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)過程，經(jīng)現(xiàn)場調(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)控制過程中容易出現(xiàn)過流、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

在電弧爐冶煉過程中，一般要求電功率保持不變，恒功率調(diào)節(jié)。通過抽頭變壓器選定檔位后輸入到電弧爐的功率與電弧的長短有直接關(guān)系，當(dāng)電弧長度發(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)。考慮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

通過應(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。

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