CN114659365B - 一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统，包括工控计算机、可编程控制器和和称重系统，熔炼过程中工业控制计算机按照电极净重占初始重量的百分比，每隔10％给出一个熔速设定值；可编程控制器通过计算滤波处理得到相应的实际电极熔化速度，达到利用称重系统实现自耗电极熔化参数的测量，然后与设定的熔炼速度比较，经过PLC运算处理后，得到对应熔炼电流，调节电流输出，使实际熔速跟随设定熔速；新型熔炼控制系统通过设置顺馈装置和滞后时间，确保了真空自耗炉的熔炼速度控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及真空炉冶金工业领域，尤其涉及一种真空自耗冶炼炉的熔炼控制系统。
背景技术
真空自耗炉是在真空环境中利用电弧作为热源熔炼金属的一种电炉。主要用于熔炼稀有金属及难熔金属，特别是在钛及钛合金熔炼领域应用十分广泛。真空自耗炉的结构主要包括X-Y调整系统，料杆系统，电极夹紧机构，坩埚水冷系统，真空腔体，真空腔体与抽真空系统相连接。真空自耗炉是在真空度达到很小的某个标准的情况下，利用直流产生的电弧放电产生高温，迅速熔化预制好的金属自耗电极而实现金属重熔的。真空重熔是一种在完全惰性的条件下进行工业冶炼的过程。精炼发生在电极下端(阴极)和锭子顶部的金属熔池(阳极)之间，钢液在水冷铜坩埚中凝固再结晶，钢锭逐渐形成。如果希望通过真空重熔获得高品质的材料，必须实现熔炼锭子的受控凝固。
现有的真空自耗炉采用的熔炼控制方法主要有电弧电压控制、料杆速度控制、带熔滴短路修正的料杆速度控制等。影响电流调节的主要因素是给定端的扰动，以往的调节方法通常利用偏差来进行调节电流的变化，然而这种偏差调节的方法会导致系统波动太大。上述的熔炼控制方法具有一定的缺点，在理想状态下保证一个恒定的弧电压并保持弧长恒定就能保证功率的恒定，进而保持恒熔速。同样在理想状态下料杆的速率和熔化率成正比，即当熔炼电流恒定时保持弧长稳定，控制料杆维持需要的运动速度就可以了。但是，在实际应用中电弧会出现波动，真空自耗炉不能精确测量到电弧电压，而且熔速对象具有滞后的特点使电流波动加剧，因此无法高精度地进行熔炼控制。在熔炼过程中电弧电压和电弧电流之间存在耦合关系，因此电弧电流会出现波动。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统，该新型熔炼控制系统主要解决的技术问题有：如何避免电弧电流和电弧电压之间耦合关系对熔炼速度控制的影响，使得电流调节平缓，消除系统误差；如何解决熔速对象的滞后问题，对熔速实现理想的控制；如何连续测量剩余自耗电极重量，实现更加精确地对真空自耗炉熔炼速度进行控制，保证真空自耗炉工艺过程的稳定，从而生产出高品质的材料。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统，应用于真空自耗炉上，
可编程控制器(PLC)，用于不断传送操作模式和设备的状态信息到工控计算机，调节电流输出，使实际熔速跟随设定熔速；
称重系统，用于对剩余自耗电极重量的精密测量，消除熔速的偏差，确保精确的熔速计算，从而对铸锭均匀性的改善及热封顶精确控制；当自耗电极剩余重量为零时电源自动跳闸，有利于安全操作；高精度负载传感器设置于称重系统底端，称重支撑板则通过外螺纹自润滑杆端关节轴承与上方浮动架连接，三个高精度负载传感器通过连续采集检测自耗电极的剩余重量并将电信号传送至可编程控制器(PLC)，可编程控制器(PLC)对重量数据进行滤波处理，即把采集到的电极重量求和，再平均，经过数字滤波后作为本时刻的熔化率；
