LF精煉爐電極升降控制系統(tǒng)探討

劉慧博 程欣 內(nèi)蒙古科技大學

70年代初期，LF在日本發(fā)展起來。這種鋼包精煉型爐外精煉設(shè)備除了可以為連鑄提供成分準確且均勻的鋼水、對煉鋼與連鑄的節(jié)奏進行協(xié)調(diào)，還可以合金含量較高的鋼種進行開發(fā)。由于現(xiàn)階段鋼鐵行業(yè)逐步進入了微利時代，陳舊的精煉爐電機升降調(diào)節(jié)器無法使得很多企業(yè)達到降低成本增加效益的目的，所以勢必會進行精煉爐電極調(diào)節(jié)器進行改造。所以，如果能夠?qū)ζ溥M行電極調(diào)節(jié)升級，將會成為企業(yè)發(fā)展的又一機遇。因此本文以LF精煉爐為研究對象，簡單對爐外精煉的電極升降系統(tǒng)進行分析。

1 精煉爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)分析

1.1 精煉爐電極調(diào)節(jié)中存在的問題

由于目前大部分工廠里用都是已經(jīng)陳舊的恒電流調(diào)節(jié)器，而這種調(diào)節(jié)器存在著許多不足。由于這種調(diào)節(jié)器的技術(shù)是運用早期的電弧控制，不能提供連續(xù)的電流，并且目前的電極調(diào)節(jié)器都是通過變壓器一次側(cè)采集弧流信號，這就出現(xiàn)了信號采集點的不適合，從而導(dǎo)致在反映到二次側(cè)時出現(xiàn)誤差。也就出現(xiàn)了調(diào)節(jié)器的控制精度不準確，對消耗能源過于巨大等問題。除此之外，控制信號處理差，加大了工作人員的工作難度、設(shè)備的使用出現(xiàn)問題等問題也都層出不窮。這是因為舊式的電極調(diào)節(jié)器的輸出讓比例閥的控制信號無法做出斜坡及平滑處理，而且由于電極調(diào)節(jié)器疊加的保護功能較少，所以就無法做出更加完善的保護。

1.2 電極升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作原理

電極升降行程機構(gòu)的改造主要包含兩個系統(tǒng)，一是由立柱、橫臂、柱塞液壓缸和導(dǎo)向輪所組成，二是由提升液壓缸、鏈輪鏈條和同步軸組成。也就是說，電極升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)就是通過將電弧的電學和物理參數(shù)輸入到閉環(huán)的電極位置控制系統(tǒng)中，達到確保在整個冶煉過程中操作的穩(wěn)定的目的。與此同時，我們著重考慮安全和功率以及提高電極的壽命。

2 電極位置液壓控制系統(tǒng)分析

2.1 液壓系統(tǒng)設(shè)計

交流電弧精煉爐是煉鋼廠中重要的精煉設(shè)備。其較其他冶煉爐具備獲得更高爐溫的能力，且擁有爐溫可靈活控制等優(yōu)點，有相對較高的熱利用率，通常能達到60%以上。

交流電弧爐原理是利用三根帶有高壓的石墨電極盡可能地靠近煉鋼爐內(nèi)的鋼液面，用電壓擊穿空氣，產(chǎn)生電弧，從而將電能轉(zhuǎn)化為熱能，實現(xiàn)精準控制鋼水的溫度，進行鋼水的精煉，提高所煉鋼的品質(zhì)的目標，同時為下一步的澆鑄創(chuàng)造良好的條件。

交流電弧精煉爐在每一次精煉時，在控制過程中，要先讓電極升降缸都處于最上位，用比例換向閥得到電力，使三電極缸在重力的作用下同步地下降。在電極非常接近鋼液面時產(chǎn)生電弧，這時候，我們用輸入比例換向閥中的信號的方法來調(diào)整電極的位置，對爐中的溫度進行精準控制。在這其中，我們可以使用R4WRZE比例方向閥，此閥具有閥芯位移反饋功能，在性能上具有很好的靜態(tài)性能與動態(tài)性能。通過此種比例方向閥，可以在此電極閉環(huán)控制系統(tǒng)中取代以往的伺服閥，實現(xiàn)降低了成本的目的。同時由于此閥對油液清潔度沒有過高的要求，因此維護更加方便。而柱塞缸的選擇，可以起到提高液壓固有頻率和節(jié)省能源的作用。單向閥在防止立柱在重力作用下自由下落時起到作用，同時也在因意外產(chǎn)生的反響高壓對泵體的沖擊方面起到了巨大的作用。為了防止電機或者液壓泵突然損壞對爐內(nèi)造成鋼水造成破壞，系統(tǒng)備有兩套動力裝置。

3 系統(tǒng)的建模與仿真

運用動態(tài)計算中獲得的各個部件傳遞函數(shù)以及控制原理圖的過程中以及在對系統(tǒng)進行PID校正中，可以運用Simulink建立系統(tǒng)的仿真建模。不過，這種系統(tǒng)單純靠調(diào)增往往滿足不了系統(tǒng)的全部性能指標。比如，系統(tǒng)的反饋增益為93，系統(tǒng)經(jīng)過近兩秒后才開始趨向于穩(wěn)定，可以看出系統(tǒng)出現(xiàn)了較明顯的滯后現(xiàn)象，這在實際生產(chǎn)中是不可以出現(xiàn)的。

液壓位置控制系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)通?？梢院喕癁橐粋€積分環(huán)節(jié)和一個震蕩環(huán)節(jié)，由于液壓阻尼比一般較小，會使得相位裕量有余而增益裕量不足。除此之外，其參數(shù)變化較大，尤其是阻尼比隨工作點會在很大范圍內(nèi)變化。對于此種情況，本研究充分利用PD控制器進行控制效果的優(yōu)化。結(jié)果可以看出系統(tǒng)響應(yīng)速度很快并且在一定超調(diào)量之后快速達到穩(wěn)定狀態(tài)，所以也證明了該系統(tǒng)是合理的。

4 結(jié)束語

對于LF精煉爐設(shè)計的電極升降液壓比例控制系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)建模研究和仿真分析，證明系統(tǒng)是可靠穩(wěn)定的。研究結(jié)論在實際生產(chǎn)中得以應(yīng)用，并很好地對系統(tǒng)性能進行了改進，因此具有一定的生產(chǎn)應(yīng)用以及推廣價值。

綜上所述，在未來的工作中，LF爐外精煉電極升降系統(tǒng)有著很大的發(fā)展空間。相關(guān)企業(yè)在跟著經(jīng)濟發(fā)展的腳步的同時，協(xié)調(diào)設(shè)備與工程，促進共同發(fā)展。相信在國家、企業(yè)以及個人的共同努力下，LF爐外精煉電極升降系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢會越來越好，從而提升企業(yè)的整體效益。

[1]蔣君毅.淺談LF精煉爐電極升降調(diào)節(jié)系統(tǒng)[J].中國科技縱橫，2016(13).

[2]徐加祥，潘華國.LF精煉爐電極升降調(diào)節(jié)器的升級應(yīng)用[J].浙江冶金，2015(2)：56-57.