浅谈LF精炼炉电极升降调节系统

蒋君毅（江阴兴澄特种钢铁有限公司，江苏江阴 214432）

浅谈LF精炼炉电极升降调节系统

蒋君毅
（江阴兴澄特种钢铁有限公司，江苏江阴 214432）

本文通过以LF精炼炉为研究对象，将会对炉外精炼电极升降系统进行简单的分析，通过对电极升降机构的液压比例闭环控制系统的设计，加之以数学运用和仿真研究，使得这一套系统有了初步改善系统性能的作用。对精炼炉电极升降调节进行改造，是为了降低精炼炉炼钢耗电等不足，同时也是为了提升精炼炉其它性能的指标，并且达到降低精炼炉电耗和稳定冶炼电压的目的，最后能够使得精炼炉生产线的顺畅运行。

精炼炉 电极升降 调节系统

现阶段，由于钢铁行业慢慢出现了微利时代，导致它们大力推行降本增效的活动，而由于陈旧的精炼炉电机升降调节器，使得很多企业达不到降本增效的目的，所以对精炼炉电极调节器进行改造就势在必行。随着70年代LF精炼炉在日本的盛行，这种新型的精炼设备也推广开来，它具有很多独特的精炼功能，包括氩气搅拌，埋弧加热和合成渣精炼等，这种精炼炉不仅可以协调炼钢与连铸节奏，还可以开发合金含量较高的钢种。如果再加之对其进行电极调节的升级，将会是企业的又一发展机遇。

1 精炼炉电极调节系统的改造

1.1 精炼炉电极调节中存在的问题

目前大部分厂子里都是恒电流调节器，这种电流的调节器过于陈旧，存在着很多不足，其中包括调节器的控制精度不高，对能源的消耗十分大，因为这种技术已经是早期的电弧控制，它在运用的过程中存在不稳定的因素，不能提供连续的电流，并且目前的电极调节器都是通过变压器一次侧采集弧流信号，这就会产生信号采集点的不适合，最后导致反映到二次侧时就会出现误差，从而影响了调节的精度，同时因为在起步阶段，电弧无法迅速的稳定下来，就会导致电极易损且耗电量上升；在通电加热的过程中，恒电流的电机调节器无法使电极稳定在钢渣内，从而造成了埋弧效果的不好，不稳点的弧流还伴随着弧光外露的现象，也会加大热量损失和电耗损；由于调节参数一旦调试结束就不能改变，所以这种固定的参数很难适应所有炉况，就会出现调节效果不稳定的发生；老式的电极调节器的输出给比例阀的控制信号无法做斜坡及平滑处理，从而造成控制信号处理差，不仅影响了设备的使用也加大了工作人员的维护难度；因为电极调节器叠加的保护功能较少，所以就不能更佳的保护精炼炉的各项设施。

1.2 电极升降调节系统的工作原理

电极升降行程机构的改造主要包含两个系统，其中一个是由立柱、横臂、柱塞液压缸和导向轮组成的，另一个是由提升液压缸、链轮链条和同步轴组成，简单说来，电极升降调节系统就是通过将电弧的电学和物理参数输入到闭环的电极位置控制系统中，目的就是为了确保在整个冶炼过程中操作的稳定。同时应该把安全和功率以及提高电极的寿命放在应当着重考虑的地位上，比如在发生持续的过载电流时，由于电极会快速的提升，就需要通过点击即调节系统对其排出过载，从而进入正常的自动操作系统中。

1.3 数字电子调节器

为了达到电极自动升降的控制目的，就需要在电极自动升降调节系统中，通过运用电极调节PLC系统，从而完成对二次反馈的弧压和弧流数据进行高速采集的工作，同时按照不同的控制模式和原理对的道德这些参数进行分析计算，并将其与相应设置点相比较，把得到的数据输出到点击升降的执行机构，最终达到能够控制电极自动升降的目的，在进行控制运算的时候，PLC会把弧压弧流和弧阻等参数传输给上位机，运用其强大的计算能力和分析能力，将获得的最佳控制参数回送给下位机，这样就给PLC提供了控制运算的参数，为其实施控制做好了基础，从而实现了最优的控制，出这些基本的调节功能外，数字调节器还具有起弧和电流快速稳定，电极插入时的电流短路保护，以及非导电材料电极布置的保护等辅助功能，可见数字调节器的优点就是开放性及智能性，它通过在微机内增加程序，修改或执行新的功能。

