CN101313189B - 电弧炉的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种控制系统和方法，用于控制电弧炉的至少一个电极的垂直位置，其中该电弧炉包括炉变压器，其具有初级输入侧和电连接到该至少一个电极的次级输出侧，该控制系统包括：至少一个电流测量设备，用于测量由该电弧炉吸引的电流；电压测量设备，用于测量在该电弧炉上施加的电压；以及控制单元，用于基于电流和电压的测量值动态地确定该至少一个电极的垂直位置的设定点，并且提供致动输出，用于驱动升高装置以调整该至少一个电极的垂直位置，从而跟随动态确定的设定点。

Description

电弧炉的控制系统

技术领域

本发明涉及电弧炉的控制系统、并入该控制系统的电弧炉、以及控制电弧炉的方法。

背景技术

电弧炉是一种电炉，其中由相邻电极之间的电弧或者电极与炉料(furnacecharge)之间的电弧产生热。将以此方式产生的热用于加热以及熔化装料(charge)。典型地，携带电极的臂组件的重量在2吨到50吨的范围内，并且由液压缸或者其它致动器垂直移动以用于控制目的。由于电弧的长度特别地取决于每个电极下装料(固体或液体)的经常变化的(ever-changing)水平，因此必须控制炉内电极的定位。

用于控制电极的定位的调节系统影响炉性能的许多重要的方面，例如能量输入、电弧稳定性、固体装料熔痕(melting pattern)、以及电极消耗。所有这些参数以复杂的方式相互关联，并且对于控制策略的观点存在许多差异。

目前，一种可以接受的调节系统是一种目的为控制由电极产生的电弧的阻抗的系统。具体地，此系统试图将电压与电流之比保持恒定。在使用中，取自从电源到地的相位的电压信号以及电流信号中的每一个被单独测量并进行比较。如果电压和电流中的每一个处于期望的预先选择的设定点，则将来自信号的这一比较的输出设置为零。然而，如果电流超过其设定点(其将同时造成电压下降)，则生成非零输出信号。此输出信号造成臂组件升高(lift)，从而造成电极升高，其继而减小电流，以将阻抗维持在恒定值。

通常，上述类型的现有电弧阻抗调节器基于模拟电子器件，伴随着固有的漂移和容限因数，导致频繁的重新校准需求。虽然一些系统已经转向数字电子器件以解决这些问题，但这些系统通常需要大且昂贵的计算系统。

因此，期望提供一种以划算并且高效的方式解决上述问题的电弧炉阻抗调节器。

发明内容

在本发明的一个方面中，提供了一种控制系统，用于控制电弧炉的至少一个电极的垂直位置，其中电弧炉包括炉变压器，其具有初级输入侧和电连接到至少一个电极的次级输出侧，该控制系统包括：至少一个电流测量设备，用于测量由电弧炉吸引(draw)的电流；电压测量设备，用于测量在电弧炉上施加的电压；以及控制单元，用于基于电流和电压的测量值动态地确定至少一个电极的垂直位置的设定点，并且提供致动输出，用于驱动升高装置以调整至少一个电极的垂直位置，从而跟随动态确定的设定点。

优选地，至少一个电流测量设备可操作用于测量炉变压器的输入侧和输出侧之一或两者之上的电流。

在一个实施例中，该至少一个电流测量设备包括：第一电流测量设备，用于测量炉变压器的输入侧上的电流；以及第二电流测量设备，用于测量炉变压器的输出侧上的电流。

优选地，电压测量设备可操作用于测量炉变压器的母线与炉底(furnacehearth)之间的电压。

优选地，控制单元包括处理器，其可操作用于运行控制算法以动态地确定速率因数r，其中r＝x²/k，x是设定点值的偏差，k是取决于系统的常数，并且基于动态确定的速率因数r提供致动输出。

