CN100428093C - 矿热炉电极升降自动控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种矿热炉电极升降自动控制的方法，根据矿热炉冶炼产品和工艺对电压、电流和功率的要求，以电流或功率的数值形式送给计算机(设定值)，计算机控制系统将自动地实时地检测到的参数值(电压、电流)进行A/D转换后与设定值进行三相平衡和比较运算，并根据控制数学模型、控制策略和异常炉况模型进行分析判断，然后发出一组指令给变频器(电磁阀控制模块)和控制继电器；变频器(电磁阀控制模块)将相应的指令变换为对应频率、对应电压和对应极性，以驱动电机转动(液压油缸)进而带动电极上下运动。本发明能够根据不同的冶炼阶段能精确控制矿热炉冶炼过程中熔料和还原反应的速度匹配，达到节电、增产和提高矿石回收率的目的。

Description

矿热炉电极升降自动控制的方法

【技术领域】

本发明涉及一种电极升降自动控制方法，尤其是涉及一种矿热炉电极升降自动控制的方法。

【背景技术】

矿热炉，属电弧炉系列的一种，冶炼的产品包括硅铁类、硅锰合金、铬缺、电石、黄磷、刚玉等，它们冶炼的核心理论是：通过电离空气形成定向高温离子流-电弧，将电能转换成热能，为还原反应提供足够高的温度场。

电弧的状态取决于电极端头和放电体的距离、放电体的导电性、电压以及电极周围的温度和炉料介质的电阻特性。在冶炼过程中，随着炉底熔池液面(或渣面)的不断升高，炉料经常性下榻，电极端头因烧损而上移以及熔池导电性的变化，需要适时调整电极的实际位置，以保持炉内电弧功率始终能够处于最佳状态，同时还要能够保持三相电弧功率的基本平衡，以维持供电系统能够达到的较高的电效率，达此目的的关键之一就是电极升降控制系统要有很好的控制性能，能自动识别炉内变化，依据炉内电弧功率的状态适时调整电极位置，维持电弧功率的主回路系统的双高效，与此同时还要兼顾电极周围炉料电阻的变化。

冷态矿石不导电，熔融态混合体是良导电体，这一特点决定了矿热炉电极升降控制系统的复杂性和难点，也是众多从事矿热炉自动化控制的先行者们至今仍未成功的原因所在。到目前为止，国内现有矿热炉电极升降普遍为人工手动控制，当电流大于规定值时，提升电极，当电流小于规定值时，下降电极，个别用PLC控制的方法也是基于和人工控制相同的方法，其主要缺点是人工操作的随意性大、劳动强度大、三相功率不平衡、电耗高、产量低、矿石回收率低。

影响矿热炉冶炼电耗的因素很多，首先要解决热源的稳定问题，由计算机控制三相电极在炉内的位置，保证炉内热源均衡稳定；然后解决料的均匀性问题，最好也用计算机来控制。这两大因素是矿热炉节电与否的关键，综合节电的空间在15％左右。第一因素的空间约6％至10％，第二因素的空间约4％至7％。因此，取得低电耗的先决条件是电极一定要插的够深。如果电极插不下去，必然是电耗高，产量低。电极插入深度应在1000到1400毫米之间。

中国专利93217672.0公开了一种电弧炼钢炉用电极升降驱动装置，该装置采用液压马达驱动电极的升降，该液压马达的启闭由控制电路中的伺服阀实现控制。其缺点是采用模拟信号进行控制，其控制精度不高，不能达到节电的目的。

【发明内容】

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种能降低冶炼电耗、提高生产率并提高矿石回收率的矿热炉电极升降自动控制的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种矿热炉电极升降自动控制的方法，包括变压器，在该变压器的初级或次级装有电流互感器，该电流互感器所输出的交流电流信号，经信号转换器变换为直流电压模拟信号，提供给A/D采样板；另一路三相交流电压信号直接取自变压器次级出线排上的交流电压信号，经信号转换器变换为直流电压模拟信号，提供给A/D采样板；A/D采样板将上述六路直流电压模拟信号转换为六路数字信号供计算机运算，同时将手动控制开关信号和限位控制开关信号通过I/O输入/输出板接入计算机进行运算；

经计算机进行运算后的输出信号分别输向变频驱动系统或液压驱动系统，即：

计算机的输出信号经I/O输入/输出板输出方向信号控制变频器的运行方向、输出信号给继电器输出板，经转换后驱动电动机的制动器，确保变频器无输出时电极处于静止状态，D/A信号转换板将计算机的开关量信号转换成模拟信号，控制变频器的输出频率大小，由电动机带动电极升降机构驱动电极上、下运动，从而改变炉内电功率的大小；

计算机的输出信号经I/O输入/输出板输出信号给信号转换板，经变换放大后驱动电磁阀运动，控制液压驱动系统的液压油缸上、下运动，由液压油缸驱动电极升降机构使电极上、下运动，从而改变炉内电功率的大小。

