CN111363886A - 电弧炉的工作控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电弧炉的工作控制方法及装置，用于控制由柔性供电装置供电的三相交流电弧炉，柔性供电装置用于将交流电网的交流电信号转换为三相交流电弧炉任意两根电极之间所需的交流电信号或直流电信号，该方法包括：监测电弧炉工作的工作阶段，工作阶段至少包括：起弧阶段和精炼阶段；当电弧炉工作于起弧阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生交流电弧电流；当电弧炉工作于精炼阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生直流电弧电流。本发明能够避免交流电弧电流过零次数过于频繁导致电能传输效率低且易断弧的问题，有效防止起弧阶段电弧电流不稳定损坏柔性供电装置。

Description

电弧炉的工作控制方法及装置

技术领域

本发明涉及工业冶炼领域，尤其涉及一种电弧炉的工作控制方法及装置。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

众所周知，电弧炉能够用于对废钢等金属的冶炼。顾名思义，交流电弧炉是指直接接入交流电网，由交流电网供电的电弧炉。交流电弧炉从公共电网1取电后，经串联的高阻抗电抗器，能够将公共电网的高电压转换为冶炼所需的低电压(例如，35KV/1.5KV)，电能经短网(水冷电缆及其附件等)和三相电极构成回路，在炉内产生电弧电流，用于冶炼金属。冶炼过程中，通过电极位置的调节和电炉变压器的分档调压，来控制冶炼过程中电弧电流的稳定，以提高冶炼的效率。对电网来说，交流电弧炉是一种非线性负荷，在冶炼过程中，会给电网带来无功冲击、三相电压不平衡、谐波污染等问题，造成电网电压剧烈波动。一般情况下，通过配置一套无功补偿设备来解决电弧炉对电网电压的冲击影响。

交流电弧炉的工作原理是：将交流电弧炉的三根电极上升到电弧炉顶部位置，在电弧炉内加入固态状废钢以及少量的液态钢水，由于电弧炉加入固态废钢和液态钢水后，没有任何装置检测电弧炉内部分布和排列情况，因而，采用试探法，将交流电弧炉的三根电极通上交流电，由液压电极调节系统控制三根电极慢慢下降，直到接触到固态状的废钢，且无法继续下降，认为当前电极下降到合适的位置。由于电极已经通了电，在电极接触到废钢的那一时刻，电极便开始放电(即起弧)。

目前，交流电弧炉的工作中，一方面，由交流电网向三根电极直接供电产生的交流电流来对炉内冶炼物进行冶炼，因交流电流过零次数过于频繁(每秒钟100次过零)，且每次在电流过零(即交流电流变化为零)的时候，交流电弧炉的输入电能非常少，导致交流电弧炉的电能传输效率很低，且当电流过零后，往往还需要重新拉弧，从零开始建立电流，容易出现电弧炉断弧的情况。另一方面，由柔性供电装置向电弧炉两根电极提供的直流电流进行冶炼，进而解决交流电流过零次数过于频繁，会导致电弧炉电能传输效率低且容易出现断弧的问题，由于电弧炉起弧阶段电弧电流变化剧烈且处于不受控阶段，对柔性供电装置的冲击较大，容易导致柔性供电装置损坏。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例中提供了一种电弧炉的工作控制方法，应用于由柔性供电装置供电的三相交流电弧炉，柔性供电装置用于将交流电网的交流电信号转换为三相交流电弧炉任意两根电极之间所需的交流电信号或直流电信号，用以解决现有三相交流电弧炉，由交流电网向三根电极提供交流电弧电流，会因交流过零次数过于频繁导致电能传输效率低且容易出现断弧情况，而由柔性供电装置向两根电极提供直流电弧电流，会因起弧阶段电流不稳定对柔性供电装置造成冲击的技术问题，该方法包括：监测电弧炉工作的工作阶段，工作阶段至少包括：起弧阶段和精炼阶段；当电弧炉工作于起弧阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生交流电弧电流；当电弧炉工作于精炼阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生直流电弧电流。

