王懷祥

摘 要：電弧爐煉鋼的關(guān)鍵技術(shù)就是電極調(diào)節(jié)過(guò)程，本文結(jié)合某鋼鐵廠的實(shí)際情況敘述了電極調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后達(dá)到了理想的控制效果。

關(guān)鍵詞：電弧爐；電極調(diào)節(jié)；可編程控制器

1 前言

電極調(diào)節(jié)是電弧爐煉鋼中的關(guān)鍵技術(shù)，電弧爐是以電能為熱源冶煉鋼和合金的設(shè)備，電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)是整個(gè)電弧爐系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。電極自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的作用就是快速調(diào)節(jié)電極的位置，保持恒定的電弧長(zhǎng)度，以減少電流波動(dòng)，維持電弧電壓和電流比值的恒定，使輸入功率穩(wěn)定，其工作效果好壞直接影響到鋼水質(zhì)量和用電單耗。手動(dòng)控制過(guò)程中容易出現(xiàn)過(guò)流、斷弧等現(xiàn)象影響正常的鋼水加熱，且不容易控制三相平衡，因此只有良好的自動(dòng)控制才能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率和低電耗。

2 控制原理

在電弧爐冶煉過(guò)程中，一般要求電功率保持不變，恒功率調(diào)節(jié)。通過(guò)抽頭變壓器選定檔位后輸入到電弧爐的功率與電弧的長(zhǎng)短有直接關(guān)系，當(dāng)電弧長(zhǎng)度發(fā)生變化時(shí)，輸入的爐內(nèi)的功率將隨之而變，對(duì)電弧爐電氣設(shè)備的要求就是在最佳輸入功率曲線下維持需要的電弧長(zhǎng)度。電弧爐電極控制方式采用固定電流和電壓比的方法——阻抗控制，就是在不同的檔位電壓下，選擇不同的電流曲線維持恒定的功率，當(dāng)電弧電流大于最佳供電曲線電流時(shí)，應(yīng)提升電極；當(dāng)電弧電流小于最佳供電曲線電流時(shí)，應(yīng)下放電極。電極升降的速度與偏差相關(guān)，偏差越大升降速度越快，偏差小時(shí)進(jìn)行微調(diào)，保證了調(diào)節(jié)系統(tǒng)的快速性和穩(wěn)定性，使電弧電流波動(dòng)較小，三相功率平衡。不管采用什么算法，但最終的控制要求為：

（1）提高鋼材質(zhì)量，能量利用率高，減低用點(diǎn)單耗。

（2）提高工作效率，控制簡(jiǎn)潔。

（3）控制系統(tǒng)響應(yīng)快，穩(wěn)定性好，超調(diào)量小。

（4）維持三相平衡，諧波分量較小。

3 系統(tǒng)組成

3.1 硬件組成

3.1.1 可編程控制器

由電源模塊PS407、CPU412和工業(yè)以太網(wǎng)模塊、模擬量輸入模塊SM431、模擬量輸出模塊SM432、數(shù)字量輸入模塊SM421、數(shù)字量輸出模塊SM422等組成。模擬量輸入模塊采集三相0—10V電弧電壓和電流信號(hào)，經(jīng)程序運(yùn)算后由模擬量輸出模塊輸出-10V—+10V信號(hào)到伺服閥控制各相電極自動(dòng)升降調(diào)整位置。數(shù)字量輸入模塊采集選定的檔位電壓，電流曲線，手動(dòng)控制電極信號(hào)等。

3.1.2 工控機(jī)

上位機(jī)采用西門子監(jiān)控軟件WinCC通過(guò)以太網(wǎng)與PLC通訊，2臺(tái)工控機(jī)可獨(dú)立監(jiān)控。主要用來(lái)顯示各相電極的工作狀態(tài)，各相電弧電壓和電流，高壓合閘狀態(tài)及電弧爐煉鋼時(shí)過(guò)流報(bào)警記錄，并能根據(jù)不同鋼種加熱工藝調(diào)整一些重要參數(shù)，記錄每次加熱的鋼種，報(bào)表記錄各種鋼的配方，為不斷完善工藝和控制提供重要參數(shù)。

3.1.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

由于該電弧爐容量較大，我們?nèi)赃x用輸出功率較大的電氣—液壓伺服閥系統(tǒng)作為電極升降的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由模擬量輸出信號(hào)控制伺服閥的開關(guān)程度控制電極升降。電極升降的速度與電弧流偏差密切相關(guān)?？紤]到電極的硬度我們對(duì)電極升降的速度在軟件方面做了處理，既能保證電極能快速響應(yīng)，又不致使電極斷裂。

3.2 軟件實(shí)現(xiàn)

由于電氣—液壓伺服閥系統(tǒng)的慣性較大，而冶煉過(guò)程中要保持電極工作穩(wěn)定但是響應(yīng)快，控制電弧流在設(shè)定值下波動(dòng)較小，我們采用恒阻抗PID算法，通過(guò)設(shè)定不同的參數(shù)調(diào)整穩(wěn)態(tài)工作下的電弧流，分段設(shè)定電弧流曲線實(shí)現(xiàn)各個(gè)工作階段的算法。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)應(yīng)用該電極控制系統(tǒng)后，提高了鋼水質(zhì)量，縮短了冶煉時(shí)間，降低了用電單耗從而降低了成本，達(dá)到了理想的控制效果。

參考文獻(xiàn)

[1]森井廉，著.朱果靈，譯.電弧爐煉鋼法[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2006.

[2]花皚，梁正敏.煉鋼電弧爐的電氣設(shè)備[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[3]宋文林.電弧爐煉鋼[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

[4]上海第五鋼鐵廠.電弧爐煉鋼[M].上海：上海人民出版社，1977.

[5]廖常初.S7-300/400 PLC應(yīng)用技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.