1、自动化与仪器仪表 2009 年第 5 期 （总第 145 期）67LF 炉电极控制原理及应用王虞麒( 攀钢集团信息工程技术有限责任公司 四川攀枝花， 617062)摘 要 ： LF 炉是目前最广泛应用的炉外精炼设备之一， LF 炉的主要任务包括脱氧、 脱硫、 去气、 去夹杂物、 升温并调整出钢温度， 合金化并调整钢水化学成分。 电极调节是 LF 炉冶炼的关键技术， 本文介绍攀钢方坯连铸 LF 炉电极控制系统的结构及原理， 详细描述了系统的调节模式。关键词 ： LF ； 电极 ； 控制Abstract: At present, Ladle Furnace is the most widely u
2、sed one of external refining equipment.Main function of Ladle Furnaceinclude deoxidation, desulfurization, degassing, remove other impurities, raise the temperature, alloy addition and adjust the chemicalcomposition of molten metal. Electrode control is key technology of Ladle Furnace process. First
3、, the paper introduced structure andprinciple of Electrode control system. Then regulation mode of Electrode control system are described in detail.Key words: LF ; Electrode ; Control中图分类号： TP273 文献标识码： B 文章编号： 1001-9227(2009)05-0067-020 引 言攀钢集团于 2003 年新建了一台年产 120 万吨的六流大方坯连铸机， 方坯 LF 炉是大方坯连铸机建设的配套工程。
4、LF 炉主要由钢包移送系统， 吹氩搅拌系统、 电极加热系统、 合金添加系统、 测温取样系统、 喂丝机等设备组成。 其核心系统是电极加热系统， 而电极调节又是电极加热系统的关键技术。1 基本结构及原理电极加热系统 ： 是通过特殊的大功率变压器产生交流电通过石墨电极与钢水之间产生的高温电弧， 作为热源来加热钢水， 电弧温度可高达几千甚至上万度。 要求变压器有高的一次侧电压和低的一次侧电流， 并且须低的二次侧电压和二次高电流以产生高温电弧。 二次电压和电极到钢水的距离决定了二次电流。 三个电极的距离分别通过三个液压缸精确控制。LF 炉电极控制系统如图 1 所示， 由炉用变压器、 电极控制盘、 短网、
5、 伺服阀以及电极升降机构等组成。对于电极加热系统来讲， 最重要的参数就是电压、 电流的设定值， 在整个加热过程中要考虑这些因数， 如加热效率、 电能消耗、 耐材消耗等等。 选择合适的电流是为了充分发挥设备能力， 提高钢水升温速度。单相电极等效电路图如图 2 所示。电弧功率 P=Uh . I 2 = I 2（ U 2 . cos - I 2 r ）图 1 LF 炉电极控制系统结构图r 为短网电阻； X 为短网感抗； R 为电弧电阻图 2 电极等效电路图要确定电压电流曲线， 就必须估计实际负载， 要估计实际负载须知道以下参数 ：(1) 变压器一次侧压降 ； (2) 变压器二次侧压降 ； (3) 最
6、大视在功率 ； (4) 短网电阻 ； (5) 短网感抗 ； (6) 短网功率因数 cos 。但是电弧阻抗不是一个常数， 我们只能根据计算选择一个折中的曲线在最大视在功率， 最大二次电流， 最大二次电压， 最小二次电压， 短网功率因数 cos 的限制的范围内。最大的功率因数对应着最大的电弧长度， 最大的功率因数约在 0.87 。 当电极与钢水的距离超过一定值时， 因为电子电能的损耗将使电弧不稳定， 甚至熄灭。 即使在其边缘， 由于电流太小， 对于系统来说也是毫无意义的。 所以选择曲线只能在所示的工作范围之内。在加热开始时由于负载的波动和电极的快速动作，收稿日期 :2009-04-19作者简介 ：
7、 王虞琪 (1975-), 男 , 汉族 , 四川高县人 , 工程师 ,现从事电气、 仪表及控制系统的设计、 编程和调试工作。68将产生高次谐波， 使无功功率增加， 有功功率降低， 在控制稳定以后， 有功功率增加， 无功功率降低。 如何控制使其能满足不同的生产过程达到最优的加热效率。 可以利用自适应方法， 不断的优化控制参数， 预测实践发生， 修改设定。2 操作方式操作控制方式有手动、 自动和计算机方式。2 .1 手动方式在手动方式下首先人工选择电压档。 然后人工控制电极上升 / 下降以控制电流的大小。2 .2 自动和计算机方式在自动方式下选择首先人工选择电压档， 再设定电流曲线号。 启动后命
8、令经 PLC 送到电极控制系统， 电极控制系统根据设定值控制电极下降、 起弧、 加热， 同时反馈实际电流， 电极实际位置。 在计算机方式由二级计算机根据工艺状况设定电压档和电流曲线号。 电弧长度由电极控制盘控制电极升降来调节， 在同一电压等级下电弧越短电流越大， 电弧长则电流小。 电压越高电弧越长。 但电流的大小受最大电流和最小电流的限制。3 电极调节控制模式有两种控制模式 ： 既电流控制模式和阻抗控制模式。3 .1 电流控制模式在电流控制模式下是以调节电弧电流为目的。图 3 电流控制模式直接用二次电流作为反馈， 来自曲线的设定值 I x 与测量电流 I 2 比较得系统偏差 E ， 经放大再除
9、以额定电流经限幅输出， 同时监视其电流、 电压和伺服阀是否超限和异常， 一旦发生， 则控制器自动按异常情况输出。 在电流控制模式下， 线电压仅用于显示而不参与控制。3 .2 阻抗控制模式在阻抗控制模式中控制器是以调节电弧阻抗为目的，反馈阻抗 Z 2 是通过电压反馈 U 2 ， 电流反馈 I 2 计算出来的Z 2 =U 2 /I 2 , 设定阻抗 Z x 是根据线电压 U 和参考电流得出 Z x =U/(1.732I x ), 阻抗控制模式示意图如图 4 所示。图 4 阻抗控制模式在这种控制模式下， 设定电流将将是变化的 I x =U 2 /Z x ,此时系统偏差 X d =(1.732U 2
10、/U) . I x -I 2 ,I x 来自 Z 曲线表， U 2 是相电压， U 是线电压。电极加热系统逻辑控制流程图如图 5 所示。图 5 电极加热系统逻辑控制流程图4 结束语本系统于 2003 年 6 月热负荷试车成功， 顺利通过 SMSMEVAC 和攀钢炼钢厂的功能考核， 系统的各项性能指标达到了设计要求。 系统自投运以来， 整个基础自动化系统没有出现任何故障停机事件， 系统运行稳定可靠。参考文献1 黄道鑫主编 . 提钒炼钢 M. 冶金工业出版社 ,1993.8崔 坚 , 李 佳 , 杨 光 . 西门子工业网络通信指南 （下册） M. 机械工业出版社 ,2005Prof.Bender,PROFIBUS Fieldbus for Automation:PROFIBUSUser Organization 1996.7Communication with SIMATIC:SIEMENS 1997.3Industrial Communication Networks NCM S7 for industrialEthernet:SIEMENS 1996.83452LF 炉电极控制原理及应用 王虞麒