本发明实施例中还提供了一种电弧炉的工作控制装置，应用于由柔性供电装置供电的三相交流电弧炉，柔性供电装置用于将交流电网的交流电信号转换为三相交流电弧炉任意两根电极之间所需的交流电信号或直流电信号，用以解决现有三相交流电弧炉，由交流电网向三根电极提供交流电弧电流，会因交流过零次数过于频繁导致电能传输效率低且容易出现断弧情况，而由柔性供电装置向两根电极提供直流电弧电流，会因起弧阶段电流不稳定对柔性供电装置造成冲击的技术问题，该装置包括：电弧炉工作状态监测模块，用于监测电弧炉工作的工作阶段，工作阶段至少包括：起弧阶段和精炼阶段；交流供电控制模块，用于当电弧炉工作于起弧阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生交流电弧电流；直流供电控制模块，用于当电弧炉工作于精炼阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生直流电弧电流。

本发明实施例中还提供了一种计算机设备，用以解决现有三相交流电弧炉，由交流电网向三根电极提供交流电弧电流，会因交流过零次数过于频繁导致电能传输效率低且容易出现断弧情况，而由柔性供电装置向两根电极提供直流电弧电流，会因起弧阶段电流不稳定对柔性供电装置造成冲击的技术问题，该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述电弧炉的工作控制方法。

本发明实施例中还提供了一种计算机可读存储介质，用以解决现有三相交流电弧炉，由交流电网向三根电极提供交流电弧电流，会因交流过零次数过于频繁导致电能传输效率低且容易出现断弧情况，而由柔性供电装置向两根电极提供直流电弧电流，会因起弧阶段电流不稳定对柔性供电装置造成冲击的技术问题，该计算机可读存储介质存储有执行上述电弧炉的工作控制方法的计算机程序。

本发明实施例中，在电弧炉工作的各个工作阶段，均采用两根电极工作，由柔性供电装置将交流电网的交流电信号转换为两根电极之间所需的电信号，在监测到电弧炉工作于起弧阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生交流电弧电流；在监测到电弧炉工作于精炼阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生直流电弧电流。

通过本发明实施例，在电弧炉起弧阶段由柔性供电装置提供交流电压，使得电弧炉两根电极间产生交流电流进行冶炼；在电弧炉精炼阶段由柔性供电装置提供直流电压，使得电弧炉两根电极间产生直流电流进行冶炼，不仅能够避免交流电弧电流过零次数过于频繁导致电弧炉电能传输效率低且容易出现断弧的问题，而且能够有效降低因电弧电流不稳定对柔性供电装置造成的冲击，防止损坏柔性供电装置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。在附图中：

图1为本发明实施例中提供的一种电弧炉的工作控制方法流程图；

图2为本发明实施例中提供的一种电弧炉供电系统示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种柔性供电装置示意图；

图4为本发明实施例中提供的一种可选的电弧炉的工作控制方法流程图；

图5为本发明实施例中提供的交流电弧电流与直流电弧电流的对比示意图；

图6为本发明实施例中提供的一种电弧炉的工作控制装置示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本说明书的描述中，所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构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。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本申请的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。

本发明实施例中提供了一种电弧炉的工作控制方法，该方法用于控制由柔性供电装置供电的三相交流电弧炉，该柔性供电装置用于将交流电网的交流电信号转换为三相交流电弧炉任意两根电极之间所需的交流电信号或直流电信号。

图1为本发明实施例中提供的一种电弧炉的工作控制方法流程图，该方法可以包括如下步骤：

S101，监测电弧炉工作的工作阶段，工作阶段至少包括：起弧阶段和精炼阶段。

需要说明的是，本发明实施例中电弧炉是指用于冶炼废钢等金属冶炼物的电弧炉；以炼钢为例，电弧炉本体是一个大型炼钢容器，内部放置无规则的废钢和液态的钢水，钢水多少也是变化的，废钢没有固定的尺寸和大小。三相交流电弧炉的顶部具有三根电极，通常是由高品质碳构成的柱状装置，可在液压电极调节系统的控制下，执行上升或下降动作。

需要注意的是，本发明实施例中，可以从交流电弧炉的三根电极中，任意选取两根电极作为交流电弧炉工作的电极，但为确保交流电弧炉三根电极的使用率均衡，可以让三根电极轮换工作，作为一种可选的实施方式，可以通过如下步骤来选取交流电弧炉工作的两根电极：统计电弧炉三根电极的工作时长；根据电弧炉三根电极的工作时长，选取电弧炉工作的两根电极。通过这种方式，能够确保三根电极的使用寿命保持一致。

