精炼炉电极智能控制系统的分析

精炼炉电极智能控制系统的分析

余传铭

关键词：精炼炉；电极智能控制系统；控制模型

前言：冶炼技术能够直接反映出一个国家的工业水平、能力。我国精炼技术的起步要晚于西方发达国家，虽然在电极控制方面得到了很大的进步，但是依然有很大的进步空间。随着智能技术的发展与普及，将其应用在精炼炉的电极控制中，能够有效的弥补其不足，保障精炼炉能够稳定运行。

1.精炼炉电极智能控制系统的要求

将精炼炉应用在钢铁冶炼中最主要的目的就是在钢水还原反应、钢包散热以及热损失的同时，能够及时为钢水加热，使钢水符合连铸的具体需求。因此，精炼炉中的电极智能控制器应该以控制温度为主，通过温度保护电极受到损伤。

在精炼钢铁的不同阶段，需要适当调整电极的额定值，因此与之相对应的要求也发生变化：（1）在起弧以前，对电极控制的灵敏度要求较高；（2）在刚刚起弧的情况下，应该加快跟踪速度，并提高电极控制的灵敏度；（3）在正常加热的时候，要求电极控制具有就较高的精度；（4）受强吹氩等外界影响时，为了避免发生断路则要求电极控制具有较快的响应速度。

在保障系统稳定运行的前提下，可以将电极调节的具体要求归为以下几点：（1）灵敏度较高；（2）接通电源时，保证电极能够实现自动燃弧；（3）断开电源时，三相电极可以实现自动变化；（4）在正常电流的范围内，其误差不超过5%，使其尽量平滑；（5）调节完成以后，将原本由动到静的变化改为收敛式振动；（6）能够迅速切换手动控制与自动控制；（7）电极控制器需要具有较强的造作性与可靠性[1]。

2.精炼炉电极智能控制系统的建立

2.1控制策略

根据精炼炉生产提供的钢水升温曲线、供电制度等，需要将保障精炼炉中的三相电流电极的稳定与均衡为具体目标，以此降低精炼炉钢水升温曲线实际值与理想值之间的差距。

2.2控制模型

最后，将公式（4）、公式（5）组合起来，形成PID串级控制，将公式（4）用作后级控制，公式（5）用作前级控制。在任意一个t时刻，如果测量精炼炉中钢水的工艺要求、温度标准与△T存在以差异，就需要依据公式（4）计算△I，即电流增量，将I+△I作为全新的电流值，并由PID控制实现稳定运行[2]。

2.3控制过程

将二次侧三相电压的信号传输至变送器中，然后会产生三个正比的电压信号，其变化程度在0V~5V之间，通过信号隔离器将电压介入PLC模块中。当三相电极的电流在互感器中发生转换以后，会再次产生三个正比电流信号，经过变送器的作用，会产生4mA~20mA的信号便会进入PLC中。

PLC中有已经编制完成的程序，以此为基础对上述的信号进行判断比较、处理转换以及PID计算，最后输出一个完整的控制信号，在利用PLC的模拟量功能，输出一个具体的电压信号比例阀，进而得到对应的开度增量，即△V，最后实现对电极的控制。由于该电压信号在钢铁冶炼的过程中会发生方向、数值的变化，因此阀门的方向、大小也会发生变化，从而达到自动调节电极、电流的目的。

在冶炼的过程中，如果电流值小于设定值，当PLC处理电流以后会产生正差值的信号，然后根据具体的需求降低电极、增大电流，直至电流的实际值等于设定制。当电流的实际值大于设定值时，PLC在处理电流以后会得到一个负差值，结合钢铁生产的需求，增大电极，减小电流，同样到电流的实际值等于设定制结束。

2.4控制实现

结合上文中的公式（4）、公式（5）建立的控制模型，当精炼中的钢水与理论工艺要求、温度标准发生△T偏差时，可以利用升降电极的方式对三相电流展开宏观调控。每相电流的增量是△I，并将其作为作为产生电流偏差时的出入量，然后进行PID计算。另外，将公式（5）的计算结果，用作三相电极中的整定值，并对电极的升降程度进行微观控制，进而达到跟踪工艺生产要求而变换温度的目的。最后，在实际的应用与操作中，经过对PID的摸索与探究，可以得出微分时间、积分时间以及比例常数[3]。

3.精炼炉电极智能控制系统的应用

2016年，某钢铁企业将120t的精炼炉应用在钢铁冶炼中。在使用精炼炉电极智能控制系统时，在三相电极符合要求的前提下将其调为最大高度，并且在满足生产安全的条件下，启动自动冶炼按钮，缓慢降低电极。当三相电极之间靠近钢水时，就会发生放电拉弧的现象，直至实际的电弧电流值等于设定制时，就会自动结束电弧的过程。在冶炼钢铁的初级阶段，接通底吹的氩管路，使钢水在氩气的环境下，通过搅拌的方式导致电弧发生不规则的运动，进而发生电极频繁窜动的现象。为了能够减少上述现象对精炼炉运行状态的影响，智能控制系统便会发挥其作用，重新计算输出的电流，并选择适合冶炼钢铁需求的档位，保障电极的稳定性，进而提高钢铁生产的质量。

使用电极智能控制系统以后，需要改变传统钢铁冶炼过程的参数：精炼炉的额定容量为120t；最大的上升速度应该≥6m/min；最大的下降速度需要≥4.8m/min；做出响应的时间应＜0.2s；精炼过程中三相电极的不平衡度应该≤4%。

结语：综上所述，精炼炉是提高钢铁生产质量、提高生产工艺的重要工具，将电极智能控制系统应用其中需要遵循具体的要求。以此为基础，精炼炉实现了自动调节温度、电极的目的，满足了钢铁冶炼过程的需求。所以，可以大力提倡将精炼炉电极智能控制系统应用在冶炼工艺中。

参考文献：

[1]刘强,闫志国.LF精炼炉智能数字电极控制系统性能分析[J].包钢科技,2016,4203:68-71.[2017-08-18].

[2]肖爱达,李光强,谢世正,邓之勋.基于自适应模型的精炼炉合金加料智能控制系统[J].冶金自动化,2017,4101:52-57.(2017-01-06)[2017-08-18].