸露爐次比較常見(jiàn)；升溫速度慢；變壓器功率因數(shù)低；能源利用率低（2）恒電流埋弧。相比于恒電流操作埋弧為例，恒阻抗埋弧操作穩(wěn)弧時(shí)間短，噪音較?。簧郎厮俣瓤?；整個(gè)加熱過(guò)程中，變壓器功率因數(shù)高；能源利用率高；二次側(cè)電流電流跟隨工作點(diǎn)程度高，弧壓弧流較穩(wěn)定，如圖2。

（3）工藝結(jié)合恒阻抗調(diào)節(jié)。①控制鋼包底吹；②渣厚與變壓器檔位控制；③最佳渣料成分匹配；④鋼包透氣磚效果；⑤控制升溫速率。

圖2

5 結(jié) 語(yǔ)

馬鋼股份特鋼公司原有恒電流調(diào)節(jié)器改造為恒阻抗調(diào)節(jié)器后，進(jìn)一步優(yōu)化了工藝操作，溫度和成分控制較穩(wěn)定，能耗進(jìn)一步降低，較好的發(fā)揮了設(shè)備優(yōu)勢(shì)。