CN103906986A - 电极消耗监控系统 - Google Patents

Abstract

一种方法和系统自动确定电弧炉中电极添加事件发生的时间，电弧炉具有多个电极柱，每个电极柱由电极放置系统承载。接收与输出到多个电极柱的电流的谐波畸变相关的数据。还接收与电极放置系统中的控制压强相关的数据。当谐波畸变数据指示稳定状态条件时，稳定状态控制压强数据被捕获。其后，当在稳定状态控制压强数据中识别出压强尖峰时，确定电极添加事件。

Description

电极消耗监控系统

背景技术

电弧炉借助于电弧来加热废料装料。通过直接暴露到电弧以及随后对其通电流来熔化装填的材料。

电弧炉通常包括用可收缩顶部覆盖的大炉身。顶部包括允许一个（在DC炉中）或更通常三个（在AC炉中）石墨电极柱进入炉的孔。可移动电极支撑结构支持并且移动电极柱。通过通常位于炉附近的变压器为电极柱提供电力。电极柱均包括用每个末端处的螺纹连接固定在一起的多个个体电极。作为炼钢过程的部分，电极被慢慢地消耗，并且因此，新电极必须周期地被添加到每个柱。

在加热循环期间，电力调节系统试图在装料的熔化期间保持近似恒定的电流和电力输入。当废品在其熔化时在电极之下移动时，使得这样更加困难。部分地通过采用自动升高和降低电极柱的电极放置系统来调节输入。因此，在炉次的部分期间，基于由放置系统执行的恒定校正，电极柱倾向于连续地振动。通常，放置系统采用液压缸来提供移动力。

一旦炉中达到相对稳定的状态条件（即废品基本被熔化），另一桶废品就可以被装填到炉中并且被熔化掉。在第一或可选的第二装料被完全熔化之后，发生各种其它操作，诸如精炼、监控化学成分、以及最后在出钢准备中过加热熔化物。

电极消耗速率知识对电弧炉操作员是非常有价值的。这个数据可以帮助操作员分析最优炉条件或确定和比较电极性能。然而，为了确定消耗，系统必须准确并自动地确定电极被添加到柱的时间。

发明内容

根据一个方面，公开了一种用于确定电弧炉中电极添加事件发生时间的方法。该炉包括多个电极柱，每个电极柱由电极放置系统承载。所述方法包括接收与输出到多个电极柱的电流的谐波畸变相关的数据。然后接收与电极放置系统中的控制压强相关的数据。当谐波畸变数据指示稳定状态条件时，稳定状态控制压强数据被识别。当在稳定状态控制压强数据中识别出压强尖峰时，确定电极添加事件。然后可以显示电极添加事件。

根据另一方面，公开了一种用于监控电弧炉的系统，所述电弧炉具有多个电极柱，每个电极柱具有通过其输出的电流并且可由电极放置系统垂直地移动。系统包括：计算装置，在其中具有可由计算装置使用的程序代码。程序代码包括：被配置成接收或请求与输出到多个电极柱的电流的谐波畸变相关的数据的代码。代码被配置成接收或请求与电极放置系统中的控制压强相关的数据。代码被配置成当谐波畸变数据指示稳定状态条件时识别稳定状态控制压强数据。代码被配置成当在稳定状态控制压强数据中识别出压强尖峰时确定电极添加事件。

附图说明

图1是示出用于确定电极添加事件的示例性步骤的流程图。

图2是示出EAF炉的稳定状态压强读数的示例性图。

图3是示出EAF炉的电极消耗速率的示例性图。

图4是被适配成确定电极添加事件和/或电极消耗的示例性炉监控系统。

具体实施方式

石墨电极是电弧炉中可消耗的必需品并且是适合于耐受电炉炼钢操作的极端苛刻操作环境的仅有的已知材料。因此，钢制造商高度认识到在炉中消耗的石墨电极的成本和性能。通常，按照生产每吨钢消耗的电极磅数（以下称“lb/ton”）来表达电极消耗速率。一般来说，钢电弧炉操作员寻求最小化石墨电极的lb/ton消耗以便由此最小化电极成本并且增加利润。

