LF精炼炉电极升降控制系统探讨

刘慧博 程欣 内蒙古科技大学

70年代初期，LF在日本发展起来。这种钢包精炼型炉外精炼设备除了可以为连铸提供成分准确且均匀的钢水、对炼钢与连铸的节奏进行协调，还可以合金含量较高的钢种进行开发。由于现阶段钢铁行业逐步进入了微利时代，陈旧的精炼炉电机升降调节器无法使得很多企业达到降低成本增加效益的目的，所以势必会进行精炼炉电极调节器进行改造。所以，如果能够对其进行电极调节升级，将会成为企业发展的又一机遇。因此本文以LF精炼炉为研究对象，简单对炉外精炼的电极升降系统进行分析。

1 精炼炉电极调节系统分析

1.1 精炼炉电极调节中存在的问题

由于目前大部分工厂里用都是已经陈旧的恒电流调节器，而这种调节器存在着许多不足。由于这种调节器的技术是运用早期的电弧控制，不能提供连续的电流，并且目前的电极调节器都是通过变压器一次侧采集弧流信号，这就出现了信号采集点的不适合，从而导致在反映到二次侧时出现误差。也就出现了调节器的控制精度不准确，对消耗能源过于巨大等问题。除此之外，控制信号处理差，加大了工作人员的工作难度、设备的使用出现问题等问题也都层出不穷。这是因为旧式的电极调节器的输出让比例阀的控制信号无法做出斜坡及平滑处理，而且由于电极调节器叠加的保护功能较少，所以就无法做出更加完善的保护。

1.2 电极升降调节系统的工作原理

电极升降行程机构的改造主要包含两个系统，一是由立柱、横臂、柱塞液压缸和导向轮所组成，二是由提升液压缸、链轮链条和同步轴组成。也就是说，电极升降调节系统就是通过将电弧的电学和物理参数输入到闭环的电极位置控制系统中，达到确保在整个冶炼过程中操作的稳定的目的。与此同时，我们着重考虑安全和功率以及提高电极的寿命。

2 电极位置液压控制系统分析

2.1 液压系统设计

交流电弧精炼炉是炼钢厂中重要的精炼设备。其较其他冶炼炉具备获得更高炉温的能力，且拥有炉温可灵活控制等优点，有相对较高的热利用率，通常能达到60%以上。

交流电弧炉原理是利用三根带有高压的石墨电极尽可能地靠近炼钢炉内的钢液面，用电压击穿空气，产生电弧，从而将电能转化为热能，实现精准控制钢水的温度，进行钢水的精炼，提高所炼钢的品质的目标，同时为下一步的浇铸创造良好的条件。

交流电弧精炼炉在每一次精炼时，在控制过程中，要先让电极升降缸都处于最上位，用比例换向阀得到电力，使三电极缸在重力的作用下同步地下降。在电极非常接近钢液面时产生电弧，这时候，我们用输入比例换向阀中的信号的方法来调整电极的位置，对炉中的温度进行精准控制。在这其中，我们可以使用R4WRZE比例方向阀，此阀具有阀芯位移反馈功能，在性能上具有很好的静态性能与动态性能。通过此种比例方向阀，可以在此电极闭环控制系统中取代以往的伺服阀，实现降低了成本的目的。同时由于此阀对油液清洁度没有过高的要求，因此维护更加方便。而柱塞缸的选择，可以起到提高液压固有频率和节省能源的作用。单向阀在防止立柱在重力作用下自由下落时起到作用，同时也在因意外产生的反响高压对泵体的冲击方面起到了巨大的作用。为了防止电机或者液压泵突然损坏对炉内造成钢水造成破坏，系统备有两套动力装置。

3 系统的建模与仿真

运用动态计算中获得的各个部件传递函数以及控制原理图的过程中以及在对系统进行PID校正中，可以运用Simulink建立系统的仿真建模。不过，这种系统单纯靠调增往往满足不了系统的全部性能指标。比如，系统的反馈增益为93，系统经过近两秒后才开始趋向于稳定，可以看出系统出现了较明显的滞后现象，这在实际生产中是不可以出现的。

液压位置控制系统的开环传递函数通常可以简化为一个积分环节和一个震荡环节，由于液压阻尼比一般较小，会使得相位裕量有余而增益裕量不足。除此之外，其参数变化较大，尤其是阻尼比随工作点会在很大范围内变化。对于此种情况，本研究充分利用PD控制器进行控制效果的优化。结果可以看出系统响应速度很快并且在一定超调量之后快速达到稳定状态，所以也证明了该系统是合理的。

4 结束语

对于LF精炼炉设计的电极升降液压比例控制系统，经过系统建模研究和仿真分析，证明系统是可靠稳定的。研究结论在实际生产中得以应用，并很好地对系统性能进行了改进，因此具有一定的生产应用以及推广价值。

综上所述，在未来的工作中，LF炉外精炼电极升降系统有着很大的发展空间。相关企业在跟着经济发展的脚步的同时，协调设备与工程，促进共同发展。相信在国家、企业以及个人的共同努力下，LF炉外精炼电极升降系统未来的发展趋势会越来越好，从而提升企业的整体效益。

[1]蒋君毅.浅谈LF精炼炉电极升降调节系统[J].中国科技纵横，2016(13).

[2]徐加祥，潘华国.LF精炼炉电极升降调节器的升级应用[J].浙江冶金，2015(2)：56-57.