工控计算机，用于逻辑控制、工艺参数的闭环控制、数据采集和管理。
上述方案中，称重系统采用电容式测量技术；高精度负载传感器变形量只有0.1mm，最高可达1000次/S，高精度负载传感器输出电信号，抗干扰能力强，分辨率高，实际稳态可达1/50000。
上述方案中，三个高精度负载传感器设置于称重系统下端，称重系统设置于真空炉室上方，形成三点称重状态，能够实时准确地监控自耗电极剩余重量的变化情况。
上述方案中，称重系统包括浮动架，浮动架四周设置通孔，轴套穿设于浮动架内外两侧通孔内，并且有一端开设有键槽的浮动架支撑轴穿设于内外轴套，外侧轴套开设有两个小螺纹孔，外侧轴套上设置有固定块和螺栓来固定住浮动架支撑轴，浮动架前后上方开设有腰形孔，称重系统上方的料杆装配系统的两个立柱下端设置有杆端支撑法兰，称重系统可以通过浮动架支撑轴穿设于料杆装配系统下方的杆端支撑法兰，防止料杆装配系统的偏斜，确保称重系统仅在垂直方向对自耗电极进行剩余重量的测量。
上述方案中，称重系统还包括不锈钢罩，所述不锈钢罩用于设置在高精度负载传感器外侧，不锈钢罩包括左右两半边罩子。
上述方案中，高精度负载传感器设置于称重系统的称重支撑板下端的三个高座法兰之间，高精度负载传感器均匀分布在称重支撑板的下端，三个高座法兰与双头左右旋螺杆连接来支撑整个称重系统。
上述方案中，四个双头螺杆设置在称重支撑板下方靠近高精度负载传感器的位置附近，对整个称重系统起到加固稳定的效果，同时可以调节高度，方便高精度负载传感器的更换维修。
上述方案中，还包括顺馈装置，当实际熔速与给定熔速相等时，该输入信号产生的信号误差与原输入信号给定熔速产生的信号误差大小相等、方向相反，从而使系统的总的信号误差恒为零；增加滞后时间能够使熔炼温度的上升与电流的增加保持一致，采集的熔速数据与实际熔速相符。
附图说明
图1是本发明具体实施时采用的一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统的结构示意图；
图2是图1中单独称重系统部分的结构示意图；
图3为图2中称重系统部分的俯视图；
图4为图3中称重系统部分的剖视图；
图5为图2中称重系统部分的侧视图；
图6是图4中A的局部放大图。
图7为真空自耗炉的新型熔炼控制系统的原理图。
附图标记：
1-工业控制计算机；2-称重系统；3-可编程控制器(PLC)；4-浮动架；5-称重支撑板；6-高精度负载传感器；7-不锈钢罩；8-高座法兰；9-不带螺纹孔轴套；10-带螺纹孔轴套；11-浮动架子支撑轴；12-双头左右旋螺杆；13-正反牙螺帽；14-内螺纹自润滑关节轴承；15-支撑轴承；16-固定块；17-双头螺杆；18-外螺纹自润滑杆端关节轴承；19-第一连接件；20-第二连接件；21-第三连接件。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1，为本发明实施例的一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统的结构示意图。本实施方式中的一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统包括工业控制计算机1、称重系统2、可编程控制器(PLC)3。工业控制计算机1与可编程控制器(PLC)3之间采用工业以太网连接，称重系统2与可编程控制器(PLC)3通过Profibus总线通讯相连接，称重系统2实时测量自耗电极的剩余重量，PLC控制系统根据测得的自耗电极的剩余重量，通过计算滤波处理得到相应的电极熔化速度，利用PLC控制系统的称重模块实现自耗电极熔化参数的测量，从而实现电极冶炼的熔速控制。