CN101825401B - 埋弧电炉电极插深自动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种埋弧电炉电极插深自动控制装置，包括：升降埋弧电炉电极的电极升降机构；测量埋弧电炉的电极插深电阻值的电阻测量仪；和控制器，所述控制器分别与电极升降机构和电阻测量仪相连，以将电阻测量仪检测到的电阻值与预设的电阻值比较得到电阻差值且仅当所述电阻差值超出预设的电阻差值阈值且持续时间超过预设的持续时间时根据所述电阻差值控制电极升降机构升降电极。本发明的控制装置可有效提高埋弧电炉生产的稳定性、降低对电网的冲击、减少电极消耗、降低电耗、改善生产环境并减轻对环境的污染。

Description

埋弧电炉电极插深自动控制装置

技术领域

本发明涉及埋弧电炉辅助设备，尤其是涉及一种埋弧电炉电极插深自动控制装置。

背景技术

电弧炉是利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的电炉。按加热方式可分为三种类型：①间接加热电弧炉。电弧在两电极之间产生，不接触物料，靠热辐射加热物料。这种炉子噪声大，效率低，渐被淘汰。②直接加热电弧炉。电弧在电极与物料之间产生，直接加热物料；炼钢三相电弧炉是最常用的直接加热电弧炉。③埋弧电炉，亦称还原电炉或矿热电炉。电极一端埋入料层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热物料。

其中，埋弧电炉常用于冶炼铁合金，熔炼冰镍、冰铜或者用于其贫化工艺，以及生产电石(碳化钙)等。其工作过程是通过电极通电加热电炉中的物料，物料熔化后，在电炉内分三层，最上面一层是加入的物料，第二层是物料熔化后形成的料渣，第三层，即最下面一层是熔体(产品)，电极插入的位置要保证与熔体接触，因为熔体接触电阻小，可以获得较好的加热效果，但电极插入过深，又容易引起熔体温度过高，浪费电能，甚至损坏电炉；插入过浅，电极与熔体不接触，电极与物料接触电阻大，加热效果差，甚至造成弧光，使功率因数过低。由于电极埋在高温物料中，因此无法通过常规手段测量电极插入的深度。

传统上通过观察电流变化间接判断电极插入的深度，再由人工手动操作电极的移动，或采用传统的PID闭环调节，追求恒功率的电极插入的深度的精确控制。但是，采用人工手动升降电极完全靠人工判断，精确性差，采用传统PID闭环控制，电流的稍微变化就会引起电极升降，因此造成电极升降频繁。因此，传统电极升降均不适于埋弧电炉多参数、大滞后的生产特点，引起电极频繁上下动作，而且超调严重，使埋弧电炉的生产不稳定，经常出现弧光、断电极、电流变化大、电流不平衡、功率因数变化大且偏低，从而存在电能浪费大，对电网冲击大，电极单耗大，由于翻料或弧光造成烟尘，严重污染环境等缺陷。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。

为此，本发明的目的是提供一种埋弧电炉电极插深自动控制装置，该装置可有效提高埋弧电炉的生产稳定性，降低对电网的冲击，减少电极消耗，降低电耗，改善生产环境以及减轻对环境的污染。

为了实现上述目的，本发明提供的埋弧电炉电极插深自动控制装置，该埋弧电炉电极插深自动控制装置包括：升降埋弧电炉电极的电极升降机构；测量埋弧电炉的电极插深电阻值的电阻测量仪；和控制器，所述控制器分别与电极升降机构和电阻测量仪相连，以将电阻测量仪检测到的电阻值与预设的电阻值比较得到电阻差值且仅当所述电阻差值超出预设的电阻差值阈值且持续时间超过预设的持续时间时根据所述电阻差值控制电极升降机构升降电极。

本发明同时考虑了电阻差值的大小及其持续时间的长短来控制电极的升降，因此能有效避免电极上下动作频繁和超调严重，进而有利于提高埋弧电炉生产的稳定性，降低对电网的冲击，减少电极消耗，降低电耗，改善生产环境以及减轻对环境的污染。

所述埋弧电炉电极插深自动控制装置进一步包括测量电极供电的功率因数的功率因数表，其中所述控制器与功率因数表相连以用功率因数修正测量到的电极插深电阻值。由此，可以提示操作人员及时监控电炉的功率状况，并据此修正测量到的电极插深电阻值，使得对电极插深的自动调整更为平稳和准确。

所述埋弧电炉电极插深自动控制装置还可以包括：测量埋弧电炉的炉壁的温度的炉壁温度测量仪，其中所述控制器与所述炉壁温度测量仪相连以在检测到的炉壁温度超出预设的炉壁温度阈值时发出报警。由此，有利于操作人员及时发现并采取必要措施防止炉温过高并防止炉壁烧损。