需要注意的是，三相交流电弧炉的三根电极，在初始状态下，位于电弧炉的顶部位置。在选取电弧炉工作的两根电极后，可以控制两根电极执行下降动作，从最顶部位置缓慢下降，直到接触到炉内冶炼物(例如，废钢或钢水)，产生电弧电流。可选地，本发明实施例中通过液压电极调节系统控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由于任一根电极接触到炉内冶炼物(例如，废钢)时，液压电极调节系统的液压装置会产生一个稳定的力矩反馈，依此可判断电极是否接触到炉内冶炼物。当检测到两根电极中的一根电极接触到炉内冶炼物后，控制该电极的液压调节系统，保持该电极当前的位置不动，然后控制另一根电极继续下降，直到接触到炉内冶炼物，产生电弧电流，从而进行冶炼物的冶炼。

S102，当电弧炉工作于起弧阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生交流电弧电流。

具体地，上述S102可以通过如下步骤来实现：控制柔性供电装置向电弧炉的两根电极输出交流供电电压；通过液压电极调节系统控制电弧炉的两根电极执行下降动作，并根据液压电极调节系统反馈的液压压力，判断电弧炉的两根电极是否接触到炉内冶炼物，直到电弧炉的两根电极都接触到炉内冶炼物。

S103，当电弧炉工作于精炼阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生直流电弧电流。

具体地，上述S103可以通过如下步骤来实现：控制柔性供电装置向电弧炉的两根电极输出直流供电电压；通过液压电极调节系统控制电弧炉的两根电极执行下降动作，并根据液压电极调节系统反馈的液压压力，判断电弧炉的两根电极是否接触到炉内冶炼物，直到电弧炉的两根电极都接触到炉内冶炼物。

由上可知，本发明实施例中提供的电弧炉的工作控制方法，在电弧炉工作的各个工作阶段，均采用两根电极工作，由柔性供电装置将交流电网的交流电信号转换为两根电极之间所需的电信号，在监测到电弧炉工作于起弧阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生交流电弧电流；在监测到电弧炉工作于精炼阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生直流电弧电流。

通过本发明实施例中提供的电弧炉的工作控制方法，在电弧炉起弧阶段由柔性供电装置提供交流电压，使得电弧炉两根电极间产生交流电流进行冶炼；在电弧炉精炼阶段由柔性供电装置提供直流电压，使得电弧炉两根电极间产生直流电流进行冶炼，不仅能够避免交流电弧电流过零次数过于频繁导致电弧炉电能传输效率低且容易出现断弧的问题，而且能够有效降低因电弧电流不稳定对柔性供电装置造成的冲击，防止损坏柔性供电装置。

此外，需要说明的是，电弧炉的工作阶段包括：起弧阶段、加料阶段和精炼阶段。由于加料阶段无需向电弧炉的电极供电，因而，本发明实施例中仅对电弧炉工作于起弧阶段和精炼阶段的供电进行说明。为了避免由交流电网向三根电极直接供电产生的交流电流来对炉内冶炼物进行冶炼，存在交流电流过零次数过于频繁(每秒钟100次过零)的问题，本发明实施例对电弧炉工作于起弧阶段的交流供电，以及精炼阶段的直流供电，均由柔性供电装置来实现，通过柔性供电装置用于将交流电网的交流电信号转换为三相交流电弧炉任意两根电极之间所需的交流电信号或直流电信号。

图2为本发明实施例中提供的一种电弧炉供电系统示意图，如图2所示，将柔性供电装置30设置于交流电网10与电弧炉20之间，为电弧炉供电。

以炼钢为例，由图2可以看出，电弧炉本体是一个大型的炼钢容器，内部放置的是无规则的废钢40-1和液态的钢水40-2，钢水多少也是变化的，废钢没有固定的尺寸和大小。电弧炉20的顶部具有三根电极(如图2中图标50-1、图标50-2和图标50-3所示)，是由高品质碳构成的柱状装置，液压电极调节系统60控制三根电极执行上升或下降动作。正常炼钢过程中，柔性供电装置30可以为电弧炉的任意两根电极之间提供频率、电压、电流均可调的电信号，使得任意两根电极之间产生直流电流将废钢融化成钢水。可选地，本发明实施例中提供的柔性供电装置30能够监测输出的电压信号和电流信号，通过内部控制系统不断调节输出信号，使得输出的电压、电流、频率与设定值保持一致。