称重系统2的快速响应，确保了熔速的快速计算和对熔速控制的响应，改变熔炼条件。称重系统2的应用可使操作人员在熔炼过程中随时在人机界面上直接读取自耗电极的剩余重量，当自耗电极重量小于设定重量时，熔炼电源自动切断，确保安全操作。熔炼过程中的熔速设定值通过十一个工艺关键点给出，按照电极净重占初始重量的百分比，每隔10％给出一个熔速设定值。在实际工艺中，熔化速率给定函数就是由十一个关键点构成的一条具有下降斜率的曲线。当电极净重介于两个关键点之间时，工业控制计算机1利用插值公式，计算熔速设定值，这样能够保证熔炼过程中熔速给定值缓慢变化，不会出现突变。可编程控制器(PLC)3采用时间间隔为三分钟的重量变化计算实时熔速，每6秒读取一次电极重量值，与三分钟前的电极重量作差，根据重量差计算出三分钟内的熔化速率。取最近的五组熔化速率作滑动平均值，由于各因素的影响，重量数据会产生较大的波动，需对校正后的重量数据进行滤波处理，即把采集到的电极重量求和，再平均，从而得到一个新的熔化率，来作为本时刻的熔化速率。自动熔炼的方式下，熔炼电流的大小由可编程控制器(PLC)3控制调节，控制目标是熔化速率，不同重量下的熔化速率作为工艺参数在参数录入时给出。PLC根据采集的数据通过工业以太网不断传送至工业控制计算机1，然后工业控制计算机1根据自耗电极重量实测值进行数值的插补运算，得到该重量下的熔速设定值，可编程控制器(PLC)3以此为依据发出控制信号来调节熔炼电流的大小，从而精确地按照曲线对熔化速率进行控制，获得均匀的再结晶。可编程控制器(PLC)程序可以自动调节，通过称重传感器检测熔炼重量，计算出熔速，然后与设定的熔炼速度比较，经过PLC运算处理后，得到对应熔炼电流，调节熔炼电源上的可控硅触发角的大小，调节电流输出，使实际熔速跟随设定熔速。
测量剩余电极重量的方法，如果采样周期为△t,则熔速计算如公式Ⅰ：
其中，V(k)―k时刻的熔化速度；G(k)、G(k-1)―k、k-1时刻的电极剩余重量。
在实际中电极剩余重量与称重系统浮动架和称重支撑板的自重、电极杆移动与动密封之间的阻尼力、电极升降的加速度、炉内真空度等相关，尤其电极的升降对剩余重量的准确测量影响较大。从公式Ⅰ可以看出，若不对采集到的信号重量进行处理，当重量发生变化，熔化速度波动就会很大，必然影响控制效果，因此必须要对称重数据进行处理。
重量采集模块所采集到的重量数据(G’)主要由五个部分组成：1.电极杆的称重系统浮动架和称重支撑板的自重(G0)和辅助电极的重量(GF)；2.电极杆移动与动密封之间的阻尼力(F1)；3.电极杆移动加速度造成的附加力(F2)；4.炉内真空造成的附加力(N)；5.自耗电极的重量(G)。只有自耗电极的重量是想要得到的，因此要对采集到的重量数据进行校正，消除其他附加力的影响。
测试各部分的力：1.电极承重机构和辅助电极都是固定值，使炉子处于准备好状态，不挂电极，不抽真空，不移动电极杆，记录此时的重量数据，即G0+GF。2.电极杆与动密封之间的阻尼力与电极杆的移动速度成比例关系，设F1＝βV。自耗炉准备工作完成后，记录电极杆静止时的重量和移动时的重量，比较重量数值的变化得到阻尼力的大小，再计算出阻尼系数：β＝F1/V＝(G移动-G静止)/V；式中：V―电极杆移动速度(mm/min)。3.电极杆加速度的附加力(F2),当电极杆加速上升或下降过程中，都会对重量造成一定的影响。式中：V(k)、V(k-1)―k、k-1时刻电极移动速度(mm/min)，a―重力加速度(kg/s2)。4.真空波动也会对电极重量的测量造成影响。/>式中：d―电极直径(cm)，P0―大气压(kg/cm2)，P―炉内真空度(kg/cm2)，最后能够得到校正后的电极重量：G＝G’-F-N-G0-
