LF精炼炉电气自动化升级改造分析

钟启春

广东广青金属科技有限公司  529500

摘要：为解决LF精炼炉电气控制环节存在的监控功能缺失、控制精度不足、系统能耗较高问题，规避由此引发的精炼工艺质量下降风险，保障LF精炼炉的高效、可靠运行，文章进行了深入系统探究。先简要分析案例工程概况，然后归纳可用的LF精炼炉电气自动化升级改造技术，从监控功能升级改造、加料系统技改、电极升降系统技改、水冷系统技改等方面入手梳理细节，希望能为类似技改项目提供借鉴。

关键词：LF精炼炉；电气自动化；升级改造

0引言

LF精炼炉是钢材炉外精炼的关键设备之一，能够起到保温钢液、氩气搅拌、真空脱气等作用，为钢铁冶炼工作提供支撑和保障。近年来我国经济增速放缓，产业格局升级迭代趋势明朗，各种先进的电气自动化技术不断涌现出来，为冶金、钢铁等行业注入了活力，如何发挥电气自动化优势，如何提高LF精炼炉电气自动化控制水平，成为了诸多建设者、管理者关注的焦点，有必要探讨优化。

1案例项目概况

为直观说明LF精炼炉电气自动化升级改造要点，文章引入某炼钢厂设备技改实例辅助阐述。案例钢厂配备有一台80t LF钢包精炼炉，熔池直径2646mm，精炼周期38min，钢包净空550mm，电极直径400m，可以与RH真空脱气精炼炉、大方坯连铸机等配合生产精炼钢制品。当前其运行问题主要体现在以下两个方面：（1）缺乏高压设备监控功能。案例LF精炼炉配备15MVA变压器，一次电压6kV，二次电压320～176V，支持13级有载调压，能够满足精炼炉不同工况下的供电运行需求。现有工控系统缺乏必要的高压设备监控功能，无法实时观测设备运行状态，容易出现安全隐患。（2）生产过程控制精度不足。LF精炼炉运行时需要经过电弧加热、气体吹入等工序，每个环节对于控制精度的要求均是较高的，但当前系统控制水平明显不足，电极横臂的升降调节能力差、水冷系统误报警频发，影响了精炼炉的稳定高效运行。

2 LF精炼炉电气自动化升级改造技术

2.1监控功能升级改造

LF精炼炉供配电系统中设置了多种功能不一的高压设备，既包括高压隔离开关、高压真空断路器，也包含电压电流互感器、避雷器等，承担着重要的电压隔离、电压转换功能。技改环节主要增设电气自动化实时监控装置，装置通过工业以太网与主操作台建立连接，操作人员可以通过WINCC人机交互界面获取设备运行状态信息，包括电极升降画面信息、吹氩画面信息以及高压设备工作画面信息等，提高风险信息的识别响应速度。高压隔离设备分闸、合闸时，采用远程工控+就地高压柜控制双模式[1]，控制软件主要为SIMTIC编程软件STEP7，不仅能够呈现监控数据，还能够将数据绘制成直观化图表、曲线，并收录进历史数据库之中，有助于提高系统运行安全性。

2.2生产过程精益改造

LF精炼炉生产工序较为繁琐，改进环节主要引入西门子S7-400控制系统，依托PLC技术进行模块指令发送和识别调控。上层设置总工控机，下层配备多个操作员站，各子系统内置ET-200 PLC可编程逻辑控制器，通过专属渠道实现远程通讯和信息交互。主要技改过程如下：

2.2.1加料系统技改

加料系统主要由皮带机、给料器、受料斗等部分组成，可以起到传送合金辅料、造渣料的作用，当前案例钢厂仅配备一套加料系统，由LF炉和RH炉共用，当LF炉出现缺料问题时，需要人工操控RH系统CPU主机进行参数设置，效率较为低下。改进环节引入PLC可编程逻辑控制器，LF系统可以通过PLC操作子站远程发送指令信息，经由RH炉PLC控制器接收识别后，完成加料设置，两系统PLC通讯渠道为PROFIBUS-DP，高效稳定且抗干扰能力极强，能够较好地提高加料系统运行效率，节省人工设置时间和精力。当LF炉缺料时，上位工控机也可以直接切换控制权限，远程向RH炉PLC系统发布料重信息、下料比例等，高效、便捷地完成远程管控。技改后的加料系统结构可见图1。

