CN113587118A - 一种等离子灰渣熔融炉的电弧控制系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种等离子灰渣熔融炉的电弧控制系统，包括，等离子熔融炉；电弧控制单元和电极控制单元，分别控制等离子熔融炉的电弧运行方式与电极位置。本发明还公开了一种使用所述电弧控制系统的等离子灰渣熔融炉的电弧控制方法，包括以下步骤：S1.测量等离子熔融炉内熔渣深度；S2.测量等离子熔融炉熔渣液面未熔物的厚度；S3.电弧控制单元对熔渣液面未熔物的厚度进行判断，并根据熔渣深度和未熔物的厚度调节电弧长度，之后将电弧长度数据传输至电极控制单元；S4.电极控制单元根据电弧长度数据调整等离子熔融炉的电极位置，本发明提供的控制方法提高了未熔物料的熔融速率，缩短了整个熔融过程。

Description

一种等离子灰渣熔融炉的电弧控制系统及方法
技术领域
本发明属于等离子灰渣熔融炉技术领域，具体涉及一种等离子灰渣熔融炉的电弧控制系统及方法。
背景技术
等离子炉运行时电弧的运行方式包括埋弧与开弧，其中埋弧为等离子炉运行时，电弧全部存在于熔渣层，不暴露于自由气化区的运行操作；开弧为等离子炉运行时，电弧部分存在于自由气化区中的运行方式。由于灰渣熔浆的特殊性，电弧的放电发生在石墨电极与金属层阳极之间，而为了保证电弧功率热效率并确保耐材不受到电弧辐射的伤害而造成损耗过速，在熔融冶炼的过程中，电弧是完全没入熔渣层的，但是在熔池上部存在大量未熔物料的情况下，又需要电弧调整到明弧状态，利用辐射快速融化未熔物料，在整个过程中，电弧过长可能导致明弧破坏炉体，效率下降，过短则会传热效率降低，局部过热。
发明内容
为解决上述传统熔渣电极和供电控制系统输入不能适应物料状态、匹配度低、效率低的问题，本发明提供一种等离子灰渣熔融炉的电弧控制系统及方法。
本发明采用如下技术方案：
一种等离子灰渣熔融炉的电弧控制系统，包括，
等离子熔融炉；
电弧控制单元，与所述等离子熔融炉的电弧控制部电性连接；
电极控制单元，与所述电弧控制单元和等离子熔融炉的电极控制部同时以电性连接，接收电弧控制单元传输的数据信号后对等离子熔融炉的电极位置进行调节。
一种使用所述电弧控制系统的等离子灰渣熔融炉的电弧控制方法，包括以下步骤：
S1.测量等离子熔融炉内熔渣深度；
S2.测量等离子熔融炉熔渣液面未熔物的厚度；
S3.电弧控制单元对熔渣液面未熔物的厚度进行判断，当熔渣液面未熔物的厚度≥3cm时，电弧控制单元控制等离子熔融炉运行方式为开弧冶炼，并根据熔渣深度和未熔物的厚度调节电弧长度，当熔渣液面未熔物的厚度＜3cm时，电弧控制单元控制等离子熔融炉运行方式为埋弧冶炼，并根据熔渣深度和未熔物的厚度调节电弧长度，之后将电弧长度数据传输至电极控制单元；
S4.电极控制单元根据电弧长度数据调整等离子熔融炉的电极位置。
进一步地，步骤S1所述熔渣深度的测量方法是电信号测量法或钎探法。
进一步地，步骤S3中当未熔物的厚度≥3cm时，电弧长度满足
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
为电弧长度，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE006
为熔渣深度，
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE008
为未熔物的厚度，a的取值范围是15-30mm，当
Figure 552434DEST_PATH_IMAGE008
等于3cm时，a取值15mm，当于等于10cm时，a取值30mm，在
Figure 9960DEST_PATH_IMAGE008
在3-10cm之间时，a取值遵循线性关系。
进一步地，步骤S3中未熔物的厚度＜3cm时，电弧长度满足
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE010
，其中L3为电弧长度，k1=0.5-0.8，当L1小于等于200mm时k1取值为0.8，当L1大于等于500mm时k1取值为0.5，在L1值在200-500mm之间时，k1取值为线性关系，L1为熔渣深度，b为常调节系数，取值范围是5-10mm，当熔渣粘度为900mpas时b取值5mm，粘度为2600mpas时b取值10mm，粘度在900-2600mpas时，b取值为线性关系。
本发明的有益效果：
（1）通过本发明的方法，首先对于熔融过程中的阶段进行分析判断，如果是熔池以上存在大量未熔物料过程时，采用开弧运行方式，并且同步调整开弧的电弧长度与未熔物料的情况相匹配，如果是熔池以上不存在大量未熔物料或存在量很少时，采用埋弧运行方式，同步调整埋弧的电弧长度，避免对于耐火材料及炉膛结构的辐射破坏。