虽然电极重量得到校正，但得到的重量数据仍不够精确，此时可以对校正后的重量数据进行滤波处理。即把连续采集的n个数据求和再平均，得到理想的效果。
结合附图7，设实际熔速Vs(s)，补偿装置的传递函数为Gr(s),电流为I(s)，实际熔速为Vp(s)，实际熔速的传递函数为
Vp(s)＝[Vs(s)-Vp(s)]G(s)+Vs(s)Gr(s)G(s) (1)
根据式(1)得到
当Gr(s)＝1/G(s)时，由式(3)得到Vp(s)＝Vs(s) (4)
根据图(1)还可以得出
Vp(s)＝E(s)G(s)+Vs(s)Gr(s)G(s) (5)
式中E(s)＝Vs(s)-Vp(s)＝Vs(s)-E(s)G(s)-Vs(s)Gr(s)G(s)
当式(4)成立，则E(s)＝0
新型熔炼控制系统引入顺馈装置，相当于给系统增加了一个输入信号Gr(s)Vs(s)，这个输入信号产生的误差信号与原输入信号产生的信号大小相等、方向相反，使得系统总的误差恒为零。当实际熔速与实际熔速相等时，该输入信号产生的信号误差与原输入信号Vs(s)产生的信号误差大小相等、方向相反，此时控制器的调节作用可以忽略，从而使系统的总的信号误差恒为零。
新型熔炼控制系统设置一个滞后时间，使熔炼温度的上升与电流的增加保持一致，有效解决了熔炼控制系统存在滞后环节的问题，达到熔炼电流的平稳调节。在熔炼过程中，一定条件下熔速波动非常小，熔炼控制系统的顺馈环节作用在对象上的电流可以控制熔速等给定值。因此，通过对控制器输出的电流进行限幅，使电流的波动幅度减小，最终达到熔炼控制系统电流的精准熔速调节。
工控计算机1主要完成系统运行监视、工艺过程监视、工作方式及控制参数人机交互，并离线或在线编程与监控系统的运行。工控计算机1与可编程控制器(PLC)3之间采用工业以太网通讯。可编程控制器(PLC)3能够实现信号采集、过程控制以及系统自诊断与报警判断。称重系统2与可编程控制器(PLC)3通过Profibus总线通讯。
称重系统2主要用于对剩余自耗电极重量的精密测量，消除熔速的偏差，确保精确地熔速计算，对真空自耗炉进行连续称重来获得实际熔速。
称重系统还包括高精度负载传感器，用于采集、整理和传输信号；称重支撑板，用于上方自耗电极和底部高精度负载传感器的支撑固定；浮动架，用于吸收掉水平力，而剩下的垂直力由高精度负载传感器测量，避免称重系统称到不可控制的分力，保证称重精度。
可编程控制器(PLC)3与计算机系统通过工业以太网信息互通，进而控制真空自耗炉的熔化率。
下面参考图2-6详细描述真空自耗炉的新型熔炼控制系统的称重系统2。如图3-5所示，所述称重系统2包括浮动架4、称重支撑板5、高精度负载传感器6、不锈钢罩7、高座法兰8、不带螺纹孔轴套9、带螺纹孔轴套10、浮动架子支撑轴11、双头左右旋螺杆12、正反牙螺帽13、内螺纹自润滑关节轴承14、支撑轴承15、固定块16、双头螺杆17、外螺纹自润滑杆端关节轴承18、第一连接件19、第二连接件20、第三连接件21。所述称重系统结构合理，测量精度高，满足了测量所需的实时监测。
