電極恒阻抗控制在冶煉埋弧操作上的優越性

楊 帆，胡正君，王 尚，戴本俊，吳 越

（寶武集團馬鋼股份特鋼公司，安徽，馬鞍山 243000）

馬鋼股份特鋼公司擁有雙工位LF 爐1 臺，單工位LF 爐1 臺，原電極控制采用恒電流調節，二次側電壓和電流檢測通過控制檢測電纜傳輸到獨立PLC，PLC 之間通過工業以太網傳輸信號。

1 基本理論

（1）埋弧操作在冶煉過程中，通過提高升溫速率，降低電耗，增加渣鋼反應界面，加快脫硫速度。（2）阻抗。對于一個具體控制回路，阻抗不是不變的，而是隨著頻率變化而變化。在電阻、電感和電容串聯電路中，電路的阻抗一般來說比電阻大。在冶煉周期內，阻抗的變化主要取決于電極尖端和鋼水液面之間的阻抗值變化。

2 電極控制方式

EAF 爐和LF 爐電極調節控制一般有四種方式：恒功率、恒電流、恒電壓、恒阻抗。電極的程序控制算法都是基于上述四種方法。

（1）恒功率控制。電極的恒功率調節，因不同功率因素和變壓器負載不同，導致電極調節器無法始終工作在最佳狀態。

（2）恒電流控制。電極的恒電流調節要結合弧壓檢測來控制，電流和消耗在爐內的功率比較平穩，無功功率比較小，具有很高的靈敏度。但是埋弧操作時實際電流往往波動很大。

（3）恒電壓控制。電極的恒壓法調節靈敏度非常低。冶煉期間往往采用低電壓、大電流的供電方法，同時當電弧電流變化很大時，電弧的電壓變化卻很小，調節靈敏度低，很少采用。

（4）恒阻抗控制。電極的恒阻抗控制方法即維持弧電壓和弧電流比值一定，并對其偏差進行調節的控制策略在技術上是最先進的。它能保證調節過程高度自動化，還具有一定的解耦的功能。采用恒阻抗方法進行電極調節，可以使功率消耗、電極消耗相應減少，電極消耗大大降低，出鋼時間減少，能源利用率高，是目前較先進的電極調節器控制方式。

3 控制原理和埋弧原理

（1）電極恒阻抗調節公式：Ki×I-Ku×U=0。

式中：Ki為變壓器特性參數，Ku為工作點特性參數，I 為一次側電流，U 為二次側電壓。

根據公式（1），程序設計電極在自動控制過程中控制埋弧阻抗，使電爐電流始終在工作點附近，達到變壓器最佳的工作特性。圖1 是阻抗調節控制圖中，最優調節曲線追尋圖。

圖1

（2）埋弧造渣條件。鋼包渣厚度大于弧長2 倍能夠實現完全埋弧。由于不同檔位電壓弧長不同，建立變壓器檔位和渣厚匹配表并嚴格執行，才能實現合理的埋弧操作。

式中：Larc為電弧長度；Uarc為電弧電壓；A 為電弧沖擊深度；B 為弧電壓降。電弧長度主要取決于二次電壓，也就是說二次電壓越大，電弧越細長。

（4）埋弧效果判定標準。電弧聲音響亮、尖銳，埋弧效果不好；電弧聲音低沉，發悶，說明埋弧效果好；同樣鋼包狀況，同樣變壓器檔位，升溫速率慢，埋弧效果不好，升溫速率快，說明埋弧效果好。

（5）影響渣厚因素。通過改善爐 渣特性形成一定儲氣能力的基渣或加入發泡劑，使爐渣發泡，提高爐渣厚度；造渣劑即可做脫氧劑，也可做發泡劑，但在冶煉中后期，由于渣中氧化鐵等不穩定氧化物減少，發泡能力下降。

4 電極恒阻抗在埋弧操作的優越性

（1）恒電流埋弧。以恒電流操作埋弧為例，存在以下缺陷：穩弧時間長，噪音較大；升溫期間弧光裸露爐次比較常見；升溫速度慢；變壓器功率因數低；能源利用率低（2）恒電流埋弧。相比于恒電流操作埋弧為例，恒阻抗埋弧操作穩弧時間短，噪音較??；升溫速度快；整個加熱過程中，變壓器功率因數高；能源利用率高；二次側電流電流跟隨工作點程度高，弧壓弧流較穩定，如圖2。

（3）工藝結合恒阻抗調節。①控制鋼包底吹；②渣厚與變壓器檔位控制；③最佳渣料成分匹配；④鋼包透氣磚效果；⑤控制升溫速率。

圖2

5 結 語

馬鋼股份特鋼公司原有恒電流調節器改造為恒阻抗調節器后，進一步優化了工藝操作，溫度和成分控制較穩定，能耗進一步降低，較好的發揮了設備優勢。