2 精炼炉电极调节系统的改造方案

2.1 行程机构的改造措施

形成机构的改造主要分为这几方面，其一是包盖升降行程机构改造，包盖提升系统的两侧各有个液压缸，液压缸通过链条和包盖连接，为的就是保证两侧液压缸动作的同步，经过实践中现场的反复试验测，最终决定把包盖的上限位下移 150 mm，这样既保证了立柱最大的下移量，又保证了钢包车行驶到冶炼位置。关于立柱升降行程机构的改造，主要是当包盖的上限位降低后，给立柱的下限位留出一定的空间，让包盖抬到顶部，横臂与包盖之间留下间隙，再者就是水冷电缆下侧平台改造，需要将水冷电缆下侧平台割除一部分，并且在上侧安装用钢管制作的防护网，针对改造后的管理措施，一定要定期的清理包盖上沿积渣，同时对水冷电缆进行定期包扎，做到科学的检查和修养。

2.2 电极调节系统的软件编程

软件编程先要考虑的是抗阻计算，为了计算出精炼炉的变压器各档位下的最佳工作点，一般要运用功率圆图的工具来实现电极升降调节系统的控制计算，一个操作点只能处于一个变压器的抽头曲线上，如果想改变到另一个变压器的抽头曲线上，就要通过变压器的分接开关切换变压器的档位，这样不同的工作点组合在一起，就可变成特性曲线，只有这样才可以通过计算得出的阻抗设定值输入预置的数据库，从而实现快速切换预置阻抗设置参数。再次就是点弧程序，在这个过程中，应设置分步的控制速度，当三相电流为零，三相电压为定值时；就可以以较快的速度下降电极。当三相电极稍微下降直到有电流产生时，电极调节就会进入自动控制状态。关于液压阀特性曲线，当输入信号的绝对值与死区值进行比较时，小于死区值就还导致输出信号封闭，这时电极不需要做任何调节；当大于死区值时，输出信号随输入信号线性变化，电极就会自动调节。过压补偿是为了在超过偏差值并达到一定时间时，调整阻抗设定值的编程。

2.3 其他保护控制的优化

对于其他的保护控制的优化一般还包括过电流控制短路控制高压断路器保护以及变压器换档保护等大体四方面，当检测的弧流超过最大电流保护设定值时，电机自动调节系统就会启动，电极的反馈的弧流越大其提升速度就会越快，如果还超出了限定的电流时，就会出现三根电极同时提升速度的情况，当短路状态超过设定时间，相应电极的阻抗设定值就会附加一个速度值，从而使电极快速的上升，在发生紧急情况时，电极升降调节系统开启液压旁路阀，从而快速的提升电极，因为该系统是实时监控三相电极电流，所以在超过高压断路器设定的最大电流值时，就会将高压断路器分闸信号切断，从而阻止电流的运行，并且精炼炉的变压器分接开关，是主要实现档位的变换，这就要及时检测电极电流是否低于切换档位的保护值，对于那些满足条件的才可以换挡不满足条件的则不可以换挡。

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3 结语

对这种精炼炉设计电极升降液压比例控制系统，通过系统的建模和仿真的分析可以验证这项系统的稳定性，再加上PID的调节，取得了很好的效果，它可以基本解决老系统点弧阶段不能迅速稳弧，并且水冷电缆震荡剧烈等导致的耗电高和损坏电极等问题，这样可以让这项技术在生产中实际运用，因为它的操作性强，还可以为转炉厂降本增效，从而改善精炼炉的系统性能，提高生产效率，有很高的应用价值。

［1］赵济祥，董保华.模糊PID控制在LF精炼炉电极调节中的应用［J］.江苏冶金，2005，33（6）:18-21.

［2］任伟等.电渣炉电极调节系统的模糊自适应PID控制［J］.人工智能技术应用，2006（1）:15-18.