所述埋弧电炉电极插深自动控制装置还可以包括：检测电极位置的电极位置检测机构，所述控制器与电极检测机构相连以在检测到的电极位置超出预设的极限位置时控制报警器发出报警。由此，可以帮助操作人员判定炉内是否出现断极、弧光等情况，并据此判断是否需要加电极或换电极。

此外，所述控制器包括测量电阻变化的电阻变化测量模块，其中所述控制器在测量到的电阻值变化超出预设的变化阈值时控制报警器报警。

此外，所述控制器包括测量电阻变化速度的电阻变化速度测量模块，其中所述控制器在测量到的电阻变化速度超出预设的速度变化阈值时控制报警器报警。

设置电阻变化速度测量模块和/或电阻变化速度测量模块，可以帮助操作人员及时判断埋弧电炉内出现的诸如塌料、断极、弧光以及返料等问题，提示操作人员根据埋弧电炉的工作状况的变化及时采取相应的处理措施，进一步提高埋弧电炉生产的稳定性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为埋弧电炉的剖视结构示意图，示出了炉体、电极及其升降机构；

图2为埋弧电炉工作状态下的局部剖视示意图，示出了炉体、电极以及物料；

图3为根据本发明实施例的埋弧电炉电极插深自动控制装置的结构方框图；

图4为根据本发明实施例的电阻测量仪的电路原理图；和

图5为根据本发明实施例的埋弧电炉电极插深自动控制装置的操作流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

图1示出了埋弧电炉的结构图，埋弧电炉包括电极10、炉体20以及电极升降机构30。图2示出了埋弧电炉工作状态下炉内具有物料时的情形。如图2所示，炉内的物料分为三层：最上面一层是加入的物料41，第二层是物料熔化后形成的料渣42，第三层，即最下面一层是熔体(产品)43，电极10插入的位置要保证与熔体43接触。由于电极10本身的电阻极小，这里忽略电极10本身的电阻，因此测得的电极插深电阻值大体上可以认为是电极10的下端与炉体20内底面之间的熔体43的电阻值。

如图3所示，根据本发明实施例的埋弧电炉电极插深自动控制装置包括电极升降机构30、电阻测量仪60和控制器100。

电极升降机构30用于升降埋弧电炉的电极10，电极升降机构30可以为任何形式的结构，在图1所示的示例中，电极升降机构30为液压升降机构，通过液压式电极升降机构升降电极10，操作灵敏，平稳。当然，也可以采用丝杠形式的升降机构。

电阻测量仪60用于测量埋弧电炉的电极插深电阻值，换言之，如图2所述，电极插深电阻值为电极10的下端与炉体20的底面之间的电阻。当电极插深电阻值过大时，说明电极10的下端与炉体20的底面之间的距离过大，需要将电极10下降。反之，需要将电极10上升。

控制器100分别与电极升降机构30和电阻测量仪60相连，控制器100将电阻测量仪60检测到的电阻值与预设的电阻值比较得到电阻差值，并且控制器100判断电阻差值是否超出预设的电阻差值阈值并且判断电阻差值持续的时间，只有当电阻差值超出预设的电阻差值阈值并且持续时间超过预设的持续时间时，控制器100才控制根据所述电阻差值控制电极升降机构30升降电极10。

根据本发明一个实施例，控制器100控制电极升降机构30以设定的低速升降电极10，所述低速可以为一个恒定的速度，且与电阻差值超出电阻差值阈值的程度以及持续时间超过预设的持续时间的程度无关，由此电极10的升降平稳。

由于同时考虑电阻差值的大小及其持续时间的长短来控制电极的升降，因此本发明能有效避免电极上下动作频繁和超调严重，进而有利于提高埋弧电炉生产的稳定性，降低对电网的冲击，减少电极消耗，降低电耗，改善生产环境以及减轻对环境的污染。

根据本发明的一个实施例，埋弧电炉电极插深自动控制装置还包括测量电极供电的功率因数的功率因数表70。功率因数表70与控制器100相连，以便控制器100能够用功率因数表70测得的功率因数修正测量到的电极插深电阻值。从而测得的电极插深电阻值更加精确。对于本领域的技术人员可知，由于电极10内的电流，在电极10与加入的物料41的上表面之间可能发生电弧，从而电阻测量仪60测量到的电阻值与电极10的下端与炉体20的底面之间的电阻值存在偏差。控制器100通过功率因数表70测量到的功率因数修正电阻测量仪60测得的电阻值，使得与电阻值阈值相比较的电阻值与电极10的下端与炉体20的底面之间的电阻值一致。功率因数表70可以为有功表，也可以为无功表。

