淺談LF精煉爐電極升降調節系統

蔣君毅（江陰興澄特種鋼鐵有限公司，江蘇江陰 214432）

淺談LF精煉爐電極升降調節系統

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進行簡單的分析，通過對電極升降機構的液壓比例閉環控制系統的設計，加之以數學運用和仿真研究，使得這一套系統有了初步改善系統性能的作用。對精煉爐電極升降調節進行改造，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定冶煉電壓的目的，最后能夠使得精煉爐生產線的順暢運行。

精煉爐 電極升降 調節系統

現階段，由于鋼鐵行業慢慢出現了微利時代，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節器，使得很多企業達不到降本增效的目的，所以對精煉爐電極調節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調煉鋼與連鑄節奏，還可以開發合金含量較高的鋼種。如果再加之對其進行電極調節的升級，將會是企業的又一發展機遇。

1 精煉爐電極調節系統的改造

1.1 精煉爐電極調節中存在的問題

目前大部分廠子里都是恒電流調節器，這種電流的調節器過于陳舊，存在著很多不足，其中包括調節器的控制精度不高，對能源的消耗十分大，因為這種技術已經是早期的電弧控制，它在運用的過程中存在不穩定的因素，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，這就會產生信號采集點的不適合，最后導致反映到二次側時就會出現誤差，從而影響了調節的精度，同時因為在起步階段，電弧無法迅速的穩定下來，就會導致電極易損且耗電量上升；在通電加熱的過程中，恒電流的電機調節器無法使電極穩定在鋼渣內，從而造成了埋弧效果的不好，不穩點的弧流還伴隨著弧光外露的現象，也會加大熱量損失和電耗損；由于調節參數一旦調試結束就不能改變，所以這種固定的參數很難適應所有爐況，就會出現調節效果不穩定的發生；老式的電極調節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，不僅影響了設備的使用也加大了工作人員的維護難度；因為電極調節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施。

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，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，目的就是為了確保在整個冶煉過程中操作的穩定。同時應該把安全和功率以及提高電極的壽命放在應當著重考慮的地位上，比如在發生持續的過載電流時，由于電極會快速的提升，就需要通過點擊即調節系統對其排出過載，從而進入正常的自動操作系統中。

1.3 數字電子調節器

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節系統中，通過運用電極調節PLC系統，從而完成對二次反饋的弧壓和弧流數據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進行分析計算，并將其與相應設置點相比較，把得到的數據輸出到點擊升降的執行機構，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回送給下位機，這樣就給PLC提供了控制運算的參數，為其實施控制做好了基礎，從而實現了最優的控制，出這些基本的調節功能外，數字調節器還具有起弧和電流快速穩定，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，可見數字調節器的優點就是開放性及智能性，它通過在微機內增加程序，修改或執行新的功能。

2 精煉爐電極調節系統的改造方案

2.1 行程機構的改造措施

形成機構的改造主要分為這幾方面，其一是包蓋升降行程機構改造，包蓋提升系統的兩側各有個液壓缸，液壓缸通過鏈條和包蓋連接，為的就是保證兩側液壓缸動作的同步，經過實踐中現場的反復試驗測，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。關于立柱升降行程機構的改造，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平臺改造，需要將水冷電纜下側平臺割除一部分，并且在上側安裝用鋼管制作的防護網，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。

2.2 電極調節系統的軟件編程

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電極升降調節系統的控制計算，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定值輸入預置的數據庫，從而實現快速切換預置阻抗設置參數。再次就是點弧程序，在這個過程中，應設置分步的控制速度，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生時，電極調節就會進入自動控制狀態。關于液壓閥特性曲線，當輸入信號的絕對值與死區值進行比較時，小于死區值就還導致輸出信號封閉，這時電極不需要做任何調節；當大于死區值時，輸出信號隨輸入信號線性變化，電極就會自動調節。過壓補償是為了在超過偏差值并達到一定時間時，調整阻抗設定值的編程。

2.3 其他保護控制的優化

對于其他的保護控制的優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定值時，電機自動調節系統就會啟動，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，就會出現三根電極同時提升速度的情況，當短路狀態超過設定時間，相應電極的阻抗設定值就會附加一個速度值，從而使電極快速的上升，在發生緊急情況時，電極升降調節系統開啟液壓旁路閥，從而快速的提升電極，因為該系統是實時監控三相電極電流，所以在超過高壓斷路器設定的最大電流值時，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，是主要實現檔位的變換，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 結語

對這種精煉爐設計電極升降液壓比例控制系統，通過系統的建模和仿真的分析可以驗證這項系統的穩定性，再加上PID的調節，取得了很好的效果，它可以基本解決老系統點弧階段不能迅速穩弧，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在生產中實際運用，因為它的操作性強，還可以為轉爐廠降本增效，從而改善精煉爐的系統性能，提高生產效率，有很高的應用價值。

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

［2］任偉等.電渣爐電極調節系統的模糊自適應PID控制［J］.人工智能技術應用，2006（1）:15-18.