图1  LF精炼炉加料系统结构

图中：1-水平受料皮带机；2-振动给料器；3-除尘系统；

4-三通分料器；5-斗式提升机；6-斜皮带；

7-A工位；8-受料管；9-B工位

2.2.2电极升降系统技改

在LF精炼炉升温运行过程中，电极升降系统需要保持较高的控制精度，确保三根电极达到同步升降的效果，现阶段升降臂采用的是单独控制思路，难以保障同步性能。因此实践环节采用PLC技术进行了技改，PLC可编程逻辑控制器重量轻便、体积较小，直接内嵌于升降系统之中，可以实时采集电极升降臂的运动状态信息、运行参数信息，具体包含各相电弧电压、电弧电流，以及变压器二次侧运行数值，比如功率因数、电流电压等。数据采集完毕后实时传送给PID控制器，经过A/D模块转换为可识别信息，在阀值函数支持下，计算当前点与设定点之间的差距，精准计算电极升降应当采用何种输出值，并将输出指令重新馈回给PLC控制器完成远程控制，调节电极升降伺服阀确保同步性。PID和PLC控制器之间主要采用现场总线通讯方式，实时性和高效性较强。技改前后精炼炉电极使用效果对比可见表1。

表1  LF精炼炉电极升降系统技改前后效果对比

使用时长	时间段	处理钢水/包	电极消耗/支	单只电极处理炉数/炉
15天	技改前	91	9	10.11
	技改后	149	12	12.4

2.2.3水冷系统技改

水冷系统主要起到温度调节、降温控温的作用，当前水冷系统采用流量开关检测模式，可以实时监控水流量大小，防止系统干烧。但实际运行过程中，流量开关时常会因为水质波动等问题出现误报警状况，对LF炉的生产造成了干扰。技改环节将其置换为电磁流量计，依托电磁感应原理，测量管内导电介质体积流量，较好地提升了检测精度和可靠度。同时，LF炉水冷系统共设置两大支路，一路负责冷却导电横臂、导电铜管，防止过热损坏设备，另一路负责调控炉盖温度，确保主炉运行稳定性。技改环节增设了压力、流量变送器和铂热电阻，可以实时监测主支路冷却水温度，所有温度信息实时传送回PLC可编程控制器和上方工控机，并由控制器、工控机馈回指令调节系统参数，确保温度始终维持在55℃以内。

2.2.4其他系统技改

除加料系统、电极升降系统、水冷系统外，本次对如下几个子系统进行了电气自动化改造：（1）钢包车行走系统。主要增设限位开关和变频调速器，S7-400子站设置PLC控制器，与行走系统的各类减速开关、超限保护开关等对接，通过以太网和DP总线交换信息，可以实时旁站调控，降低风险因素。行走系统还与电极升降机构联锁，能够有效提升安全性能。（2）吹氩系统。主要通过电磁阀、流量变送器等实现运行参数监控，PLC负责接收数据和调整控制，能够生成实时化的吹氩曲线、趋势走向[2]等。（3）喂丝机系统。采用旁站手动控制+主控室远程控制的双控制模式，传感器负责实时测定各类参数，并将喂丝种类、喂丝长度、喂丝重量等数据传输回PLC主控机，实现工艺精准控制。喂丝机系统模型可见图2。

图2  LF精炼炉喂丝机系统构造

3结束语

综上所述，电气自动化技术具有精准、高效、节能等多重优势，LF精炼炉技术改造环节务必要给予充分重视。要着重加快自动化监控功能建设，依靠自动化手段对高压真空断路器、高压隔离开关等进行实时监控，降低潜在安全隐患。引入PLC技术、现场总线技术改造LF精炼炉加料系统、水冷系统、钢包车行走系统等，实现精炼过程的精益管控和节能管控，为钢材生产效益的综合提升奠定坚实基础。

参考文献：

[1]戴建. 工业机器人在LF精炼炉测温取样中的应用 [J]. 冶金与材料, 2023, 43 (01): 104-106.

[2]陈子龙. 炼钢厂精炼炉机械设备管理维护 [J]. 山西冶金, 2022, 45 (04): 189-190+209.