150t电弧精炼炉(LF)液压控制系统的设计

　　1 简介

　　交流电弧精炼炉是炼钢厂中重要的精炼设备。交流电弧炉原理是利用三根带有高压的石墨电极尽可能地靠近炼钢炉内的钢液面，电压最终击穿空气，产生电弧，电能转化为热能，从而可以精确控制钢水温度，进行钢水的精炼，提高钢的品质，同时为下一步的浇铸创造条件。精炼过程中，电极位置的精确控制十分重要，因为它直接影响到LF炉的重要指标，如加热效率、电能消耗值、电极消耗值、升温速率、三相不平衡度等。西马克德马格宝钢工程(SBE)有限公司于2002年为上钢一厂提供150t精炼炉，其大致布置如图l所示。

　　图1 150t电弧精炼炉大致布置图

　　l一钢包运送小车2一钢包3一德马格水冷炉盖4一炉盖提升液压缸(3支柱塞缸) 5 电极(3根) 6一电极夹持臂7一固定滑轮8 升降支架9一电极升降液压缸(3个)

　　2 电极位置液压控制回路

　　在每一次精炼开始时，要求三根电极同时下降，同时接近钢液面，然后几乎同时拉起电弧，然后根据工艺要求与电弧大小的反馈信号来分别快速地调整每根电极的位置，从而调整电弧强度，使其符合生产工艺的要求。精炼炉的目的就是为了精确调整钢水成分，假如三根电极不同时接近钢液面，当单根电极先插入钢液时，则会导致钢水增碳(因为电极是由石墨制成的)，这对于某些钢种是不允许的；当两根电极先到，先拉起电弧时，则引起三相不平衡度很大，极大地缩短电气设备的寿命。电极升降液压缸为柱塞缸，方案一见图2。

　　图2 电极位置液压控制初步方案

　　1、2、6、7、8一电磁换向阀3 同步马达4一常闭球阀5、12、13、14、15、16、17一液控单向阀9、10、11一伺服比例阀18、19、2O一防爆阀21一调速阀

　　此方案的控制过程是：人工装电极时，尽量使三根电极头平齐，电极升降缸都处于最上位，阀1得电，阀2换向，由于同步马达3的存在，三电极缸在重力的作用下同步地下降，当电极很接近钢液面时产生电弧，一旦起弧，阀1和2立即失电，切断同步马达，同时阀6、7、8得电，伺服比例阀9、10、11进人工作状态；比例阀采用Rexroth公司的4WREE比例方向阀，此阀带有阀芯位移反馈，具有很好的静态性能与动态性能(频宽可达2040Hz)，属高性能的比例阀，在此电极闭环控制系统中代替了以往的伺服阀，降低了成本，同时由于对油液清洁度要求下降，维护方便；此阀与柱缸组成了阀控液压缸动力机构，动力机构的主要参数有速度增益、固定频率及阻尼比；此阀为零开口滑阀，具有线性的流量增益特性，故有较好的线性速度增益。柱缸的选择，提高了液压固有频率，采用柱缸更重要的目的是为了节能，电极臂下降时，不用补油，节省了压力油，电极臂的重力所产生的静态压力约10 MPa左右，在下降过程中足以在比例阀的前后产生足够的压力差，以取得较好的调节性能。为了系统有满意的瞬态响应，总希望阻尼比大些，但由于此动力机构在精炼过程中是小幅运动，阻尼比主要由库仑摩擦提供，采用正开口滑阀来获得较高阻尼比的方法并明显，正开口阀增加了泄漏，反而会引起阀效率下降；精炼结束后，阀6、7、8失电，同时，阀1、2得电，再转为由同步马达控制将三根电极同步提升；在第一次精炼后，由于电极的消耗和钢液面的水平，三电极基本很平齐了，所以以后每次精炼开始和结束时，都由同步马达3保证同步提升和下降，这样，大大减少了“增碳”危险。但人工装电极时很难保证很平齐，因而第一次精炼的钢水无法确实地保证质量；同时，由于同步器是纯液压机械的装置，其同步误差及泄漏不可避免，电极在上位的时间长了，或其误差加大，也足以影响到精炼效果。在精炼过程中，一旦系统失压或失电，人工打开球阀4(见图3)，系统中的蓄能器6(见图4)中压力油通过阀4和同步器3将三电极升至上位，以便炉盖升起，钢包移出等处理；液控单向阀l2是为防止零开口比例阀的温飘及零飘，同时使电极能长时间地保持在上位。