摘 要 阐述了方坯LF 炉ET－DecNT 全数字控制电极的结构及特点。该控制系统的使用，简化了操作程序，使设备加热曲线稳定，精炼炉的钢水喷溅量少，缩短了钢水的处理周期，实现了高效、低耗、优质和多品种的最佳化生产。
１引言
LF（LADLE FURNACE），即钢包精炼炉，具有电弧加热，补偿钢水温度损失，满足连铸浇铸要求的功能。它是把电能转换为热能来进行钢水冶炼，加热和升温所需的能量由能产生电弧的电极控制。 由于数字控制电极具有效率高和经济性好的特点， 而成为一种发展趋势， 因此选用EF－DecNT数字电极控制。EF－DecNT基于工业 PC，运行速度快，操作方便，能提供标准系统模块，可以满足各种要求。
２系统组成
电极通过大电流导体连到变压器，可通过调压开关选择二次侧电压。 二次侧电流值与二次电压和电弧长度有关EF－DecNT，电极控制的目的是在处理过程中或发生干扰时自动适应和调整电极每一相到最佳工作点，其控制系统构成如图1 所示。
图1 ＥＴ－ＤｅｃＮＴ控制系统构成
EF－DecNT系统由控制柜和测量设备组成。控制柜装有数据采集卡、CPU、SDP卡和网卡。控制柜里带有测量系统的辅助装置，用于电极电压、电流和 液压管油压的预处理。 电压测量通过保护线圈和测 量电路测量大电流导体的二次线电压和相电压。电极电流测量由基于磁感应理论的罗高夫斯基线圈采集的，罗高夫斯基线圈是承载高电流的管子，其磁通量是通过穿过包在管外的无铁芯线圈采集的，产生的电压与这个线圈的感应电流时间函数成正比。控制器ECS输出电压±10V到比例阀。比例阀控制电极的运动方向和速度。ET－DecNT通过BUS与PLC系统通讯。
３控制设计
ET－DecNT控制通用性好，既支持电流控制也支持阻抗控制，三个电极作为一个公共电极来控制。当进行氩气搅拌时要快速调节非常困难，对于这个问题ET－DecNT在自动系统中设有五种控制方式：电极电流1，电极电流2，电极电流 3，最小电流，平均电流。对于不同的控制方式反馈电流对应于一个电极电流、最小电流或平均电流。控制器的参考值作
为离散值存储在设定的电压－电流曲线中（即 Z 曲线）。不同的因数决定设定点，如功率因数或最大加热率。ET－DecNT支持25条Z曲线（对应不同的电弧长度）和每条曲线（由电压抽头决定）有40个电压－电流设定点。通过网络连接$，任何时候都能自动改变系统的曲线和抽头，并可在线修改控制器参数。ET－DecNT支持手动和自动操作。在任何时候无须外部继电器都可切换方式。 可通过定义电压斜坡使电极加速度变慢，实现手/自动切换平滑过渡。
３.１测量系统
ET－DecNT测量以下数据：每个电极的电流、相电压、 变压器的线电压。测量信号在测量卡中处理成±10V范围内的信号，进入数模转换器。测量电极电流也转换为0～10V 的信号。所有信号通过。2.5kHz采样频率数字化处理，因为FFT、相位移、功率因数、有功、无功和视在功率的计算需要较高的采样频率，这些数据将在优化软件中处理。
在电流测量系统中ET－DecNT可以通过电流变送器测量或通过罗高夫斯基线圈测量。 方坯LF炉采用的是罗高夫斯基线圈测量。交变电流产生的磁场在罗高夫斯基线圈中产生与电流成比例的交变电压，此电压在A/D转换器采样前经放大器处理，通过标准模拟表显示测量电压，电极电流经RMTS转换，输出电压通过信号转换器转换为标准电流信号。
在电压测量系统中。相电压和线电压可直接测量炉用变压器的短网。测量电压和可在matching盒监视其过压情况，matching盒的输出电压经互感器变为 0－10VAC信号进入测量卡。
３.２ 控制器单元
3.2.1 操作设计
控制器基于标准的控制算法，并带有紧急事件处理功能$其操作方式有手动和自动方式。手动方式下控制算法不使用，直接输出一个恒定的电压到调节器$控制电极升降。
在自动方式下可选择电流控制模式或阻抗控制模式。
在电流控制模式下是以调节电弧电流 Im恒定为目的。直接用测量电流作为反馈。来自曲线的设定值Iref与测量电流Im比较，得出系统偏差Xd经放大。再除以额定电流、限幅后输出!。同时监视电极电流、电压和伺服阀是否超限和异常。一旦发生。则控制器自动按异常情况输出!在电流控制模式下。线电压 Upp仅用于显示而不参与控制，控制模式如图2。
