巴明揚(yáng)

(北京中聯(lián)杰能科技有限公司  北京  100000)

摘要：某鋼廠100噸LF精煉爐采用進(jìn)口知名品牌電極調(diào)節(jié)器，根據(jù)甲方要求，對(duì)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能升級(jí)改造，采用最新控制模型，降低電耗，提高升溫效率，提高智能化操作水平。

關(guān)鍵詞：智能電極調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)；聲吶輔助系統(tǒng)；冶煉控制模型；節(jié)能降耗  

某鋼廠精煉爐電極自動(dòng)化控制系統(tǒng)采用知名進(jìn)口品牌設(shè)備，根據(jù)甲方要求，對(duì)設(shè)備進(jìn)行節(jié)能改造，同時(shí)提高升溫效率。經(jīng)甲方考察，新一代智能自適應(yīng)阻抗技術(shù)（GENOMELT V4.2）,采用聲吶輔助智能埋弧技術(shù)，領(lǐng)先恒阻抗控制一代。雖然恒阻抗控制解決了恒電流控制的不穩(wěn)定問(wèn)題，但面對(duì)不同鋼種及不同冶煉階段渣層厚度不同問(wèn)題，恒定弧長(zhǎng)可能本身就已經(jīng)超過(guò)渣層厚度，造成冶煉噪音大，弧光外露明顯。不同鋼種，或者即使相同鋼種，每爐渣層厚度也不一樣。聲吶埋弧自適應(yīng)阻抗控制技術(shù)，已取得發(fā)明專(zhuān)利，可以主動(dòng)自動(dòng)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)變阻抗控制，主動(dòng)埋弧。比恒阻抗埋弧更好，效率更高，更節(jié)能。

另外，該系統(tǒng)還具有電極升降特性曲線擬合技術(shù)，已取得發(fā)明專(zhuān)利。完全解決了比例閥的死區(qū)、不同步、非線性化等問(wèn)題。提高電爐電極控制的靈敏性和控制柔和度，實(shí)現(xiàn)升降零抖動(dòng)。

該項(xiàng)目實(shí)施并取得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后，噸鋼電耗實(shí)現(xiàn)5.3%的降幅。甲方立即升級(jí)所有剩余LF爐。通過(guò)升級(jí)改造最終達(dá)到提升工藝冶煉效率和設(shè)備升級(jí)的目標(biāo)。

1 電爐電極調(diào)節(jié)自動(dòng)化控制系統(tǒng)存在問(wèn)題介紹

煉鋼廠LF爐電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)由知名國(guó)外企業(yè)供貨，系統(tǒng)基于西門(mén)子S7-400PLC并配備羅氏線圈等檢測(cè)設(shè)備。系統(tǒng)冶煉過(guò)程相對(duì)平穩(wěn)，但智能化水平較低，需操作工進(jìn)行檔位切換，冶煉曲線切換。同時(shí)系統(tǒng)配備硬件加密狗，一旦加密狗損壞將導(dǎo)致系統(tǒng)直接停機(jī)。另外經(jīng)過(guò)對(duì)標(biāo)學(xué)習(xí)，已有更為先進(jìn)的智能電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)，升溫效率更高，更節(jié)能。

2  項(xiàng)目技術(shù)措施及實(shí)施方案

電爐/精煉爐電極調(diào)節(jié)自動(dòng)化系統(tǒng)相對(duì)來(lái)講控制過(guò)程復(fù)雜，要求反應(yīng)靈敏、精度高，對(duì)于改造方案的確定是本項(xiàng)目的關(guān)鍵。新的智能電極控制系統(tǒng)采用西門(mén)子S7-1500系列PLC構(gòu)建，配備ROCOIL羅氏線圈、積分器電流采集裝置，弧壓檢測(cè)箱采集裝置，聲吶系統(tǒng)，控制系統(tǒng)則采用聲吶輔助自適應(yīng)阻抗控制模式，系統(tǒng)由三個(gè)獨(dú)立的阻抗調(diào)節(jié)模型和若干控制子模型構(gòu)成。通過(guò)優(yōu)化設(shè)定的阻抗輸入點(diǎn)，液壓系統(tǒng)特性擬合技術(shù)，重構(gòu)控制模型參數(shù)。

項(xiàng)目實(shí)施的具體方案如下：

（1）采用PLC控制系統(tǒng)代替原設(shè)計(jì)電極調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，作為電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制中心；

（2）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)弧流弧壓信號(hào)的采集裝置進(jìn)行升級(jí)，將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)化為PLC能接收和識(shí)別的信號(hào)；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)埋弧噪聲特征進(jìn)行采集并送入服務(wù)器分析處理；

（3）建立電極調(diào)節(jié)器的控制畫(huà)面和編寫(xiě)電極調(diào)節(jié)器的應(yīng)用程序；

（4）測(cè)試液壓系統(tǒng)對(duì)電極的驅(qū)動(dòng)速度，用于設(shè)置基本的電極控制升降速度參數(shù)；

（5）設(shè)置變壓器每一個(gè)檔位下多個(gè)阻抗值，優(yōu)化變壓器的功率因數(shù)，使變壓器的能力達(dá)到最優(yōu)；電弧功率占有功功率占比提高；

3  冶煉控制模型優(yōu)化

本項(xiàng)目升級(jí)改造的關(guān)鍵亮點(diǎn)在于全程高效埋弧、節(jié)能技術(shù)。

三相電極控制系統(tǒng)提供了三個(gè)獨(dú)立的阻抗控制模型和若干控制子模型。通過(guò)優(yōu)化設(shè)定的阻抗輸入點(diǎn)，使變壓器的功率最大限度的消耗在電弧上，同時(shí)全程高效埋弧，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