请参阅图3-5，本发明实施例提供的称重系统的浮动架4长1米，宽0.8米，高度0.2米，浮动架前后两侧上方开设有两个腰形孔，浮动架左右两侧下方也开设有两个腰形孔，另外浮动架外侧四周还开设有直径0.09米的通孔，浮动架内外两侧均设置与通孔相配合的轴套，内侧放置4个无螺纹孔的轴套，外侧放置4个开设有螺纹孔的轴套，4个浮动架子支撑轴11放置于内侧无螺纹孔轴套与外侧开设有螺纹孔轴套之间，4个固定块16用于固定4个带槽的浮动架子支撑轴11，浮动架前后两侧两个腰形孔下方的两个浮动架子支撑轴11与称重系统正上方的料杆系统下端连接，用于支撑料杆装配系统、电极进给系统和X-Y调整系统，保证了称重系统仅在垂直方向对自耗电极进行剩余重量的测量；浮动架左右两侧的两个腰形孔上方的浮动架子支撑轴11与外螺纹自润滑杆端关节轴承18连接，浮动架左右两侧下方外螺纹自润滑杆端关节轴承18下端分别与称重支撑板5上仅顶部开设有螺纹孔的第一连接件19、顶部开设有大螺纹孔且底部开设有两个小螺纹孔的第二连接件20连接。
称重系统的浮动架4正下方为称重支撑板5，称重支撑板5与浮动架4的垂直距离为0.08米，称重支撑板5开设有三个直径0.09米的大通孔和四个直径0.04米的小通孔，第一连接件19放置于称重支撑板5左侧大通孔，第一连接件19上方通过浮动架左侧下方的腰形孔与浮动架子支撑轴11配合将浮动架4与称重支撑板5连接，第二连接件20放置于称重支撑板5右侧大通孔，第二连接件20上方通过浮动架右侧下方的腰形孔与浮动架子支撑轴11配合将浮动架4与称重支撑板5连接，第一连接件19比第二连接件20的长度要长一些，仅底部开设有两个小螺纹孔第三连接件21放置于其余两个大通孔，浮动架4下部的两个外螺纹自润滑杆端关节轴承18下端有螺纹部分拧入带有螺纹孔的第一连接件19和第二连接件20中，将浮动架4与称重支撑板5连接在一起。
称重支撑板5上的第一连接件19和两个第三连接件21底部设置高精度负载传感器，通过螺栓固定在三个连接件底部，形成三点称重状态。
不锈钢罩7设置于高精度负载传感器外部，不锈钢罩7的侧面开设有拱形门，用于保护高精度负载传感器外不受外界环境的干扰，不锈钢罩7用螺栓固定在炉室上方。
称重支撑板5上的四个直径0.04米的小通孔用来放置双头螺杆17，称重支撑板5上方和下方均有垫圈和螺母固定，增加四个双头螺杆17可以加强称重支撑板5的稳定性和支撑强度，保证测量精度。
称重支撑板5的侧面放置三个支撑轴承15，三个支撑轴承15分别通过内螺纹自润滑关节轴承14与双头左右旋螺杆12连接在一起，并利用正反牙螺帽13进行紧固，双头左右旋螺杆12的另一侧也是内螺纹自润滑关节轴承14，内螺纹自润滑关节轴承14连接的是高座法兰8，双头左右旋螺杆12两端都具有螺纹，便于调节高座法兰8在真空炉室的相对位置，方便安装与拆卸，高座法兰8设置在真空炉室上方，对整个称重系统起到稳定支撑的作用。
本发明可以实现以下效果：
1.真空自耗炉的熔炼控制系统智能化水平大为提升
本发明的真空自耗炉的熔炼控制系统的主要目的是对特定锭的尺寸或种类熔化率曲线进行重熔过程的闭环控制，可编程控制器(PLC系统)3从人机界面PC接受设备状态信息以及根据冶炼工艺曲线得到设定点，能够进行熔化率控制。称重系统2每6秒传递一个新的自耗电极重量值的电信号到可编程控制器(PLC系统)3，PLC系统与工业控制计算机1通过工业以太网进行信息互通，工业控制计算机1根据电极重量实测值进行数值的插补运算，得到该重量下的熔速设定值，可编程控制器(PLC系统)3程序自动调节，通过称重系统检测剩余自耗电极重量，计算出熔速，然后与设定的熔炼速度比较，经过PLC运算处理后，得到对应熔炼电流，调节熔炼电源上的可控硅触发角的大小，调节电流输出，使实际熔速跟随设定熔速，使得自耗炉自动化水平更高。
2.真空自耗炉的熔炼控制系统的称重系统精度更高