本发明实施例中，采用柔性供电装置为电弧炉供电，能够将不可变的电网交流电信号，转换为频率可变、电压可变、电流可变的交流电信号，为电弧炉起弧提供柔性供电，达到可控起弧、平稳起弧的目的，无电流冲击，大大降低了对电网的影响。

图3为本发明实施例中提供的一种柔性供电装置示意图，如图3所示，本发明实施例中为电弧炉供电的柔性供电装置30可以包括：交流输入电抗器30-1、二极管整流装置30-2、直流电容30-3、放电电阻30-4、可控逆变电流装置30-5和交流输出电抗器30-6；其中，交流输入电抗器30-1的输入端与交流电网10连接，交流输入电抗器30-1的输出端接入二极管整流装置30-2的输入端，二极管整流装置30-2将交流电网10的交流电转换为直流电，直流电容30-3和放电电阻30-4并联于直流电的两端，经过直流电容30-3和放电电阻30-4的直流电接入到可控逆变电流装置30-5的输入端，可控逆变电流装置30-5的输出端与交流输出电抗器30-6的输入端连接，交流输出电抗器30-6的输出端与电弧炉20连接；可控逆变电流装置30-5用于控制所述交流输出电抗器30-6输出交流电的电压、电流或频率。

由图3可以看出，二极管整流装置30-2将交流电网10的交流电转换为直流电，并经过直流电容30-3、放电电阻30-4后，通过可控逆变电流装置30-5将直流电转换为电压、电流和频率可控的交流电；直流电容30-3可用于存储直流电，通过放电电阻30-4释放直流电容30-3上存储的残留电压，通过交流输入电抗器30-1实现平滑交流电接入，通过交流输出电抗器30-6实现平滑交流电输出至电弧炉20。

如图3所示，交流输入电抗器30-1具体包括：第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3；第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3的输入端分别与交流电网10三相交流电的U线、V线和W线连接；交流输出电抗器30-6包括：第四电感L4、第五电感L5和第六电感L6；第四电感L4、第五电感L5和第六电感L6的输出端分别通过三相交流电的R线、S线和T线与电弧炉20的三根电极连接。

交流电网10的三相输入信号经过第一电感L1、第二电感L2和第三电感L，进入到二极管整流装置30-2，从可控逆变电流装置30-5输出的三相交流信号经过第四电感L4、第五电感L5和第六电感L6输出到电弧炉20。通过交流输入电抗器30-1，可以实现平滑电流的输入，通过交流输出电抗器30-6，不仅可以实现平滑电流的输出，还可以抑制外部负载短路时冲击电流。通过交流输入电抗器30-1和交流输出电抗器30-6可以实现柔性供电的目的。

如图3所示，二极管整流装置32具体可以包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，其中，第一二极管D1与第四二极管D4正向串联，第二二极管D2与第五二极管D5正向串联，第三二极管D3与第六二极管D6正向串联；第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3的阳极分别与第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3的输出端连接，第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3的阴极构成直流电的正极；第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的阴极分别与第一电感L1、第二电感L2和第三电感L3的输出端连接，第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6的阳极构成二极管整流装置32输出直流电的负极。通过第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6，实现交流信号到直流信号的转变。

由于柔性供电装置30的供电原理是将交流电网10固定电压频率、固定电压幅值的交流电整流为直流电，再将直流电逆变为可控交流电，输出到电弧炉20。因而，本发明实施例中通过直流电容30-3对二极管整流装置30-2整流后的直流电进行存储。

可选地，直流电容30-3可以进一步包括：第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，其中，第一电容C1的第一端与二极管整流装置32输出直流电的正极连接，第一电容C1的第二端与第三电容C3的第一端连接，第三电容C3的第二端与二极管整流装置32输出直流电的负极连接；第二电容C2的第一端与二极管整流装置32输出直流电的正极连接，第二电容C2的第二端与第四电容C4的第一端连接，第四电容C4的第二端与二极管整流装置32输出直流电的负极连接。通过第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4，存储直流电荷的装置。

为了释放直流电容30-3上存储的残留电压，可通过在直流电容30-3两端并联放电电阻30-4来实现放电目的，可选地，放电电阻34具体可以包括：第一电阻R1和第二电阻R2，其中，第一电阻R1的第一端与二极管整流装置32输出直流电的正极连接，第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接，第二电阻R2的第二端与二极管整流装置32输出直流电的负极连接。

