專利名稱:礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種電極升降自動(dòng)控制方法,尤其是涉及一種礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法。
背景技術(shù):
礦熱爐,屬電弧爐系列的一種,冶煉的產(chǎn)品包括硅鐵類、硅錳合金、鉻缺、電石、黃磷、剛玉等,它們冶煉的核心理論是通過電離空氣形成定向高溫離子流-電弧,將電能轉(zhuǎn)換成熱能,為還原反應(yīng)提供足夠高的溫度場(chǎng)。
電弧的狀態(tài)取決于電極端頭和放電體的距離、放電體的導(dǎo)電性、電壓以及電極周圍的溫度和爐料介質(zhì)的電阻特性。在冶煉過程中,隨著爐底熔池液面(或渣面)的不斷升高,爐料經(jīng)常性下榻,電極端頭因燒損而上移以及熔池導(dǎo)電性的變化,需要適時(shí)調(diào)整電極的實(shí)際位置,以保持爐內(nèi)電弧功率始終能夠處于最佳狀態(tài),同時(shí)還要能夠保持三相電弧功率的基本平衡,以維持供電系統(tǒng)能夠達(dá)到的較高的電效率,達(dá)此目的的關(guān)鍵之一就是電極升降控制系統(tǒng)要有很好的控制性能,能自動(dòng)識(shí)別爐內(nèi)變化,依據(jù)爐內(nèi)電弧功率的狀態(tài)適時(shí)調(diào)整電極位置,維持電弧功率的主回路系統(tǒng)的雙高效,與此同時(shí)還要兼顧電極周圍爐料電阻的變化。
冷態(tài)礦石不導(dǎo)電,熔融態(tài)混合體是良導(dǎo)電體,這一特點(diǎn)決定了礦熱爐電極升降控制系統(tǒng)的復(fù)雜性和難點(diǎn),也是眾多從事礦熱爐自動(dòng)化控制的先行者們至今仍未成功的原因所在。到目前為止,國內(nèi)現(xiàn)有礦熱爐電極升降普遍為人工手動(dòng)控制,當(dāng)電流大于規(guī)定值時(shí),提升電極,當(dāng)電流小于規(guī)定值時(shí),下降電極,個(gè)別用PLC控制的方法也是基于和人工控制相同的方法,其主要缺點(diǎn)是人工操作的隨意性大、勞動(dòng)強(qiáng)度大、三相功率不平衡、電耗高、產(chǎn)量低、礦石回收率低。
影響礦熱爐冶煉電耗的因素很多,首先要解決熱源的穩(wěn)定問題,由計(jì)算機(jī)控制三相電極在爐內(nèi)的位置,保證爐內(nèi)熱源均衡穩(wěn)定;然后解決料的均勻性問題,最好也用計(jì)算機(jī)來控制。這兩大因素是礦熱爐節(jié)電與否的關(guān)鍵,綜合節(jié)電的空間在15%左右。第一因素的空間約6%至10%,第二因素的空間約4%至7%。因此,取得低電耗的先決條件是電極一定要插的夠深。如果電極插不下去,必然是電耗高,產(chǎn)量低。電極插入深度應(yīng)在1000到1400毫米之間。
中國專利93217672.0公開了一種電弧煉鋼爐用電極升降驅(qū)動(dòng)裝置,該裝置采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電極的升降,該液壓馬達(dá)的啟閉由控制電路中的伺服閥實(shí)現(xiàn)控制。其缺點(diǎn)是采用模擬信號(hào)進(jìn)行控制,其控制精度不高,不能達(dá)到節(jié)電的目的。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn),本發(fā)明提供一種能降低冶煉電耗、提高生產(chǎn)率并提高礦石回收率的礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法,包括變壓器,在該變壓器的初級(jí)或次級(jí)裝有電流互感器,該電流互感器所輸出的交流電流信號(hào),經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變換為直流電壓模擬信號(hào),提供給A/D采樣板;另一路三相交流電壓信號(hào)直接取自變壓器次級(jí)出線排上的交流電壓信號(hào),經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變換為直流電壓模擬信號(hào),提供給A/D采樣板;A/D采樣板將上述六路直流電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為六路數(shù)字信號(hào)供計(jì)算機(jī)運(yùn)算,同時(shí)將手動(dòng)控制開關(guān)信號(hào)和限位控制開關(guān)信號(hào)通過I/O輸入/輸出板接入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算;經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算后的輸出信號(hào)分別輸向變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),即計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)經(jīng)I/O輸入/輸出板輸出方向信號(hào)控制變頻器的運(yùn)行方向、輸出信號(hào)給繼電器輸出板,經(jīng)轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)器,確