LF精煉爐電氣系統開發與應用

趙旭明

（河鋼集團邯鋼一煉鋼廠，河北 邯鄲 056015）

LF精煉爐電氣系統開發與應用

趙旭明

（河鋼集團邯鋼一煉鋼廠，河北 邯鄲 056015）

針對邯鋼一煉鋼廠LF精煉過程跟蹤系統使用故障頻繁，原有LF精煉爐電極調節器電極橫臂升降調節能力差、埋弧效果不理想、電耗高等問題，對原有精煉電氣系統了進行分析梳理和改造，為穩定生產創造了更合理的條件，最大程度上消除了設備隱患，為公司鋼后增效目標的實現做出了應有的貢獻，取得了良好的經濟效益。

電極調節;跟蹤;監控系統;限位改造

1 項目概況

LF爐投產以后，由于LF煉鋼的特殊性,鋼包車在懸空狀態前后處理位限位信號的保持顯得尤為重要,而現在僅僅只是用一個電氣接近開關來獲得鋼包車處理位的信號?？紤]到該限位長期處于高溫烘烤環境中，僅僅由一個電氣接近開關控制如此重要的設備，一旦在頂升過程中丟失信號，或者鋼水處理完成后鋼包車不能獲得處理位信號，必將造成巨大安全事故。另外，精煉變壓器26000kVA、35kV/380V、429/39500A為我廠主要用電設備，2015年平均月用電量565．5萬kW·h，占全廠總用電量的55．4%。2016年3月份，我廠生產SWRCH35K，SWRCH22A，GCr15，40Cr，U75V，U71MN等鋼種，精煉用電403．8萬kW·h，占到全廠用電的60%。

首先，全廠的高壓設備高壓設備及變壓器沒有有效的監控手段，存在重大隱患；其次，電量報表靠操作工手動登記和手抄表，數據比較隨意，造成數據真實度不高。最后，LF精煉過程跟蹤系統使用故障頻繁，隨著我廠開發新品種的力度逐漸增大，對于精煉爐的使用越來越多，原有LF精煉爐電極調節器電極橫臂升降調節能力差、埋弧效果不理想、電耗高等問題，逐步成為制約我廠成本進一步降低的瓶頸問題。針對以上存在的六大影響LF精煉爐存在的主要問題，對原有精煉電氣系統進行了分析梳理和改造，為了保證LF系統穩定高效運行，對以下存在的難點問題開展了創新攻關工作：第一，對鋼包頂升處理限位系統進行升級優化。第二，對精煉電極控制系統進行節電改造。第三，完成精煉生產過程監控系統的開發。第四，自主進行電量報表的開發。第五，實施LF精煉過程跟蹤優化完善。第六，實現高壓設備及變壓器的在線監控。

2 實施過程

2.1 鋼包頂升處理限位改造

在該接近開關同一條軸線上安裝一個機械限位,將該接近開關和機械限位采用串聯的方式連接起來,只有當這兩個限位的信號都采集上時才輸入給PLC處理位的信號,并且將接近開關的物理位置進行改造, 有效避免了相關設備的損傷，大大改善了信號的可靠性。

2.2 精煉電極控制系統節電改造

LF爐通過PLC模塊采集各相電弧電壓、電弧電流、變壓器電壓等相關的給定信號，經控制器PID運算處理，控制液壓系統電極升降伺服閥，對電極位置自動調節，從而控制輸入到爐內的功率，滿足冶煉工藝要求。同時，該調節系統具有防止電極插入鋼水的保護功能。該電極升降自動調節系統具有以下主要功能。

（1）電量值檢測：調節器完成檢測變壓器二次側的電壓、電流、功率因素等數值，實現輸入功率控制。

（2）綜合控制輸出：在冶煉過程中可對變壓器的弧流、弧壓進行實時設定。

電弧持續高效運行在一個精確工作點的關鍵要素，直接影響電量消耗及生產成本。根據近3個月的觀察，得出如下的操作方法最節電并將程序固化到系統里面：埋弧期變壓器檔位在第6檔時，功率選擇功率6?；谧儔浩鳈n位在第6檔時，功率選擇3。第一次測溫取樣過后需要升溫時，功率可以選擇功率1和功率2，進行快速升溫。在不需要快速升溫時，可將變壓器檔位選至第6檔，功率選擇功率3或者功率4，以看不到弧光外露為原則。若發現有弧光外露現象，則必須將變壓器檔位換至更高檔，這是利用降低電壓的方式來縮短弧長，以確保埋弧加熱的要求。在需要保溫時，可將變壓器檔位選至第6檔，功率選擇功率6。

該系統投入后有效減少鋼包精煉爐大電流回路的機械設備沖擊，延長該設備的使用壽命。同時減少由于機械沖擊導致斷電極現象，降低電極消耗。2016年1至6月 為 326．22～ 346．60kW·h， 平 均 337．92分 kW·h；2014年 7至 10月 為 306．11～ 316．34kW·h， 平 均309．85kW·h。改造后較改造前降低28．07kW·h， LF加熱每分鐘用電較改造前降低8%。

