CN110044186A - 电弧炉冶炼控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种电弧炉冶炼控制方法及控制系统，电弧炉冶炼控制方法包括：建立阻抗经验模型，阻抗经验模型包括每一相电极电路的阻抗计算公式；根据阻抗经验模型计算出每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗；根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流以维持三相电极的总输出功率稳定。本申请可以避免因三相电极相互耦合，造成使调节时间延长，还会造成电能大量浪费，有利益提高总输出功率的稳定性。

Description

电弧炉冶炼控制方法及控制系统

技术领域

本申请涉及电弧炉或钢包精炼炉炼钢技术领域，尤其是一种电弧炉冶炼控制方法及控制系统。

背景技术

电弧炉或钢包精炼炉在冶炼过程中采用电极产生电弧，由于吹氩搅拌、加料等干扰因素会导致电弧长度随机变化，使得弧电压和弧电流不停地变动，导致供电电能浪费严重，因此，需要在冶炼过程中，实时调节电弧长度，使电弧功率保持在设定数值。

相关技术中，使用PID弧电流技术通过实时调节弧电流来维持设定功率，但由于交流电弧炉或钢包精炼炉冶炼中使用三相电极进行调节，而实际受干扰因素影响的可能只是其中一相，由于三相电极相互耦合，在调节过程中，会连带未受影响正常工作的电极电流也随之变化，对耦合的三相电极进行调节不仅会使调节时间延长，还会造成电能大量浪费。

发明内容

为至少在一定程度上克服现由于三相电极相互耦合，在调节过程中，会连带未受影响正常工作的电极电流也随之变化，不仅会使调节时间延长，还会造成电能大量浪费的问题，本申请提供一种电弧炉冶炼控制方法及控制系统。

第一方面，一种电弧炉冶炼控制方法，包括：

建立阻抗经验模型，所述阻抗经验模型包括每一相电极电路的阻抗计算公式；

根据所述阻抗经验模型计算出每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗；

根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流以维持三相电极的总输出功率稳定。

进一步的，所述阻抗经验模型包括：每一相电极电路的阻抗Zs计算公式，其中，该相电路阻抗为Rs+jXs,变压器内部阻抗为Rt+jXt，变压器档位电压为U，额定电流为I，视在功率为S，有功功率为P，功率因数为Cosφ，该相电路总阻抗为R，R＝P/(I*I*Cosφ)。

进一步的，所述方法还包括：

采集正常工作时三相电极中每一相电极的电流和电压，计算出正常工作时该相电路正常工作时阻抗；

采集当前三相电极中每一相电极的电流和电压，计算出当前阻抗。

进一步的，所述根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流以维持三相电极的总输出功率稳定，包括：

预设阻抗偏差阈值，比较每一相电极当前阻抗与正常工作时的阻抗，并根据每一相电极比较结果调节对应相电极的电流以使对应相电极的当前阻抗与正常工作时的阻抗之差小于偏差阈值。

进一步的，所述根据每一相电极比较结果调节对应相电极的电流以使对应相电极的当前阻抗与正常工作时的阻抗之差小于偏差阈值，包括：

在当前阻抗小于正常工作时的阻抗时，减小电流；

在当前阻抗大于正常工作时的阻抗时，增大电流。

进一步的，所述方法还包括计算埋弧深度L，L，L＝(U_弧-a)/β；其中U_弧为单相电极电压，a为不同阶段的压降值，β为不同阶段的电位梯度。

进一步的，所述方法还包括计算阀门开度O，阀门开度O＝(P*P/S)％，其中P为有功功率，S为视在功率。

进一步的，所述方法还包括实时调整变压器工作档位，所述实时调整变压器工作档位包括：

预设熔水温度目标值；

获取熔水温度实际值，

实时调整变压器工作档位，直到熔水温度达到所述熔水温度目标值。

进一步的，所述方法还包括吹氩控制策略，所述吹氩控制策略为PID吹氩控制策略。

第二方面，一种电弧炉冶炼控制系统，包括：

模型建立模块，用于建立阻抗经验模型，所述阻抗经验模型包括每一相电极电路的阻抗计算公式；

计算模块，用于根据所述阻抗经验模型计算出每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗；

调节模块；用于根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流以维持三相电极的总输出功率稳定。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请通过建立阻抗经验模对每一相电极电路的阻抗进行单独计算，根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流，可以避免因三相电极相互耦合，造成使调节时间延长，还会造成电能大量浪费，有利益提高总输出功率的稳定性。

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，并不能限制本申请。

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，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

图1是本申请一个实施例提供的一种电弧炉冶炼控制方法的流程图。

图2是本申请另一个实施例提供的一种电弧炉冶炼控制方法的流程图。

图3是本申请一个实施例提供的一种电弧炉冶炼控制系统的结构图。

图4是本申请另一个实施例提供的一种电弧炉冶炼控制系统的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

图1是本申请一个实施例提供的一种电弧炉冶炼控制方法的流程图。

如图1所示，本实施例的方法包括：

S11：建立阻抗经验模型，所述阻抗经验模型包括每一相电极电路的阻抗计算公式；

S12：根据所述阻抗经验模型计算出每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗；

S13：根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流以维持三相电极的总输出功率稳定。

本实施例中，通过建立阻抗经验模对每一相电极电路的阻抗进行单独计算，根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流，可以避免因三相电极相互耦合，造成使调节时间延长，还会造成电能大量浪费，有利益提高总输出功率的稳定性。

