專利名稱：礦熱電爐電極埋入深度控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及礦熱電爐，尤其涉及一種礦熱電爐電極埋入深度控制方法。
背景技術(shù)：
礦熱電爐是靠電極的埋弧電熱和物料的電阻電熱來熔煉物料的一種電爐，要使它 的達到好的生產(chǎn)效能，就要達到好的生產(chǎn)率、低的電能和熱能單耗、高的熱效率。為了更好 的發(fā)揮礦熱電爐的生產(chǎn)效能，每一種冶煉工藝都需要合適的電熱制度，它的工作要點是要 有適宜的工作電壓和電極埋入深度。生產(chǎn)實踐中，當(dāng)物料狀況等生產(chǎn)條件不發(fā)生重大變化 時，工作電壓不經(jīng)常變動，因此電極埋入深度是調(diào)節(jié)和控制生產(chǎn)過程的主要參數(shù)。
下面介紹礦熱電爐中電極埋入深度調(diào)節(jié)的幾種情況 1)根據(jù)礦熱電爐工作電阻的計算公式，在特定的爐子及已知的爐料情況下，工作 電阻與電極埋入深度成反比，電極埋入深度改變，爐子的工作電阻隨之變化。生產(chǎn)中，熔池 深度隨時變化，所以要求隨時調(diào)節(jié)電極埋入深度，使工作電阻穩(wěn)定，以保證爐況穩(wěn)定；
2)如果電極埋入深度頻繁地進行調(diào)節(jié)，會造成電極周圍爐料的錐體封閉層會被破 壞、引起操作中不必要的波動等，影響電爐的穩(wěn)定運行。在電爐運行時，像冷料下滑引起的 偏差，在短時間內(nèi)會自行消失，因此，對此類情況，不需立即進行電極埋入深度調(diào)整；
3)礦熱電爐的電耗很大，輸入功率一般可達數(shù)兆伏安，單位電耗占生產(chǎn)成本的比 例可以達到50%以上。降低電耗的重要手段是維護好的爐況，使電極有適宜的埋入深度；
目前國內(nèi)多數(shù)礦熱電爐的電極埋入深度控制都是人工手動控制的方法，這種控制 手段不僅操作人員的勞動強度增加，而且爐況控制的穩(wěn)定程度取決于操作人員的經(jīng)驗和熟 練程度； 現(xiàn)有對電極埋入深度的自動控制采用三點式調(diào)節(jié)系統(tǒng)，它的控制原理如下，同時 參見圖l，以恒電流為例，當(dāng)電流偏差達到上限或下限時，調(diào)節(jié)系統(tǒng)控制電極開始上升或下 降運動。動作開始后，便一直持續(xù)到小于上停或下停的電流值時，電極停止運動。電流在上 限以下和下限以上這個范圍(該區(qū)稱之為控制死區(qū)，控制死區(qū)的大小可以進行調(diào)整)，電極 不進行升降運動。 當(dāng)電流值實際值與電流值設(shè)定值之間出現(xiàn)不能允許的高偏差時，電極埋入深度應(yīng) 立即進行調(diào)節(jié)；當(dāng)偏差在允許的范圍內(nèi)，要求控制系統(tǒng)既要保持較高的控制精度，又要保持 調(diào)節(jié)的成熟次數(shù)盡可能的少。 因此，上述控制方法的缺點是如果控制死區(qū)選的過小，電極動作將過于頻繁；若 控制死區(qū)過大，將影響控制精度。 現(xiàn)有的電極埋入深度自動控制模式有以下兩種，即在自動方式下，其電極埋入深 度的控制模式有兩種選擇恒電流模式和恒阻抗模式。恒電流模式是在電爐運行中，盡量保 持電極的電流恒定；恒阻抗模式是在電爐運行中，盡量保持熔池電壓域電極電流之間的關(guān) 系恒定。 恒電流法的優(yōu)點是較簡單，輸入?yún)⒘恐皇请姌O電流；缺點是當(dāng)某一根電極電流有偏差而自動調(diào)節(jié)時，勢必影響另外兩極也同時參加調(diào)節(jié)，不利與爐況穩(wěn)定； 恒阻抗法的優(yōu)點是當(dāng)某一相因電流變化超出設(shè)定要求，需要電極埋入深度進行調(diào)
整時，其它兩相電極可以不參與調(diào)節(jié)。比如故障相對爐底短路時，其電流達短路電流，故障
相電極需立即進行調(diào)整，另外兩相由于中點位移，電流、電壓同時增大為原值相同的倍數(shù)，
因而其比值不變，即工作阻抗與給定值的偏差沒有變化而不進行自動調(diào)節(jié)。該法的缺點是