節(jié)能首先在于工作點(diǎn)的計(jì)算與選擇，由于變壓器有多個(gè)檔位，而短網(wǎng)是固定的R+JX（短網(wǎng)實(shí)際值的測(cè)定是我司專(zhuān)有技術(shù)，該值對(duì)阻抗控制系統(tǒng)而言極為關(guān)鍵），因此在檔位阻抗工作點(diǎn)的計(jì)算和選取上十分關(guān)鍵。計(jì)算最佳工作點(diǎn)，確保在不同冶煉階段發(fā)揮最優(yōu)電弧功率。我們將計(jì)算變壓器及電抗器不同檔位對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)，包括該工作點(diǎn)下的功率因數(shù)，有功功率，無(wú)功功率，視在功率，電弧功率，對(duì)爐壁的輻射強(qiáng)度，電弧長(zhǎng)度等。由于變壓器及電抗器擁有多種組合，同時(shí)在不同組合下可設(shè)定多條冶煉曲線，因此系統(tǒng)將擁有數(shù)百個(gè)工作點(diǎn)。

液壓系統(tǒng)測(cè)試和模型標(biāo)定匹配：液壓閥是唯一被控對(duì)象，液壓閥的特性曲線測(cè)試尤為重要。每個(gè)液壓閥都有死區(qū)，以及線性度不一樣。要反復(fù)測(cè)試液壓閥死區(qū)、零漂、拐點(diǎn)及斜率速度等。這樣模型輸出值才能精確控制電極升降，也確保系統(tǒng)精確在工作點(diǎn)上運(yùn)行。

1、工作點(diǎn)計(jì)算 

工作點(diǎn)計(jì)算還需考慮電弧長(zhǎng)度與渣層厚度、變壓器檔位特性、變壓器內(nèi)阻抗、短網(wǎng)阻抗（dip test)等參數(shù)，并充分考慮來(lái)料、渣層厚度，爐壁輻射等因素，最大發(fā)揮電弧效率，優(yōu)化埋弧效果，減少對(duì)橫臂及水冷電纜的機(jī)械沖擊，減少對(duì)變壓器及電網(wǎng)沖擊，提高鋼水質(zhì)量及冶煉效能。如果沒(méi)有上述計(jì)算，則設(shè)計(jì)時(shí)就可能導(dǎo)致工作點(diǎn)不佳，如電弧過(guò)長(zhǎng)，弧光暴露，或電弧短導(dǎo)致功率因數(shù)低等問(wèn)題。

依據(jù)電抗器銘牌、變壓器銘牌及短網(wǎng)數(shù)據(jù)計(jì)算，結(jié)果如下表（本文只列舉了變壓器在6檔到12檔短網(wǎng)部分?jǐn)?shù)據(jù)）：

 

2、液壓系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果

系統(tǒng)充分考慮液壓特性對(duì)于冶煉控制的影響。作為系統(tǒng)中唯一的被控對(duì)象，液壓系統(tǒng)的特性對(duì)冶煉表現(xiàn)的影響至關(guān)重要。每一項(xiàng)電極由于液壓部分和機(jī)械部分的因素影響，導(dǎo)致其升降特性不盡相同。液壓系統(tǒng)存在死區(qū)、零漂、線性化差、速度不一致。因此系統(tǒng)將對(duì)液壓特性進(jìn)行測(cè)試并描繪其特性曲線，最終匹配到系統(tǒng)控制參數(shù)中，達(dá)到液壓系統(tǒng)與控制模型高度結(jié)合，確保系統(tǒng)工作在最優(yōu)狀態(tài)。

實(shí)測(cè)液壓特性曲線

4、項(xiàng)目升級(jí)改造完成情況

 通過(guò)計(jì)算今年一年的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，升溫效率提高約10%，新老系統(tǒng)均去除異常包況（檢修包）和頭爐（頭爐等待時(shí)間長(zhǎng)）異常情況，選擇了新老系統(tǒng)樣本數(shù)量最多的三種鋼種，X80-3（管線）、S355J-2(真空)、S355-J1（普通）。通過(guò)對(duì)比新老系統(tǒng)單爐出鋼平均電耗，計(jì)算出新系統(tǒng)總節(jié)能率約為5.45%。實(shí)際噸鋼平均電耗也由48.4kwh/t降低至45.9kwh/t，與三個(gè)鋼種對(duì)比電耗結(jié)果接近。

5  結(jié)論

電極調(diào)節(jié)自動(dòng)化控制系統(tǒng)是電爐生產(chǎn)關(guān)鍵核心設(shè)備，采用先進(jìn)的自適應(yīng)阻抗控制理念，全新的冶煉控制模型，降低機(jī)械沖擊，降低冶煉噪音，減少電能消耗，提高升溫效率，大幅改善電極調(diào)節(jié)器控制系統(tǒng)的特性，冶煉效率得到很大提升。硬件基于西門(mén)子S7-1500系列PLC，帶有控制電路的弧壓檢測(cè)箱，基于羅氏線圈的弧流檢測(cè)元件，聲吶檢測(cè)系統(tǒng)及模型，取消硬件加密狗，構(gòu)建電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)維護(hù)更加便捷。

參考文獻(xiàn)

[1]  巴明揚(yáng).北京中聯(lián)杰能科技有限公司GENOMELT AC電極調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)手冊(cè)

[2]  發(fā)明專(zhuān)利《一種電極升降液壓控制參數(shù)的自整定方法及系統(tǒng)》，2021年4月.

[3]  發(fā)明專(zhuān)利《電弧爐或精煉爐電極變阻抗自適應(yīng)埋弧控制方法及系統(tǒng)》，2021年4月.