專利名稱：一種敞口式埋弧礦熱爐電極控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及敞口式埋弧礦熱爐，尤其涉及一種敞口式埋弧礦熱爐電極控制方法及 系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前敞口式埋弧礦熱爐的控制仍然是采用人工控制電極升降，主要的控制參數(shù)是 變壓器一次側(cè)電流，當(dāng)電流增大時上抬電極，電流減小時，下插電極。在以一次側(cè)電流控制電極常常會造成三相電極工作狀況差異較大。比如其中某 相的反應(yīng)區(qū)電極火焰面積大，反應(yīng)劇烈，化料速度快；而另外某相電極反應(yīng)區(qū)相對緩慢，反 應(yīng)區(qū)小于其他兩相，爐料消耗緩慢。這就是敞口式埋弧礦熱爐熔煉過程常常出現(xiàn)的強相和 弱相的情況，有時即使各相的相電壓和相電流接近平衡，但各相電極實際的工作狀況并不 平衡，這些對生產(chǎn)過程都會產(chǎn)生很大影響。各相電極功率不平衡對生產(chǎn)過程產(chǎn)生影響主要 有1)電爐三相功率不平衡對冶煉操作的影響當(dāng)某支電極處于上限或者下限位置時，功率不平衡的現(xiàn)象最為突出。造成這種現(xiàn) 象的主要原因是電極過長或過短。當(dāng)一相電極過短，并處于下限位置時，電極電流無法給 滿，這時該相電極功率最小。當(dāng)某相電極過長或電流過大而處于上限位置時，為了防止過電 流跳閘，只能減少其他兩相電極電流。這時一相電極功率過大，而另外兩相電極功率過小。 這兩種情況都會減少輸入爐內(nèi)的總功率。電極的非對稱排列會使某相電極感抗最小，造成 該相電極的功率高于其他兩相。十分嚴(yán)重的弱相被稱為死相，死相有電流死相和電壓死相電流死相某相電極的電流長期接近于零的狀態(tài)；電壓死相某相電極的相電壓長期接近于零的狀態(tài)。弱相電極輸入功率減少會造成該相反應(yīng)區(qū)縮??；各相反應(yīng)區(qū)互不溝通，出爐時排 渣不暢。這種局面持續(xù)下去極易產(chǎn)生電流死相。電流死相時，該相電極電阻增大，相電壓增 大，電極電流減少。由于該相反應(yīng)區(qū)導(dǎo)電能力很差，電流對電極移動的反應(yīng)遲鈍，即使電極 插得很深，電極電流仍然很小。會導(dǎo)致坩堝區(qū)縮小和上移，會使電極難以插深。電極下部導(dǎo)電能力過強會使該相電極電阻減少，相電壓隨之降低，當(dāng)電壓過低出 現(xiàn)電壓死相時，就會導(dǎo)致該相電極無法工作。2)電爐三相功率不平衡對產(chǎn)品電耗的影響三相電極功率不平衡會使產(chǎn)品電耗增加，一座16500kV*A錳硅合金埋弧電爐發(fā)生 功率不平衡故障，使產(chǎn)量降低約23%，產(chǎn)品電耗增加500kW · h/t。3)電爐三相功率不平衡對電極操作的影響強相電極消耗過快，而弱相電極消耗過慢。強相電極的燒結(jié)速度往往低于消耗速 度，經(jīng)常出現(xiàn)電極工作端過短的現(xiàn)象，為了保證電極工作端長度，需要進(jìn)行死相焙燒。這必 然增加熱停時間，減少輸入爐內(nèi)的功率。弱相電極消耗往往造成電極過燒，容易發(fā)生損壞銅瓦，電極硬斷等事故。4)電爐三相功率不平衡對坩堝位置和形狀的影響某相功率減少會使該相坩堝區(qū)溫度降低，坩堝區(qū)縮小，電極難以下插，致使?fàn)t況惡 化；嚴(yán)重時還會出現(xiàn)爐底上漲、各相的坩堝區(qū)溝通差的現(xiàn)象。坩堝區(qū)的縮小必然降低生產(chǎn)指 標(biāo)。5)電爐三相功率不平衡對電爐爐襯壽命的影響電極電流和電弧會產(chǎn)生強大的磁場。由于磁場的作用，三相交流電爐的電弧有向 爐墻一側(cè)傾斜的趨勢。功率過高的強相電極所產(chǎn)生的電弧高溫會加劇爐襯耐火材料的熱損毀。因此，有必要對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，提供了一種通過控制三相電極功 率平衡，提高生產(chǎn)過程的各項指標(biāo)的敞口式埋弧礦熱爐電極的控制方法及系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種敞口式埋弧礦熱爐電極控制方法，包括以下步驟A、獲取敞口式埋弧礦熱爐交流電機的電極行程參數(shù)信息，包括電極的初始位置、 移動距離和消耗量；B、根據(jù)所述電極的初始位置、移動距離和消耗量，預(yù)估電極在坩堝熔池中的位 置；C、根據(jù)所述電極在坩堝熔池中的位置控制所述電極。