LF精煉爐電氣系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

趙旭明

（河鋼集團(tuán)邯鋼一煉鋼廠，河北 邯鄲 056015）

LF精煉爐電氣系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

趙旭明

（河鋼集團(tuán)邯鋼一煉鋼廠，河北 邯鄲 056015）

針對邯鋼一煉鋼廠LF精煉過程跟蹤系統(tǒng)使用故障頻繁，原有LF精煉爐電極調(diào)節(jié)器電極橫臂升降調(diào)節(jié)能力差、埋弧效果不理想、電耗高等問題，對原有精煉電氣系統(tǒng)了進(jìn)行分析梳理和改造，為穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造了更合理的條件，最大程度上消除了設(shè)備隱患，為公司鋼后增效目標(biāo)的實現(xiàn)做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

電極調(diào)節(jié);跟蹤;監(jiān)控系統(tǒng);限位改造

1 項目概況

LF爐投產(chǎn)以后，由于LF煉鋼的特殊性,鋼包車在懸空狀態(tài)前后處理位限位信號的保持顯得尤為重要,而現(xiàn)在僅僅只是用一個電氣接近開關(guān)來獲得鋼包車處理位的信號?？紤]到該限位長期處于高溫烘烤環(huán)境中，僅僅由一個電氣接近開關(guān)控制如此重要的設(shè)備，一旦在頂升過程中丟失信號，或者鋼水處理完成后鋼包車不能獲得處理位信號，必將造成巨大安全事故。另外，精煉變壓器26000kVA、35kV/380V、429/39500A為我廠主要用電設(shè)備，2015年平均月用電量565．5萬kW·h，占全廠總用電量的55．4%。2016年3月份，我廠生產(chǎn)SWRCH35K，SWRCH22A，GCr15，40Cr，U75V，U71MN等鋼種，精煉用電403．8萬kW·h，占到全廠用電的60%。

首先，全廠的高壓設(shè)備高壓設(shè)備及變壓器沒有有效的監(jiān)控手段，存在重大隱患；其次，電量報表靠操作工手動登記和手抄表，數(shù)據(jù)比較隨意，造成數(shù)據(jù)真實度不高。最后，LF精煉過程跟蹤系統(tǒng)使用故障頻繁，隨著我廠開發(fā)新品種的力度逐漸增大，對于精煉爐的使用越來越多，原有LF精煉爐電極調(diào)節(jié)器電極橫臂升降調(diào)節(jié)能力差、埋弧效果不理想、電耗高等問題，逐步成為制約我廠成本進(jìn)一步降低的瓶頸問題。針對以上存在的六大影響LF精煉爐存在的主要問題，對原有精煉電氣系統(tǒng)進(jìn)行了分析梳理和改造，為了保證LF系統(tǒng)穩(wěn)定高效運(yùn)行，對以下存在的難點問題開展了創(chuàng)新攻關(guān)工作：第一，對鋼包頂升處理限位系統(tǒng)進(jìn)行升級優(yōu)化。第二，對精煉電極控制系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)電改造。第三，完成精煉生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)。第四，自主進(jìn)行電量報表的開發(fā)。第五，實施LF精煉過程跟蹤優(yōu)化完善。第六，實現(xiàn)高壓設(shè)備及變壓器的在線監(jiān)控。

2 實施過程

2.1 鋼包頂升處理限位改造

在該接近開關(guān)同一條軸線上安裝一個機(jī)械限位,將該接近開關(guān)和機(jī)械限位采用串聯(lián)的方式連接起來,只有當(dāng)這兩個限位的信號都采集上時才輸入給PLC處理位的信號,并且將接近開關(guān)的物理位置進(jìn)行改造, 有效避免了相關(guān)設(shè)備的損傷，大大改善了信號的可靠性。

2.2 精煉電極控制系統(tǒng)節(jié)電改造

LF爐通過PLC模塊采集各相電弧電壓、電弧電流、變壓器電壓等相關(guān)的給定信號，經(jīng)控制器PID運(yùn)算處理，控制液壓系統(tǒng)電極升降伺服閥，對電極位置自動調(diào)節(jié)，從而控制輸入到爐內(nèi)的功率，滿足冶煉工藝要求。同時，該調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有防止電極插入鋼水的保護(hù)功能。該電極升降自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)具有以下主要功能。

