CN107504892B - 矿热电炉渣层厚度检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种矿热电炉渣层厚度的检测装置及检测方法，所述检测装置包括：第一电极；第二电极；电极升降控制系统，用于控制所述第一电极和所述第二电极的端部位置一致，并在所述渣层中升降；电极电气控制系统，用于在所述第一电极、所述第二电极、地中任意两者之间施加直流电压，并获得相应地电流值；电极自动控制系统，与所述电极升降控制系统和所述电极电气控制系统电连接，用于获得所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极与所述第二电极之间的横向阻抗。本公开中的检测装置及检测方法一方面节省了人力，提高了渣层厚度检测的准确度和效率；另一方面，确定渣层厚度所需的参数少，检测方法更简单易行。

Description

矿热电炉渣层厚度检测装置及检测方法

技术领域

本公开涉及冶炼技术领域，具体涉及一种矿热电炉渣层厚度检测装置及采用矿热电炉渣层厚度检测装置检测渣层厚度的方法。

背景技术

电炉是一种常用的冶炼设备，常用的电炉是电弧炉。电弧炉是利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的电路，按加热方式分为三种类型：(1)间接加热电弧炉；(2)直接加热电弧炉；(3)埋弧电炉。埋弧电炉也叫还原电路或矿热电炉，是将电极一端埋入渣层，在渣层内形成电流并利用料层自身的电阻发热加热物料。矿热电炉的操作对于其冶炼效果有着重要影响，而目前矿热电炉操作的自动化及智能化程度较低，大量依赖于经验的人工操作使得其冶炼效果难以保证维持在最佳水平。

矿热电炉中分为三层，最上面一层是加入的物料层，中间是物料熔化后形成的渣层，最下面一层是金属熔体层。矿热电炉渣层厚度的测量是矿热电炉操作的一个重要环节，决定了炉渣和金属的排放时机，同时对于矿热电炉的功率及电极位置操作也具有重要的指导作用。目前对于电炉渣层厚度的测量普遍是依赖于人工通过物理方法实现，即通过将钢棒插入到炉内，经过一段时间抽出钢棒，通过观察钢棒上的烧蚀痕迹及附渣的情况确定渣层厚度。由于该方法比较繁琐，只能每隔较长时间检测一次，例如2个小时，同时准确度也受到人为因素的影响。因此矿热电炉渣层厚度的测量手段落后成为影响矿热电炉操作自动化及智能化的一个重要因素。

鉴于此，为了提高矿热电炉操作的自动化和智能化程度，进一步提高矿热电炉的冶炼效果，亟需一种矿热电炉渣层厚度的检测装置及检测方法以解决上述技术问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种环境光和温度检测电路、显示面板及显示装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的第一个方面，提供一种矿热电炉渣层厚度检测装置，包括：

第一电极；

第二电极；

电极升降控制系统，用于控制所述第一电极和所述第二电极的端部位置一致，并在所述渣层中升降；

电极电气控制系统，用于在所述第一电极、所述第二电极、地中任意两者之间施加直流电压，并获得相应地电流值；

电极自动控制系统，与所述电极升降控制系统和所述电极电气控制系统电连接，用于获得所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极与所述第二电极之间的横向阻抗，根据所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极与所述第二电极之间的横向阻抗获得所述渣层厚度。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电极升降控制系统为液压升降系统或气压升降系统。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电极电气控制系统包括：

直流电压源，用于在所述第一电极、所述第二电极、地中任意两者之间施加直流电压；

电流测量单元，用于测量通过所述第一电极、所述第二电极、所述第一电极和所述第二电极之间的电流。

在本公开的一种示例性实施例中，所述直流电压源的交流内阻远大于直流内阻。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电极自动控制系统包括：

计算单元，根据所述电极电气测量系统输出的直流电压和电流值获得所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极与所述第二电极之间的横向阻抗。

在本公开的一种示例性实施例中，根据所述第一电极的对地阻抗、所述第一电极与所述第二电极之间的横向阻抗获得所述渣层厚度。

在本公开的一种示例性实施例中，所述渣层厚度H的计算公式为：

其中R₁为所述第一电极的对地阻抗，R₁₂为所述第一电极与所述第二电极之间的横向阻抗，K₁、K₂为系数。

根据本公开的第二个方面，提供一种矿热电炉渣层厚度的检测方法，应用上述的矿热电炉渣层厚度的检测设备，包含：

通过所述电极升降控制系统控制所述第一电极和所述第二电极的端部位置一致，并在所述渣层中升降；

通过所述电极电气控制系统在所述第一电极、所述第二电极、地中任意两者之间施加直流电压，并测量相应地电流值；

通过所述电极自动控制系统计算所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极和所述第二电极之间的横向阻抗；