保變頻器無輸出時(shí)電極處于靜止?fàn)顟B(tài),D/A信號(hào)轉(zhuǎn)換板將計(jì)算機(jī)的開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),控制變頻器的輸出頻率大小,由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電極升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電極上、下運(yùn)動(dòng),從而改變爐內(nèi)電功率的大??;計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)經(jīng)I/O輸入/輸出板輸出信號(hào)給信號(hào)轉(zhuǎn)換板,經(jīng)變換放大后驅(qū)動(dòng)電磁閥運(yùn)動(dòng),控制液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的液壓油缸上、下運(yùn)動(dòng),由液壓油缸驅(qū)動(dòng)電極升降機(jī)構(gòu)使電極上、下運(yùn)動(dòng),從而改變爐內(nèi)電功率的大小。
所述變壓器的輸入電源是由電網(wǎng)10KV或35KV或110KV三相交流電經(jīng)隔離開關(guān)、真空開關(guān)接入至變壓器初級(jí),經(jīng)變換后在次級(jí)輸出80V到500V的三相交流電,通過由大截面銅管或銅板、軟銅電纜組成的大截面短網(wǎng)、導(dǎo)電裝置和石墨電極相接,進(jìn)入爐內(nèi),提供電功率。
所述電流互感器的輸出的交流電流信號(hào)為0-5安培,經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變換為0-5V或0-10V的直流電壓模擬信號(hào),提供給A/D采樣板;另一路三相交流電壓信號(hào)直接取自變壓器次級(jí)出線排上,是0-500V交流電壓信號(hào),經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變換為0-5V或0-10V的直流電壓模擬信號(hào),提供給A/D采樣板。
所述十四路或二十路手動(dòng)控制開關(guān)信號(hào)、十二路限位控制開關(guān)信號(hào)通過I/O輸入/輸出板接入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。
所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),制動(dòng)器松開,電動(dòng)機(jī)停止時(shí),制動(dòng)器制動(dòng)。
本發(fā)明的積極效果是根據(jù)礦熱爐冶煉產(chǎn)品和工藝對(duì)電壓、電流和功率的要求,以電流或功率的數(shù)值形式送給計(jì)算機(jī)(設(shè)定值),計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將自動(dòng)地實(shí)時(shí)地檢測(cè)到的參數(shù)值(電壓、電流)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后與設(shè)定值進(jìn)行三相平衡和比較運(yùn)算,并根據(jù)控制數(shù)學(xué)模型、控制策略和異常爐況模型進(jìn)行分析判斷,然后發(fā)出一組指令給變頻器(電磁閥控制模塊)和控制繼電器。變頻器(電磁閥控制模塊)將相應(yīng)的指令變換為對(duì)應(yīng)頻率、對(duì)應(yīng)電壓和對(duì)應(yīng)極性,以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)(液壓油缸)進(jìn)而帶動(dòng)電極上下運(yùn)動(dòng),改變弧流、功率大小或脫離自動(dòng)并提醒操作者處理,使系統(tǒng)迅速地糾正偏差,維持其運(yùn)行在給定范圍內(nèi);本發(fā)明所用變頻器為專用檢測(cè)控制驅(qū)動(dòng)部件,全數(shù)字控制,內(nèi)置雙CPU,功能多達(dá)90多個(gè),全部數(shù)字設(shè)定(電磁閥控制模塊為專用控制驅(qū)動(dòng)部件);采樣系統(tǒng)是將控制對(duì)象的實(shí)時(shí)狀態(tài)及其檢測(cè)值送入計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵接口,它的可靠性和準(zhǔn)確性關(guān)系到系統(tǒng)的控制性能,本系統(tǒng)中采樣的對(duì)象為短網(wǎng)電壓和電流,采樣部分包括互感器和變送器;計(jì)算機(jī)是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心,它負(fù)責(zé)控制模型的處理運(yùn)算、決策、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采樣變換(A/D)及存儲(chǔ)運(yùn)算;本發(fā)明的操作界面為全中文菜單提示,系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可以實(shí)時(shí)看到弧壓、弧流的實(shí)際數(shù)值及其波動(dòng)圖形,當(dāng)冶煉出現(xiàn)異常爐況時(shí),系統(tǒng)會(huì)提示操作者進(jìn)行處理;當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),也可從顯示器的畫面上進(jìn)行判斷。