可选地，本发明实施例中，采用多个绝缘栅双极型晶体管IGBT构成可控逆变电流装置30-5可以由，通过控制多个IGBT的导通时刻和导通时间，控制所述交流输出电抗器30-6输出交流电的电压、电流或频率。如图3所示，可控逆变电流装置30-5可以包括：第一IGBTG1、第二IGBT G2、第三IGBT G3、第四IGBT G4、第五IGBT G5和第六IGBT G6，其中，第一IGBTG1、第二IGBT G2、第三IGBT G3的集电极分别与二极管整流装置32输出直流电的正极连接，第一IGBT G1、第二IGBT G2、第三IGBT G3的发射极分别与第四IGBT G4、第五IGBT G5、第六IGBT G6的集电极连接，第四IGBT G4、第五IGBT G5、第六IGBT G6的发射机分别与二极管整流装置32输出直流电的负极连接，第一IGBT G1与第四IGBT G4的连接点接入第四电感的输入端，第二IGBT G2与第五IGBT G5的连接点接入第五电感的输入端，第三IGBT G3与第六IGBT G6的连接点接入第六电感的输入端。通过控制IGBT模块的导通时刻和导通时间，实现了不同电压频率、不同电压幅值、不同电流幅值信号的输出。

可见，本发明实施例在电弧炉不同的工作阶段，对柔性供电装置和电极执行不同的操作。在每个阶段都仅让两根电极工作，另外一根电极处于热备用状态；处于工作的两根电极，不再产生交流电压，而是产生直流电压，从而实现直流电流对冶炼物进行冶炼(例如，融化废钢)的目的，大大提高了电能传输效率。

对于电弧炉的起弧阶段，由于电弧电流变化剧烈，且处于不受控阶段，柔性供电装置可采集电弧炉当前电极产生的电弧电流，如果采集的电弧电流大于供电装置的最大电流，则封锁触发脉冲，降低供电装置的输出电压。因而，在电弧炉的起弧阶段，本发明实施例中提供的交流电弧炉的控制方法还可以包括如下步骤：采集电弧炉产生的交流电弧电流；判断电弧炉产生的交流电弧电流是否大于柔性供电装置的最大输出电流；当电弧炉产生的交流电弧电流大于柔性供电装置的最大输出电流的情况下，降低柔性供电装置输出的交流供电电压。

进一步地，在降低柔性供电装置输出的交流供电电压之后，本发明实施例中提供的电弧炉的工作控制方法还可以包括如下步骤：检测电弧炉产生的交流电弧电流的幅值变化范围是否超出预设幅值范围；当电弧炉产生的交流电弧电流的幅值变化范围超出预设幅值范围的情况下，在电弧炉产生的交流电弧电流的幅值变化为零的时刻，切断柔性供电装置输出的交流供电电压。

对于电弧炉的精炼阶段，由于炉内废钢基本处于融化状态，钢水液面比较平稳。控制液压电极调节系统使得两根电极同时下降，基本可以同时接触钢水液面，同时开始工作。因而，在电弧炉的精炼阶段，本发明实施例中提供的交流电弧炉的控制方法还可以包括如下步骤：通过液压电极调节系统控制电弧炉的两根电极同时执行下降动作，直到两根电极都接触到炉内冶炼物。

进一步地，在电弧炉的精炼阶段，本发明实施例中提供的电弧炉的工作控制方法还可以包括如下步骤：当所述电弧炉的两根电极都接触到炉内冶炼物的情况下，控制所述柔性供电装置输出稳定的直流电压，使得所述电弧炉的两根电极间产生稳定的直流电弧电流。控制柔性供电装置输出稳定的供电电压，可使得两根电极间产生稳定的电弧电流，继续融化废钢，加热钢水温度，达到冶炼的目的。

可选地，本发明实施例在实施过程中，可以根据工艺参数要求的不同，控制柔性供电装置输出不同的电压和电流，进一步提高电弧炉冶炼的效率。

对于电弧炉的加料阶段，可通过液压电极调节系统控制两根电极上升，直到处于顶部初始位置。电极开始逐渐冷却，供电装置也处于封锁状态，不再输出电压和电流。因而，在交流电弧炉的加料阶段，本发明实施例中提供的交流电弧炉的控制方法还可以包括如下步骤：控制柔性供电装置停止输出电信号，以及控制电弧炉的两根电极执行上升动作，直到电弧炉的两根电极到达预设初始位置。