輸入?yún)⒘坑须姌O電流和熔池電壓，相對恒電流法復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的控制精度問題和控制動作頻繁等問題，本發(fā)明提供了一 種礦熱電爐電極埋入深度控制方法，通過描述的上停 上限和下停 下限這一控制死區(qū)改 為反時限的控制區(qū)段，既可以保證一定的調(diào)整精度，又可以在偏差允許的范圍內(nèi)，相對減少 調(diào)整的頻度，使電爐穩(wěn)定與優(yōu)化運行。 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種礦熱電爐電極埋入深度控制方法，包括 獲取第一和第二電流/電壓原始參數(shù)； 對實際電極電流采樣，以獲得采樣電流/電壓參數(shù)； 確定所述采樣電流/電壓參數(shù)超過所述第二電流/電壓原始參數(shù)，對所述電極埋 入深度進行調(diào)節(jié)；或者 確定所述采樣電流/電壓參數(shù)超過所述第一電流/電壓原始參數(shù)，但未超過所述 第二電流/電壓原始參數(shù)，將所述第一電流/電阻原始參數(shù)和第二電流/電壓原始參數(shù)之 間的用于電極埋入深度開始進行調(diào)整的多個電流設(shè)定值與所述采樣電流/電壓參數(shù)分別 進行比較，在計時累加值超過時間設(shè)定值后，對所述電極埋入深度進行調(diào)節(jié)。
所述對實際電極電流采樣，以獲得采樣電流參數(shù)包括 利用電流互感器、電流變送器和電流表來對電爐電極測量電流，獲得采樣電流參 數(shù)。 所述對實際電極電流采樣，以獲得采樣電壓參數(shù)包括 利用電壓變送器、三相電壓表和單相電壓表對電爐電極測量電壓，獲得采樣電壓 參數(shù)。 所述獲取第一和第二電流/電壓原始參數(shù)具體為 對電流時間關(guān)系的連續(xù)曲線離散化，獲得第一和第二電流/電壓原始參數(shù)，以及 所述第一和第二電流/電壓原始參數(shù)之間的多個電極埋入深度開始進行調(diào)整的電流設(shè)定 值，以及其所對應(yīng)的延時時間。 所述的礦熱電爐電極埋入深度控制方法還包括通過電極位置調(diào)整液壓缸內(nèi)的位 置傳感器測量電極移動的距離。 因此，本發(fā)明通過提供一種礦熱電爐電極埋入深度控制方法實現(xiàn)利用三步偏差時 間域來對電極埋入深度進行調(diào)節(jié)。


圖1為現(xiàn)有對電極埋入深度的自動控制采用三點式調(diào)節(jié)系統(tǒng)；
圖2為本發(fā)明三步偏差時間示意4
圖3為本發(fā)明電流1/時間T關(guān)系的連續(xù)曲線離散化示意圖；
圖4本發(fā)明電極電流測量示意；
圖5本發(fā)明電極電壓測量示意圖。
具體實施例方式
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的控制精度問題和控制動作頻繁等問題，本發(fā)明提供了一 種新的礦熱電爐電極埋入深度自動控制方法。本文中也將此控制方法稱為三步偏差時間域 方法。利用三步偏差時間域方法來對電極埋入深度進行調(diào)節(jié)，參見圖2本發(fā)明三步偏差時 間示意圖，來描述本發(fā)明的中心控制思想 在一個設(shè)定的控制周期T內(nèi)，根據(jù)實際的電極電流大小調(diào)整電極埋入深度，分為 如下三種情況進行實際的電極電流在-^或L區(qū)間內(nèi)時，電極埋入深度不進行調(diào)整；實際 的電極電流超出_IH或IH時，電極埋入深度立即進行調(diào)整；實際的電極電流在 _IH或 +IH區(qū)間時，電極埋入深度調(diào)整開始的時機取決于電極電流大小與其持續(xù)的累計時 間，二者成線性反比關(guān)系，也就是電流越大，調(diào)整時機開始所需的累計時間越短，反之，電流 越小，調(diào)整時機開始所需的累計時間越長。
電極埋入深度調(diào)整一旦開始，就一直持續(xù)到電極電流小于或I"調(diào)整才停止。