在一个实施例中，x＝n-p并且p＝(a/b)*(c/2)，其中n是设定点值，a是由该至少一个电流测量设备测量的电流值，b是炉变压器的额定次级电流值，以及c是处理器的计数范围。

在一个实施例中，k＝Int((T_m*E_t/1000)/100)*100，其中T_m是以绝对温度表示的炉渣的熔点(液相线)，E_t是按照kWh/每公吨装料材料的、驱动电弧炉所需的总电能。

在一个实施例中，处理器可操作用于提供驱动电压v作为用于驱动升高装置的致动输出。

在一个实施例中，v＝(r/k)*(ABS(x)/x)*I，其中I是升高装置的驱动单元的比例电压。

优选地，处理器是可编程逻辑控制器(PLC)。

本发明还延伸到包括上述控制系统的电弧炉。

在本发明的优选实施例中，将电弧炉用于熔炼例如矿石粉末的材料，或者熔化例如金属粉末的材料。

在另一方面中，本发明提供了一种控制电弧炉的至少一个电极的垂直位置的方法，其中电弧炉包括炉变压器，该炉变压器具有初级输入侧和电连接到至少一个电极的次级输出侧，该方法包括以下步骤：测量由电弧炉吸引的至少一个电流；测量在电弧炉上施加的电压；基于电流和电压的测量值动态地确定至少一个电极的垂直位置的设定点；并且提供致动输出，用于驱动升高装置以调整至少一个电极的垂直位置，从而跟随动态确定的设定点。

优选地，电流测量步骤包括以下步骤：测量炉变压器的输入侧和输出侧之一或两者之上的电流。

在一个实施例中，电流测量步骤包括以下步骤：测量炉变压器的输入侧上的电流；以及测量炉变压器的输出侧上的电流。

优选地，电压测量步骤包括以下步骤：测量炉变压器的母线与炉底之间的电压。

优选地，设定点确定步骤包括以下步骤：动态地确定速率因数r，其中r＝x²/k，x是设定点值的偏差，k是取决于系统的常数；致动输出提供步骤包括以下步骤：基于动态确定的速率因数r提供致动输出，用于驱动升高装置以调整至少一个电极的垂直位置，从而跟随动态确定的设定点。

在一个实施例中，x＝n-p并且p＝(a/b)*(c/2)，其中n是设定点值，a是由该至少一个电流测量设备测量的电流值，b是炉变压器的额定次级电流值，以及c是处理器的计数范围。

在一个实施例中，k＝Int((T_m*E_t/1000)/100)*100，其中T_m是以绝对温度表示的炉渣的熔点(液相线)，E_t是按照kWh/每公吨装料材料的、驱动电弧炉所需的总电能。

在一个实施例中，致动输出提供步骤包括以下步骤：提供驱动电压v作为用于驱动升高装置的致动输出，以调整至少一个电极的垂直位置，从而跟随动态确定的设定点。

在一个实施例中，v＝(r/k)*(ABS(x)/x)*I，其中I是升高装置的驱动单元的比例电压。

在一个实施例中，将该方法用于熔炼例如矿石粉末的材料，或者熔化例如金属粉末的材料。

本发明的优选实施例的优点包括：

(1)数字处理的可重复性

在试运行(commissioning)期间校准阻抗调节器，并且所有控制参数都存储在非易失性存储器中。因此，在系统参数改变时，例如在安装不同的炉变压器时，只需要重新校准系统。

(2)自适应功率控制特性

监视输入功率，并将其与特定变压器抽头上的理论输入功率进行比较。结果给出关于炉中状况如何的有利指示。然后，阻抗调节器调整阻抗设定点以补偿这些状况，因而保证功率输入总是尽可能接近于理论最优值。由于电弧炉在此状况下操作，因此其达到较好的熔化时间，其还导致较好的kWh/吨以及电极消耗值。

