CN101720146B

CN101720146B - 矿热电炉电极埋入深度控制方法

Info

Publication number: CN101720146B
Application number: CN2009102592671A
Authority: CN
Inventors: 栾振珠; 刘广文; 李庆; 王瑾源
Original assignee: Beris Engineering and Research Corp
Current assignee: Beris Engineering and Research Corp
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2029-12-15
Also published as: CN101720146A

Abstract

本发明公开了一种矿热电炉电极埋入深度控制方法，该方法包括获取电极的第一和第二电流/电压原始参数；对实际电极采样，以获得采样电流/电压参数；确定所述采样电流/电压参数超过第二电流/电压原始参数，对电极埋入深度进行调节；或者确定采样电流/电压参数超过所述第一电流/电压原始参数，但未超过第二电流/电压原始参数，将第一电流/电压原始参数和第二电流/电压原始参数之间的用于电极埋入深度开始进行调整的多个电流设定值与采样电流/电压参数分别进行比较，在计时累加值超过时间设定值后，对电极埋入深度进行调节。因此，本发明通过提供一种矿热电炉电极埋入深度控制方法实现利用三步偏差时间域来对电极埋入深度进行调节。

Description

矿热电炉电极埋入深度控制方法

技术领域

本发明涉及矿热电炉，尤其涉及一种矿热电炉电极埋入深度控制方法。

背景技术

矿热电炉是靠电极的埋弧电热和物料的电阻电热来熔炼物料的一种电炉，要使它的达到好的生产效能，就要达到好的生产率、低的电能和热能单耗、高的热效率。为了更好的发挥矿热电炉的生产效能，每一种冶炼工艺都需要合适的电热制度，它的工作要点是要有适宜的工作电压和电极埋入深度。生产实践中，当物料状况等生产条件不发生重大变化时，工作电压不经常变动，因此电极埋入深度是调节和控制生产过程的主要参数。

下面介绍矿热电炉中电极埋入深度调节的几种情况：

1)根据矿热电炉工作电阻的计算公式，在特定的炉子及已知的炉料情况下，工作电阻与电极埋入深度成反比，电极埋入深度改变，炉子的工作电阻随之变化。生产中，熔池深度随时变化，所以要求随时调节电极埋入深度，使工作电阻稳定，以保证炉况稳定；

2)如果电极埋入深度频繁地进行调节，会造成电极周围炉料的锥体封闭层会被破坏、引起操作中不必要的波动等，影响电炉的稳定运行。在电炉运行时，像冷料下滑引起的偏差，在短时间内会自行消失，因此，对此类情况，不需立即进行电极埋入深度调整；

3)矿热电炉的电耗很大，输入功率一般可达数兆伏安，单位电耗占生产成本的比例可以达到50％以上。降低电耗的重要手段是维护好的炉况，使电极有适宜的埋入深度；

目前国内多数矿热电炉的电极埋入深度控制都是人工手动控制的方法，这种控制手段不仅操作人员的劳动强度增加，而且炉况控制的稳定程度取决于操作人员的经验和熟练程度；

现有对电极埋入深度的自动控制采用三点式调节系统，它的控制原理如下，同时参见图1，以恒电流为例，当电流偏差达到上限或下限时，调节系统控制电极开始上升或下降运动。动作开始后，便一直持续到小于上停或下停的电流值时，电极停止运动。电流在上限以下和下限以上这个范围(该区称之为控制死区，控制死区的大小可以进行调整)，电极不进行升降运动。

当电流值实际值与电流值设定值之间出现不能允许的高偏差时，电极埋入深度应立即进行调节；当偏差在允许的范围内，要求控制系统既要保持较高的控制精度，又要保持调节的成熟次数尽可能的少。

因此，上述控制方法的缺点是：如果控制死区选的过小，电极动作将过于频繁；若控制死区过大，将影响控制精度。

现有的电极埋入深度自动控制模式有以下两种，即在自动方式下，其电极埋入深度的控制模式有两种选择：恒电流模式和恒阻抗模式。恒电流模式是在电炉运行中，尽量保持电极的电流恒定；恒阻抗模式是在电炉运行中，尽量保持熔池电压域电极电流之间的关系恒定。