图２电流控制模式
在阻抗控制模式中控制器是以调节电弧阻抗，Z恒定为目的，控制模式如图3。
其中Zm=Um/ Im
（Zm为反馈阻抗，Um为电压反馈，Im为电流反馈），
Zref=Upp/1.732Iref
Zref为设定阻抗，Upp为线电压，Iref为设定电流）。
在这种控制模式下，设定电流Iref=Um/Zref将是变化的，此时系统偏差Xd=Im－1.732Um÷Upp×Iref（Iref来自 Z 曲线表，Um是相电压，Upp是线电压）。
当加热过程启动时$电极开始下降在一个电极到达接触面，而另两个电极仍离接触面很远时，此时不能起弧，该电极电流Im仍保持为零，但是电弧电压Um将从正常降到接近于零，测量单元检测到电压低于Upp极限后$将立即停止输出电压，并一直保持到第二个电极起弧。如果电极浸入钢水$则电弧会消失，加热将从辐射加热转换为电阻加热，功率因数降低、加热效率变低、电极的消耗增加、同时使钢水大幅增碳、成本上升。这种情况下电压接近于零，电极电流增加，当测量单元检测到电极电压低于下限，而电流高于上限!，电极将缓慢提升直到电极电压恢复到正常范围。
图３阻抗控制模式
在加热过程， 对于一些因数的干扰将使电极电流升高， 最坏的情况是所有的电极短路而产生的电流超过两倍的正常电流。 当检测到电弧电流超过极限!所有电极快速上升直到电弧电流低于高限。如果在加热过程中改变变压器电压输出!，对变压器转换头将产生电弧，烧损触点，为减小转换电流，在改变变压器电压时减小电弧电流。
3.2.2 限位－炉用图表
ET－DecNT通过调节电极电弧长度以保持设定点的恒定!产生的电极运动对于比例阀来说，几乎都使其能工作在线性区，且不产生大的响应时间。
对于电极加热系统来讲! 最重要的参数就是电压、电流的设定值，在整个加热过程中要考虑这些因数，如加热效率、电能消耗、耐材消耗等。要确定电压电流曲线，就必须估计实际负载，但是电弧阻抗不是一个常数，如图4。我们只能根据计算选择一个折中的曲线在最大视在功率!变压器最大二次电流、最大二次电压、最小二次电压，短网功率因数cosφ限制的范围内。最大的功率因数对应着最大的电弧长度，最大的功率因数约在0.87当电极与钢水的距离超过一定值时，因为电子电能的损耗将使电弧不稳定，甚至熄灭。在其边缘，由于电流太小，对于系统来说也是毫无意义的。所以选择曲线只能在所示的工作范围之内。并且计算的Z曲线是一个静态值，在加热过程中不能改变，因此参数的设定必须满足各个加热阶段，使电极达到最佳效率并减少对炉壁的热辐射。
图４电压#电流、功率关系图
另外在加热开始时由于负载的波动和电极的快速动作，将产生高次谐波，这些高次谐波增加阻抗，降低有功功率，增加无功功率。在控制稳定以后，有功功率增加，无功功率降低。利用自适应方法，不断的优化控制参数，预测实践发生，修改设定，控制使其能满足不同的生产过程，达到最优的加热效率。
３.３监控画面设计
ET－DecNT采用的操作系统是MS NT4.0通过VISUAL C＋＋6.0语言开发。主画面由菜单条、工具条、每个电极的电极画面#信息画面、状态条组成。最主要的部分是电极监视画面，显示所有的测量数据和异常事件，信息画面显示所有动作，或操作员的输入，或硬件或故障系统及用户信息。状态条显示ET－DecNT最重要的运行信息，如实际Z曲线号、抽头号、通讯状态DSP状态、操作系统状态和系统时间。所有的计算处理值可显示成数字或趋势曲线，能有效的监视和分析加热过程，故障和非正常加热事件可快速方便的得到确认。
４结语
攀钢方坯连铸LF控制系统自2003年9月投产以来ET－DecNT全数字控制电极加热系统运行状况良好，统可靠性及维护性高，加热时电流稳定，钢水喷溅量小#缩短了钢水的处理周期，实现了高效、低耗、优质和多品种的最佳化生产，为攀钢三期工程建设顺利达产提供了保障。今后如何加强设备维护#如何提高LF的功率因数，还需要逐步加强和完善。
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