(3)电闪烁的减少

电闪烁发生在交流电暂时不流过电极、然后突然开始流动时。电流正弦波的失真造成传送到金属的功率更少、并且电极磨损更多。它还引起返回到电源网格(power grid)的谐振。典型地，电源需要将闪烁控制在一定准则之内。如果闪烁没有被保持在这些准则之内，则用户常常受到严重损失(severelyfined)。本发明的阻抗调节器与稳定得多的系统相关，其大大地帮助减少闪烁。

(4)磨损减少

已经发现通过达到对电弧炉的非常精确的控制，本发明大大减少了炉整体的磨损，特别是炉的三角闭合(delta closure)和壁的磨损。

(5)产生报告

本发明的PLC与基于计算机的监控系统连接，该基于计算机的监控系统记录所有的炉操作参数并且图形化地显示那些参数，使得可以研究趋势。监控系统还生成管理者报告，包括24小时时间段中记录的所有警报和事件、以及在此时间段中炉参数(例如功率和电流)的最大、最小和平均值。

(6)用户友好性

本发明在需要来自操作者的非常少的输入来操作炉方面是非常用户友好的。有利地，本发明的操作面板的布局和呈现类似于在更传统的电弧炉(例如Amplidyne和Barnes)中使用的操作面板的布局和呈现。因此，熟悉这些系统中的任何系统的操作者实质上根本不需要培训就能成功地操作本发明。

(7)多功能性

与数字控制算法的多功能性耦合的PLC的高速度使其与单独熔化废料相比有更宽范围的熔化应用。利用对增益和响应参数的一些调整，还可以将本发明用于埋弧(submerged arc)处理、以及明弧和埋弧处理的组合，诸如炉渣熔炼以及熔炼矿石粉末以回收(recover)它们所包含的金属。已经发现本发明例如在以下方面是非常成功的：从五氧化二钒回收铁钒合金，从铬铁矿粉末回收铬铁，从原矿石和炉渣回收钴，从钢板灰尘回收锌，从鼓风炉(blastfurnace)炉渣回收铅；以及再熔化诸如含有除了铁、钒、铬和锰之外的金属粉末。

总之，本发明的主要优点是产生数字系统的精确度，并且由于本发明使用标准的、无需定制的PLC设备实施而成本较低。因此，本发明表现为现有系统的更小以及更便宜的替代物。

附图说明

现在将在下面仅仅作为示例而参照附图描述本发明的优选实施例，附图中：

图1示意性地图示了并入根据本发明的优选实施例的阻抗调节器的电弧炉系统；

图2是图示利用本发明的阻抗调节器的电弧炉与传统的现有技术的电弧炉在启动时的比较功率图的图示；以及

图3图示了在本发明的阻抗调节器的操作中采用的校正因数r的图示，其中r＝x²/k。

具体实施方式

电弧炉系统包括电弧炉12以及用于为电弧炉12提供电能的供电系统14。

电弧炉12包括：炉壳16，其含有要被熔炼或熔化来提供熔融的金属相的、典型地是粉末或颗粒状形式的材料；电极组件18，其在操作中延展到炉壳16中含有的材料中；以及支撑单元26，用于相对于炉壳16可移动地支撑电极组件18。

电极组件18包括母线(bus bar)20以及多个电极单元，所述多个电极单元在本实施例中是第一到第三电极单元22a到22c，其每个包括电极30和电极头32，在本实施例电极30的一个上端通过电极垫片电连接并且机械连接到该电极头32，其中机械连接暴露于(exposed to)极端的机械状况，包括振动和扭曲。

支撑单元26包括：支撑臂36，其在炉壳16上方延展，并且支撑电极组件18；支撑柱38，所述支撑臂36垂直地、可移动地置于其上；以及驱动单元40，在本实施例中其是液压单元，其可操作地升高或降低支撑臂36，并且因而升高或降低由该支撑臂36支撑的电极组件18。电极30在炉壳16内的定位是重要的，这是因为该位置特别地确定电弧的长度。典型地，电极组件18和支撑臂36相结合的重量在从大约2吨到大约50吨的范围内。