恒电流法的优点是较简单，输入参量只是电极电流；缺点是当某一根电极电流有偏差而自动调节时，势必影响另外两极也同时参加调节，不利于炉况稳定；

恒阻抗法的优点是当某一相因电流变化超出设定要求，需要电极埋入深度进行调整时，其它两相电极可以不参与调节。比如：故障相对炉底短路时，其电流达短路电流，故障相电极需立即进行调整，另外两相由于中点位移，电流、电压同时增大为原值相同的倍数，因而其比值不变，即工作阻抗与给定值的偏差没有变化而不进行自动调节。该法的缺点是输入参量有电极电流和熔池电压，相对恒电流法复杂。

发明内容

为了解决现有技术存在的控制精度问题和控制动作频繁等问题，本发明提供了一种矿热电炉电极埋入深度控制方法，通过描述的上停～上限和下停～下限这一控制死区改为反时限的控制区段，既可以保证一定的调整精度，又可以在偏差允许的范围内，相对减少调整的频度，使电炉稳定与优化运行。

为了实现上述目的，本发明提供的一种矿热电炉电极埋入深度控制方法，包括：

获取电极的第一和第二电流/电压原始参数；

对实际电极采样，以获得采样电流/电压参数；

确定所述采样电流/电压参数超过所述第二电流/电压原始参数，对所述电极埋入深度进行调节；或者

确定所述采样电流/电压参数超过所述第一电流/电压原始参数，但未超过所述第二电流/电压原始参数，将所述第一电流/电压原始参数和第二电流/电压原始参数之间的用于电极埋入深度开始进行调整的多个电流设定值与所述采样电流参数分别进行比较，在计时累加值超过时间设定值后，对所述电极埋入深度进行调节。

所述对实际电极采样，以获得采样电流参数包括：

利用电流互感器、电流变送器和电流表来对电炉电极测量电流，获得采样电流参数。

所述对实际电极采样，以获得采样电压参数包括：

利用电压变送器、三相电压表和单相电压表对电炉电极测量电压，获得采样电压参数。

所述获取第一和第二电流/电压原始参数具体为：

对电流时间关系的连续曲线离散化，获得第一和第二电流/电压原始参数，以及所述第一和第二电流/电压原始参数之间的多个电极埋入深度开始进行调整的电流设定值，以及其所对应的延时时间。

所述的矿热电炉电极埋入深度控制方法还包括：通过电极位置调整液压缸内的位置传感器测量电极移动的距离。

因此，本发明通过提供一种矿热电炉电极埋入深度控制方法实现利用三步偏差时间域来对电极埋入深度进行调节。

附图说明

图1为现有对电极埋入深度的自动控制采用三点式调节系统；

图2为本发明三步偏差时间示意图；

图3为本发明电流I/时间T关系的连续曲线离散化示意图；

图4本发明电极电流测量示意；

图5本发明电极电压测量示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述。

为了解决现有技术存在的控制精度问题和控制动作频繁等问题，本发明提供了一种新的矿热电炉电极埋入深度自动控制方法。本文中也将此控制方法称为三步偏差时间域方法。利用三步偏差时间域方法来对电极埋入深度进行调节，参见图2本发明三步偏差时间示意图，来描述本发明的中心控制思想：

在一个设定的控制周期T内，根据实际的电极电流大小调整电极埋入深度，分为如下三种情况进行：实际的电极电流在-I_L或I_L区间内时，电极埋入深度不进行调整；实际的电极电流超出-I_H或I_H时，电极埋入深度立即进行调整；实际的电极电流在-I_L～-I_H或+I_L～+I_H区间时，电极埋入深度调整开始的时机取决于电极电流大小与其持续的累计时间，二者成线性反比关系，也就是电流越大，调整时机开始所需的累计时间越短，反之，电流越小，调整时机开始所需的累计时间越长。

电极埋入深度调整一旦开始，就一直持续到电极电流小于-I_L或I_L，调整才停止。

图2中，T为控制周期时间，-I_L和I_L为电极埋入深度调整死区电流的上限值，-I_H和I_H为电极埋入深度调整的立即动作值。-I_L、I_L、-I_H、I_H及T值，由操作人员根据工艺要求在人机介面HMI上进行预设定，并可以根据实际情况有操作人员进行修改，其最佳值需结合实践经验在调试过程中确定。