本發(fā)明能夠根據(jù)不同的冶煉階段能精確控制礦熱爐冶煉過程中熔料和還原反應(yīng)的速度匹配,達(dá)到節(jié)電、增產(chǎn)和提高礦石回收率的目的。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明控制電路方框示意圖。
圖中GK-隔離開關(guān),ZK-真空開關(guān),B-變壓器,L-電流互感器,M-電動(dòng)機(jī),LCD-顯示屏。
具體實(shí)施方式參見圖1,一種礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法,電網(wǎng)10KV三相交流電經(jīng)隔離開關(guān)GK、真空開關(guān)ZK接入礦熱爐變壓器B初級(jí),經(jīng)變換后在變壓器B的次級(jí)輸出80V到500V的三相交流電,通過由大截面銅管或銅板、軟銅電纜組成的大截面短網(wǎng)、導(dǎo)電裝置和石墨電極相接,進(jìn)入爐內(nèi),提供電功率。
本發(fā)明的輸入信號(hào)有在變壓器B的初級(jí)或次級(jí)裝有電流互感器L,輸出0-5安培的交流電流信號(hào),經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變換為0-5V(或0-10V)的直流電壓模擬信號(hào),提供給A/D采樣板;另一路三相交流電壓信號(hào)直接取自變壓器B次級(jí)出線排上,是0-500V交流電壓信號(hào),經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變換為0-5V或0-10V直流電壓模擬信號(hào),提供給A/D采樣板;A/D采樣板將上述六路直流電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為六路數(shù)字信號(hào)供計(jì)算機(jī)運(yùn)算;十四路或二十路手動(dòng)控制開關(guān)信號(hào)、十二路限位控制開關(guān)信號(hào)通過I/O輸入/輸出板接入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后,本發(fā)明的輸出信號(hào)分別輸向變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)或液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),具體是變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)I/O輸入/輸出板輸出方向信號(hào)控制變頻器的運(yùn)行方向、輸出信號(hào)給繼電器輸出板板,經(jīng)轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)M的制動(dòng)器,確保變頻器無輸出時(shí)電極處于靜止?fàn)顟B(tài);D/A信號(hào)轉(zhuǎn)換板將計(jì)算機(jī)的開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),控制變頻器的輸出頻率大?。粡亩鴮?shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)M帶動(dòng)電極升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電極上、下運(yùn)動(dòng),從而改變爐內(nèi)電功率的大小。
當(dāng)電動(dòng)機(jī)M轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),制動(dòng)器松開,電動(dòng)機(jī)M停止時(shí),制動(dòng)器制動(dòng)。
液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)I/O輸入/輸出板輸出信號(hào)給信號(hào)轉(zhuǎn)換板,經(jīng)變換放大后,驅(qū)動(dòng)電磁閥運(yùn)動(dòng),控制液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的液壓油缸上、下運(yùn)動(dòng),由液壓油缸驅(qū)動(dòng)電極升降機(jī)構(gòu)使電極上、下運(yùn)動(dòng),從而改變爐內(nèi)電功率的大小。
控制信號(hào)的設(shè)定值通過鍵盤輸入到計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理是依據(jù)爐內(nèi)電流的“變化率”大小,判別電弧功率大小,進(jìn)而計(jì)算出爐底導(dǎo)電層的電導(dǎo)率,確定還原反應(yīng)和熔料速度的匹配情況。
