电极恒阻抗控制在冶炼埋弧操作上的优越性

杨 帆，胡正君，王 尚，戴本俊，吴 越

（宝武集团马钢股份特钢公司，安徽，马鞍山 243000）

马钢股份特钢公司拥有双工位LF 炉1 台，单工位LF 炉1 台，原电极控制采用恒电流调节，二次侧电压和电流检测通过控制检测电缆传输到独立PLC，PLC 之间通过工业以太网传输信号。

1 基本理论

（1）埋弧操作在冶炼过程中，通过提高升温速率，降低电耗，增加渣钢反应界面，加快脱硫速度。（2）阻抗。对于一个具体控制回路，阻抗不是不变的，而是随着频率变化而变化。在电阻、电感和电容串联电路中，电路的阻抗一般来说比电阻大。在冶炼周期内，阻抗的变化主要取决于电极尖端和钢水液面之间的阻抗值变化。

2 电极控制方式

EAF 炉和LF 炉电极调节控制一般有四种方式：恒功率、恒电流、恒电压、恒阻抗。电极的程序控制算法都是基于上述四种方法。

（1）恒功率控制。电极的恒功率调节，因不同功率因素和变压器负载不同，导致电极调节器无法始终工作在最佳状态。

（2）恒电流控制。电极的恒电流调节要结合弧压检测来控制，电流和消耗在炉内的功率比较平稳，无功功率比较小，具有很高的灵敏度。但是埋弧操作时实际电流往往波动很大。

（3）恒电压控制。电极的恒压法调节灵敏度非常低。冶炼期间往往采用低电压、大电流的供电方法，同时当电弧电流变化很大时，电弧的电压变化却很小，调节灵敏度低，很少采用。

（4）恒阻抗控制。电极的恒阻抗控制方法即维持弧电压和弧电流比值一定，并对其偏差进行调节的控制策略在技术上是最先进的。它能保证调节过程高度自动化，还具有一定的解耦的功能。采用恒阻抗方法进行电极调节，可以使功率消耗、电极消耗相应减少，电极消耗大大降低，出钢时间减少，能源利用率高，是目前较先进的电极调节器控制方式。

3 控制原理和埋弧原理

（1）电极恒阻抗调节公式：Ki×I-Ku×U=0。

式中：Ki为变压器特性参数，Ku为工作点特性参数，I 为一次侧电流，U 为二次侧电压。

根据公式（1），程序设计电极在自动控制过程中控制埋弧阻抗，使电炉电流始终在工作点附近，达到变压器最佳的工作特性。图1 是阻抗调节控制图中，最优调节曲线追寻图。

图1

（2）埋弧造渣条件。钢包渣厚度大于弧长2 倍能够实现完全埋弧。由于不同档位电压弧长不同，建立变压器档位和渣厚匹配表并严格执行，才能实现合理的埋弧操作。

式中：Larc为电弧长度；Uarc为电弧电压；A 为电弧冲击深度；B 为弧电压降。电弧长度主要取决于二次电压，也就是说二次电压越大，电弧越细长。

（4）埋弧效果判定标准。电弧声音响亮、尖锐，埋弧效果不好；电弧声音低沉，发闷，说明埋弧效果好；同样钢包状况，同样变压器档位，升温速率慢，埋弧效果不好，升温速率快，说明埋弧效果好。

（5）影响渣厚因素。通过改善炉 渣特性形成一定储气能力的基渣或加入发泡剂，使炉渣发泡，提高炉渣厚度；造渣剂即可做脱氧剂，也可做发泡剂，但在冶炼中后期，由于渣中氧化铁等不稳定氧化物减少，发泡能力下降。

4 电极恒阻抗在埋弧操作的优越性

（1）恒电流埋弧。以恒电流操作埋弧为例，存在以下缺陷：稳弧时间长，噪音较大；升温期间弧光裸露炉次比较常见；升温速度慢；变压器功率因数低；能源利用率低（2）恒电流埋弧。相比于恒电流操作埋弧为例，恒阻抗埋弧操作稳弧时间短，噪音较小；升温速度快；整个加热过程中，变压器功率因数高；能源利用率高；二次侧电流电流跟随工作点程度高，弧压弧流较稳定，如图2。

（3）工艺结合恒阻抗调节。①控制钢包底吹；②渣厚与变压器档位控制；③最佳渣料成分匹配；④钢包透气砖效果；⑤控制升温速率。

图2

5 结 语

马钢股份特钢公司原有恒电流调节器改造为恒阻抗调节器后，进一步优化了工艺操作，温度和成分控制较稳定，能耗进一步降低，较好的发挥了设备优势。