精炼炉电极智能控制系统的研究

彭俊

摘 要：精炼炉是铝热法合金生产的重要设施，其运行质量及效率可直接影响到合金制品生产水平，需相关部门在原有基础上设计出专项可行的智能控制系统，对精炼炉电极进行合理管控。本文就针对此，分析精炼炉电极管控现状，设计出精炼炉电极智能控制系统方案，以供参考。

关键词：精炼炉电极;智能控制系统;设计

前言：在精炼炉实际运行期间，电极是主要控制对象，可直接影响到炉身整体运行效果。为从根本上提升精炼炉电极控制水平，需应用更加成熟的智能控制系统，建立起基于能量守恒原理的模型，利用精炼炉内热量以及电流，形成相对固定的函数关系，确保精炼炉内温度与电极变化能够得到合理调整。

1 精炼炉发展现状

相较于发达国家而言，我国精炼技术起步较晚，20世纪70年代才开始自主设计精炼炉。随后期钢铁制造行業日渐成熟，精炼炉结构与功能也得到不断完善，各类先进的神经网络控制系统、专家系统被广泛应用在精炼炉智能控制过程中，获得了极为显著的运行效果。

虽然精炼炉技术已经获得巨大成就，但因当前钢铁行业生产过剩，合金需求量降低，此方面研究工作投入力度不足，精炼炉内部电极控制依然以可编程逻辑控制系统与人工操作为主，实际控制效果与预期目标存在较大差异。

在精炼炉实际环境极为恶劣，需要从外界向炉内添加合金渣料，在遇到不稳定因素时，经常会出现安全隐患问题，导致精炼炉实际运行质量与效率受到严重影响。

2 精炼炉电极调节方式

现阶段精炼炉主要通过调节电极位置方式改变电弧长度，确保精炼炉升温速率能够得到根本上管控，实现高质快速的脱硫脱碳生产目标[1]。精炼炉电弧长度对电弧电流大小具有直接影响，因此需要对炉内电极进行合理管控。

举例而言，在合金精炼处理期间，由于加入辅料与合金渣料，合金液表面会发生不同程度波动，合金液面与电极距离发生明显改变。引发精炼炉电弧长度改变的因素多种，如合金与渣料加入情况、精炼炉内反应接触面积、电极损耗量等。

由于电极位置对精炼炉加热电流的影响较为复杂，仅采用三相电极独立控制无法达到满足实际要求的效果。如果精炼炉内电极升压范围超出预设额度，则会出现三项失衡、谐波干扰等情况，使其他设备运行效果受到不利影响。现阶段应用于精炼炉电极调节中的方式较多，主要为以下几种：

第一，恒功率调节方式。设定精炼炉运行期间的功率，测量电弧电流与电弧电压值，计算出输入炉内的实际功率，最后得出功率偏差值[2]。此种方式可以使精炼炉内加热功率不会受到外界不良因素影响。但由于只保障了炉内输入功率不变，导致控制效果与其目标存在较大差异;

第二，恒电流调节方式。要求将精炼炉电弧电流控制在合理范围之内，设定电弧给定电流值、电弧电流测定值，计算出电流偏差量。在电流偏差量趋于0的情况下，精炼炉可满足恒电流控制条件。在单独使用此种控制方式期间，自动化与智能化水平较低。虽然精炼炉内位置没有发生明显改变，但弧柱上的电流会发生明显变化，导致颅内工作环境受到不利影响;

第三，恒阻抗调节方式。在精炼炉电极恒阻抗调节过程中，需要根据变压器母线的电压与电流。虽然与前两种控制方式相比，恒阻抗调节方法具有明显优势，但三相电极之间的耦合作用也会作用于精炼炉运行效果，难以实现运行控制最优化目标。

3 精炼炉电极智能控制系统设计

3.1建立精炼炉电极电气模型

为从根本上提升精炼炉电极智能控制系统设计效果，需要建立起适宜的电极电气数学模型，更好理解精炼炉三相电极的电气特征。计算出精炼炉二次测给定电压值，细致分析精炼炉三项电极之间的相互作用，确保电极控制效果能够达到预期目标[3]。由于精炼炉采用三相电极加热方式，且电极之间的耦合作用较为明显，难以进行精准管控，因此需要首先表明各项弧长变化的规律，绘制出三相电极等效电路图。

3.2分析精炼炉液压传动系统模型

在精炼炉内，液压传动系统肩负起控制电极的重要职责，需要该系统具备较为控制速度与精准性。液压传动系统性能可直接影响到精炼炉升温效果、温度精度等指标，因此需要计算出液压式电极调节系统的传递函数。

3.3精炼炉电极智能控制系统结构

精炼炉电极智能控制系统可切实保障精炼炉运行效果。在外界过流、短路等干扰下，需要对炉内运行效果进行全方位管控与及时补偿。本文精炼炉电极智能控制系统主要由上位工控机与下位可编程逻辑控制系统共同组成，借助MPI通讯协议，连接精炼炉电极辅助控制可编程逻辑控制器与画面控制系统，实现电极全面管控目标。

3.4上位机配置与功能

注重合理配置精炼炉电极智能控制系统上位机软件与硬件，确保上位机各控制功能能够与实际设计要求相符。选择合理的组态软件，要求该软件能够满足不同精炼炉运行要求，提升软件运行期间的操作友好性与运行稳定性[4]。借助编辑画面模拟精炼炉运行情况，高质高效完成精炼炉电极控制任务。

3.5电极自动调节上位监控系统软件设计

做好精炼炉电极自动调节上位监控系统软件设计工作，要求电极调节界面包括电极示意图、电弧电流、电压数据与柱状图。输入电弧电流、电压检测信号，利用控制器对控制信号与液压阀开度进行管控，用以完成电极自动调节工作。为从根本上提升电极自动调节上位机控制系统的可操作性能，还需要对原有二次仪表显示内容进行完善，提升系统的可操作性。

在监控系统中虽然运用了组态王软件辅助设计，但由于精炼炉运行期间的变量较多，该软件运算速度与精度仍需要不断优化，对监控系统内部功能进行适当调整。

4总结

总而言之，为保障精炼炉安全可靠运行，需要对运行期间的电极进行合理管控。设计出功能完善的智能控制系统，从根本上提高精炼炉运行期间的质量与效率。注重将温度预报理论应用在智能控制系统模型建立过程中，最后借助仿真验证方式验证智能控制系统运行可行性。

参考文献：

[1]姚震宇.钢包精炼炉电极监控系统的设计[D].内蒙古科技大学，2020.

[2]胡贵妹.基于RBF神经网络逆辨识的电弧炉电极控制系统研究[D].安徽工业大学，2018.

[3]张祝威.基于神经网络的电弧炉电极系统自适应PID控制[D].安徽工业大学，2019.

[4]刘强，闫志国.LF精炼炉智能数字电极控制系统性能分析[J].包钢科技，2016，42（03）：68-71.

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