三步偏差时间域方法适用于恒电流模式和恒阻抗模式。图2所示的是以恒电流模式的三步偏差时间域策略。若采用恒阻抗模式，图2中的横坐标应是阻抗(其值为电极电压与电极电流之比)。

本发明的矿热电炉电极埋入深度控制方法将图1中描述的上停～上限和下停～下限这一控制死区改为反时限的控制区段。这样，既可以保证一定的调整精度，又可以在偏差允许的范围内，相对减少调整的频度，使电炉稳定与优化运行。

下面通过实施例子，对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述。该技术方案的内容主要包括：将图2中电流I/时间T关系的连续曲线离散化(以获取第一和第二电流/电阻原始参数)；电极电流实际值的测量(即对实际偏差电流采样，以获得采样电流/电阻参数)；电极电压实际值(采用恒阻抗模式时需要)的测量；电极位置的测量计算；计算机系统硬件；电流、时间设定值的输入和计算方法；控制方法的程序实现。

概括而言，本发明一种矿热电炉电极埋入深度控制方法，包括获取第一和第二电流/电压原始参数；对实际电极电流采样，以获得采样电流/电压参数；确定所述采样电流/电压参数超过所述第二电流/电压原始参数，对所述电极埋入深度进行调节；或者确定所述采样电流/电压参数超过所述第一电流/电压原始参数，但未超过所述第二电流/电压原始参数，将所述第一电流/电阻原始参数和第二电流/电压原始参数之间的用于电极埋入深度开始进行调整的多个电流设定值与所述采样电流/电压参数分别进行比较，在计时累加值超过时间设定值后，对所述电极埋入深度进行调节。

所述对实际电极采样，以获得电极的电流参数包括：

所述对实际电极采样，以获得电极的电压参数包括：

所述获取第一和第二电流/电压原始参数具体为：

首先介绍电流I/时间T关系的连续曲线离散化的过程：

在实际应用中，首先需要将图2的电流I/时间T关系的连续曲线离散化，即将电流区间±I_L～I_H按照等距离取n个点(n整数，取值大小根据控制精度的要求确定。n越大，离散化后的电流/时间曲线越接近于图2，但实现的程序越复杂)，如果加上±I_L则总共n+1个点，每点的电流分别标记为±I_L、I₁、I₂、...、I_n-1、I_n(I₁、I₂、...、I_n-1、I_n是延时相应时间后电极埋入深度开始进行调整的电流设定值)，对应的延时时间标记为t₀、t₁、t₂、...、t_n-1、t_n(t₀、t₁、t₂、...、t_n-1、t_n也是电极埋入深度开始进行调整的累计时间的设定值)。离散化后电流/时间曲线参见图3。I_L和I_H分别为第一和第二电流/电压原始参数。

为了实现用三步偏差时间域方法对电极埋入深度进行自动调整，获取比较精确的电极电流是至关重要的，即对实际电流采样，以获得采样电流/电阻参数。参见图4电极电流测量示意图，本发明采用的电流测量方法如下：

图中3LHa、3LHb、3LHc为电流互感器，分别测出与电炉变压器二次绕组电流在幅值成固定变比关系、相位相同的电流值，并通过电流互感器的二次侧采用Δ接线方式，得到与电极的入炉电流幅值成固定比例、相位相同的电流值，此电流经过2TA(电流变送器)、2A(电流表)转化为用于系统监视、控制所需的电流信号。

如果采用恒阻抗模式，除需要获取比较精确的电极电流外，还需测量电炉二次短网对炉底的电压。图5为本发明电极电压测量示意图，图中2TV为电压变送器，2V为三相电压表，2Va、2Vb、2Vc为单相电压表，通过上述设备获取用于系统监视、控制所需的电压信号。

为了使操作人员更好的了解炉况，本技术方案设有电极实际位置的测量计算功能。通过电极位置调整液压缸内的位置传感器测量电极移动的距离，然后由计算机系统根据各原始条件计算出电极在炉内的实际位置，并通过模拟图显示在HMI上。

用于本技术方案的计算机系统硬件主要PLC和HMI。PLC主要由如下模块组成：CPU单元，CPU315；DI模块；AI模块，处理来自测量装置的电极实际电流、电压和电极移动距离信号；DO模块，驱动电极位置调整液压缸。HMI：用于设定值的输入及炉况的模拟显示，如电极电流、电压和电极位置的显示。