图2是本申请另一个实施例提供的一种电弧炉冶炼控制方法的流程图。

如图2所示，本实施例的方法包括：

S21：建立阻抗经验模型，所述阻抗经验模型包括每一相电极电路的阻抗计算公式；

作为本发明可选的一种实现方式，所述阻抗经验模型包括：每一相电极电路的阻抗Zs计算公式，其中，该相电路阻抗为Rs+jXs,变压器内部阻抗为Rt+jXt，变压器档位电压为U，额定电流为I，视在功率为S，有功功率为P，功率因数为Cosφ，该相电路总阻抗为R，R＝P/(I*I*Cosφ)。

例如：A相电极的电路的阻抗ZA计算公式，其中，A相电路阻抗为RA+jXA。

S22：采集正常工作时三相电极中每一相电极的电流和电压，计算出正常工作时该相电路正常工作时阻抗；采集当前三相电极中每一相电极的电流和电压，计算出当前阻抗；

S23：根据所述阻抗经验模型计算出每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗；阻抗是表示电路阻碍电流通过能力的量，通常是复数，其数值与电流的频率有关，当电路由纯电阻组成时的阻抗是实数，而且与频率无关。阻抗是传输线上输入电压对输入电流的比率值，因此，可根据电路中的每一相电极的电流和电压值计算出每一相电极的电路阻抗。

S24：根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流以维持三相电极的总输出功率稳定。

作为本发明可选的一种实现方式，所述根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流以维持三相电极的总输出功率稳定，包括：预设阻抗偏差阈值，比较每一相电极当前阻抗与正常工作时的阻抗，并根据每一相电极比较结果调节对应相电极的电流以使对应相电极的当前阻抗与正常工作时的阻抗之差小于偏差阈值。

作为本发明可选的一种实现方式，所述根据每一相电极比较结果调节对应相电极的电流以使对应相电极的当前阻抗与正常工作时的阻抗之差小于偏差阈值，包括：

在当前阻抗小于正常工作时的阻抗时，减小电流；

在当前阻抗大于正常工作时的阻抗时，增大电流。

通过自动调节每一项电极的电流，避免因三相电极相互偶尔导致在增加或减小电流时，变压器输出功率过高或过低，延长调节时间，影响电能的稳定性。

作为本发明可选的一种实现方式，所述方法还包括计算埋弧深度L，L，L＝(U_弧-a)/β；其中U_弧为单相电极电压，a为不同阶段的压降值，β为不同阶段的电位梯度。

通过自动计算埋弧深度，给出埋弧量化值，避免因人工凭经验进行埋弧，导致埋弧深度过深或过浅影响埋弧效果。

作为本发明可选的一种实现方式，所述方法还包括计算阀门开度O，阀门开度O＝(P*P/S)％，其中P为有功功率，S为视在功率。

通过自动计算除尘的阀门开度，可以避免因人工操作的误差延长除尘时间。

作为本发明可选的一种实现方式，所述方法还包括实时调整变压器工作档位，所述实时调整变压器工作档位包括：

预设熔水温度目标值；

获取熔水温度实际值，

实时调整变压器工作档位，直到熔水温度达到所述熔水温度目标值。

例如，在熔水温度实际值低于熔水温度目标值时，将变压器工作档位调高，使变压器的输出功率增大；在熔水温度实际值高于熔水温度目标值时，将变压器工作档位调低，使变压器的输出功率减小。

不需操作人员手动进行调整变压器工作档位操作，减轻操作人员工作任务，避免估算不准确导致温升速度降低，延长冶炼时间。

作为本发明可选的一种实现方式，所述方法还包括吹氩控制策略，所述吹氩控制策略为PID吹氩控制策略。

不需人工进行吹氩操作，减轻操作人员的操作任务，避免人工操作的吹氩量不精确影响吹氩效果，并且可以节省氩气。

所述方法还包括：除尘控制系统，根据冶炼情况，投入合金量及电极能量和波动情况，控制除尘系统，除尘控制系统为除尘PLC自动控制系统减小除尘系统用电量。

使用现代电弧炉冶炼能量结构模型自动计算投入能量及冶炼时间，并与投料、测温等数据相结合快速达到目标温度。

电弧炉冶炼工作过程例如为根据钢包车进站信号，并接收到开始冶炼命令后，自动化渣，自动吹氩。根据时间及能量输入进程将自动调整变压器工作档位，调整变压器工作档位可实现自动无载调压。根据钢包炉装入的合金类型及重量，自动调整吹氩，调整档位及冶炼工作点，根据测温结果对比闭环控制自动达到用户设定的目标温度。

本实施例中，通过自动计算埋弧深度，给出埋弧量化值，避免因人工凭经验进行埋弧，导致埋弧深度过深或过浅影响埋弧效果，通过自动计算阀门开度可以避免因人工操作的误差延长加料时间或导致加料量不精确的问题。

