彭俊

摘 要：精煉爐是鋁熱法合金生產(chǎn)的重要設(shè)施，其運(yùn)行質(zhì)量及效率可直接影響到合金制品生產(chǎn)水平，需相關(guān)部門在原有基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出專項(xiàng)可行的智能控制系統(tǒng)，對(duì)精煉爐電極進(jìn)行合理管控。本文就針對(duì)此，分析精煉爐電極管控現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)出精煉爐電極智能控制系統(tǒng)方案，以供參考。

關(guān)鍵詞：精煉爐電極;智能控制系統(tǒng);設(shè)計(jì)

前言：在精煉爐實(shí)際運(yùn)行期間，電極是主要控制對(duì)象，可直接影響到爐身整體運(yùn)行效果。為從根本上提升精煉爐電極控制水平，需應(yīng)用更加成熟的智能控制系統(tǒng)，建立起基于能量守恒原理的模型，利用精煉爐內(nèi)熱量以及電流，形成相對(duì)固定的函數(shù)關(guān)系，確保精煉爐內(nèi)溫度與電極變化能夠得到合理調(diào)整。

1 精煉爐發(fā)展現(xiàn)狀

相較于發(fā)達(dá)國家而言，我國精煉技術(shù)起步較晚，20世紀(jì)70年代才開始自主設(shè)計(jì)精煉爐。隨后期鋼鐵制造行業(yè)日漸成熟，精煉爐結(jié)構(gòu)與功能也得到不斷完善，各類先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)、專家系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在精煉爐智能控制過程中，獲得了極為顯著的運(yùn)行效果。

雖然精煉爐技術(shù)已經(jīng)獲得巨大成就，但因當(dāng)前鋼鐵行業(yè)生產(chǎn)過剩，合金需求量降低，此方面研究工作投入力度不足，精煉爐內(nèi)部電極控制依然以可編程邏輯控制系統(tǒng)與人工操作為主，實(shí)際控制效果與預(yù)期目標(biāo)存在較大差異。

在精煉爐實(shí)際環(huán)境極為惡劣，需要從外界向爐內(nèi)添加合金渣料，在遇到不穩(wěn)定因素時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)安全隱患問題，導(dǎo)致精煉爐實(shí)際運(yùn)行質(zhì)量與效率受到嚴(yán)重影響。

2 精煉爐電極調(diào)節(jié)方式

現(xiàn)階段精煉爐主要通過調(diào)節(jié)電極位置方式改變電弧長度，確保精煉爐升溫速率能夠得到根本上管控，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)快速的脫硫脫碳生產(chǎn)目標(biāo)[1]。精煉爐電弧長度對(duì)電弧電流大小具有直接影響，因此需要對(duì)爐內(nèi)電極進(jìn)行合理管控。

舉例而言，在合金精煉處理期間，由于加入輔料與合金渣料，合金液表面會(huì)發(fā)生不同程度波動(dòng)，合金液面與電極距離發(fā)生明顯改變。引發(fā)精煉爐電弧長度改變的因素多種，如合金與渣料加入情況、精煉爐內(nèi)反應(yīng)接觸面積、電極損耗量等。

由于電極位置對(duì)精煉爐加熱電流的影響較為復(fù)雜，僅采用三相電極獨(dú)立控制無法達(dá)到滿足實(shí)際要求的效果。如果精煉爐內(nèi)電極升壓范圍超出預(yù)設(shè)額度，則會(huì)出現(xiàn)三項(xiàng)失衡、諧波干擾等情況，使其他設(shè)備運(yùn)行效果受到不利影響?，F(xiàn)階段應(yīng)用于精煉爐電極調(diào)節(jié)中的方式較多，主要為以下幾種：

第一，恒功率調(diào)節(jié)方式。設(shè)定精煉爐運(yùn)行期間的功率，測(cè)量電弧電流與電弧電壓值，計(jì)算出輸入爐內(nèi)的實(shí)際功率，最后得出功率偏差值[2]。此種方式可以使精煉爐內(nèi)加熱功率不會(huì)受到外界不良因素影響。但由于只保障了爐內(nèi)輸入功率不變，導(dǎo)致控制效果與其目標(biāo)存在較大差異;

第二，恒電流調(diào)節(jié)方式。要求將精煉爐電弧電流控制在合理范圍之內(nèi)，設(shè)定電弧給定電流值、電弧電流測(cè)定值，計(jì)算出電流偏差量。在電流偏差量趨于0的情況下，精煉爐可滿足恒電流控制條件。在單獨(dú)使用此種控制方式期間，自動(dòng)化與智能化水平較低。雖然精煉爐內(nèi)位置沒有發(fā)生明顯改變，但弧柱上的電流會(huì)發(fā)生明顯變化，導(dǎo)致顱內(nèi)工作環(huán)境受到不利影響;