本例中，需要操作人员在人机界面HMI上输入的设定值有：-I_L、I_L、-I_H、I_H及T和n；根据图3计算的设定值有时间t₀...t_n-1、t_n和电流I₀...I_n-1、I_n。

t₀＝T

t₁＝T-Tdet*1；

t_n-1＝T-Tdet*(n-1)；

t_n＝T-Tdet*n；

式中Tdet＝T/(n+1)；

I₀＝I_L

I₁＝I_L+Idet*1

I_n-1＝I_L+Idet*(n-1)；

I_n＝I_L+Idet*n；

式中Idet＝(I_H-I_L)/(n+1)。

在控制程序执行前，要把原始参数I_L、I_H、T、n通过HMI下装到PLC中，然后PLC自动执行设定值计算程序，计算出t₀、...t_n-1、t_n的值和I₀、...I_n _-1、I_n作为n+1个点的时间设定值和电流设定值并存放到指定的数据区。控制程序执行开始时，首先对实际电极电流进行采样，假设电极电流第一次采样值为+Ix1，将+Ix1与I_L及I_H进行比较，如果Ix1＜I_L，电极埋入深度不进行调整，如果Ix1＞I_H，电极立即动作；而如果I_L＜＝Ix1＜I_H，还需要再把Ix1与+I₀、+I₁、...、+I_n-1、+I_n进行比较，小于Ix1的区段对应的计时器触发，开始计时累加(此值也存放到指定的数据区)，而大于+Ix1的区段对应的计时器停止；假设电极电流第一次采样值为+Ix2，将+Ix2与I_L及I_H进行比较，如果Ix2＜I_L，电极埋入深度不进行调整，如果Ix2＞I_H，电极立即动作；而如果I_L＜＝Ix2＜I_H，还需要再把Ix2与+I₀、+I₁、...、+I_n-1、+I_n进行比较，小于Ix2的区段对应的计时器触发，开始计时累加(此值也存放到指定的数据区)，而大于+Ix2的区段对应的计时器停止；根据所选的采样次数(N)，上述过程重复进行N次。在重复上述过程时，PLC程序还将各点的计时累加值与其对应的时间设定值(t₀...t_n-1、t_n)进行比较，其中任何一个点的计时累加值大于等于其对应的时间设定值，就开始进行电极埋入深度的调整动作。电极埋入深度的调整动作开始后，所有的计时值清零，为下一个周期作准备。

对偏差电流采样值为-Ix的情况与上类似，只是将-Ix与-I₀、-I₁、...、-I_n _-1、-I_n进行比较，小于-Ix的区段对应的那部分点开始计时累加，大于-Ix的区段那部分点计时累加停止。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明进行修改、更改或者等同替换，而不脱离本发明和权利要求的精神和范围。

Claims

1.一种矿热电炉电极埋入深度控制方法，其特征在于包括：

获取电极的第一和第二电流原始参数，所述第一电流原始参数为电极埋入深度调整死区电流的上限值，所述第二电流原始参数为电极埋入深度调整的立即动作值；

对实际电极采样，以获得采样电流参数；

确定所述采样电流参数超过所述第二电流原始参数，对所述电极埋入深度进行调节；或者

确定所述采样电流参数超过所述第一电流原始参数，但未超过所述第二电流原始参数，将所述第一电流原始参数和第二电流

原始参数之间的用于电极埋入深度开始进行调整的多个电流设定值与所述采样电流参数分别进行比较，在小于所述采样电流参数的各电流设定值各自对应的计时累加值之中，只要有一个计时累加值超过其对应的时间设定值后，对所述电极埋入深度进行调节。

2.如权利要求1所述的矿热电炉电极埋入深度控制方法，其特征在于所述对实际电极采样，以获得采样电流参数包括：

3.如权利要求2所述的矿热电炉电极埋入深度控制方法，其特征在于所述获取第一和第二电流原始参数具体为：

对电流时间关系的连续曲线离散化，获得第一和第二电流原始参数，以及所述第一和第二电流原始参数之间的多个电极埋入深度开始进行调整的电流设定值，以及时间设定值。

4.如权利要求2所述的矿热电炉电极埋入深度控制方法，其特征在于还包括：通过电极位置调整液压缸内的位置传感器测量电极移动的距离。