根据一个实施例，电极消耗可以根据以下数据输入来确定：1）每炉次（per heat）生产钢的吨数（以下称“tons/heat”）；2）每个电极添加的炉次数量（以下称“heats/add”）；以及3）每个石墨电极的磅数。有利的是，自动（即在不具有来自人类操作员的规则输入的情况下）确定每个数据源。因此，tons/heat的数量可以从炉控制系统被容易地确定和获得，该炉控制系统紧密监控tons/heat。同样地，有利的是，每个电极的磅数可以是表示针对给定尺寸的平均电极重量的恒定输入。在这个或其它实施例中，可以采用数据库或其它电子存储数据矩阵来存储针对各个电极尺寸的平均重量。通常计算在一时间段期间的电极消耗。例如，在一个实施例中，作为一周时段期间的消耗来计算电极消耗。在其它实施例中，可以计算两周时段期间的该消耗。在仍其它实施例中，计算一个月时段期间的电极消耗。在仍进一步的实施例中，计算比大约3天长的时段内的该消耗。

确定heats/add的数量要求首先知道电极被添加到每个电极柱的时间。如上面讨论的，对电极被添加到一个或多个电极柱的确定有利地被自动执行。

现在参考图1，用于自动确定电极被添加到电极柱时间的方法被示出并且由数字10指示。在第一步骤中，监控电弧炉的两个操作参数。在一个实施例中，经由计量变压器来监控弧炉变压器初级侧上的电流。在另一实施例中，经由计量变压器来监控弧炉变压器的次级侧上的电流。

第二数据源来自电极放置系统。如上面讨论的，在炉次期间，每个电极柱被电极放置系统单独地上和下移动以随着装填的废品在炉中熔化来调节弧长度。在一个实施例中，移动电极柱的促动力由液压系统提供，其中，变化的压强起作用以便把电极柱向上和向下移动。在这个实施例中，在每个电极柱处的促动压强经由例如压强监控器来监控。

在第二步骤14，确定炉是否处于稳定状态条件中。通过稳定状态，意味着炉内部的装料被基本上熔化和/或装料的表面是普遍平的。换句话说，大片的废品不再从周围落入到炉中的更中心点中。这通常称为平熔池状态。

在一个实施例中，通过监控电极电流波形（来自计量变压器）的谐波畸变来确定稳定状态条件。在一个实施例中，当谐波畸变小于10%时，稳定状态条件被确定。在其它实施例中，当谐波畸变小于5%时，稳定状态条件被确定。在仍进一步实施例中，当谐波畸变小于3%时，稳定状态条件被确定。在一个实施例中，分析的谐波畸变针对每个电极柱或相。在另一实施例中，监控通过全部三个电极（全部的三个相）的电流的平均谐波畸变。

在14，如果炉不在稳定状态条件，则系统继续监控电流。然而，如果稳定状态条件被确定，则现在在步骤16捕获压强数据。稳定状态压强是有利的，因为在炉次中的这个点要求相对小的电极柱移动（因为平熔池条件）。因此，压强值是相对稳定的并且将与每个电极柱的相对重量相关。

现在参考图2，图示出了在稳定状态操作期间捕获的示例性压强数据。如可以看见的，每个电极柱的压强A、B和C 随着电极柱在炉中被消耗而稳定地下降。然而，在对应于电极添加到柱的压强数据中可以看见尖峰。以这种方式，在步骤18确定电极添加发生的时间。在一个实施例中，当测量到至少3%的压强增加时确定电极添加。在另一实施例中，当测量到至少5%的压强增加时确定电极添加。在仍其它实施例中，当测量到最小预定绝对压强变化时确定电极添加。例如，在一个实施例中，如果测量到大于大约100psi的增加，则确定发生电极添加。在另一实施例中，如果测量到大于大约50psi的增加，则确定发生电极添加。