圖2中，T為控制周期時間，-^和L為電極埋入深度調(diào)整死區(qū)電流的上限值，_IH 和IH為電極埋入深度調(diào)整的立即動作值。-W-I"lH及T值，由操作人員根據(jù)工藝要求 在人機介面HMI上進行預(yù)設(shè)定，并可以根據(jù)實際情況有操作人員進行修改，其最佳值需結(jié) 合實踐經(jīng)驗在調(diào)試過程中確定。 三步偏差時間域方法適用于恒電流模式和恒阻抗模式。圖2所示的是以恒電流模 式的三步偏差時間域策略。若采用恒阻抗模式，圖2中的橫坐標(biāo)應(yīng)是阻抗(其值為電極電 壓與電極電流之比)。 本發(fā)明的礦熱電爐電極埋入深度控制方法將圖1中描述的上停 上限和下停 下限這一控制死區(qū)改為反時限的控制區(qū)段。這樣，既可以保證一定的調(diào)整精度，又可以在偏 差允許的范圍內(nèi)，相對減少調(diào)整的頻度，使電爐穩(wěn)定與優(yōu)化運行。 下面通過實施例子，對本發(fā)明實施例的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。該技術(shù)方 案的內(nèi)容主要包括將圖2中電流1/時間T關(guān)系的連續(xù)曲線離散化(以獲取第一和第二電 流/電阻原始參數(shù))；電極電流實際值的測量(即對實際偏差電流采樣，以獲得采樣電流/ 電阻參數(shù))；電極電壓實際值(采用恒阻抗模式時需要)的測量；電極位置的測量計算；計 算機系統(tǒng)硬件；電流、時間設(shè)定值的輸入和計算方法；控制方法的程序?qū)崿F(xiàn)。
概括而言，本發(fā)明一種礦熱電爐電極埋入深度控制方法，包括獲取第一和第二電 流/電壓原始參數(shù)；對實際電極電流采樣，以獲得采樣電流/電壓參數(shù)；確定所述采樣電流 /電壓參數(shù)超過所述第二電流/電壓原始參數(shù)，對所述電極埋入深度進行調(diào)節(jié)；或者確定所 述采樣電流/電壓參數(shù)超過所述第一電流/電壓原始參數(shù)，但未超過所述第二電流/電壓 原始參數(shù)，將所述第一電流/電阻原始參數(shù)和第二電流/電壓原始參數(shù)之間的用于電極埋 入深度開始進行調(diào)整的多個電流設(shè)定值與所述采樣電流/電壓參數(shù)分別進行比較，在計時 累加值超過時間設(shè)定值后，對所述電極埋入深度進行調(diào)節(jié)。
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所述對實際電極電流采樣，以獲得采樣電流參數(shù)包括 利用電流互感器、電流變送器和電流表來對電爐電極測量電流，獲得采樣電流參 數(shù)。 所述對實際電極電流采樣，以獲得采樣電壓參數(shù)包括 利用電壓變送器、三相電壓表和單相電壓表對電爐電極測量電壓，獲得采樣電壓 參數(shù)。 所述獲取第一和第二電流/電壓原始參數(shù)具體為 對電流時間關(guān)系的連續(xù)曲線離散化，獲得第一和第二電流/電壓原始參數(shù)，以及 所述第一和第二電流/電壓原始參數(shù)之間的多個電極埋入深度開始進行調(diào)整的電流設(shè)定 值，以及其所對應(yīng)的延時時間。 首先介紹電流1/時間T關(guān)系的連續(xù)曲線離散化的過程 在實際應(yīng)用中，首先需要將圖2的電流1/時間T關(guān)系的連續(xù)曲線離散化，即將電 流區(qū)間士^ lH按照等距離取n個點(n整數(shù)，取值大小根據(jù)控制精度的要求確定。n越 大，離散化后的電流/時間曲線越接近于圖2，但實現(xiàn)的程序越復(fù)雜)，如果加上± ^則總
共n+l個點，每點的電流分別標(biāo)記為± I。 Ip 12.....1^、 In(L、 12.....Iw、 In是延時相應(yīng)
時間后電極埋入深度開始進行調(diào)整的電流設(shè)定值)，對應(yīng)的延時時間標(biāo)記為t。、 V t2.....