2.3 精煉生產過程監控開發

為了實現兩座LF精煉爐工藝過程的直觀、集中、完善的過程監控，對各工藝過程實時數據的準確收集；開發了精煉生產過程監控系統。各工序主要工藝畫面監控要求各個煉鋼工序均有獨立的生產畫面，監控LF崗位生產的狀況，顯示主要的工藝參數。調節器等精煉區域主要畫面都集成在統一的應用程序平臺，切換操作方便，系統預留和各個二級系統以及MES系統和電量系統之間的數據接口。數據通訊方式采用數據庫連接（DBLink）的方式實現。和一級系統的通訊遵循OPC通訊協議標準。LF精煉爐生產監控畫面如圖1所示。

精煉生產過程監控開發和應用為使用者提供一種全新LF精煉過程數據采集的解決方案,提高LF精煉的重點溫度命中率和鋼水的品質，為精煉設備穩定運行創造了條件。

2.4 電量報表開發

主要包括數據采集、數據檢查及處理、數據存儲、系統狀態監視、事件告警及記錄、數據庫管理、系統安全管理、通用圖形系統、通用報表系統等；另一部分是系統的應用功能，包括電能計量管理、統計分析、系統維護、WEB瀏覽等。

采集模塊的功能：數據采集模塊實現主站系統與子站系統之間的所有數據通信，實現電能量數據、狀態數據的采集、數據合理性檢驗等功能。針對我廠實際，在報表中增加了進站溫度和出站溫度，有效的記錄了精煉的峰谷電能消耗。

統計與分析顯示了每個電表每天的電能量使用情況，分別用表格和圖形來直觀地體現，對電表的使用情況、峰谷平分布可以一目了然。

2.5 LF精煉過程跟蹤優化完善

LF處理過程管理的主要功能包括：生產計劃管理、過程跟蹤、異常錄入、報表管理等。過程跟蹤管理主要的操作事件，根據鋼包到、處理開始、處理結束、底吹開始、底吹結束、鋼包上升、鋼包下降、鋼包離去等事件來確定設備的操作狀態以及操作時間信息，從而掌握設備的運行狀態，并在終端上顯示相關的過程數據。過程跟蹤的功能包括：主界面、提升氣體流量設定值合金料單、LF處理結束信息、LF處理后鋼水成份估算值、LF模型輸出變化信息、應用系統狀態信息。

2.6 高壓設備及變壓器的監控

高壓供電系統由高壓隔離開關及電壓互感器、高壓真空斷路器、電流互感器、避雷器及阻容吸收裝置組成，給LF爐變壓器提供高壓主回路電源。高壓系統的真空斷路器合／分閘由高壓柜和主操作臺兩地操作控制。分、合閘時，必須條件滿足，操作臺、高壓柜信號燈指示工作狀態，并根據工藝要求實現變壓器的調壓及二次電流的調整。操作人員可在主控室內對精煉爐的全過程進行實時監控。主要監控畫面有合金加料畫面，電極升降自動調節畫面鋼包車行走畫面，吹氬系統畫面，水冷系統畫面，高壓電氣畫面和事故報警畫面等。

圖1 LF精煉爐生產監控畫面

3 實施效果

（1）在改造后較改造前降LF加熱每分鐘用電較改造前降低8%，年降低電費203萬元；以現有120噸精煉爐月均用電565．5萬kW·h計算，年節電費203，每減少事故停澆4次年可產生效益為96萬元，年創效299萬元，取得了良好的經濟效果。

（2）精煉生產過程監控開發和應用成功開發為使用者提供一種全新LF精煉過程數據采集的解決方案,有效提高操作工和管理人員的工作效率。

（3）操作人員可在主控室內對精煉爐的全過程進行實時監控。

（4）統計與分析顯示了每個電表每天的電能量使用情況，分別用表格和圖形來直觀地體現，對電量消耗、峰谷平分布可以一目了然。此外還增加了歷史數據補招功能，可以減少因網絡等意外情況而產生的數據缺漏。

（5）提高LF精煉的重點溫度命中率和鋼水的品質，加快了精煉爐的生產節奏，為精煉設備穩定運行創造了條件，對提高產品產量、縮短產品交貨周期等都起到了積極作用。

（6）最終建立一套完整的適合于一煉鋼廠的“LF精煉爐電氣系統”，改造項目大大降低了該設備的故障率，有效避免了相關設備的損傷，至今未出現改造之前同樣的故障，為穩定生產創造了條件，最大程度上消除了該設備的設備隱患，為雙線同時生產提供了良好的保障，為公司鋼后增效目標的實現做出了應有的貢獻。

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