供电系统14包括：第一主变压器46，其在输入侧电连接到从电力供应(electrical utility)接收的高电压供应，并且在输出侧提供较低的中间电压，典型地是在30kV和33kV之间；以及第二炉变压器48，其在输入侧电连接到主变压器46的输出侧，并在输出侧提供高电流的、仍然较低的炉电压，该炉电压被供应给电极组件18，下面将对其进行更详细的描述。在典型的电弧炉设施中，主变压器46将电连接到多个电弧炉12的多个炉变压器48。

在此实施例中，炉变压器48包括抽头变换器52，其提供炉变压器48的抽头，以提供炉电压到多个预定电压之一的控制。炉电压的此控制以及相关联的电流使得电弧炉12能够以一定范围的电弧操作，其中每个电弧需要定义的电弧电压和电流。

在此实施例中，抽头变换器52包括：抽头54，其可沿着炉变压器48的输入侧处的初级绕组、在多个抽头触点(contact)之间移动；以及控制单元56，其在本实施例中是电动单元，用于移动抽头54以例如按照需要在抽头触点之间转换。

供电系统还包括三角闭合62，其包括多个连接器64，在此实施例中是铜端子板，其电连接到炉变压器48的输出侧，并提供到炉电力电缆66的电连接，该炉电力电缆66电连接到电极组件18的母线20。

在此实施例中，变压器46、48位于拱顶(vault)内，以保证清洁、安全的环境，三角闭合62位于邻近电弧炉12的拱顶的壁上。

供电系统还包括控制单元74，用于控制支撑组件26的驱动单元40在炉壳16中垂直定位电极单元22a到22c的电极30。

控制单元74包括：至少一个电流测量设备76，用于测量由电弧炉12吸引的电流；以及电压测量设备78，用于测量在电弧炉12上施加的电压。

在此实施例中，控制单元74包括第一和第二电流测量设备76a和76b，其中第一电流测量设备76a测量炉变压器48的输入侧上的电流，第二电流测量设备76b测量炉变压器48的输出侧上的电流。

在此实施例中，电压测量设备78测量炉变压器48的母线与炉壳16之间的相电压。

控制单元74包括可编程逻辑控制器(PLC)80，其可操作地通过各个模-数(A-D)转换器连接到至少一个电流测量设备76和电压测量设备78，并且可操作地通过D-A转换器连接到支撑组件26的驱动单元40，该各个模-数转换器提供代表所测量的电流和电压的模拟值的数字值，该D-A转换器向驱动单元40提供代表对应于所确定的移动速率的数字值的模拟信号，例如由此使得能够控制电极单元22a到22c的电极30在炉壳16内的位置，并且因而使得能够控制在电极30之间生成的电弧在炉壳16内的位置。

在此实施例中，经由闭环控制算法控制PLC 80。通过保证PLC 80的响应时间至少与支撑组件26的机械响应时间匹配，达到了对于电极组件18的高速并且精确的控制，避免了与不希望的谐振相关联的问题。

在此实施例中，PLC 80利用基于速率因数r的控制算法，该速率因数r代表由支撑组件26的支撑臂36的移动所表现的电极30的移动所需的速率。

r＝x²/k    (1)

x＝n-p     (2)

p＝(a/b)*(c/2)    (3)

其中：k是取决于系统的常数；

n是设定点值；

a是由至少一个电流测量设备76测量的电流值；

b是炉变压器48的额定次级电流值；以及

c是PLC 80的计数范围。

速率因数r是当熔炼矿石粉末以及熔化金属粉末时、在操作不同大小(即，450kVA、800kVA、1MVA、2MVA和3MVA)的电弧炉时收集的实际数据的数学相关性。

在此实施例中，初始的设定点值n₁如下确定：

n₁＝(d/b)*(c/2)    (4)