图4为本发明实施例中提供的一种可选的交流电弧炉的控制方法流程图，如图4所示，包括如下步骤：

S401，监测电弧炉的工作阶段；如果电弧炉工作于起弧阶段，则执行S402a～S405a；如果电弧炉工作于起弧阶段，则执行S402b～S405b；

S402a，控制柔性供电装置向电弧炉工作的两根电极输出交流电压；

S402b，控制柔性供电装置向电弧炉工作的两根电极输出直流电压；

S403a，控制由交流供电的两根电极执行下降动作；

S403b，控制由直流供电的两根电极执行下降动作；

S404a，判断由交流供电的两根电极是否接触到炉内冶炼物；如果是，则执行S405a；如果否，则执行S403a；

S404b，判断由直流供电的两根电极是否接触到炉内冶炼物；如果是，则执行S405b；如果否，则执行S403b；

S405a，由交流供电的两根电极间产生交流电弧电流；

S405b，由直流供电的两根电极间产生交流电弧电流。

下面，以图3所示的柔性供电装置为例，对本发明实施例进行说明。

假设柔性供电装置的R输出端与电弧炉的第一电极连接，S输出端与电弧炉的第二电极连接，T输出端与交流电弧炉的第三电极连接，控制柔性供电装置在R、S两端之间输出交流电压时，电弧炉的第一电极和第二电极之间产生交流电弧电流；控制柔性供电装置在RS之间输出直流电压时，电弧炉的第一电极和第二电极之间产生直流电弧电流。

当电弧炉处于起弧阶段的情况下，控制电弧炉的第一电极和第二电极从交流电弧炉的最高顶点位置(即预设初始位置)，开始缓慢下降。柔性供电装置在R、S两端之间输出一个可控交流电压，当第一电极和第二电极未接触到废钢时，不会产生电弧放电，也不会产生电弧电流。假设第一电极最先接触到废钢，第一电极继续下降时，由于废钢会阻碍第一电极继续下降，液压电极调节器会产生一个力矩反馈，对应的液压缸压力持续升高，表明第一电极已接触到废钢，须停止下降。第二电极未接触到废钢，可继续下降。当液压电极调节系统控制第二电极继续下降，并接触到废钢后，产生交流电弧电流，释放的能量融化废钢。

当电弧炉处于精炼阶段的情况下，控制电弧炉的第一电极和第二电极从交流电弧炉的最高顶点位置(即预设初始位置)，开始缓慢下降。柔性供电装置在R、S两端之间输出一个稳定的直流电压，当第一电极和第二电极未接触到废钢时，不会产生电弧放电，也不会产生电弧电流。假设第一电极最先接触到废钢，第一电极继续下降时，由于废钢会阻碍第一电极继续下降，液压电极调节器会产生一个力矩反馈，对应的液压缸压力持续升高，表明第一电极已接触到废钢，须停止下降。第二电极未接触到废钢，可继续下降。当液压电极调节系统控制第二电极继续下降，并接触到废钢后，产生电弧放电，释放的能量融化废钢。

可见，本发明实施例中，控制柔性供电装置的R、S两端间输出可控交流电压，电弧炉的两根电极(即第一电极和第二电极)间产生交流电弧电流；控制柔性供电装置的R、S两端间输出直流电压，电弧炉的两根电极(即第一电极和第二电极)间产生直流电弧电流，以实现与直流电弧炉一样的工作电流和工作特性。

图5为本发明实施例中提供的交流电弧电流与直流电弧电流的对比示意图，如图5所示，若控制电弧炉产生直流电弧电流进行冶炼，由于直流电弧电流始终保持一个值，使得电能传输保持稳定，且由于直流电弧电流始终大于交流电流，可提高电能传输能量；若控制电弧炉产生可控的交流电弧电流进行冶炼，在交流电弧电流过零时，可有效降低输出能量，能够减轻柔性供电装置的工作压力。

需要注意的是，图5所示的交流电弧电流是现有电弧炉由交流电网供电时产生的交流电弧电流，由于本发明实施例中由柔性供电装置向电弧炉工作的两根电极供电，实际上可以输出一个可控的交流电弧电流。