（2）本发明提供的控制方法充分考虑电弧长度与熔融物料状态、熔池深度的相关性，并且按照电弧所需长度调节整流电源的输出电压和电极控制系统的空间位置，提高了未熔物料的熔融速率，缩短了整个熔融过程。
（3）在实施例中，在按照上述工艺条件运行优化后，较之传统运行工艺方法，耐材工作层运行寿命提升约23%，功耗降低约16%。
附图说明
图1是本发明的电弧控制系统结构示意图。
附图标记说明：1、等离子熔融炉；2、电弧控制单元；3、电极控制单元。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述，实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域技术人员可以想到的其他替代手段，均在本发明权利要求范围内。
实施例1
一种等离子灰渣熔融炉的电弧控制系统，如图1所示，包括，等离子熔融炉1；电弧控制单元2，与所述等离子熔融炉1的电弧控制部电性连接，用于控制等离子熔融炉1的电弧运行状态为埋弧或开弧，其中埋弧为等离子炉运行时，电弧全部存在于熔渣层，不暴露于自由气化区的运行操作；开弧为等离子炉运行时，电弧部分存在于自由气化区中的运行方式；电极控制单元3，与所述电弧控制单元2和等离子熔融炉1的电极控制部同时以电性连接，接收电弧控制单元2传输的数据信号后对等离子熔融炉1的电极位置进行调节，使电极位置与电弧运行方式匹配，当电弧运行方式变化时，电极位置需要进行调节。
上述电弧控制系统的等离子灰渣熔融炉的电弧控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1.测量等离子熔融炉1内熔渣深度为150mm；
S2.测量等离子熔融炉1熔渣液面未熔物的厚度为40mm，等离子熔融过程中，原料通过加料系统进入到等离子炉中，首先会在熔池上部进行漂浮聚集和堆叠，之后再通过熔池传热、电弧辐射等形式获取热量，继而发生熔融反应，进入熔池和自由气化区，未熔物料在熔池上部通常以独立薄层的形式存在；
S3.电弧控制单元2对熔渣液面未熔物的厚度进行判断，当熔渣液面未熔物的厚度≥3cm时，电弧控制单元2控制等离子熔融炉1运行方式为开弧冶炼，并根据熔渣深度和未熔物的厚度调节电弧长度，熔池以上存在大量未熔物料，采用开弧运行方式，并且同步调整开弧的电弧长度与未熔物料的情况相匹配，当熔渣液面未熔物的厚度＜3cm时，电弧控制单元2控制等离子熔融炉1运行方式为埋弧冶炼，并根据熔渣深度和未熔物的厚度调节电弧长度，熔池以上不存在大量未熔物料或存在量很少时，采用埋弧运行方式，同步调整埋弧的电弧长度，避免对于耐火材料及炉膛结构的辐射破坏，之后将电弧长度数据传输至电极控制单元3；
S4.电极控制单元3根据电弧长度数据调整等离子熔融炉1的电极位置。
其中，步骤S1所述熔渣深度的测量方法是电信号测量法。
其中，步骤S3中当未熔物的厚度≥3cm时，电弧长度满足
Figure 824333DEST_PATH_IMAGE002
，其中L3为电弧长度，L1为熔渣深度，L2为未熔物的厚度，a的取值范围是15-30mm，优选对应关系为：当未熔物料厚度等于3cm时，a取值15mm，在未熔物厚度大于等于10cm时，a取值30mm，在未熔物厚度在3-10cm之间时，a取值遵循线性关系，在本实施例中L1为15cm，L2为4cm，且根据线性关系得到a的取值为17.14cm，约等于17cm，则电弧长度L3的值为207mm。
实施例2
一种等离子灰渣熔融炉的电弧控制系统，如图1所示，包括，等离子熔融炉1；电弧控制单元2，与所述等离子熔融炉1的电弧控制部电性连接，用于控制等离子熔融炉1的电弧运行状态为埋弧或开弧，其中埋弧为等离子炉运行时，电弧全部存在于熔渣层，不暴露于自由气化区的运行操作；开弧为等离子炉运行时，电弧部分存在于自由气化区中的运行方式；电极控制单元3，与所述电弧控制单元2和等离子熔融炉1的电极控制部同时以电性连接，接收电弧控制单元2传输的数据信号后对等离子熔融炉1的电极位置进行调节，使电极位置与电弧运行方式匹配，当电弧运行方式变化时，电极位置需要进行调节。
上述电弧控制系统的等离子灰渣熔融炉的电弧控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1.测量等离子熔融炉1内熔渣深度；
S2.测量等离子熔融炉1熔渣液面未熔物的厚度为2cm，等离子熔融过程中，原料通过加料系统进入到等离子炉中，首先会在熔池上部进行漂浮聚集和堆叠，之后再通过熔池传热、电弧辐射等形式获取热量，继而发生熔融反应，进入熔池和自由气化区，未熔物料在熔池上部通常以独立薄层的形式存在；