在步骤20，捕获电极添加事件以及添加时间。如下面将更详细地讨论的，添加数据可以与来自炉的其它数据相关，诸如每个炉次的数量和定时。用这种方式，可以确定在给定时间段期间每个电极添加执行多少炉次。

一旦每个添加的炉次是已知的，就可以根据以下等式来执行电极消耗计算：

电极消耗（lb）/（ton）=（一个电极的标称电极重量）/（（每个电极添加的炉次）*（平均炉次钢重量））。

如上面讨论的，标称电极重量可以从存储对于所有标称尺寸的标称重量的数据库文件提取。同样地，给定时间段内的平均炉次钢重量可以由炉控制器来收集。所计算的电极消耗可以以任何方式提供给炉操作员。例如，在一个实施例中，电极消耗在远程位置的服务器上计算（使用来自炉的、经由因特网传送的数据）。然后炉操作员可以经由网站访问电极消耗数据（例如以图或图表形式的）。

现在参考图3，该图示出了可以提供给炉操作员的示例性电极消耗显示。这样的信息可以用于比较炉内的不同电极柱之间的消耗水平或比较不同电极制造商/材料以便优化性能。另外，通过自动确定电极添加的基本频率，远程电极供应商可以基于对炉操作员的电极使用的近实时查看来调整库存或产量。

现在参考图4，示出了示例性电极消耗监控系统。炉PLC 30发送信号并从与电弧炉32相关联的各种控制机构接收信号。例如，炉PLC 30可以接收和或计算表示每个炉次的产量（吨）的信号、炉次结束信号以及电极放置系统中的液压压强。同样地，计量变压器34可以在具有炉变压器的初级或次级侧的电路中。电力质量仪表36接收来自计量变压器34的输出。除此之外，电力质量仪表36可以测量电极电流波形中的谐波畸变。然后，谐波畸变数据信号可以被发送到数字信号处理器38。在一个实施例中，电力质量仪表36执行计算以平均来自全部三相的谐波畸变。在其它实施例中，数字信号处理器38执行计算以平均来自全部三相的谐波畸变。

数字信号处理器38从电力质量仪表36和炉PLC 30两者接收信号。该数据可以被输出到本地终端/服务器40或输出到远程服务器42。根据一个实施例，本地和/或远程服务器包括SQL数据库。SQL数据库可以查询来自数字信号处理器38的数据以便确定电极添加和/或电极消耗。换句话说，根据一个实施例，数字信号处理器38收集来自炉PLC 30和电力质量仪表36的数据并且然后经由查询把该数据传输到驻留在服务器40和/或42上的SQL数据库。根据这个实施例，然后可以采用SQL查询/例程来确定电极添加发生的时间。此后，消耗、添加以及其它性能数据可以以在线可访问网络报告（web reports）的形式被显示，炉操作员可以经由密码保护网页来访问该在线可访问网络报告。

在上面的描述中，阐述了多个特定细节以便提供对本发明的全面描述。然而对于本领域技术人员将显而易见的是，可以在不具有这些特定细节的情况下实践本发明。在其它实例中，为了不使本发明不清楚，没有详细描述众所周知的特征。

如本领域普通技术人员能够意识到的，本发明可以采用具有体现在介质中的计算机可使用程序代码的实体计算机可使用或计算机可读介质上的计算机程序产品的形式。实体计算机可使用或计算机可读介质可以是任何实体介质，诸如，举例来说，但不限于，闪存盘、硬盘、随机访问存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、可擦除可编程只读存储器（EPROM或闪存）、光存储器件或磁存储器件。