由于起弧阶段，电弧电流变换剧烈处于不受控阶段，交流电弧炉柔性供电装置采集当前电极产生的电弧电流，如果电弧电流大于供电装置的最大电流，则封锁触发脉冲，降低柔性供电装置的输出电压；继续保持柔性供电装置输出交流电压，交流电弧电流，如果电弧电流波动剧烈(例如，电流幅值变化达到0～200％范围内波动)，则在交流电弧电流变化为零的时刻(即过零时刻)，切断柔性供电装置的电压输出，可以保护柔性供电装置，不受外部电弧电流的持续冲击，避免了柔性供电装置是损坏。

可选地，当本发明实施例中采用图3所示的柔性供电装置的情况下，可通过停止发送IGBT的触发脉冲的方式，切断柔性供电装置的供电电压输出。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种电弧炉的工作控制装置，该装置可以应用于由柔性供电装置供电的三相交流电弧炉，该柔性供电装置用于将交流电网的交流电信号转换为三相交流电弧炉任意两根电极之间所需的交流电信号或直流电信号，如下面的实施例所述。由于该装置实施例解决问题的原理与电弧炉的工作控制方法相似，因此该装置实施例的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图6为本发明实施例中提供的一种电弧炉的工作控制装置示意图，如图6所示，该装置可以包括：电弧炉工作状态监测模块61、交流供电控制模块62和直流供电控制模块63。

其中，电弧炉工作状态监测模块61，用于监测电弧炉工作的工作阶段，工作阶段至少包括：起弧阶段和精炼阶段；交流供电控制模块62，用于当电弧炉工作于起弧阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生交流电弧电流；直流供电控制模块63，用于当电弧炉工作于精炼阶段的情况下，控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生直流电弧电流。

本发明实施例中提供的电弧炉的工作控制装置，在电弧炉工作的各个工作阶段，均采用两根电极工作，由柔性供电装置将交流电网的交流电信号转换为两根电极之间所需的电信号，通过电弧炉工作状态监测模块61监测电弧炉工作的工作阶段，在监测到电弧炉工作于起弧阶段的情况下，通过交流供电控制模块62控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生交流电弧电流；在监测到电弧炉工作于精炼阶段的情况下，通过直流供电控制模块63控制电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生直流电弧电流。

通过本发明实施例中提供的电弧炉的工作控制装置，在电弧炉起弧阶段由柔性供电装置提供交流电压，使得电弧炉两根电极间产生交流电流进行冶炼；在电弧炉精炼阶段由柔性供电装置提供直流电压，使得电弧炉两根电极间产生直流电流进行冶炼，不仅能够避免交流电弧电流过零次数过于频繁导致电弧炉电能传输效率低且容易出现断弧的问题，而且能够有效降低因电弧电流不稳定对柔性供电装置造成的冲击，防止损坏柔性供电装置。

一个实施例中，上述交流供电控制模块62可以具体用于执行如下步骤：控制柔性供电装置向电弧炉的两根电极输出交流供电电压；通过液压电极调节系统控制电弧炉的两根电极执行下降动作，并根据液压电极调节系统反馈的液压压力，判断电弧炉的两根电极是否接触到炉内冶炼物，直到电弧炉的两根电极都接触到炉内冶炼物。

进一步地，上述直流供电控制模块63还可以用于执行如下步骤：采集电弧炉产生的交流电弧电流；判断电弧炉产生的交流电弧电流是否大于柔性供电装置的最大输出电流；当电弧炉产生的交流电弧电流大于柔性供电装置的最大输出电流的情况下，降低柔性供电装置输出的交流供电电压。

更进一步地，上述直流供电控制模块63还可以用于执行如下步骤：检测电弧炉产生的交流电弧电流的幅值变化范围是否超出预设幅值范围；当电弧炉产生的交流电弧电流的幅值变化范围超出预设幅值范围的情况下，在电弧炉产生的交流电弧电流的幅值变化为零的时刻，切断柔性供电装置输出的交流供电电压。

一个实施例中，上述直流供电控制模块63可以具体用于执行如下步骤：控制柔性供电装置向电弧炉的两根电极输出直流供电电压；通过液压电极调节系统控制电弧炉的两根电极执行下降动作，并根据液压电极调节系统反馈的液压压力，判断电弧炉的两根电极是否接触到炉内冶炼物，直到电弧炉的两根电极都接触到炉内冶炼物。

进一步地，上述直流供电控制模块63还可以用于执行如下步骤：当所述电弧炉的两根电极都接触到炉内冶炼物的情况下，控制所述柔性供电装置输出稳定的直流电压，使得所述电弧炉的两根电极间产生稳定的直流电弧电流。