第三，恒阻抗調(diào)節(jié)方式。在精煉爐電極恒阻抗調(diào)節(jié)過程中，需要根據(jù)變壓器母線的電壓與電流。雖然與前兩種控制方式相比，恒阻抗調(diào)節(jié)方法具有明顯優(yōu)勢(shì)，但三相電極之間的耦合作用也會(huì)作用于精煉爐運(yùn)行效果，難以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行控制最優(yōu)化目標(biāo)。

3 精煉爐電極智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1建立精煉爐電極電氣模型

為從根本上提升精煉爐電極智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)效果，需要建立起適宜的電極電氣數(shù)學(xué)模型，更好理解精煉爐三相電極的電氣特征。計(jì)算出精煉爐二次測(cè)給定電壓值，細(xì)致分析精煉爐三項(xiàng)電極之間的相互作用，確保電極控制效果能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)[3]。由于精煉爐采用三相電極加熱方式，且電極之間的耦合作用較為明顯，難以進(jìn)行精準(zhǔn)管控，因此需要首先表明各項(xiàng)弧長變化的規(guī)律，繪制出三相電極等效電路圖。

3.2分析精煉爐液壓傳動(dòng)系統(tǒng)模型

在精煉爐內(nèi)，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)肩負(fù)起控制電極的重要職責(zé)，需要該系統(tǒng)具備較為控制速度與精準(zhǔn)性。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)性能可直接影響到精煉爐升溫效果、溫度精度等指標(biāo)，因此需要計(jì)算出液壓式電極調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。

3.3精煉爐電極智能控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

精煉爐電極智能控制系統(tǒng)可切實(shí)保障精煉爐運(yùn)行效果。在外界過流、短路等干擾下，需要對(duì)爐內(nèi)運(yùn)行效果進(jìn)行全方位管控與及時(shí)補(bǔ)償。本文精煉爐電極智能控制系統(tǒng)主要由上位工控機(jī)與下位可編程邏輯控制系統(tǒng)共同組成，借助MPI通訊協(xié)議，連接精煉爐電極輔助控制可編程邏輯控制器與畫面控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電極全面管控目標(biāo)。

3.4上位機(jī)配置與功能

注重合理配置精煉爐電極智能控制系統(tǒng)上位機(jī)軟件與硬件，確保上位機(jī)各控制功能能夠與實(shí)際設(shè)計(jì)要求相符。選擇合理的組態(tài)軟件，要求該軟件能夠滿足不同精煉爐運(yùn)行要求，提升軟件運(yùn)行期間的操作友好性與運(yùn)行穩(wěn)定性[4]。借助編輯畫面模擬精煉爐運(yùn)行情況，高質(zhì)高效完成精煉爐電極控制任務(wù)。

3.5電極自動(dòng)調(diào)節(jié)上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

做好精煉爐電極自動(dòng)調(diào)節(jié)上位監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)工作，要求電極調(diào)節(jié)界面包括電極示意圖、電弧電流、電壓數(shù)據(jù)與柱狀圖。輸入電弧電流、電壓檢測(cè)信號(hào)，利用控制器對(duì)控制信號(hào)與液壓閥開度進(jìn)行管控，用以完成電極自動(dòng)調(diào)節(jié)工作。為從根本上提升電極自動(dòng)調(diào)節(jié)上位機(jī)控制系統(tǒng)的可操作性能，還需要對(duì)原有二次儀表顯示內(nèi)容進(jìn)行完善，提升系統(tǒng)的可操作性。

在監(jiān)控系統(tǒng)中雖然運(yùn)用了組態(tài)王軟件輔助設(shè)計(jì)，但由于精煉爐運(yùn)行期間的變量較多，該軟件運(yùn)算速度與精度仍需要不斷優(yōu)化，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)部功能進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

4總結(jié)

總而言之，為保障精煉爐安全可靠運(yùn)行，需要對(duì)運(yùn)行期間的電極進(jìn)行合理管控。設(shè)計(jì)出功能完善的智能控制系統(tǒng)，從根本上提高精煉爐運(yùn)行期間的質(zhì)量與效率。注重將溫度預(yù)報(bào)理論應(yīng)用在智能控制系統(tǒng)模型建立過程中，最后借助仿真驗(yàn)證方式驗(yàn)證智能控制系統(tǒng)運(yùn)行可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]姚震宇.鋼包精煉爐電極監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D].內(nèi)蒙古科技大學(xué)，2020.

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[3]張祝威.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電弧爐電極系統(tǒng)自適應(yīng)PID控制[D].安徽工業(yè)大學(xué)，2019.

[4]劉強(qiáng)，閆志國.LF精煉爐智能數(shù)字電極控制系統(tǒng)性能分析[J].包鋼科技，2016，42（03）：68-71.

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