本發(fā)明所述的控制方法，其中，所述步驟B中，根據(jù)L = L0+ Δ Lsj- Δ Lxh- Δ Lf求得電極在坩堝熔池中的位置；其中，所述Ltl為電極的初始位置；所述Δ 為電極的移動距離，所述ALxh為電極 的正常損耗量，所述ALf為電極出現(xiàn)軟斷或硬斷時的損耗量。本發(fā)明所述的控制方法，其中，所述步驟A中，采用絕對式編碼器記錄電極行程， 得到電極的初始位置和電極的移動距離。本發(fā)明所述的控制方法，其中，所述步驟B中，當(dāng)電極出現(xiàn)軟斷或硬斷時，根據(jù)公 式ALf = Lh-Lq求得電極出現(xiàn)軟斷或硬斷時的損耗量；其中，所述Lq為事故前所記錄的電極位置，Ln為事故發(fā)生前電極位置。本發(fā)明所述的控制方法，其中，所述步驟C包括根據(jù)所述電極在坩堝熔池中的位 置，控制電極電壓，使電極電壓與檢測出來的二次電流比值趨于恒定。還提供了一種敞口式埋弧礦熱爐電極控制系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取敞口式埋弧礦熱爐交流電機的電極行程參數(shù)信息，包括 電極的初始位置、移動距離和消耗量；計算處理模塊，用于根據(jù)所述電極的初始位置、移動距離和消耗量，計算得到電極在坩堝熔池中的位置；控制模塊，用于根據(jù)所述電極在坩堝熔池中的位置控制所述電極。本發(fā)明所述的敞口式埋弧礦熱爐電極控制系統(tǒng)，其中，所述數(shù)據(jù)獲取模塊中包括 設(shè)于交流電機上的絕對式編碼器，用于記錄交流電機的電極行程參數(shù)信息。本發(fā)明所述的敞口式埋弧礦熱爐電極控制系統(tǒng)，其中，所述控制模塊包括設(shè)于交 流電機上的變頻器，用于改變交流電動機的轉(zhuǎn)速和扭矩。本發(fā)明通過建立敞口式埋弧礦熱爐電極模型，實時檢測電極在熔池中的位置，并 采用恒阻抗原則控制電極電壓，實現(xiàn)了對電極的優(yōu)化控制，提高敞口式埋弧礦熱爐產(chǎn)量，并 實現(xiàn)節(jié)能降耗，將噸電耗降低到4200kWh/t以下，并將功率因素從0. 74提高到0. 85以上。


圖1為本發(fā)明實施例的敞口式埋弧礦熱爐電極控制系統(tǒng)框圖；圖2為本發(fā)明實施例的敞口式埋弧礦熱爐電極控制方法流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，將對本發(fā)明的較佳實施例加以詳細(xì)說明。由于三相電極是插入在熔池內(nèi)，所以無法測量電極端點在熔池中的位置，如果能 準(zhǔn)確判斷電極在熔池中的位置則能提高操作生產(chǎn)效率。具體的測量方法為統(tǒng)計法和熔池阻 抗相結(jié)合，根據(jù)電極的初始位置、移動距離、消耗量來統(tǒng)計計算得出電極目前所處的位置。本實施例的敞口式埋弧礦熱爐電極控制系統(tǒng)框圖如圖1所述，包括數(shù)據(jù)獲取模塊 102，可獲取敞口式埋弧礦熱爐交流電機的電極行程參數(shù)信息，其中電極行程參數(shù)信息包括 電極的初始位置、移動距離和消耗量。敞口式埋弧礦熱爐電極控制系統(tǒng)還包括計算處理模 塊101，可根據(jù)電極的初始位置、移動距離和消耗量，計算得到電極在坩堝熔池中的位置； 以及包括控制模塊103，用于根據(jù)電極在坩堝熔池中的位置控制電極。數(shù)據(jù)獲取模塊中可包 括設(shè)于交流電機104上的絕對式編碼器，通過該絕對式編碼器可記錄交流電機104的電極 行程參數(shù)信息?？刂颇K可包括設(shè)于交流電機104上的變頻器，以改變交流電動機104的 轉(zhuǎn)速和扭矩。結(jié)合以上系統(tǒng)，本實施例的敞口式埋弧礦熱爐電極控制方法具體流程圖如圖2所 示，下面結(jié)合圖2作詳細(xì)描述。步驟S101、獲取敞口式埋弧礦熱爐內(nèi)交流電機的電極行程參數(shù)信息，包括電極的 初始位置、移動距離和消耗量；電極位置主要兩個部分決定電極本身上下移動的距離、電極在冶煉過程中的消