一个实施例中，本发明实施例中提供的电弧炉的工作控制装置还可以包括：电弧炉工作电极配置模块64，用于统计电弧炉三根电极的工作时长；以及根据电弧炉三根电极的工作时长，选取电弧炉工作的两根电极。

综上所述，本发明实施例中提供了一种交流电弧炉的控制方法、装置、计算机设备和计算机可读存储介质，在交流电弧炉的每个阶段，控制电弧炉的两根电极工作，另外一根电极处于热备用状态；处于工作的两根电极，在电弧炉起弧阶段由柔性供电装置提供交流电压，使得电弧炉两根电极间产生交流电流进行冶炼；在电弧炉精炼阶段由柔性供电装置提供直流电压，使得电弧炉两根电极间产生直流电流进行冶炼，不仅能够避免交流电弧电流过零次数过于频繁导致电弧炉电能传输效率低且容易出现断弧的问题，而且能够有效降低因电弧电流不稳定对柔性供电装置造成的冲击，防止损坏柔性供电装置。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电弧炉的工作控制方法，其特征在于，该方法用于控制由柔性供电装置供电的三相交流电弧炉，所述柔性供电装置用于将交流电网的交流电信号转换为三相交流电弧炉任意两根电极之间所需的交流电信号或直流电信号，包括：

监测电弧炉工作的工作阶段，所述工作阶段至少包括：起弧阶段和精炼阶段；

当所述电弧炉工作于起弧阶段的情况下，控制所述电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生交流电弧电流；

当所述电弧炉工作于精炼阶段的情况下，控制所述电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生直流电弧电流。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生交流电弧电流，包括：

控制柔性供电装置向所述电弧炉的两根电极输出交流供电电压；

通过液压电极调节系统控制所述电弧炉的两根电极执行下降动作，并根据所述液压电极调节系统反馈的液压压力，判断所述电弧炉的两根电极是否接触到炉内冶炼物，直到所述电弧炉的两根电极都接触到炉内冶炼物。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

采集所述电弧炉产生的交流电弧电流；

判断所述电弧炉产生的交流电弧电流是否大于所述柔性供电装置的最大输出电流；

当所述电弧炉产生的交流电弧电流大于所述柔性供电装置的最大输出电流的情况下，降低所述柔性供电装置输出的交流供电电压。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在降低所述柔性供电装置输出的交流供电电压之后，所述方法还包括：

检测所述电弧炉产生的交流电弧电流的幅值变化范围是否超出预设幅值范围；

当所述电弧炉产生的交流电弧电流的幅值变化范围超出预设幅值范围的情况下，在所述电弧炉产生的交流电弧电流的幅值变化为零的时刻，切断所述柔性供电装置输出的交流供电电压。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生直流电弧电流，包括：

控制柔性供电装置向所述电弧炉的两根电极输出直流供电电压；

通过液压电极调节系统控制所述电弧炉的两根电极执行下降动作，并根据所述液压电极调节系统反馈的液压压力，判断所述电弧炉的两根电极是否接触到炉内冶炼物，直到所述电弧炉的两根电极都接触到炉内冶炼物。

6.如权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述电弧炉的两根电极都接触到炉内冶炼物的情况下，控制所述柔性供电装置输出稳定的直流电压，使得所述电弧炉的两根电极间产生稳定的直流电弧电流。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

统计所述电弧炉三根电极的工作时长；

根据所述电弧炉三根电极的工作时长，选取所述电弧炉工作的两根电极。

8.一种电弧炉的工作控制装置，其特征在于，该装置用于控制由柔性供电装置供电的三相交流电弧炉，所述柔性供电装置用于将交流电网的交流电信号转换为三相交流电弧炉任意两根电极之间所需的交流电信号或直流电信号，包括：

电弧炉工作状态监测模块，用于监测电弧炉工作的工作阶段，所述工作阶段至少包括：起弧阶段和精炼阶段；

交流供电控制模块，用于当所述电弧炉工作于起弧阶段的情况下，控制所述电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生交流电弧电流；

直流供电控制模块，用于当所述电弧炉工作于精炼阶段的情况下，控制所述电弧炉的两根电极执行下降动作，由柔性供电装置供电产生直流电弧电流。

9.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一项所述电弧炉的工作控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至7任一项所述电弧炉的工作控制方法的计算机程序。

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