tn—p tn(t。、 t2.....tn—p tn也是電極埋入深度開始進行調(diào)整的累計時間的設(shè)定值)。離
散化后電流/時間曲線參見圖3。 L和^分別為第一和第二電流/電壓原始參數(shù)。
為了實現(xiàn)用三步偏差時間域方法對電極埋入深度進行自動調(diào)整，獲取比較精確的 電極電流是至關(guān)重要的，即對實際電流采樣，以獲得采樣電流/電阻參數(shù)。參見圖4電極電 流測量示意圖，本發(fā)明采用的電流測量方法如下 圖中3LHa、3LHb、3LHc為電流互感器，分別測出與電爐變壓器二次繞組電流在幅 值成固定變比關(guān)系、相位相同的電流值，并通過電流互感器的二次側(cè)采用A接線方式，得到 與電極的入爐電流幅值成固定比例、相位相同的電流值，此電流經(jīng)過2TA(電流變送器)、 2A(電流表)轉(zhuǎn)化為用于系統(tǒng)監(jiān)視、控制所需的電流信號。 如果采用恒阻抗模式，除需要獲取比較精確的電極電流外，還需測量電爐二次短 網(wǎng)對爐底的電壓。圖5為本發(fā)明電極電壓測量示意圖，圖中2TV為電壓變送器，2V為三相電 壓表，2Va、2Vb、2Vc為單相電壓表，通過上述設(shè)備獲取用于系統(tǒng)監(jiān)視、控制所需的電壓信號。
為了使操作人員更好的了解爐況，本技術(shù)方案設(shè)有電極實際位置的測量計算功 能。通過電極位置調(diào)整液壓缸內(nèi)的位置傳感器測量電極移動的距離，然后由計算機系統(tǒng)根 據(jù)各原始條件計算出電極在爐內(nèi)的實際位置，并通過模擬圖顯示在HMI上。
用于本技術(shù)方案的計算機系統(tǒng)硬件主要PLC和HMI。 PLC主要由如下模塊組成 CPU單元，CPU315 ;DI模塊；AI模塊，處理來自測量裝置的電極實際電流、電壓和電極移動距 離信號；DO模塊，驅(qū)動電極位置調(diào)整液壓缸。HMI :用于設(shè)定值的輸入及爐況的模擬顯示，如 電極電流、電壓和電極位置的顯示。 本例中，需要操作人員在人機界面HMI上輸入的設(shè)定值有-I。 I。 _IH、 IH及T和
n ;根據(jù)圖3計算的設(shè)定值有時間V tn—p tn和電流I。. In—p In。 t。 = T= T_Tdet*l ;
tn—! = T-Tdet*(n_l); tn = T_Tdet*n ; 式中Tdet = T/(n+l); I0 = IL ^ = IL+Idet*l In—丄=IL+Idet*(n_l); In = IL+Idet*n ; 式中Idet = (IH_IL)/(n+l)。 在控制程序執(zhí)行前，要把原始參數(shù)HT、n通過HMI下裝到PLC中，然后PLC自 動執(zhí)行設(shè)定值計算程序，計算出t。、. . . tn—p tn的值和I。、. . . In—p In作為n+1個點的時間設(shè) 定值和電流設(shè)定值并存放到指定的數(shù)據(jù)區(qū)?？刂瞥绦驁?zhí)行開始時，首先對實際電極電流進 行采樣，假設(shè)電極電流第一次采樣值為+IxUf+IXl與L及Ih迸行比狡，如果Ixl < L，電 極埋入深度不進行調(diào)整，如果Ixl > IH，電極立即動作；而如果L < = Ixl < I"還需要再
把Ixl與+I。、+Ii.....+111—1、+111進行比較，小于Ixl的區(qū)段對應(yīng)的計時器觸發(fā)，開始計時累
加(此值也存放到指定的數(shù)據(jù)區(qū))，而大于+1x1的區(qū)段對應(yīng)的計時器停止；假設(shè)電極電流 第一次采樣值為+1x2，將+1x2與L及Ih迸行比狡，如果1x2 < I"電極埋入深度不進行調(diào)
整，如果1x2 > IH，電極立即動作；而如果L < = 1x2 < IH，還需要再把1x2與+1。、+^.....