其中：d是电弧炉12的满载额定电流。

作为示例，对于降压变压器比率d/b为10/250并且其中PLC 80的计数范围为4000，则采用方程(4)。

n_i＝(10/250)*(4000/2)

n_i＝80

使用初始的设定点值n₁在一开始提供电弧炉12的稳定操作，在操作期间改变设定点值n以补偿炉状况，并且由此提供在电极30之间生成的电弧的优化，从而将最优的能量输入到炉壳16中的材料中。在此实施例中，PLC 80可操作地比较从由至少一个电流测量设备76和至少一个电压测量设备78测量的电压和电流值确定的输入到电弧炉12的实际功率与对于炉变压器48的设定抽头54理论上应当达到的功率，并且将设定点值n改变为此比较的函数。

在此实施例中，取决于系统的常数k一开始与计算出的值一致，从而在一开始提供电弧炉12的稳定操作。

取决于系统的常数k如下确定：

k＝Int((T_m*E_t/1000)/100)*100    (5)

其中：T_m是以绝对温度表示的所引进的材料的熔点(液相线)。

E_t是按照kWh/每公吨所引进的材料的、驱动处理所需的总电能。

作为示例，对于氧化物材料，熔点T_m和总电能E_t如下确定。

T_m＝1189.157

+C₀×(12.22238+(-0.14321×C₀)+(0.030606×C₄)+(0.022817×C₆)

+(-0.54851×C₅)+(-0.3636×C₇))

+C₅×((-0.26564×C₅)+(0.209113×C₆)+(-1.13507×C₇)

+(-0.3511×C₄)+(33.49343))

+C₄×(-6.53514+(0.107294×C₄)+(-0.35228×C₇))

+C₆×((-18.8445+(0.800383×C₆))

+C₇×38.97819

其中：C₀＝％FeO×100×1.625/C_S

C₄＝％SiO₂×100/C_S

C₅＝％CaO×100/C_S

C₆＝％MgO×100/C_S

C₇＝(％Al₂O₃+％Cr₂O₃)×100/C_S

C_S＝％FeO*1.625+％SiO₂+％CaO+％MgO+％Al₂O₃+％Cr₂O₃

E_t＝(E_O+H_React)/3.6/0.85

其中：E_O是MJ中的能量输出。

H_React是MJ中的反应热，其表示与在处理中发生的每个反应相关联的热力学热函改变(ΔH_295K)的总和，其示例为：

ZnO+C＝Zn+CO    ΔH_295K＝+237.551kJ/mol C

FeO+C＝Fe+CO    ΔH_295K＝+161.514kJ/mol C

项3.6是3600kJ的换算因数，其对应于1000kWh。

项0.85表示将电能转换为热能的效率因数。

能量输出E_O如下确定：

E_O＝En_Ga/Fu+En_SI+En_Met

其中：En_Ga/Fu是与炉废气和烟相关联的能量值。

En_SI是与炉渣相关联的能量值。

En_Met是与熔融的金属相相关联的能量值。

例如，为了熔炼产生具有1345℃的液相线以及957kWh/t的功率需求的炉渣的材料，遵循方程(5)，取决于系统的常数k如下确定。

k＝Int(((1345+273)×(957/1000))/100)×100

k＝1500

在一个实施例中，PLC 80可操作地在+/-5％的范围内调整取决于系统的常数k，从而优化功率使用，其中取决于系统的常数k特别地由炉的大小、被熔化的材料的类型、最优操作温度以及炉渣流动性影响。然而，实验已经确定取决于系统的常数k的值通常在大约500和大约3000之间，从而相当快地确定取决于系统的常数k的最优值。

在此实施例中，支撑组件26的驱动单元40由模拟驱动电压v启动，该模拟驱动电压v由PLC 80的D-A转换器输出，其中驱动电压v的比例确定驱动单元40的移动速率，PLC 80根据以下的输出算法可操作地得到控制电压v。

v＝(r/k)*(ABS(x)/x)*/    (6)