根据所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极和所述第二电极之间的横向阻抗得到所述渣层厚度。

在本公开的一种示例性实施例中，所述通过所述电极电气控制系统在所述第一电极、所述第二电极、地中任意两者之间施加直流电压，并测量相应地电流值，包括：

通过一直流电压源对所述第一电极、所述第二电极、地中任意两者之间施加直流电压；

通过一电流测量单元测量通过所述第一电极、所述第二电极、所述第一电极和所述第二电极之间的电流。

在本公开的一种示例性实施例中，根据所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极和所述第二电极之间的横向阻抗得到所述渣层厚度，包括：

根据计算公式得到所述渣层厚度H，

其中R₁为所述第一电极的对地阻抗，R₁₂为所述横向阻抗，K₁、K₂为系数。

由上述技术方案可知，本公开示例性实施例中的矿热电炉渣层厚度的检测装置和检测方法至少具备以下优点和积极效果：

本公开中的检测装置包含两个电极，通过电极升降控制系统使两个电极在渣层中升降，且其端部位置一致；电极电气控制系统对电极和地之间、电极之间施加直流电压，并测量相应地电流值，电极自动控制系统根据直流电压和电流值获得电极的对地阻抗和电极之间的横向阻抗。根据电极的对地阻抗和电极之间的横向阻抗及相应的渣层厚度计算公式获得渣层厚度。本公开中的检测装置和检测方法一方面减少了人力，避免了人工升降电极引起的检测误差，提高了电炉操作的自动化和智能化；另一方面本公开中的检测方法所需的参数少、检测方法简单，节省了人工测量的时间，提高了渣层厚度检测的准确度和效率，进一步提高了矿热电炉的冶炼和节能效果。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本公开示例性实施例中矿热电炉炉内结构的示意图；

图2示出本公开示例性实施例中矿热电炉渣层厚度的检测装置的结构示意图；

图3示出本公开示例性实施例中矿热电炉渣层厚度的检测装置中电极电气测量系统的结构示意图；

图4示出本公开示例性实施例中矿热电炉渣层厚度检测方法的流程示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

本说明书中使用用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本示例实施方式中首先提供了一种矿热电炉渣层厚度的检测装置，现参考图1-2对本公开的矿热电炉电极插深的检测装置的结构进行示例性说明。

图1示出了矿热电炉100在工作状态下炉内具有物料的情形，所述矿热电炉分为三层：最上面一层是物料层101，中间层是物料熔化后形成的渣层102，最下层是金属层103。由于物料层101的电阻率远高于渣层102的电阻率，其电阻可视为无穷大，而金属层103电阻率远低于渣层102的电阻率，其电阻可视为零。因此为了方便测量电极104的电气参数(电压、电流)，所述电极104的端部优选地位于渣层102中。另外电极104采用任意的具有高导电率的金属材料形成，如金、银、铜、铝等，由于电极104本身的电阻极小，电极104本身的电阻可忽略，因而电极104的阻抗R可以认为是电极104的下端与金属层上表面之间的渣层102的阻抗值，阻抗R由电极104在渣层102中的位置决定，与料层及金属层无关。

图2示出了一种矿热电炉渣层厚度的检测装置，所述检测装置包括：第一电极201、第二电极202、电极升降控制系统203、电极电气控制系统204和电极自动控制系统205，所述第一电极201和所述第二电极202在所述电极升降控制系统203的控制下在渣层102中升降，并且第一电极201和第二电极202的端部位置一致；所述电极电气控制系统204用于在第一电极201和地之间、第二电极202和地之间、第一电极201和第二电极202之间施加直流电压，并获得相对应的电流值；所述电机自动控制系统205与所述电极升降控制系统203、电极电气控制系统204电连接，根据电极电气控制系统204反馈的电压和电流值得到第一电极201的对地阻抗R₁、第二电极202的对地阻抗R₂与第一电极201和第二电极202之间的横向阻抗R₁₂。

第一电极201和第二电极202为高导电率金属材料形成的电极，其本身的阻抗可忽略不计，同时金属层103的电阻率远低于渣层的电阻率，因此当在第一电极201和地、第二电极202和地之间施加同一直流电压时，第一电极201的对地阻抗R₁和第二电极202的对地阻抗R₂近似为第一电极201和第二电极202对金属层103的阻抗，由于第一电极201和第二电极202的端部位置一致，因此R₁＝R₂。