+111—1、+111進行比較，小于1x2的區(qū)段對應(yīng)的計時器觸發(fā)，開始計時累加(此值也存放到指定 的數(shù)據(jù)區(qū))，而大于+1x2的區(qū)段對應(yīng)的計時器停止；根據(jù)所選的采樣次數(shù)(N)，上述過程重 復(fù)進行N次。在重復(fù)上述過程時，PLC程序還將各點的計時累加值與其對應(yīng)的時間設(shè)定值 (t。. . . tn—p tn)進行比較，其中任何一個點的計時累加值大于等于其對應(yīng)的時間設(shè)定值，就 開始進行電極埋入深度的調(diào)整動作。電極埋入深度的調(diào)整動作開始后，所有的計時值清零， 為下一個周期作準(zhǔn)備。 對偏差電流采樣值為-Ix的情況與上類似，只是將-Ix與_I。、 .....-1^、 _In
進行比較，小于-Ix的區(qū)段對應(yīng)的那部分點開始計時累加，大于-Ix的區(qū)段那部分點計時累 加停止。 最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參 照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明 進行修改、更改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明和權(quán)利要求的精神和范圍。
權(quán)利要求
一種礦熱電爐電極埋入深度控制方法，其特征在于包括獲取第一和第二電流/電壓原始參數(shù)；對實際電極電流采樣，以獲得采樣電流/電壓參數(shù)；確定所述采樣電流/電壓參數(shù)超過所述第二電流/電壓原始參數(shù)，對所述電極埋入深度進行調(diào)節(jié)；或者確定所述采樣電流/電壓參數(shù)超過所述第一電流/電壓原始參數(shù)，但未超過所述第二電流/電壓原始參數(shù)，將所述第一電流/電阻原始參數(shù)和第二電流/電壓原始參數(shù)之間的用于電極埋入深度開始進行調(diào)整的多個電流設(shè)定值與所述采樣電流/電壓參數(shù)分別進行比較，在計時累加值超過時間設(shè)定值后，對所述電極埋入深度進行調(diào)節(jié)。
2. 如權(quán)利要求1所述的礦熱電爐電極埋入深度控制方法，其特征在于所述對實際電極 電流采樣，以獲得采樣電流參數(shù)包括利用電流互感器、電流變送器和電流表來對電爐電極測量電流，獲得采樣電流參數(shù)。
3. 如權(quán)利要求2所述的礦熱電爐電極埋入深度控制方法，其特征在于所述對實際電極 電流采樣，以獲得采樣電壓參數(shù)包括利用電壓變送器、三相電壓表和單相電壓表對電爐電極測量電壓，獲得采樣電壓參數(shù)。
4. 如權(quán)利要求2所述的礦熱電爐電極埋入深度控制方法，其特征在于所述獲取第一和 第二電流/電壓原始參數(shù)具體為對電流時間關(guān)系的連續(xù)曲線離散化，獲得第一和第二電流/電壓原始參數(shù)，以及所述 第一和第二電流/電壓原始參數(shù)之間的多個電極埋入深度開始進行調(diào)整的電流設(shè)定值，以 及其所對應(yīng)的延時時間。
5. 如權(quán)利要求2所述的礦熱電爐電極埋入深度控制方法，其特征在于還包括通過電 極位置調(diào)整液壓缸內(nèi)的位置傳感器測量電極移動的距離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦熱電爐電極埋入深度控制方法，該方法包括獲取第一和第二電流/電壓原始參數(shù)；對實際電極電流采樣，以獲得采樣電流/電壓參數(shù)；確定所述采樣電流/電壓參數(shù)超過第二電流/電壓原始參數(shù)，對電極埋入深度進行調(diào)節(jié)；或者確定采樣電流/電壓參數(shù)超過所述第一電流/電壓原始參數(shù)，但未超過第二電流/電壓原始參數(shù)，將第一電流/電阻原始參數(shù)和第二電流/電壓原始參數(shù)之間的用于電極埋入深度開始進行調(diào)整的多個電流設(shè)定值與采樣電流/電壓參數(shù)分別進行比較，在計時累加值超過時間設(shè)定值后，對電極埋入深度進行調(diào)節(jié)。因此，本發(fā)明通過提供一種礦熱電爐電極埋入深度控制方法實現(xiàn)利用三步偏差時間域來對電極埋入深度進行調(diào)節(jié)。
文檔編號H05B7/148GK101720146SQ20091025926
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者劉廣文, 李慶, 欒振珠, 王瑾源 申請人:中冶東方工程技術(shù)有限公司