所述变压器的输入电源是由电网10KV或35KV或110KV三相交流电经隔离开关、真空开关接入至变压器初级，经变换后在次级输出80V到500V的三相交流电，通过由大截面铜管或铜板、软铜电缆组成的大截面短网、导电装置和石墨电极相接，进入炉内，提供电功率。

所述电流互感器的输出的交流电流信号为0-5安培，经信号转换器变换为0-5V或0-10V的直流电压模拟信号，提供给A/D采样板；另一路三相交流电压信号直接取自变压器次级出线排上，是0-500V交流电压信号，经信号转换器变换为0-5V或0-10V的直流电压模拟信号，提供给A/D采样板。

所述十四路或二十路手动控制开关信号、十二路限位控制开关信号通过I/O输入/输出板接入计算机进行运算。

所述电动机转动时，制动器松开，电动机停止时，制动器制动。

本发明的积极效果是：根据矿热炉冶炼产品和工艺对电压、电流和功率的要求，以电流或功率的数值形式送给计算机(设定值)，计算机控制系统将自动地实时地检测到的参数值(电压、电流)进行A/D转换后与设定值进行三相平衡和比较运算，并根据控制数学模型、控制策略和异常炉况模型进行分析判断，然后发出一组指令给变频器(电磁阀控制模块)和控制继电器。变频器(电磁阀控制模块)将相应的指令变换为对应频率、对应电压和对应极性，以驱动电机转动(液压油缸)进而带动电极上下运动，改变弧流、功率大小或脱离自动并提醒操作者处理，使系统迅速地纠正偏差，维持其运行在给定范围内；本发明所用变频器为专用检测控制驱动部件，全数字控制，内置双CPU，功能多达90多个，全部数字设定(电磁阀控制模块为专用控制驱动部件)；采样系统是将控制对象的实时状态及其检测值送入计算机的关键接口，它的可靠性和准确性关系到系统的控制性能，本系统中采样的对象为短网电压和电流，采样部分包括互感器和变送器；计算机是整个控制系统的核心，它负责控制模型的处理运算、决策、实时数据的采样变换(A/D)及存储运算；本发明的操作界面为全中文菜单提示，系统运行时可以实时看到弧压、弧流的实际数值及其波动图形，当冶炼出现异常炉况时，系统会提示操作者进行处理；当系统出现故障时，也可从显示器的画面上进行判断。

本发明能够根据不同的冶炼阶段能精确控制矿热炉冶炼过程中熔料和还原反应的速度匹配，达到节电、增产和提高矿石回收率的目的。

【附图说明】

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明控制电路方框示意图。

图中：GK-隔离开关，ZK-真空开关，B-变压器，L-电流互感器，M-电动机，LCD-显示屏。

【具体实施方式】

参见图1，一种矿热炉电极升降自动控制的方法，电网10KV三相交流电经隔离开关GK、真空开关ZK接入矿热炉变压器B初级，经变换后在变压器B的次级输出80V到500V的三相交流电，通过由大截面铜管或铜板、软铜电缆组成的大截面短网、导电装置和石墨电极相接，进入炉内，提供电功率。

本发明的输入信号有：在变压器B的初级或次级装有电流互感器L，输出0-5安培的交流电流信号，经信号转换器变换为0-5V(或0-10V)的直流电压模拟信号，提供给A/D采样板；另一路三相交流电压信号直接取自变压器B次级出线排上，是0-500V交流电压信号，经信号转换器变换为0-5V或0-10V直流电压模拟信号，提供给A/D采样板；A/D采样板将上述六路直流电压模拟信号转换为六路数字信号供计算机运算；十四路或二十路手动控制开关信号、十二路限位控制开关信号通过I/O输入/输出板接入计算机进行运算。

经计算机处理后，本发明的输出信号分别输向变频驱动系统或液压驱动系统，具体是：

变频驱动系统：I/O输入/输出板输出方向信号控制变频器的运行方向、输出信号给继电器输出板板，经转换后驱动电动机M的制动器，确保变频器无输出时电极处于静止状态；D/A信号转换板将计算机的开关量信号转换成模拟信号，控制变频器的输出频率大小；从而实现电动机M带动电极升降机构驱动电极上、下运动，从而改变炉内电功率的大小。

当电动机M转动时，制动器松开，电动机M停止时，制动器制动。

液压驱动系统：I/O输入/输出板输出信号给信号转换板，经变换放大后，驱动电磁阀运动，控制液压驱动系统的液压油缸上、下运动，由液压油缸驱动电极升降机构使电极上、下运动，从而改变炉内电功率的大小。

控制信号的设定值通过键盘输入到计算机内存储。

本发明的设计原理是：依据炉内电流的“变化率”大小，判别电弧功率大小，进而计算出炉底导电层的电导率，确定还原反应和熔料速度的匹配情况。具体控制方法是：

当I_t＞I_设+I_死区％并延时HD秒有效时，

如果I_t-(I_设+I_死区％)≥UPCURRENTGRADE，电极下降URC秒静止不动，并延时USB秒，然后重复上述过程。在USB过程中，如果出现电流满足I_t≤I_设+I_死区％的情况，则终止USB过程；

