CN101572970A - 电石炉电极自动控制系统电极箝位的方法 - Google Patents

电石炉电极自动控制系统电极箝位的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电石炉电极自动控制系统电极箝位的方法，根据电石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，计算机控制系统将实时检测到的参数值与设定值进行比较运算，然后发出一组指令给控制继电器，以驱动电机转动(或液压油缸)进而带动电极上下运动；同时，计算机还要对电极上下距离进行计算，当三相电极任意两相端头的距离大于给定值时，该电极将被箝位不动；本发明的效果是将三相电极端头维持在两个给定平面之间，保持三相电弧长度和功率基本相同，达到提高电、热效率，降低冶炼电耗，提高产量的目的。

Description

电石炉电极自动控制系统电极箝位的方法
技术领域
本发明涉及一种电极升降自动控制方法，尤其是一种电石炉电极升降自动控制的方法。
背景技术
电石炉，属矿热炉系列的一种，冶炼的产品是电石，它冶炼的核心理论是：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，电机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极电弧的弧长基本相同，以维持三相电极释放相同的电弧功率，保持相同大小的还原反应区域，同时使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自动控制系统要能够对电极端头的位置进行精确测量判断，然后，才能依据电极端头位置的高低，进而适时调整电极位置，维持电弧功率的主回路系统的双高效。
国内曾经引进过国外成套大型电石炉设备，该技术给每条电极加装了位移传感器，用来测量记录电极的具体位移大小和位置高低。该技术要求定时对电极位置进行清零处理。因为电石炉内的复杂性，每相电极的电弧功率大小取决于电极端头和另一端放电体的相对距离大小，所以，仅仅靠位移传感器测量电极的位置是难以取得控制三相电极电弧功率平衡的目的的。所以，国内有少量安装了位移传感器的电石炉自动控制系统基本上效果不佳，基本又回归到人工手动控制状态。
冷态矿石不导电，熔融态混合体是良导电体，这一特点决定了电石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。
中国专利ZL200610035949.0公开了一种矿热炉电极升降自动控制的方法，该方法提供了一种能够稳定电极的方法。但是，没有涉及到将电石炉自动控制系统电极位置自动控制在平衡位置附近给定的区域范围内(即电极箝位)的有关方法。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种能够精确控制电石炉三相电极端头和放电体之间相对位置的方法，可以控制三相电极电弧功率长度和平衡、降低冶炼电耗、提高生产率并提高矿石回收率的电石炉电极升降自动控制系统箝位的方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电石炉电极自动控制系统电极箝位的方法，首先依据各个电极电流的变化率大小，计算电极和放电体之间的距离大小，当三相电极的电流变化率大小相同时，对电极的位置数据进行清零处理；同时，计算机对电极运动的位移进行计算，并根据计算结果，确定电极是否需要箝位处理：
设A电极位移变量为HHA，B电极位移变量为HHB，C电极位移变量为HHC，位置偏差允许值为AEDISTANCE，
电极位置清零，即HHA＝0，HHB＝0，HHC＝0；
当电极升降时，计算|HHA-HHB|≤AEDISTANCE    (1-1)
                  |HHB-HHC|≤AEDISTANCE    (1-2)
                  |HHA-HHC|≤AEDISTANCE    (1-3)
是否满足，当式(1-1)、(1-2)和(1-3)全部满足时，三相电极都可以自由升、降；
当其中任何一式不满足时，则对该式涉及的两个电极位移变量大小进行判断，然后仅对位移变量较大的电极进行箝位处理，未进行箝位的电极仍可以自由升降。
本发明的积极效果是：根据电石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控制继电器。控制继电器驱动电机控制接触器或液压电磁阀，电机控制接触器驱动电机转动(或液压电磁阀驱动液压油缸)进而带动电极上下运动；同时，计算机还要对电极上下距离进行计算，当三相电极任意两相端头的距离大于给定值时，该电极将被箝位不动，这样做的效果是将三相电极端头维持在两个给定平面之间，保持三相电弧长度和功率基本相同，达到提高电、热效率，降低冶炼电耗，提高产量的目的。本发明能够将三相电极的端头精确控制在给定范围内，达到精确控制三相电弧功率平衡，提高电、热转换效率，达到节电、增产和提高矿石回收率的目的。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明。
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，J-继电器。
具体实施方式
如图1，一种电石炉自动控制系统电极自动找平衡的方法，电网110KV(35KV)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。
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；同时，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电机驱动系统或液压驱动系统，即：
对于电机驱动系统：计算机的输出信号经I/O输入/输出板输出方向信号给中间继电器控制电机接触器，从而实现控制电动机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；
对于液压驱动系统：计算机的输出信号经I/O输入/输出板输出信号给控制继电器，控制继电器驱动电磁阀运动，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：当计算机控制电极上升或下降时，首先对电极的位置数据进行清零处理，然后，当电极上升或下降时，计算机对电极运动的位移进行计算，并根据计算结果，确定电极是否需要箝位处理，具体如下：
设A电极位移变量为HHA，B电极位移变量为HHB，C电极位移变量为HHC，位置偏差允许值为AEDISTANCE。
计算方法：
电极位置清零，即HHA＝0，HHB＝0，HHC＝0；
当电极升降时，计算|HHA-HHB|≤AEDISTANCE    (1-1)
                  |HHB-HHC|≤AEDISTANCE    (1-2)
                  |HHA-HHC|≤AEDISTANCE    (1-3)
是否满足，当式(1-1)、(1-2)和(1-3)全部满足时，三相电极都可以自由升、降；
当其中任何一式不满足时，则对该式涉及的两个电极位移变量大小进行判断，然后仅对位移变量较大的电极进行箝位处理，未进行箝位的电极仍可以自由升降。
本实施例中，变压器功率12500KVA、一次侧电压35KV、电流206A、电流互感器变化250/5、电极直径900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80V、
I设＝53450(A)    AEDISTANCE＝60
I死区＝3％
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (1)

1、电石炉电极自动控制系统电极箝位的方法，依据各个电极电流的变化率大小，计算电极和放电体之间的距离大小，当三相电极的电流变化率大小相同时，对电极的位置数据进行清零处理，其特征是：计算机对电极运动的位移进行计算，并根据计算结果，确定电极是否需要箝位处理：
设A电极位移变量为HHA，B电极位移变量为HHB，C电极位移变量为HHC，位置偏差允许值为AEDISTANCE，
电极位置清零，即HHA＝0，HHB＝0，HHC＝0；
当电极升降时，计算|HHA-HHB|≤AEDISTANCE    (1-1)
                  |HHB-HHC|≤AEDISTANCE    (1-2)
                  |HHA-HHC|≤AEDISTANCE    (1-3)
是否满足，当式(1-1)、(1-2)和(1-3)全部满足时，三相电极都可以自由升、降；
当其中任何一式不满足时，则对该式涉及的两个电极位移变量大小进行判断，然后仅对位移变量较大的电极进行箝位处理，未进行箝位的电极仍可以自由升降。
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