本发明的真空自耗炉的熔炼控制系统的称重系统由三个高精度负载传感器、称重架、以及相关浮动机构等组成，所有称重部分都坐落在浮动架上，浮动架吸收掉水平力，而剩下的垂直力由高精度负载传感器测量。该结构可以避免称重系统称到不可控制的分力，在计算机上显示测量自耗电极剩余重量，可达到理想的称重精度。
3真空自耗炉的熔炼控制系统的动态测量特性及安全性显著提高
本发明的真空自耗炉的熔炼控制系统的高精度负载传感器支撑整个导电料杆，在熔炼过程中称重系统可以实时测量自耗电极的剩余重量，并每6秒传递一个新的自耗电极重量值信号可编程控制器(PLC系统)3，PLC系统与工业控制计算机1通过工业以太网进行信息互通，实现恒熔速、恒熔池深度控制，操作人员在熔炼过程中随时在计算机液晶显示屏上直接看到自耗电极的剩余重量，当自耗电极剩余重量过低时会自动报警，自耗电极剩余重量为零时电源自动跳闸，有利于安全操作。
4.真空自耗炉的熔炼控制系统的熔炼过程更加稳定
真空自耗炉的熔炼控制系统设置顺馈装置，相当于给系统增加了一个输入信号Gr(s)Vs(s)，当实际熔速与给定熔速相等时，该输入信号产生的信号误差与原输入信号给定熔速产生的信号误差大小相等、方向相反，从而使系统的总的信号误差恒为零。
5.真空自耗炉的熔炼控制系统的熔速控制更加理想
真空自耗炉的熔炼控制系统增加了一个滞后时间，避免了采集到熔速对象熔速数据比实际熔速滞后的问题，实现了对熔速更加理想的控制。
真空自耗炉在熔炼过程中必须实现锭子的受控凝固，以保证获得高品质的材料。其中重要的一环就是真空自耗炉自耗电极的受控恒熔速熔化。这就需要自耗炉的熔炼控制系统来实现。当自耗炉熔炼时会有电-热能转换，熔化率控制实际上也就是电功率控制。在所炼材料种类、牌号、锭子直径、电极形状等参数确定的情况下熔化率就不会变化，而熔炼过程中弧电压变化非常小，所以熔化率与电流是线性关系。操作人员可以在人机界面上直接读取自耗电极的剩余重量，当自耗电极重量小于设定重量时，熔炼电源自动切断，确保安全操作。工业控制计算机1与PLC采用工业以太网连接，形成闭环系统，PLC和称重系统2通过profibus总线通讯。工业控制计算机实现人机交互，PLC实现熔炼控制系统的主要控制功能。熔炼过程中的熔速设定值通过十一个工艺关键点给出，在实际工艺中，熔化速率给定函数就是由十一个关键点构成的一条具有下降斜率的曲线。按照电极净重占初始重量的百分比，工业控制计算机1每隔10％给出一个熔速设定值。当电极净重介于两个关键点之间时，工业控制计算机1利用插值公式，得到该重量下的熔速设定值，真空自耗炉的自耗电极在称重系统正上方，熔化过程中自耗电极的熔化速度不能直接测量，因此，利用称重系统2实时测量自耗电极的剩余重量，根据测得的自耗电极剩余重量，可编程控制器(PLC系统)3通过计算滤波处理得到相应的的实际电极熔化速度，利用PLC称重系统实现自耗电极熔化参数的测量，计算出熔速，然后与设定的熔炼速度比较，经过PLC运算处理后，得到对应的熔炼电流，调节可控硅触发角的大小，调节电流输出，从而精确地按照曲线对熔化速率进行控制，获得高质量的钢锭产品。
6.本发明新型熔炼控制系统能够对特定的锭的尺寸或种类熔化率曲线进行重熔过程的闭环控制，能够通过实时测量剩余自耗电极的重量值，设置顺馈装置来保证电弧电流的平稳调节，同时利用可编程控制器(PLC)控制真空自耗炉熔炼钢锭的熔化率，保证高精度的熔炼控制。