如果I_t-(I_设+I_死区％)＜UPCURRENTGRADE，电极上升至电流满足

I_t≤I_设+I_死区％为止；

否则，电极静止不动；

当I_t＜I_设-I_死区％并延时LD秒有效时，

如果I_t-(I_设-I_死区％)＞CURRENTGRADE，电极下降至电流满足

I_t≥I_设-I_死区％为止；

如果I_t-(I_设-I_死区％)≤CURRENTGRADE，电极上升DPRR秒静止不动，并延时LSB秒，然后重复上述过程。

在LSB过程中，如果出现电流满足

I_t≥I_设-I_死区％的情况，则终止LSB过程；

否则，电极静止不动；

当电极遇到上限位时，电极只能下降而不能上升，如果出现

I_t＞I_设+I_死区％的现象，并且满足

I_t-I_设≥LIMITCURRENT时，电极下插URC秒，静止不动并延时USB秒，然后重复上述过程。在USB过程中，如果出现电流满足I_t≤I_设+I_死区％的情况，则终止USB过程；

参数：CURRENTGRADE、UPCURRENTGRADE、LD、HD、URC、DPRR、USB、LSB、LIMITCURRENT值的大小取决于冶炼的品种、主变压器功率的大小、电流采样值的变比关系。

本发明应用于硅锰冶炼炉时，变压器功率8000KVA、一次侧电压35KV、电流132A、电流互感器变化150/5、电极直径800毫米。本系统采样信号------一次侧三相电流(取自电流互感器)、二次侧电压信号(直接从变压器出线排上取得)、二次侧对地相电压60V、

I_设＝44350(A)        UPCURRENTGRADE＝2500(A)

I_死区＝3％           CURRENTGRADE＝3500(A)

LD＝50(节拍)         HD＝50(节拍)     1节拍＝0.13S

URC＝12(节拍)        DPRR＝12(节拍)

USB＝500(节拍)       LSB＝500(节拍)

LIMITCURRENT＝2500(A)

本发明应用于黄磷冶炼炉时，六条电极、变压器功率16000KVA、一次侧电压35KV，电流264A，二次侧对地相电压260V、相电流35500A、单电极电流17750A，电流互感器变比20000/5，电极直径600毫米。系统采样信号----二次侧六电极电流(取自电流互感器)、二次侧电压信号(直接从变压器出线排上取得)：

I_设＝17700(A)    UPCURRENTGRADE＝2500(A)

I_死区＝3％       CURRENTGRADE＝3500(A)

LD＝50(节拍)     HD＝50(节拍)    1节拍＝0.13S

URC＝12(节拍)    DPRR＝12(节拍)

USB＝500(节拍)   LSB＝500(节拍)

LIMITCURRENT＝1500(A)

Claims (1)

1、一种矿热炉电极升降自动控制的方法，其特征是：依据实际电流的变化率的大小来确定电极的升、降方向，依据炉内电流的变化率大小，判别电弧功率大小，进而计算出炉底导电层的电导率，确定还原反应和熔料速度的匹配情况；

当I_t＞I_设+I_死区％并延时HD秒有效时，

如果I_t-(I_设+I_死区％)≥UPCURRENTGRADE，电极下降URC秒静止不动，并延时USB秒，然后重复上述过程；在USB过程中，如果出现电流满足I_t≤I_设+I_死区％的情况，则终止USB过程；

如果I_t-(I_设+I_死区％)＜UPCURRENTGRADE，电极上升至电流满足

I_t≤I_设+I_死区％为止；

否则，电极静止不动；

当I_t＜I_设-I_死区％并延时LD秒有效时，

如果I_t-(I_设-I_死区％)＞CURRENTGRADE，电极下降至电流满足

I_t≥I_设-I_死区％为止；

如果I_t-(I_设-I_死区％)≤CURRENTGRADE，电极上升DPRR秒静止不动，并延时LSB秒，然后重复上述过程；

在LSB过程中，如果出现电流满足

I_t≥I_设-I_死区％的情况，则终止LSB过程；

否则，电极静止不动；

当电极遇到上限位时，电极只能下降而不能上升，如果出现

I_t＞I_设+I_死区％的现象，并且满足

I_t-I_设≥LIMITCURRENT时，电极下插URC秒，静止不动并延时USB秒，然后重复上述过程；

在USB过程中，如果出现电流满足I_t≤I_设+I_死区％的情况，则终止USB过程；

参数：CURRENTGRADE、UPCURRENTGRADE、LD、HD、URC、DPRR、USB、LSB、LIMITCURRENT值的大小取决于冶炼的品种、主变压器功率的大小、电流采样值的变比关系。

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