最后根据获得的第一电极201的对地阻抗R₁和第一电极201和第二电极202之间的横向阻抗R₁₂得到渣层厚度H。

本公开中的检测装置通过检测电极对地阻抗和电极之间的横向阻抗判断渣层厚度，避免了现有技术中人工通过物理方法检测渣层厚度造成的检测误差，缩短了检测时间，提高了电炉操作的自动化和智能化程度；另外本公开中确定渣层厚度所需的参数少、测量简单，因此也大大提高了检测效率，进一步提高了矿热电炉的冶炼和节能效果。

在本公开的示例性实施例中，所述第一电极201和第二电极202均采用高导电率的金属材料形成，如金、银、铜、铝中的一种或多种，本领域技术人员应当理解第一电极201和第二电极202也可采用本领域公知的其它高导电率金属材料形成，此处不再赘述。形成所述第一电极201和第二电极202的材料可以相同也可以不同，优选地，形成第一电极201的材料和形成第二电极202的材料相同。

在本公开的示例性实施例中，所述电极升降控制系统203控制所述第一电极201和第二电极202在渣层102中升降，电极升降机构可以是液压升降机构、气压升降机构、丝杠形式的升降机构，优选地，所述电极升降机构是液压升降机构，采用液压升降机构能够更灵敏、平稳地实现第一电极201和第二电极202的升降。

在本公开的示例性实施例中，所述电极升降控制系统203电连接一控制机构，所述控制机构用于发送一控制信号以控制所述电极升降控制系统203的开闭；另外，所述电极升降控制系统203上可以设置一开关按钮，以控制其开闭。

在本公开的示例性实施例中，图3示出了电极电气控制系统的组成，参考图3所示，所述电极电气控制系统204包括一直流电压源301和一电流测量单元302，所述直流电压源301用于对第一电极201和地之间、第二电极202和地之间、第一电极201和第二电极202之间施加直流电压；所述电流测量单元302用于对通过第一电极201、第二电极202、第一电极201和第二电极202之间的电流值进行测量。直流电压和电流值被反馈至所述电极自动控制系统205。

电极自动控制系统205与电极升降控制系统203和电极电气控制系统204电连接，电极电气控制系统204将直流电压源301输出的直流电压和电流测量单元302测得的电流值反馈至电极自动控制系统205。电极自动控制系统205可包含一计算单元，根据第一电极201和地之间施加的直流电压U₁及测得的电流I₁计算得到第一电极201的对地阻抗R₁，根据第一电极201和第二电极202之间施加的直流电压U₁₂及测得的电流I₁₂计算得到第一电极201和第二电极202之间的横向阻抗R₁₂。

如图1所示，第一电极201和第二电极202端部位置一致，其端部与渣层上表面的距离为L₁，与金属层上表面的距离为L₂。第一电极201和第二电极202之间的横向电阻近似为两电极在渣层102之间的横向阻抗，该横向阻抗与电极端部距离渣面深度成反比关系，即R₀＝K₁/L₁；电极的对地阻抗与电极端部距离金属层的深度成正比关系，即R₁＝R₂＝K₂·L₂，由此可得渣层的厚度H＝L₁+L₂＝K₁/R₀+R₁/K₂。同时根据阻抗的串并联关系可以得出R₁₂＝(R₁+R₂)||R₀，通过换算可以得到R₀，进而获得渣层厚度的计算公式为：

其中，H为渣层厚度，R₁为第一电极的对地阻抗，R₁₂为第一电极和第二电极之间的横向阻抗，K₁、K₂为根据冶金实验数据进行拟合后得到的系数。

值得注意的是，由于不同的冶炼物料和矿热电炉炉型，冶金实验所得到的数据是不同的，因此本公开中的K₁、K₂并不是固定值。

在本公开的示例性实施例中，本公开中的矿热电炉中的电极工作时带有交流电压，直流电压源301是叠加在电极工作电压上的，为了减小交流电压的干扰，本公开中的直流电压源采用特定的电路，该特定的电路具有高交流内阻和低直流内阻的特性。

本公开的示例性实施例还提供了一种应用上述的矿热电炉渣层厚度的检测装置检测渣层厚度的方法，图4示出了该检测方法的具体流程，包括：

a)通过电极升降控制系统203控制第一电极201和第二电极202在渣层102中升降，并使第一电极201和第二电极202的端部位置一致；

所述电极升降控制系统203接收一控制信号，控制第一电极201和第二电极202在渣层102中升降。所述控制信号可以是与所述电极升降控制系统电连接的一控制机构发出的控制信号，也可以是所述电极升降控制系统201上的开关按钮，所有可以实现控制电极升降的变形均在本申请的保护范围内，此处不再赘述。