^^ ο步驟S102、根據(jù)L = L0+ Δ Lsj- Δ Lxh- Δ Lf (1)求得電極位置。式中Ltl為電極的初始位置，為電極的移動距離，ALxh為電 極的正常損耗量，Δ Lf為電極出現(xiàn)軟斷或硬斷時的損耗量。本實施例中，采用絕對式編碼器來記錄卷揚機帶動電極的移動距離，實現(xiàn)對電極 行程的記錄。
對于電極在冶煉過程中的正常消耗，由于各相電極的消耗速度不一，可以根據(jù)大 量歷史數(shù)據(jù)，分析得出每相電極在正常冶煉下的平均消耗速度。當(dāng)電極出現(xiàn)事故，發(fā)生軟斷或硬斷時的損耗量，根據(jù)ALf = Lh-Lq (2)得到非正常情況下電極的損耗量，其中Ltl為事故前所記錄的電極位置，Lh為事故 發(fā)生前的電極所在的位置。還可以根據(jù)Lcd = Lcs+Ly-ALxh-ALf(3)求得電極長度。式中L。d*電極的長度，Les為電極的初始長度，ALxh電極的正常 損耗量，ALf電極出現(xiàn)軟斷或硬斷時的損耗量。步驟S103、根據(jù)所述電極在坩堝熔池中的位置控制所述電極。埋弧電爐可以看成是三支電極在爐底接成星形的不對稱負(fù)載，其中性點電位與電 源中性點的電位有一定電位差。在電爐各相電壓相位圖上，電源中性點0位于正三角形的 中心，而不對稱的星形負(fù)載中性點在0'點。0和0'點的距離就是中性點的位移。00'點 之間的電位差可以用電壓矢量Uay來計量。電源電壓保持恒定時，變壓器的二次線電壓為Uab = Ubc = Uca (4)各相電壓矢量關(guān)系為Uao = UA0, +U00, (5)Ubo = UB0, +U00, (6)Uco = Uco, +U00, (7)00'位移越大，UA(y，UB(y，Uay之間的差別越大。決定00'位移大小的是各相阻抗 不平衡程度。以A相為例，各相阻抗可以由式8表示
_] Z = ^+Rs+Ram)2+^+Xab+Xac+^Λο (8)式(8)中，PAA，RS，RM為該相短網(wǎng)的電阻、附加電阻和熔池電阻，Xaa為該相的自感 電抗，XAB+XA。為互感電抗，Xao為雜散分布電抗。對于敞口式埋弧礦熱爐來說，不僅僅要考慮三相電極得到同樣的功率，當(dāng)三個電 極的插深不同時，三個電極的熱力中心不在一個平面上，會導(dǎo)致熔池的橫剖面熱力不均，熱 效率大大降低。如果采用恒電流控制，有可能會出現(xiàn)三相電極位置偏差很大的情況。由上述分析，可以控制電極電壓(電極電壓即為二次側(cè)電壓減去短網(wǎng)壓降)與檢 測出來的二次電流比值趨于恒定(V檢測一I檢測Z短網(wǎng))/I檢測—V設(shè)定/I設(shè)定=ε 0 (9)而由于阻抗與電極埋入深度有一定的比例關(guān)系，采用以上恒阻抗控制策略可以比 較大程度上的保證三根電極插入深度，并且插深一致，排除了短網(wǎng)阻抗不平衡所引起的功 率不平衡。采用恒阻抗原則進(jìn)行調(diào)節(jié)時，當(dāng)一相電極受到擾動，它的提升或下降，對其它兩 相處于平衡狀態(tài)的電極電壓、電流比值的影響可以忽略不計，這是電流調(diào)節(jié)原則所不能達(dá) 到的，當(dāng)兩相或三相電極受到擾動時，恒阻抗調(diào)節(jié)原則的抗干擾能力較恒電流原則要強得

在爐況正常時，因為阻抗控制的功率偏差積累小，敞口式埋弧礦熱爐電極控制系統(tǒng)可采用前面所述的恒阻抗原則控制電極，系統(tǒng)的偏差信號與電弧的阻抗成比例；當(dāng)電流 下降或上升幅度過大時，可采用恒電流控制，此時系統(tǒng)的偏差信號與電流成比例，會使電弧 的電流快速地得到修正。實踐證明，采用先進(jìn)的具有快速相應(yīng)的阻抗電極調(diào)節(jié)，可使功率消耗減少5%，電 極折斷減少90%，電極消耗減少8. 5%，出鐵時間減少18. 5 %，平均功率輸入增加8. 5%。綜上所述，本發(fā)明通過建立敞口式埋弧礦熱爐電極模型，實時檢測電極在熔池中 的位置，并采用恒阻抗原則控制電極電壓，實現(xiàn)了對電極的優(yōu)化控制，提高敞口式埋弧礦熱 爐產(chǎn)量，并實現(xiàn)節(jié)能降耗，將噸電耗降低到4200kWh/t以下，并將功率因素從0. 