其中：I是支撑组件26的驱动单元40的比例电压(voltage scale)。

驱动电压v是正或负电压之一，在此实施例中，正电压定义垂直向下的移动，负电压定义垂直向上的移动。

作为例示，图2图示比较传统电弧炉的输入功率图与利用本发明的控制单元74而达到的电弧炉12的输入功率图的代表图。这些图清楚地图示控制单元74为电弧炉12提供更大的能量输入的功能。

现在将在下面描述在熔炼一批熔融的钢铁(被称为“装炉量(heat)”)时电弧炉系统的操作。

其中空的炉壳16首先用通常是大约20千克的少量要被熔炼的材料装料。

然后，操作电弧炉12以熔炼此材料，其导致在炉壳16的筒体(bowl)的底部形成的熔融产物的小熔潭(puddle)。

此后，更多的材料被给送(feed)到炉壳16的筒体中熔融产物的熔潭中，其中通过为被给送到炉壳16中的给送材料供应能量来实现熔炼。在此实施例中，使用给料器将给送材料连续地给送到炉壳16中，其中给料器的给料速率与由电极30供应的电能相匹配。在优选实施例中，给料器是振动给料器或者带给料器。

这样，熔融产物的小熔潭扩大(develop)成为熔融产物的大熔池，其装满炉壳16的筒体。

虽然驱动各种反应以及产生各种气态和液态产物所需的能量可以是电能或者化学能(其中化学能由至少一种成分供应，例如包括部分给送材料的金属硅)，但是经由电极30提供的电能通常是熔炼操作中能量的最大来源。

在此处理中，降低电极组件18，使得电极单元22a-22c的电极30触击(strike)给送材料上的电弧，其开始熔化循环，其中电极组件18的垂直位置、以及因而炉壳16内的电极30的垂直位置由控制单元74以上面定义的方式控制，以便优化电弧炉12的操作。在这样的智能控制下，调节次级电流、电弧长度以及能量输入。通过以此方式控制电极30的垂直位置，电极消耗、耐熔磨损、闪烁以及总能量成本都被减少，同时，还同时增加炉产率和三角闭合寿命。

一开始，设置供电系统的抽头变换器52，使得抽头56位于中间电压抽头触点，但是在短时间(典型地是几分钟)之后，电极30充分穿透进料材料，从而允许设置供电系统的抽头变换器52使得将抽头56设置到高电压抽头触点，也被称为长电弧抽头。长电弧使传送到进料材料的功率最大化，熔融产物的熔池在炉壳16中扩大。设置供电系统的抽头变换器52使得将抽头56一开始被设置到高电压抽头触点，可以导致对于炉壳16的辐射损伤。

在熔化的开始，电弧是不规律且不稳定的，其中观察到电流的宽摆动(wide swing)并伴随有电极30的快速移动。随着炉内空气温度的升高，电弧稳定，并且一旦形成熔池，电弧就变得非常稳定，并且平均功率输入增加。

由于下落的进料材料与熔融产物的表面接触，因此由电弧生成的热导致进料材料被转换为至少三种产物：可以含有一氧化碳和低熔点元素(例如锌和磷)的气体、金属相、以及含有硅石和氧化钙作为其主要成分并且位于金属相之上的熔融炉渣相。在进料材料包括硫化物时，进料材料被转换为其它的熔融产物，其被称为锍(matte)，夹在金属相和炉渣相之间。

当炉壳16的筒体充满时，停止将进料材料给送到炉壳16中，并且升高电极组件18，使得从炉壳16中移除电极单元22a-22c的电极30。

然后，通过倾斜炉壳16的筒体来从炉壳16中移除炉渣相，使得将炉渣相倾倒到钢包(ladle)中。当炉壳16的筒体还包括由使用硫化物生成的锍相时，将锍相倾倒到单独的钢包中。