b)通过电极电气控制系统204在第一电极201、所述第二电极202、地中任意两者之间施加直流电压，并测量相应地电流值；

电极电气控制系统204可包含一直流电压源301和一电流测量单元302，直流电压源301用于对第一电极201和地之间、第二电极202和地之间、第一电极201和第二电极202之间施加直流电压，电流测量单元302用于检测施加直流电压后通过第一电极201、第二电极202、第一电极201和第二电极202之间的电流值，并将所述直流电压和电流值反馈至电极自动控制系统205。

c)通过电极自动控制系统205计算第一电极201的对地阻抗及所述第一电极201和所述第二电极202之间的横向阻抗；

电极电气控制系统204将施加在第一电极201和地之间、第二电极202和地之间、第一电极201和第二电极202之间的直流电压和相应地电流值反馈至电极自动控制系统205，电机自动控制系统205中可包含一计算单元，所述计算单元根据阻抗计算公式R＝U/I可计算得出第一电极201的对地阻抗R₁和第一电极201与第二电极202之间的横向阻抗R₁₂。

d)根据所述第一电极201的对地阻抗R₁及所述第一电极201和所述第二电极202之间的横向阻抗R₁₂得到所述渣层厚度H。所述渣层厚度H的计算公式为：

其中，R₁为第一电极的对地阻抗，R₁₂为第一电极和第二电极之间的横向阻抗，K₁、K₂为根据冶金实验数据进行拟合后得到的系数。

本公开中渣层厚度计算公式中所需的参数少，只需要确定R₁、R₁₂、K₁、K₂即可，因此本公开中矿热电炉渣层厚度的检测方法更简单，提高了渣层厚度检测的准确度和效率，进一步提高了矿热电炉的冶炼和节能效果。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。

Claims (7)

1.一种矿热电炉渣层厚度检测装置，其特征在于，包括：

第一电极；

第二电极；

电极升降控制系统，用于控制所述第一电极和所述第二电极的端部位置一致，并在所述渣层中升降；

电极电气控制系统，用于在所述第一电极、所述第二电极、地中任意两者之间施加直流电压，并获得相应地电流值；

电极自动控制系统，与所述电极升降控制系统和所述电极电气控制系统电连接，用于获得所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极与所述第二电极之间的横向阻抗，根据所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极与所述第二电极之间的横向阻抗获得所述渣层厚度；

其中，所述渣层厚度H的计算公式为：

其中R₁为所述第一电极的对地阻抗，R₁₂为所述第一电极与所述第二电极之间的横向阻抗，K₁、K₂为系数。

2.根据权利要求1所述的矿热电炉渣层厚度检测装置，其特征在于，所述电极升降控制系统为液压升降系统或气压升降系统。

3.根据权利要求1所述的矿热电炉渣层厚度检测装置，其特征在于，所述电极电气控制系统包括：

直流电压源，用于在所述第一电极、所述第二电极、地中任意两者之间施加直流电压；

电流测量单元，用于测量通过所述第一电极、所述第二电极、所述第一电极和所述第二电极之间的电流。

4.根据权利要求3所述的矿热电炉渣层厚度检测装置，其特征在于，所述直流电压源中交流内阻远大于直流内阻。

5.根据权利要求1所述的矿热电炉渣层厚度检测装置，其特征在于，所述电极自动控制系统包括：

计算单元，根据所述电极电气测量系统输出的直流电压和电流值获得所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极与所述第二电极之间的横向阻抗。

6.一种矿热电炉渣层厚度的检测方法，应用权利要求1-5任一项所述的矿热电炉渣层厚度检测装置，其特征在于，包含：

通过所述电极升降控制系统控制所述第一电极和所述第二电极的端部位置一致，并在所述渣层中升降；

通过所述电极电气控制系统在所述第一电极、所述第二电极、地中任意两者之间施加直流电压，并测量相应地电流值；

通过所述电极自动控制系统计算所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极和所述第二电极之间的横向阻抗；

根据所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极和所述第二电极之间的横向阻抗得到所述渣层厚度；

其中，根据所述第一电极的对地阻抗及所述第一电极和所述第二电极之间的横向阻抗得到所述渣层厚度，包括：

根据计算公式得到所述渣层厚度H，

其中R₁为所述第一电极的对地阻抗，R₁₂为所述横向阻抗，K₁、K₂为系数。

7.根据权利要求6所述的矿热电炉渣层厚度的检测方法，其特征在于，所述通过所述电极电气控制系统在所述第一电极、所述第二电极、地中任意两者之间施加直流电压，并测量相应地电流值，包括：

通过一直流电压源对所述第一电极、所述第二电极、地中任意两者之间施加直流电压；

通过一电流测量单元测量通过所述第一电极、所述第二电极、所述第一电极和所述第二电极之间的电流。

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