进而，埋弧电炉电极插深自动控制装置还设有报警器71，报警器71与控制器100相连，当测量到的功率因数超出预设的功率因数时，控制器100控制报警器71发出报警，提示操作人员电极10与加入的物料41之间产生的弧光消耗了过多的功率，以便采取相应措施。例如，预设的功率因数为大于0.95。

根据本发明进一步的实施例，埋弧电炉电极插深自动控制装置还包括测量埋弧电炉的炉壁温度的炉壁温度测量仪80。炉壁温度测量仪80与控制器100相连，以便在以在炉壁温度测量仪80检测到的炉壁温度超出预设的炉壁温度阈值时控制器100控制报警器71发出报警，提示操作人员炉壁温度过高。

由于测得的炉壁温度能够间接反映炉内熔体(产品)的温度，因此可以作为炉温以及炉壁烧损情况的判据，进而操作人员可以据此采取必要的措施使炉腔温度处于合理范围内，防止炉温过高以及炉壁烧损等情况的出现。

根据本发明的埋弧电炉电极插深自动控制装置还可以包括检测电极位置的电极位置检测机构90。电极位置检测机构90与控制器100相连，以便在电极位置检测机构90检测到的电极位置超出预设的极限位置时控制报警器71发出报警，提示操作人员不能进一步上升或下降电极10，并采取相应的措施，例如更换电极10，或者相对于升降机构3移动电极10。

在本发明的一个示例中，控制器100包括测量电阻变化的电阻变化测量模块(图中未示出)。控制器100在电阻变化测量模块测量到的电阻变化超出预设的变化阈值时，即电阻变化过大，控制器100控制报警器71发出报警，例如可以提示操作人员电炉可能存在异常情况。

此外，控制器100还可以包括测量电阻变化速度的电阻变化速度测量模块(图中未示出)，在电阻变化速度测量模块测量到的电阻变化速度超出预设的速度变化阈值时，即，电阻变化过快，控制器100控制报警器71发出报警，例如可以提示操作人员电炉可能存在异常情况。

由于能够及时获取功率因数(并据此修正测量到的电阻值)、电阻的变化情况以及变化速度、电极移动位置等参数，并在必要时发出报警，因此可以帮助操作人员及时判断埋弧电炉内出现的诸如塌料、断极、弧光以及返料等问题，提示操作人员根据埋弧电炉的工作状况的变化及时采取相应的处理措施，帮助操作人员判定是否需要加电极或换电极，进一步提高埋弧电炉生产的稳定性。

需要指出的是，尽管在上述实施例中，所述功率因数、炉壁温度、电极位置、电阻变化以及电阻变化速度的报警使用了同一个报警器71，可替换地，也可以针对功率因数、炉壁温度、电极位置、电阻变化以及电阻变化速度中的每一个分别设置报警器。在使用同一个报警器71时，报警器71可以显示出发出报警的参数类型。

如图4所示，在一个示例中，电阻测量仪60包括测量电极电压的电压表61和测量电极电流的电流表62。由此，能够通过测量电极10内的电流和施加的电压方便地测量电极插深电阻值。其中R代表待测量的电极插深电阻。此外，图4的电路中同时示出了功率因数表70。

根据本发明的埋弧电炉电极插深自动控制装置，可以分别针对每根电极10单独实施控制，当然，也可以同步控制多个电极10。

下面参考图5简单描述根据本发明的埋弧电炉电极插深自动控制装置的操作。

如图5所示，在埋弧电炉的操作过程中，首先，通过电阻测量仪60和功率因数表70分别测量电极插深电阻值和电极供电的功率因数，在测得电极插深电阻值和功率因数后，电阻测量仪60和功率因数表70分别将测得的电极插深电阻值和功率因数发送给控制器100，控制器100根据功率因数执行对测得的电极插深电阻值进行修正的操作。

此外，在收到功率因数表70发来的功率因数时，控制器100还对测得的功率因数是否小于预设的功率因数阈值进行判断，如果测得的功率因数小于预设的功率因数阈值，则控制器100控制报警器71发出报警；反之，则不发出报警。

在控制器100根据功率因数对测得的电极插深电阻值进行修正得出修正后的电极插深电阻值后，控制器100进一步将修正后的电极插深电阻值与预设的电阻值进行比较并得出电阻差值。

接着，控制器100判断电阻差值是否超出预设的电阻差值阈值。如果判断的结果是未超出预设的电阻差值阈值，则说明工作正常，此时不必对电极进行升降而只需继续重复进行上述操作过程；反之，如果超出预设的电阻差值阈值，则控制器100将执行判断电阻差值的持续时间是否超过预设的持续时间的操作。