S3.电弧控制单元2对熔渣液面未熔物的厚度进行判断，当熔渣液面未熔物的厚度≥3cm时，电弧控制单元2控制等离子熔融炉1运行方式为开弧冶炼，并根据熔渣深度和未熔物的厚度调节电弧长度，熔池以上存在大量未熔物料，采用开弧运行方式，并且同步调整开弧的电弧长度与未熔物料的情况相匹配，当熔渣液面未熔物的厚度＜3cm时，电弧控制单元2控制等离子熔融炉1运行方式为埋弧冶炼，并根据熔渣深度和未熔物的厚度调节电弧长度，熔池以上不存在大量未熔物料或存在量很少时，采用埋弧运行方式，同步调整埋弧的电弧长度，避免对于耐火材料及炉膛结构的辐射破坏，之后将电弧长度数据传输至电极控制单元3；
S4.电极控制单元3根据电弧长度数据调整等离子熔融炉1的电极位置。
其中，步骤S1所述熔渣深度的测量方法是钎探法。
其中，步骤S3中未熔物的厚度＜3cm，电弧长度满足
Figure 961309DEST_PATH_IMAGE010
，其中L3为电弧长度，k1=0.5-0.8，k1优选取值为L1小于等于200mm时k1取值为0.8，k1优选取值L1大于等于500mm时k1取值为0.5，在L1值在200-500mm之间时，k1取值为线性关系，L1为熔渣深度，b为常调节系数，b与熔渣粘度成正相关关系，b的取值范围是5-10mm，熔渣粘度为900mpas时取值5mm，粘度为2600mpas时取值10mm，粘度在900-2600mpas时，b取值为线性关系，在本实施例中，L1为2cm，得到k1为0.8，测试得到熔渣粘度为1920mpas，对应的b取值为8mm，则电弧长度为168mm。
在按照上述工艺条件运行优化后，较之传统运行工艺方法，耐材工作层运行寿命提升约23%，功耗降低约16%。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种等离子灰渣熔融炉的电弧控制系统，其特征在于：包括，
等离子熔融炉（1）；
电弧控制单元（2），与所述等离子熔融炉（1）的电弧控制部电性连接；
电极控制单元（3），与所述电弧控制单元（2）和等离子熔融炉（1）的电极控制部同时以电性连接，接收电弧控制单元（2）传输的数据信号后对等离子熔融炉（1）的电极位置进行调节。
2.一种使用权利要求1所述电弧控制系统的等离子灰渣熔融炉的电弧控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.测量等离子熔融炉（1）内熔渣深度；
S2.测量等离子熔融炉（1）熔渣液面未熔物的厚度；
S3.电弧控制单元（2）对熔渣液面未熔物的厚度进行判断，当熔渣液面未熔物的厚度≥3cm时，电弧控制单元（2）控制等离子熔融炉（1）运行方式为开弧冶炼，并根据熔渣深度和未熔物的厚度调节电弧长度，当熔渣液面未熔物的厚度＜3cm时，电弧控制单元（2）控制等离子熔融炉（1）运行方式为埋弧冶炼，并根据熔渣深度和未熔物的厚度调节电弧长度，之后将电弧长度数据传输至电极控制单元（3）；
S4.电极控制单元（3）根据电弧长度数据调整等离子熔融炉（1）的电极位置。
3.根据权利要求2所述的等离子灰渣熔融炉的电弧控制方法，其特征在于：步骤S1所述熔渣深度的测量方法是电信号测量法或钎探法。
4.根据权利要求2所述的等离子灰渣熔融炉的电弧控制方法，其特征在于：步骤S3中当未熔物的厚度≥3cm时，电弧长度满足
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为电弧长度，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为熔渣深度，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为未熔物的厚度，a的取值范围是15-30mm，当
Figure 57461DEST_PATH_IMAGE008
等于3cm时，a取值15mm，当于等于10cm时，a取值30mm，在
Figure 974601DEST_PATH_IMAGE008
在3-10cm之间时，a取值遵循线性关系。
5.根据权利要求2所述的等离子灰渣熔融炉的电弧控制方法，其特征在于：步骤S3中未熔物的厚度＜3cm时，电弧长度满足
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，其中L3为电弧长度，k1=0.5-0.8，当L1小于等于200mm时k1取值为0.8，当L1大于等于500mm时k1取值为0.5，在L1值在200-500mm之间时，k1取值为线性关系，L1为熔渣深度，b为常调节系数，取值范围是5-10mm，当熔渣粘度为900mpas时b取值5mm，粘度为2600mpas时b取值10mm，粘度在900-2600mpas时，b取值为线性关系。
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