74提高到 0. 85以上。應(yīng)當(dāng)理解的是，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換， 而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種敞口式埋弧礦熱爐電極控制方法，包括以下步驟A、獲取敞口式埋弧礦熱爐交流電機的電極行程參數(shù)信息，包括電極的初始位置、移動 距離和消耗量；B、根據(jù)所述電極的初始位置、移動距離和消耗量，預(yù)估電極在坩堝熔池中的位置；C、根據(jù)所述電極在坩堝熔池中的位置控制所述電極。
2.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步驟B中，根據(jù)公式 L = L0+Δ Lsj-Δ Lxh-Δ Lf求得電極在坩堝熔池中的位置；其中，所述L為電極在坩堝熔池中的位置，所述Ltl為電極的初始位置，所述Δ Lsj為電 極的移動距離，所述Δ Lxh為電極的正常損耗量，所述Δ Lf為電極出現(xiàn)軟斷或硬斷時的損耗量。
3.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步驟A中，采用絕對式編碼器記錄 電極行程，得到電極的初始位置和電極的移動距離。
4.如權(quán)利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述步驟B中，當(dāng)電極出現(xiàn)軟斷或硬斷 時，根據(jù)公式Δ Lf = Lh-Lq求得電極出現(xiàn)軟斷或硬斷時的損耗量；其中，所述Ltl為事故前所記錄的電極位置，所述Lh為事故發(fā)生前電極位置。
5.如權(quán)利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述步驟C包括根據(jù)所述電極在坩堝 熔池中的位置，控制電極電壓，使電極電壓與檢測出來的二次電流比值趨于恒定。
6.一種敞口式埋弧礦熱爐電極控制系統(tǒng)，其特征在于，包括數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取敞口式埋弧礦熱爐交流電機的電極行程參數(shù)信息，包括電極 的初始位置、移動距離和消耗量；計算處理模塊，用于根據(jù)所述電極的初始位置、移動距離和消耗量，計算得到電極在坩 堝熔池中的位置；控制模塊，用于根據(jù)所述電極在坩堝熔池中的位置控制所述電極。
7.如權(quán)利要求6所述的敞口式埋弧礦熱爐電極控制系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)獲取 模塊中包括設(shè)于交流電機上的絕對式編碼器，用于記錄交流電機的電極行程參數(shù)信息。
8.如權(quán)利要求6或7所述的敞口式埋弧礦熱爐電極控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模 塊包括設(shè)于交流電機上的變頻器，用于改變交流電動機的轉(zhuǎn)速和扭矩。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種敞口式埋弧礦熱爐電極控制方法及系統(tǒng)，所述方法包括以下步驟A、獲取敞口式埋弧礦熱爐交流電機的電極行程參數(shù)信息，包括電極的初始位置、移動距離和消耗量；B、根據(jù)所述電極的初始位置、移動距離和消耗量，預(yù)估電極在坩堝熔池中的位置；C、根據(jù)所述電極在坩堝熔池中的位置控制所述電極。本發(fā)明通過建立敞口式埋弧礦熱爐電極模型，實時檢測電極在熔池中的位置，并采用恒阻抗原則控制電極電壓，實現(xiàn)了對電極的優(yōu)化控制，提高敞口式埋弧礦熱爐產(chǎn)量，實現(xiàn)了對電極的優(yōu)化控制，提高敞口式埋弧礦熱爐產(chǎn)量，并實現(xiàn)節(jié)能降耗。
文檔編號H05B7/152GK102111927SQ20091018942
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者呂宵宵, 張興儉, 程朋勝, 鐘宇彤 申請人:深圳達(dá)實智能股份有限公司