随着炉渣相和任意锍相的移除，炉壳16然后返回到垂直的位置，并且该过程由另外的进料材料的引入而重复。

在重复地(典型地是多至八个循环)对炉壳16的筒体装料并且移除生成的炉渣相和任意锍相后，炉壳16的筒体变得充满期望的金属相。

然后，使熔融金属相从炉壳16流出(tap)以倾倒到钢包中。此熔融金属相的流出是通过将炉桶从垂直位置倾斜刚刚过90度的角度而达到的。

随着熔融金属相的流出，将炉壳16倾斜回到其垂直位置，以用于对材料的新的装料。在此时间段期间，检查电极30和炉壳16的耐熔损伤，如果必要，做出修补。

在一个实施例中，当例如铬铁、锰铁以及铁钒合金的金属粉末构成进料材料时，产生的熔融金属相被精炼，使得例如锌、磷、硫磺、铝、硅和碳的某些元素、以及例如氧的溶解气体充分地从产生的熔融金属相中被移除。

示例

现在将参照下面的非限制性的示例作为示例描述本发明。

在此示例中，电弧炉12是2.5MVA的炉，其满载额定电压为207V，满载额定电流为7200A，该电弧炉12被用于熔炼含有38wt％Cr₂O₃的铬铁矿砂以及碳化硅粉末的混合物。

在此示例中，炉变压器24的额定二次电流值为7500A，PLC 80的计数范围为4000。

遵循方程(4)，初始的设定点值如下确定。

n₁＝(7200/7500)*(4000/2)

n₁＝1920

其中驱动熔炼操作所需的总电能E_t是1225kWh/t的Cr₂O₃，炉渣的液相线T_m是1415℃，然后，遵循方程(5)，取决于系统的因数k如下确定。

k＝Int(((1415+273)*(1225/1000))/100)*100

k＝2000

对于取决于系统的因数k为2000，根据方程(1)确定速率因数r。图3图示速率因数r作为电流的测量值的函数的图。

遵循方程(6)并且对于电压比例因数I为10，PLC 80可操作地提供从0到+10伏或者从0到-10伏的范围内的驱动电压v，其在此示例中是驱动支撑单元26的驱动单元40以使电极组件18垂直向上或者向下移动所需的定量信号。

表1图示了电流的测量值的一个范围内的一组参数，其包括由PLC 80确定的电流p的代表值、设定点值n与电流p的代表值之间的偏差x、速率因数r、对应于速率因数r的驱动电压v、以及对应于驱动电压v的移动速度s。

表1

最后，将理解：已经以本发明的优选实施例描述了本发明，并且在不偏离由所附的权利他要求所限定的本发明的范围的情况下可以以许多不同的方式对本发明做出修改。

Claims (20)

1.一种控制系统，用于控制电弧炉的至少一个电极的垂直位置，其中该电弧炉包括炉变压器，其具有初级输入侧和电连接到该至少一个电极的次级输出侧，该控制系统包括：

至少一个电流测量设备，用于测量由该电弧炉吸引的电流；

电压测量设备，用于测量在该电弧炉上施加的电压；以及

控制单元，用于基于电流和电压的测量值动态地确定所述至少一个电极的垂直位置的设定点，并且提供致动输出，用于驱动升高装置以调整所述至少一个电极的垂直位置，从而跟随动态确定的设定点，其中，该控制单元包括处理器，用于运行控制算法以动态地确定速率因数r，其中r＝x²/k，x是设定点值和由所述至少一个电流测量设备测量的电流的代表值之间的偏差，k是取决于系统的常数，并且该处理器用于基于动态确定的速率因数r提供致动输出。