具體控制方法是當(dāng)It>I設(shè)+I死區(qū)%并延時(shí)HD秒有效時(shí),如果It-(I設(shè)+I死區(qū)%)≥UPCURRENTGRADE,電極下降URC秒靜止不動(dòng),并延時(shí)USB秒,然后重復(fù)上述過程。在USB過程中,如果出現(xiàn)電流滿足It≤I設(shè)+I死區(qū)%的情況,則終止USB過程;如果It-(I設(shè)+I死區(qū)%)<UPCURRENTGRADE,電極上升至電流滿足It≤I設(shè)+I死區(qū)%為止;否則,電極靜止不動(dòng);當(dāng)It<I設(shè)-I死區(qū)%并延時(shí)LD秒有效時(shí),如果It-(I設(shè)-I死區(qū)%)>CURRENTGRADE,電極下降至電流滿足It≥I設(shè)-I死區(qū)%為止;如果It-(I設(shè)-I死區(qū)%)≤CURRENTGRADE,電極上升DPRR秒靜止不動(dòng),并延時(shí)LSB秒,然后重復(fù)上述過程。
在LSB過程中,如果出現(xiàn)電流滿足It≥I設(shè)-I死區(qū)%的情況,則終止LSB過程;否則,電極靜止不動(dòng);當(dāng)電極遇到上限位時(shí),電極只能下降而不能上升,如果出現(xiàn)It>I設(shè)+I死區(qū)%的現(xiàn)象,并且滿足
It-I設(shè)≥LIMITCURRENT時(shí),電極下插URC秒,靜止不動(dòng)并延時(shí)USB秒,然后重復(fù)上述過程。在USB過程中,如果出現(xiàn)電流滿足It≤I設(shè)+I死區(qū)%的情況,則終止USB過程;參數(shù)CURRENTGRADE、UPCURRENTGRADE、LD、HD、URC、DPRR、USB、LSB、LIMITCURRENT值的大小取決于冶煉的品種、主變壓器功率的大小、電流采樣值的變比關(guān)系。
本發(fā)明應(yīng)用于硅錳冶煉爐時(shí),變壓器功率8000KVA、一次側(cè)電壓35KV、電流132A、電流互感器變化150/5、電極直徑800毫米。本系統(tǒng)采樣信號(hào)------一次側(cè)三相電流(取自電流互感器)、二次側(cè)電壓信號(hào)(直接從變壓器出線排上取得)、二次側(cè)對(duì)地相電壓60V、I設(shè)=44350(A)UPCURRENTGRADE=2500(A)I死區(qū)=3%CURRENTGRADE=3500(A)LD=50(節(jié)拍) HD=50(節(jié)拍) 1節(jié)拍=0.13SURC=12(節(jié)拍) DPRR=12(節(jié)拍)USB=500(節(jié)拍)LSB=500(節(jié)拍)LIMITCURRENT=2500(A)本發(fā)明應(yīng)用于黃磷冶煉爐時(shí),六條電極、變壓器功率16000KVA、一次側(cè)電壓35KV,電流264A,二次側(cè)對(duì)地相電壓260V、相電流35500A、單電極電流17750A,電流互感器變比20000/5,電極直徑600毫米。系統(tǒng)采樣信號(hào)----二次側(cè)六電極電流(取自電流互感器)、二次側(cè)電壓信號(hào)(直接從變壓器出線排上取得)I設(shè)=17700(A) UPCURRENTGRADE=2500(A)I死區(qū)=3% CURRENTGRADE=3500(A)LD=50(節(jié)拍) HD=50(節(jié)拍) 1節(jié)拍=0.13SURC=12(節(jié)拍) DPRR=12(節(jié)拍)USB=500(節(jié)拍) LSB=500(節(jié)拍)LTMTTCURRENT=1500(A)
權(quán)利要求
1.一種礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法,包括變壓器,其特征是在該變壓器的初級(jí)或次級(jí)裝有電流互感器,該電流互感器所輸出的交流電流信號(hào),經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變換為直流電壓模擬信號(hào),提供給A/D采樣板;另一路三相交流電壓信號(hào)直接取自變壓器次級(jí)出線排上的交流電壓信號(hào),經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變換為直流電壓模擬信號(hào),提供給A/D采樣板;A/D采樣板將上述六路直流電壓模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為六路數(shù)字信號(hào)供計(jì)算機(jī)運(yùn)算,同時(shí)將手動(dòng)控制開關(guān)信號(hào)和限位控制開關(guān)信號(hào)通過I/O輸入/輸出板接入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算;經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算后的輸出信號(hào)分別輸向變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),即計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)經(jīng)I/O輸入/輸出板輸出方向信號(hào)控制變頻器的運(yùn)行方向、輸出信號(hào)給繼電器輸出板,經(jīng)轉(zhuǎn)換后驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