变化率理论在电弧炉电极控制中的应用

变化率理论在电弧炉电极控制中的应用

摘要：工程中有很多关于时间参数的方程，而微分在时间参数方程中应用能够得到单位时间内的变化率。这也是微分概念的在工程中的应用。电炉炼钢中，将冶炼电流通过电流互感器、电流变送器送入到plc中，通过不断的计算电流在0.1秒内的电流差能够得到电流的变化率。根据单位时间内电流的变化率，判断出塌料现象的发生，提前控制电极的提升与下降，避免塌料现象造成的损害。关键词：电弧炉炼钢；变化率；plc；塌料判断；电极控制

电弧炉炼钢控制中，最重要的是控制电极与炉料间的间距，使其产生持续而稳定的电弧。电极控制的好，不仅能够降低电能损耗，同时也能节省冶炼时间，减少石墨电极的损耗，极大的降低冶炼成本。

在电极控制中，重点是在冶炼的起弧期、穿井期和电极提升期的控制。在这阶段，由于炉料在熔化过程中极其的不稳定。塌料现象就是电极控制的难点，它不但导致短路而使电流急剧增大，从而产生主电路跳闸保护中断冶炼，延长冶炼的时间，而且还可能造成倒塌的炉料砸断电极，造成电极的大量损耗。而塌料控制的难点是如何尽早判断出塌料现象的发生，使电极提前以大于正常冶炼提升的速度进行快速提升。本文重点在于运用微分理论来提前判断出塌料现象。

1 电极正常冶炼动作与塌料时电极动作分析

电极正常冶炼时：电极以低速下降起弧，起弧后电流一般都会大

于设定的主电路电流，电极根据实际电流与设定电流的差值来决定电极提升的速度，一般都会控制其速度，速度不能大于一个极限值，我们这里称为极限值1。这个极限值的确定需要在实际中根据具体的电炉设备来确定，如果这个值太小，电机提升的速度太慢，就会造成由于电流长时间大于主电流设定的保护值，造成主电路断路器跳闸保护。造成冶炼时间的增长，同时增加主电路元件损坏的风险。如果极限值1太大，则很容易拉断电弧。拉断电弧后得需要重新起弧，而我们则希望得到持续的电弧来冶炼，从而缩短冶炼时间，减少电能损耗。这个极限值应该是略大约电极下降速度。

电极在塌料时：当发生塌料现象时，尤其是穿井后期的塌料。电极与炉料短路，电流远远大于设定值。如果电极仍然以极限值1的速度提升就远远不够，必须提高提升速度。这个速度极限值我们成为极限值2，我们可以确认的是极限值2远大于极限值1。

2 如何利用微分概念来判断塌料现象发生

在传统的塌料判断中，是利用短路电流远大于设定电流。我们确定一个远大于设定电流的值作为短路判断。当电流大于这个值时认为是发生塌料，从而使电流快速提升。我们可以看出，利用这种方法判断塌料现象的发生有它的滞后性。等判断出塌料发生时电流已经很大，已经发生损害。

在炼钢过程中，由于塌料的损害往往在1秒内就发生，而且我们知道，δt越小越接近瞬时变化率。同时为了兼顾运算plc设备的运行速度，我们可以设定δt为100ms，即0.1秒比较合理。

采用以上电流变化率的方法判断塌料情况，最重要是确定lim1。调试时，首先采用传统的方法，确保不出现大的控制事故，给出一个lim1值，进行在线监控。如果传统的方法经常起作用来迅速提升电极，表示lim1值比合理值大；如果燃弧时间很短，电极快速提升过于频繁使电弧拉断，表示表示lim1值比合理值小。一般在冶炼开始的二十分钟，电弧能够持续二十秒左右，然后断弧后重新起弧时间约十秒左右，说明控制已经比较合理。这只是经验值，在实际中可能有更好的控制效果。

3 如何在控制系统中实现上述理论

由于plc技术的快速发展，现在plc技术普遍运用到电弧炉控制系统中。我们下面来说明如何在plc实现上述理论。

首先，将主电路电流通过电流互感器、电流变送器等原件将电流转换成标准信号送入到plc的模拟量输入通道中。然后在软件中通过计算，有些plc有标准功能块（如西门子plc中的fc405）将标准信号转换成电流值，我们同样标记为inow，使用中自己分配存储地址。这是和其他模拟量读入没有什么不同，不过多的赘述。

4 结束语

在plc中利用相应的功能计算出电流变化率，然后根据电流变化率来对电弧炉熔炼情况进行判断。能够提前判断出塌料情况的发生，提前提升电极。能够有效的减少塌料给熔炼过程带来的副作用，提高熔炼效率，减少熔炼时间，并有很强的可行性。