（1）電量值檢測：調(diào)節(jié)器完成檢測變壓器二次側(cè)的電壓、電流、功率因素等數(shù)值，實現(xiàn)輸入功率控制。

（2）綜合控制輸出：在冶煉過程中可對變壓器的弧流、弧壓進(jìn)行實時設(shè)定。

電弧持續(xù)高效運(yùn)行在一個精確工作點的關(guān)鍵要素，直接影響電量消耗及生產(chǎn)成本。根據(jù)近3個月的觀察，得出如下的操作方法最節(jié)電并將程序固化到系統(tǒng)里面：埋弧期變壓器檔位在第6檔時，功率選擇功率6?；谧儔浩鳈n位在第6檔時，功率選擇3。第一次測溫取樣過后需要升溫時，功率可以選擇功率1和功率2，進(jìn)行快速升溫。在不需要快速升溫時，可將變壓器檔位選至第6檔，功率選擇功率3或者功率4，以看不到弧光外露為原則。若發(fā)現(xiàn)有弧光外露現(xiàn)象，則必須將變壓器檔位換至更高檔，這是利用降低電壓的方式來縮短弧長，以確保埋弧加熱的要求。在需要保溫時，可將變壓器檔位選至第6檔，功率選擇功率6。

該系統(tǒng)投入后有效減少鋼包精煉爐大電流回路的機(jī)械設(shè)備沖擊，延長該設(shè)備的使用壽命。同時減少由于機(jī)械沖擊導(dǎo)致斷電極現(xiàn)象，降低電極消耗。2016年1至6月 為 326．22～ 346．60kW·h， 平 均 337．92分 kW·h；2014年 7至 10月 為 306．11～ 316．34kW·h， 平 均309．85kW·h。改造后較改造前降低28．07kW·h， LF加熱每分鐘用電較改造前降低8%。

2.3 精煉生產(chǎn)過程監(jiān)控開發(fā)

為了實現(xiàn)兩座LF精煉爐工藝過程的直觀、集中、完善的過程監(jiān)控，對各工藝過程實時數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確收集；開發(fā)了精煉生產(chǎn)過程監(jiān)控系統(tǒng)。各工序主要工藝畫面監(jiān)控要求各個煉鋼工序均有獨(dú)立的生產(chǎn)畫面，監(jiān)控LF崗位生產(chǎn)的狀況，顯示主要的工藝參數(shù)。調(diào)節(jié)器等精煉區(qū)域主要畫面都集成在統(tǒng)一的應(yīng)用程序平臺，切換操作方便，系統(tǒng)預(yù)留和各個二級系統(tǒng)以及MES系統(tǒng)和電量系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)通訊方式采用數(shù)據(jù)庫連接（DBLink）的方式實現(xiàn)。和一級系統(tǒng)的通訊遵循OPC通訊協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。LF精煉爐生產(chǎn)監(jiān)控畫面如圖1所示。

精煉生產(chǎn)過程監(jiān)控開發(fā)和應(yīng)用為使用者提供一種全新LF精煉過程數(shù)據(jù)采集的解決方案,提高LF精煉的重點溫度命中率和鋼水的品質(zhì)，為精煉設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件。

2.4 電量報表開發(fā)

主要包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)檢查及處理、數(shù)據(jù)存儲、系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)視、事件告警及記錄、數(shù)據(jù)庫管理、系統(tǒng)安全管理、通用圖形系統(tǒng)、通用報表系統(tǒng)等；另一部分是系統(tǒng)的應(yīng)用功能，包括電能計量管理、統(tǒng)計分析、系統(tǒng)維護(hù)、WEB瀏覽等。

采集模塊的功能：數(shù)據(jù)采集模塊實現(xiàn)主站系統(tǒng)與子站系統(tǒng)之間的所有數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)電能量數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)合理性檢驗等功能。針對我廠實際，在報表中增加了進(jìn)站溫度和出站溫度，有效的記錄了精煉的峰谷電能消耗。