图3是本申请一个实施例提供的一种电弧炉冶炼控制系统的结构图。

如图3所示，本实施例的电弧炉冶炼控制方法及控制系统，包括：

模型建立模块31，用于建立阻抗经验模型，所述阻抗经验模型包括每一相电极电路的阻抗计算公式；

计算模块32，用于根据所述阻抗经验模型计算出每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗；

调节模块33；用于根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流以维持三相电极的总输出功率稳定。

通过模型建立模块31建立阻抗经验模型，所述阻抗经验模型包括每一相电极电路的阻抗计算公式；通过计算模块32根据所述阻抗经验模型计算出每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗；通过调节模块33根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流以维持三相电极的总输出功率稳定，可以避免因三相电极相互耦合，造成使调节时间延长，还会造成电能大量浪费，有利益提高总输出功率的稳定性。

所述系统还包括埋弧深度控制模块、阀门开度控制模块、变压器工作档位控制模块和吹氩控制模块，上述模块的中关于埋弧深度、阀门开度、变压器工作档位以及吹氩量的计算方法可以参考上述实施例中的方法，这里不再赘述。

本实施例中，通过在系统中使用模型建立模块、计算模块、调节模块可以避免因三相电极相互耦合，造成使调节时间延长，还会造成电能大量浪费，有利益提高总输出功率的稳定性。

图4是本申请另一个实施例提供的一种电弧炉冶炼控制系统的工作流程图。

如图4所示，本实施例的电弧炉冶炼控制系统的工作流程，包括：

开始冶炼，清空上一炉冶炼数据，读入当前钢水温度；

累加能量投入与冶炼时间；

根据当前钢水温度与合金投入类型实时调节变压器工作档位；

实时控制变压器三相电极中每一相的电流，以维持变压器的输出功率稳定。

在实时调节变压器工作档位的同时计算并控制吹氩流量；

计算阀门开度并进行除尘控制。

本实施例中，通过在同一系统中融入实时调节变压器工作档位、实时控制变压器三相电极中每一相的电流、计算并控制吹氩流量和计算阀门开度并进行除尘控制，达到智能控制冶炼过程的目的。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

需要说明的是，本发明不局限于上述最佳实施方式，本领域技术人员在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电弧炉冶炼控制方法，其特征在于，包括：

建立阻抗经验模型，所述阻抗经验模型包括每一相电极电路的阻抗计算公式；

根据所述阻抗经验模型计算出每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗；

根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流以维持三相电极的总输出功率稳定。

2.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼控制方法，其特征在于，所述阻抗经验模型包括：每一相电极电路的阻抗Zs计算公式，其中，该相电路阻抗为Rs+jXs，变压器内部阻抗为Rt+jXt，变压器档位电压为U，额定电流为I，视在功率为S，有功功率为P，功率因数为Cosφ，该相电路总阻抗为R，R＝P/(I*I*Cosφ)。

3.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼控制方法，其特征在于，还包括：

采集正常工作时三相电极中每一相电极的电流和电压，计算出正常工作时该相电路正常工作时阻抗；

采集当前三相电极中每一相电极的电流和电压，计算出当前阻抗。

4.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼控制方法及控制系统，其特征在于，所述根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流以维持三相电极的总输出功率稳定，包括：

预设阻抗偏差阈值，比较每一相电极当前阻抗与正常工作时的阻抗，并根据每一相电极比较结果调节对应相电极的电流以使对应相电极的当前阻抗与正常工作时的阻抗之差小于偏差阈值。

5.根据权利要求4所述的电弧炉冶炼控制方法及控制系统，其特征在于，所述根据每一相电极比较结果调节对应相电极的电流以使对应相电极的当前阻抗与正常工作时的阻抗之差小于偏差阈值，包括：

在当前阻抗小于正常工作时的阻抗时，减小电流；

在当前阻抗大于正常工作时的阻抗时，增大电流。

6.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼控制方法及控制系统，其特征在于，还包括计算埋弧深度L，L＝(U_弧-a)/β；其中U_弧为单相电极电压，a为不同阶段的压降值，β为不同阶段的电位梯度。

7.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼控制方法，其特征在于，还包括计算阀门开度O，阀门开度O＝(P*P/S)％，其中P为有功功率，S为视在功率。

8.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼控制方法，其特征在于，还包括实时调整变压器工作档位，所述实时调整变压器工作档位包括：

预设熔水温度目标值；

获取熔水温度实际值，

实时调整变压器工作档位，直到熔水温度达到所述熔水温度目标值。

9.根据权利要求1所述的电弧炉冶炼控制方法，其特征在于，还包括吹氩控制策略，所述吹氩控制策略为PID吹氩控制策略。

10.一种电弧炉冶炼控制系统，其特征在于，包括：

模型建立模块，用于建立阻抗经验模型，所述阻抗经验模型包括每一相电极电路的阻抗计算公式；

计算模块，用于根据所述阻抗经验模型计算出每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗；

调节模块；用于根据每一相电极正常工作时的阻抗和当前阻抗分别调节对应相电极中的电流以维持三相电极的总输出功率稳定。