经过上述判断，如果电阻差值的持续时间没有超过预设的持续时间，则说明电阻差值超出预设的电阻差值阈值属于短暂的异常情况，并且很快恢复到正常状态，此时不必对电极进行升降，埋弧电炉电极插深自动控制装置将只需继续重复进行上述操作过程；

反之，如果电阻差值的持续时间超过预设的持续时间，则说明该电阻差值超出预设的电阻差值阈值的情况是埋弧电炉工作状况已偏离设定值，并非干扰所致，有必要对电极进行升降以使电极回复到正常工作状态。

为此，控制器100向电极升降机构30发出电极升降指令，电极在电极升降机构30的带动下上升或下降，导致电极的位置发生变化，进而使所述电阻差值回复到电阻差值阈值以内。

埋弧电炉电极插深自动控制装置的上述操作过程不断重复进行，从而实现对电极插深的自动控制。

此外，在埋弧电炉的生产过程中，埋弧电炉电极插深自动控制装置还包括以下操作：

通过电阻变化测量模块检测电阻的变化，并且当检测到的电阻的变化大于预设的变化阈值时控制器100控制报警器71发出报警。

通过电阻变化速度测量模块检测电阻的变化速度，并且当检测到的电阻的变化速度大于预设的变化速度阈值时控制器100控制报警器71发出报警。

通过炉壁温度测量仪检测埋弧电炉的炉壁温度并且当检测到的炉壁温度超出预设的炉壁温度阈值时控制器100控制报警器71发出报警。

通过电极位置检测机构检测电极移动位置并且当检测到的电极移动位置超出预设的极限位置时控制器100控制报警器71发出报警。

上述操作相应的目的和有益效果在对埋弧电炉电极插深自动控制装置的结构的说明中已经交待，此不赘述。

需要理解的是，对于预设的电阻值、预设的电阻差值阈值、预设的持续时间、预设的炉壁温度、预设的极限位置、预设的变化阈值、和预设的速度变化阈值可以根据埋弧电炉实际的具体应用设定，例如，根据埋弧电炉用于熔炼的具体材料、生产能力、造渣效果、成品温度及流动性等在开始时通过检测、计算、电极升降情况进行初步设定，然后随着观察控制结果，可以逐步改进上述各个预设值，从而使它们逐渐接近最佳，从而在确定了各种最佳值后，电极升降动作频率将降低，电炉稳定运行。这对于本领域的技术人员而言是容易理解的，这里不再详细描述。

在电炉实现稳定运行的基础上，就可以进一步实现定时给料控制，从而实现从加料到出料的高度自动控制，达到最佳经济效果。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于，包括：

升降埋弧电炉电极的电极升降机构；

测量埋弧电炉的电极插深电阻值的电阻测量仪；

控制器，所述控制器分别与电极升降机构和电阻测量仪相连，以将电阻测量仪检测到的电阻值与预设的电阻值比较得到电阻差值且仅当所述电阻差值超出预设的电阻差值阈值且持续时间超过预设的持续时间时根据所述电阻差值控制电极升降机构升降电极；

测量电极供电的功率因数的功率因数表，其中所述控制器与功率因数表相连以用功率因数修正测量到的电极插深电阻值；

报警器，其中所述控制器与报警器相连以在测量到的功率因数低于预设的功率因数时控制报警器发出报警；和

检测电极位置的电极位置检测机构，所述控制器与电极检测机构相连以在检测到的电极位置超出预设的极限位置时控制报警器发出报警。

2.如权利要求1所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于，所述功率因数表为有功表且所述预设因数范围为大于0.95。

3.如权利要求1所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于，进一步包括：测量埋弧电炉的炉壁温度的炉壁温度测量仪，其中所述控制器与所述炉壁温度测量仪相连以在检测到的炉壁温度超出预设的炉壁温度阈值时控制报警器发出报警。

4.如权利要求1所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于，所述控制器包括测量电极插深电阻变化的电阻变化测量模块，其中所述控制器在测量到的电阻值变化超出预设的变化阈值时控制报警器发出报警。

5.如权利要求4所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于，所述控制器包括测量电极插深电阻变化速度的电阻变化速度测量模块，其中所述控制器在测量到的电阻变化速度超出预设的速度变化阈值时控制报警器发出报警。

6.如权利要求1所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于，所述电阻测量仪包括测量电极电压的电压表和测量电极电流的电流表。

7.如权利要求1-6中任一项所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于，所述电极升降机构为液压升降机构。

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