)器,確保變頻器無輸出時(shí)電極處于靜止?fàn)顟B(tài),D/A信號(hào)轉(zhuǎn)換板將計(jì)算機(jī)的開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào),控制變頻器的輸出頻率大小,由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)電極升降機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)電極上、下運(yùn)動(dòng),從而改變爐內(nèi)電功率的大??;計(jì)算機(jī)的輸出信號(hào)經(jīng)I/O輸入/輸出板輸出信號(hào)給信號(hào)轉(zhuǎn)換板,經(jīng)變換放大后驅(qū)動(dòng)電磁閥運(yùn)動(dòng),控制液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的液壓油缸上、下運(yùn)動(dòng),由液壓油缸驅(qū)動(dòng)電極升降機(jī)構(gòu)使電極上、下運(yùn)動(dòng),從而改變爐內(nèi)電功率的大小。
2.如權(quán)利要求1所述的一種礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法,其特征是所述變壓器的輸入電源是由電網(wǎng)10KV或35KV或110KV三相交流電經(jīng)隔離開關(guān)、真空開關(guān)接入至變壓器初級(jí),經(jīng)變換后在次級(jí)輸出80V到500V的三相交流電,通過由大截面銅管或銅板、軟銅電纜組成的大截面短網(wǎng)、導(dǎo)電裝置和石墨電極相接,進(jìn)入爐內(nèi),提供電功率。
3.如權(quán)利要求1所述的一種礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法,其特征是所述電流互感器的輸出的交流電流信號(hào)為0-5安培,經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變換為0-5V或0-10V的直流電壓模擬信號(hào),提供給A/D采樣板;另一路三相交流電壓信號(hào)直接取自變壓器次級(jí)出線排上,是0-500V交流電壓信號(hào),經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變換為0-5V或0-10V的直流電壓模擬信號(hào),提供給A/D采樣板。
4.如權(quán)利要求1所述的一種礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法,其特征是所述十四路或二十路手動(dòng)控制開關(guān)信號(hào)、十二路限位控制開關(guān)信號(hào)通過I/O輸入/輸出板接入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算。
5.如權(quán)利要求1所述的一種礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法,其特征是所述電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),制動(dòng)器松開,電動(dòng)機(jī)停止時(shí),制動(dòng)器制動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦熱爐電極升降自動(dòng)控制的方法,根據(jù)礦熱爐冶煉產(chǎn)品和工藝對(duì)電壓、電流和功率的要求,以電流或功率的數(shù)值形式送給計(jì)算機(jī)(設(shè)定值),計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)將自動(dòng)地實(shí)時(shí)地檢測(cè)到的參數(shù)值(電壓、電流)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換后與設(shè)定值進(jìn)行三相平衡和比較運(yùn)算,并根據(jù)控制數(shù)學(xué)模型、控制策略和異常爐況模型進(jìn)行分析判斷,然后發(fā)出一組指令給變頻器(電磁閥控制模塊)和控制繼電器;變頻器(電磁閥控制模塊)將相應(yīng)的指令變換為對(duì)應(yīng)頻率、對(duì)應(yīng)電壓和對(duì)應(yīng)極性,以驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)(液壓油缸)進(jìn)而帶動(dòng)電極上下運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明能夠根據(jù)不同的冶煉階段能精確控制礦熱爐冶煉過程中熔料和還原反應(yīng)的速度匹配,達(dá)到節(jié)電、增產(chǎn)和提高礦石回收率的目的。
文檔編號(hào)H05B7/156GK1873564SQ200610035949
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月15日
發(fā)明者崔存生 申請(qǐng)人:韶關(guān)市義太機(jī)電設(shè)備有限公司