統(tǒng)計與分析顯示了每個電表每天的電能量使用情況，分別用表格和圖形來直觀地體現(xiàn)，對電表的使用情況、峰谷平分布可以一目了然。

2.5 LF精煉過程跟蹤優(yōu)化完善

LF處理過程管理的主要功能包括：生產(chǎn)計劃管理、過程跟蹤、異常錄入、報表管理等。過程跟蹤管理主要的操作事件，根據(jù)鋼包到、處理開始、處理結(jié)束、底吹開始、底吹結(jié)束、鋼包上升、鋼包下降、鋼包離去等事件來確定設(shè)備的操作狀態(tài)以及操作時間信息，從而掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并在終端上顯示相關(guān)的過程數(shù)據(jù)。過程跟蹤的功能包括：主界面、提升氣體流量設(shè)定值合金料單、LF處理結(jié)束信息、LF處理后鋼水成份估算值、LF模型輸出變化信息、應(yīng)用系統(tǒng)狀態(tài)信息。

2.6 高壓設(shè)備及變壓器的監(jiān)控

高壓供電系統(tǒng)由高壓隔離開關(guān)及電壓互感器、高壓真空斷路器、電流互感器、避雷器及阻容吸收裝置組成，給LF爐變壓器提供高壓主回路電源。高壓系統(tǒng)的真空斷路器合／分閘由高壓柜和主操作臺兩地操作控制。分、合閘時，必須條件滿足，操作臺、高壓柜信號燈指示工作狀態(tài)，并根據(jù)工藝要求實現(xiàn)變壓器的調(diào)壓及二次電流的調(diào)整。操作人員可在主控室內(nèi)對精煉爐的全過程進(jìn)行實時監(jiān)控。主要監(jiān)控畫面有合金加料畫面，電極升降自動調(diào)節(jié)畫面鋼包車行走畫面，吹氬系統(tǒng)畫面，水冷系統(tǒng)畫面，高壓電氣畫面和事故報警畫面等。

圖1 LF精煉爐生產(chǎn)監(jiān)控畫面

3 實施效果

（1）在改造后較改造前降LF加熱每分鐘用電較改造前降低8%，年降低電費(fèi)203萬元；以現(xiàn)有120噸精煉爐月均用電565．5萬kW·h計算，年節(jié)電費(fèi)203，每減少事故停澆4次年可產(chǎn)生效益為96萬元，年創(chuàng)效299萬元，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果。

（2）精煉生產(chǎn)過程監(jiān)控開發(fā)和應(yīng)用成功開發(fā)為使用者提供一種全新LF精煉過程數(shù)據(jù)采集的解決方案,有效提高操作工和管理人員的工作效率。

（3）操作人員可在主控室內(nèi)對精煉爐的全過程進(jìn)行實時監(jiān)控。

（4）統(tǒng)計與分析顯示了每個電表每天的電能量使用情況，分別用表格和圖形來直觀地體現(xiàn)，對電量消耗、峰谷平分布可以一目了然。此外還增加了歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)招功能，可以減少因網(wǎng)絡(luò)等意外情況而產(chǎn)生的數(shù)據(jù)缺漏。

（5）提高LF精煉的重點溫度命中率和鋼水的品質(zhì)，加快了精煉爐的生產(chǎn)節(jié)奏，為精煉設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造了條件，對提高產(chǎn)品產(chǎn)量、縮短產(chǎn)品交貨周期等都起到了積極作用。

（6）最終建立一套完整的適合于一煉鋼廠的“LF精煉爐電氣系統(tǒng)”，改造項目大大降低了該設(shè)備的故障率，有效避免了相關(guān)設(shè)備的損傷，至今未出現(xiàn)改造之前同樣的故障，為穩(wěn)定生產(chǎn)創(chuàng)造了條件，最大程度上消除了該設(shè)備的設(shè)備隱患，為雙線同時生產(chǎn)提供了良好的保障，為公司鋼后增效目標(biāo)的實現(xiàn)做出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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