2.如权利要求1所述的控制系统，其中所述至少一个电流测量设备可操作用于测量该炉变压器的输入侧、该炉变压器的输出侧或该炉变压器的输入侧和输出侧之上的电流。

3.如权利要求2所述的控制系统，其中该至少一个电流测量设备包括：第一电流测量设备，用于测量该炉变压器的输入侧上的电流；以及第二电流测量设备，用于测量该炉变压器的输出侧上的电流。

4.如权利要求1所述的控制系统，其中该电压测量设备可操作用于测量该炉变压器的母线与炉底之间的电压。

5.如权利要求1所述的控制系统，其中x＝n-p并且p＝(a/b)*(c/2)，其中n是设定点值，a是由所述至少一个电流测量设备测量的电流值，b是所述炉变压器的额定次级电流值，以及c是所述处理器的计数范围。

6.如权利要求1所述的控制系统，其中k＝Int((T_m*E_t/1000)/100)*100，其中T_m是以绝对温度表示的炉渣的熔点，E_t是按照kWh/每公吨装料材料的总电能，该总电能是驱动该电弧炉所需的总电能。

7.如权利要求1所述的控制系统，其中该处理器可操作用于提供用于驱动升高装置的驱动电压v作为致动输出。

8.如权利要求7所述的控制系统，其中v＝(r/k)*(ABS(x)/x)*I，其中I是升高装置的驱动单元的比例电压。

9.如权利要求8所述的控制系统，其中该处理器是可编程逻辑控制器。

10.一种电弧炉，包括如权利要求1至9中任一项所述的控制系统。

11.如权利要求10所述的电弧炉，其中将该电弧炉用于熔炼矿石粉末，或者熔化金属粉末。

12.一种控制电弧炉的至少一个电极的垂直位置的方法，其中该电弧炉包括炉变压器，该炉变压器具有初级输入侧和电连接到该至少一个电极的次级输出侧，该方法包括以下步骤：

使用至少一个电流测量设备测量由该电弧炉吸引的至少一个电流；

使用电压测量设备测量在该电弧炉上施加的电压；

基于电流和电压的测量值动态地确定该至少一个电极的垂直位置的设定点，其中，动态地确定速率因数r，其中r＝x²/k，x是设定点值和由所述至少一个电流测量设备测量的电流的代表值之间的偏差，k是取决于系统的常数；以及

基于动态确定的速率因数r提供致动输出，用于驱动升高装置以调整所述至少一个电极的垂直位置，从而跟随动态确定的设定点。

13.如权利要求12所述的方法，其中电流测量步骤包括以下步骤：

测量该炉变压器的输入侧、该炉变压器的输出侧或该炉变压器的输入侧和输出侧之上的电流。

14.如权利要求13所述的方法，其中电流测量步骤包括以下步骤：

测量该炉变压器的输入侧上的电流；以及

测量该炉变压器的输出侧上的电流。

15.如权利要求12所述的方法，其中电压测量步骤包括以下步骤：

测量炉变压器的母线与炉底之间的电压。

16.如权利要求12所述的方法，其中x＝n-p并且p＝(a/b)*(c/2)，其中n是设定点值，a是由该至少一个电流测量设备测量的电流值，b是该炉变压器的额定次级电流值，以及c是该处理器的计数范围。

17.如权利要求12所述的方法，其中k＝Int((T_m*E_t/1000)/100)*100，其中T_m是以绝对温度表示的炉渣的熔点，E_t是按照kWh/每公吨装料材料的总电能，该总电能是驱动该电弧炉所需的总电能。

18.如权利要求12所述的方法，其中致动输出提供步骤包括以下步骤：

提供用于驱动升高装置的驱动电压v作为致动输出，以调整至少一个电极的垂直位置，从而跟随动态确定的设定点。

19.如权利要求18所述的方法，其中v＝(r/k)*(ABS(x)/x)*I，其中I是升高装置的驱动单元的比例电压。

20.如权利要求12所述的方法，其中将该方法用于熔炼矿石粉末，或者熔化金属粉末。

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