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研究钢包炉(LF炉)电极控制系统

1 人参与  2022年06月08日 15:54  分类 : 《随便一记》  评论

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钢包炉(LF炉)是目前炼钢主要的炉外精炼设备之一,LF炉通过电弧加热、炉内还原气氛、气体搅拌等手段,强化热力学和动力学条件,使钢水在短时间内升温、成份调整、脱硫、脱氧、去夹渣、均匀钢水成份和温度,扩大产品品种;并作为转炉、VD/RH与连铸机的中间环节,使钢包精炼炉、VD/RH、连铸协调生产实现多炉连浇,确保连铸机稳定生产。

LF的主要功能之一,就是在一定的时间内,将钢水温度加热到规定的温度值。

首先根据不同钢种的不同化学成分,计算出各钢种的液相线温度,再根据连铸机中间包所需的钢水过热度和大包到中间包的热损失来确定钢包到达连铸机回转台时的钢水温度。再考虑到钢包从精炼到连铸机的运输距离后,即可确定出LF的出站温度。

根据LF的处理周期和加热升温速度,确定出钢包到达LF的进站温度。同样根据出钢时的温度损失和转炉到精炼炉之间的距离也可计算出转炉的出钢温度。

LF炉通常采用石墨电极进行电弧加热,平均升温速度为4~5℃/min,最大升温速度可达7℃/min。炉盖降下罩在钢包炉口的同时,电极降下,插入钢包中加热。LF炉电极加热功率可用下列公式确定,然后用炉子的热平衡计算与钢液升温速度校正。

W理=CMΔt+S%Ws+A%WA式中W理为精炼钢液理论上所需要补偿的能量,kw•h/t;CM为钢液升温1℃所需要的能量,kW•h/t;Δt为钢液的升温数,℃;S%为造渣材料占钢液重的百分比;Ws为熔化占钢液总重1%的渣料所需要的能量,kw•h;A%为合金料占钢液总重的百分数;WA为熔化占钢液总重1%的合金料所需要的能量,kw•h。

电极调节系统主要是通过控制电极的升降来控制电弧,以达到调节LF炉的输入功率,控制温升,取得最佳的熔炼效果的目的,是LF炉的核心设备,它的有效使用,直接影响到整个LF炉的设备运转率。本文介绍了某厂钢包炉(LF炉)的电极调节系统的工作原理及控制方案。

一、系统工作原理


电极调节系统主要由电压电流的测量比较环节、调节器和液压式电极升降装置组成。电极调节系统是一个相对独立的系统,目的是通过液压比例阀控制电极升降,调节电极末端距钢水液面的距离,使电弧长度相对恒定,实现最佳的冶炼效果。电极调节是以弧流控制为基础即依据电流和电压反馈信息,保持给定弧流和运行弧流之间的偏差来实现的。

电极调节的工作原理:取自电流互感器的电弧电流信号和取自电压互感器的电弧电压信号经整流、滤波后,进入电极调节器进行调节,其控制变量输入电液比例阀的电磁线圈。当弧长小于给定值时,电弧电流大于给定值,比例阀输出的电气信号使液压系统带动电极上升;当电弧电流重新达到设定值时,电气信号使比例阀回到中间位置,电极停止移动。反之,当弧长大于给定值时,电弧电流小于给定值,比例阀输出的电气信号使液压系统带动电极下降,电极上升和下降的速度取决于比例阀阀门的开度,即电气信号的大小,控制比例换向阀调节油缸的给油速度。

电极调节器也叫电极位置控制器,从供电系统取得电流、电压反馈信号,按照相应的控制策略进行控制计算,通过计算出的控制结果来调节电极位置。

本系统采用电极平头技术,在加热开始起弧时,使三相电极端面以同一平面下降点弧,防止某一相电极已插入钢水中,其它相电极还在下降的情况。另外在电极升降机构的升降油缸进油口前配有液控单向阀,防止因液压系统故障使电极下坠。

二、控制方案

LF炉自动化控制系统由基础自动化级、过程优化级构成。

基础自动化级(1级)LF精炼炉独立构成一条自动化级网络(采用PROFIBUS网),包括电极升降PLC、综合PLC和工作站。电极升降PLC主要完成电极升降调节控制;综合PLC 主要用于炉体动作、钢包车、吹氩、液压、水冷、加料等的控制,还可以对数据信息采集并处理;工作站主要用于过程和设备的监控,工作站之间的通讯及与化验室的通讯。PLC选用西门子s7400和ET200现场总线,模板采用ET200方式下s7300模板。工作站主要由三台工控机构成。

过程优化级(2级)采用工业以太网结构,可与VD炉,连铸机连成工业以太网,每台LF炉的过程级由三台工控机组成,其中一台为工程师开发站,带intouch开发版和Step7 5.4正版软件。用于优化计算和在线监控,画面显示、操作指导及人机对话。过程控制机可对一级网(基础级)的控制参数进行修正和干预,与厂级计算机之间进行信息交换。

LF炉的电极调节控制过程:

当具备所有冶炼的连锁条件后,三相电极快速下降。在电极下降的过程中,要保持三相电极平头避免某一相电极下降速度过快而插入钢液。一旦发生这种情况,接触钢水的电极必须快速拔起。电极起弧后,电极升降速度取决于弧流的大小而定并始终自动跟踪预先设定的弧流。这部分控制结合过程级系统的指导。

本LF炉的电极调节采用恒阻抗控制控制策略,选用的是PI型阻抗调节器,给出电极调节的快速响应,电极位置变量修正电极电流和电压,这就是阻抗偏差,这种方式是闭环调节。每个电极有一个独立的电极调节环,允许每相有不同的调节设定值。电极臂、母排、电缆等造成三相间电抗不平衡可以弥补,每相电流和阻抗设定值可增加或减小,这样避免了由于耐材损耗或其他原因造成的问题。电极控制环采用阻抗控制,使用电流和电压的反馈信号来保持电极电压和电极电流间的比值恒定。

电极电流在炉子变压器的一次侧测量。然后将所测得的信号根据实际变压器的抽头设定转化为相应的电极电流,电极电压通过电压互感器在二次侧测量。测量系统测量电极和炉子中性点间的电压。电极控制系统输出的设定点是用于液压伺服阀定位的,它对应于一定的电极速度。

钢包炉


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