用于执行一个或多个本发明的操作的计算机程序代码可以用面向对象的编程语言（诸如Java、C++等）书写，或者还可以用常规的过程编程语言（诸如“C”编程语言）书写。程序代码可以按以下各项执行：完全在本地服务器/计算机上，部分在本地服务器/计算机上，作为独立软件包，部分在本地服务器/计算机上并且部分在远程计算机/服务器上，或者完全在远程计算机/服务器上。在后者的情形中，远程计算机/服务器可以通过局域网（LAN）、广域网（WAN）或通过因特网连接到本地数据源和/或本地计算机/服务器。

本文中描述的各种实施例可以以其任何组合来实践。上面的描述意图使本领域技术人员能够实践本发明。不意图详述对技术工人来说通过阅读本描述而将变得显而易见的所有可能的变型和修改。然而，所有这样的修改和变型意图被包括在由所附的权利要求限定的本发明的范围内。权利要求意图覆盖按有效满足本发明意图的目的的任何布置或顺序的指示的元件和步骤，除非上下文特别指明情况相反。

Claims (17)

1.一种用于确定电弧炉中电极添加事件发生时间的方法，所述电弧炉具有多个电极柱，每个电极柱由电极放置系统承载，所述方法包括：

接收与输出到多个电极柱的电流的谐波畸变相关的数据；

接收与电极放置系统中的控制压强相关的数据；

当所述谐波畸变数据指示稳定状态条件时，识别稳定状态控制压强数据；以及

当在所述稳定状态控制压强数据中识别出压强尖峰时，确定电极添加事件。

2.根据权利要求1的方法，其中当至少5%的压强增加发生时，所述压强尖峰被识别。

3.根据权利要求1的方法，其中当至少100psi的压强增加发生时，所述压强尖峰被识别。

4.根据权利要求1的方法，其中当流动通过每个所述电极柱的所述电流的谐波畸变小于大约10%时，稳定状态条件被确定。

5.根据权利要求1的方法，其中当流动通过每个所述电极柱的所述电流的谐波畸变小于大约5%时，稳定状态条件被确定。

6.根据权利要求1的方法，其中当流动通过所有所述电极柱的所述电流的平均谐波畸变小于大约10%时，稳定状态条件被确定。

7.根据权利要求1的方法，其中当流动通过所有所述电极柱的所述电流的平均谐波畸变小于大约5%时，稳定状态条件被确定。

8.根据权利要求1的方法，进一步包括经由网站以图形的形式显示稳定状态控制压强数据。

9.一种用于监控电弧炉的系统，所述电弧炉具有多个电极柱，每个电极柱具有通过其输出的电流并且能被电极放置系统垂直地移动，所述系统包括：计算装置，在其中具有能由所述计算装置使用的程序代码，所述程序代码包括：被配置成接收或请求与输出到多个电极柱的电流的谐波畸变相关的数据的代码；被配置成接收或请求与电极放置系统中的控制压强相关的数据的代码；被配置成当所述谐波畸变数据指示稳定状态条件时识别稳定状态控制压强数据的代码；以及被配置成当在所述稳定状态控制压强数据中识别出压强尖峰时确定电极添加事件的代码。

10.根据权利要求9的系统，其中当至少5%的压强增加发生时，所述压强尖峰被识别。

11.根据权利要求9的系统，其中当至少50psi的压强增加发生时，所述压强尖峰被识别。

12.根据权利要求9的系统，其中当流动通过每个所述电极柱的所述电流的谐波畸变小于大约10%时，稳定状态条件被确定。

13.根据权利要求9的系统，其中当流动通过每个所述电极柱的所述电流的谐波畸变小于大约5%时，稳定状态条件被确定。

14.根据权利要求9的系统，其中当流动通过所有所述电极柱的所述电流的平均谐波畸变小于大约10%时，稳定状态条件被确定。

15.根据权利要求9的系统，其中当流动通过所有所述电极柱的所述电流的平均谐波畸变小于大约5%时，稳定状态条件被确定。

16.根据权利要求9的系统，进一步包括被配置成以图形的形式显示稳定状态控制压强数据的代码。

17.根据权利要求9的系统，进一步包括被配置成以图形的形式显示电极添加事件的代码。

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