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发明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发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统，应用于真空自耗炉上，其特征在于，
可编程控制器(PLC)，用于不断传送操作模式和设备的状态信息到工控计算机，调节电流输出，使实际熔速跟随设定熔速；
称重系统，用于对剩余自耗电极重量的精密测量，消除熔速的偏差，确保精确的熔速计算，从而对铸锭均匀性的改善及热封顶精确控制；当自耗电极剩余重量为零时电源自动跳闸，有利于安全操作；高精度负载传感器设置于称重系统底端，称重支撑板则通过外螺纹自润滑杆端关节轴承与上方浮动架连接，三个高精度负载传感器通过连续采集检测自耗电极的剩余重量并将电信号传送至可编程控制器(PLC)，可编程控制器(PLC)对重量数据进行滤波处理，即把采集到的电极重量求和，再平均，经过数字滤波后作为本时刻的熔化率；
称重系统包括浮动架，浮动架四周设置通孔，轴套穿设于浮动架内外两侧通孔内，并且有一端开设有键槽的浮动架支撑轴穿设于内外轴套，外侧轴套开设有两个小螺纹孔，外侧轴套上设置有固定块和螺栓来固定住浮动架支撑轴，浮动架前后上方开设有腰形孔，称重系统上方的料杆装配系统的两个立柱下端设置有杆端支撑法兰，称重系统可以通过浮动架支撑轴穿设于料杆装配系统下方的杆端支撑法兰，防止料杆装配系统的偏斜，确保称重系统仅在垂直方向对自耗电极进行剩余重量的测量；工控计算机，用于逻辑控制、工艺参数的闭环控制、数据采集和管理。
2.根据权利要求1所述的一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统，其特征在于，称重系统采用电容式测量技术；高精度负载传感器变形量只有0.1mm，最高可达1000次/S，高精度负载传感器输出电信号，抗干扰能力强，分辨率高，实际稳态可达1/50000。
3.根据权利要求1所述的一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统，其特征在于，三个高精度负载传感器设置于称重系统下端，称重系统设置于真空炉室上方，形成三点称重状态，能够实时准确地监控自耗电极剩余重量的变化情况。
4.根据权利要求1所述的一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统，其特征在于，称重系统还包括不锈钢罩，所述不锈钢罩用于设置在高精度负载传感器外侧，不锈钢罩包括左右两半边罩子。
5.根据权利要求3所述的一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统，其特征在于，高精度负载传感器设置于称重系统的称重支撑板下端的三个高座法兰之间，高精度负载传感器均匀分布在称重支撑板的下端，三个高座法兰与双头左右旋螺杆连接来支撑整个称重系统。
6.根据权利要求5所述的一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统，其特征在于，四个双头螺杆设置在称重支撑板下方靠近高精度负载传感器的位置附近，对整个称重系统起到加固稳定的效果，同时可以调节高度，方便高精度负载传感器的更换维修。
7.根据权利要求1所述的一种真空自耗炉的新型熔炼控制系统，其特征在于，还包括顺馈装置，当实际熔速与给定熔速相等时，该输入信号产生的信号误差与原输入信号给定熔速产生的信号误差大小相等、方向相反，从而使系统的总的信号误差恒为零；增加滞后时间能够使熔炼温度的上升与电流的增加保持一致，采集的熔速数据与实际熔速相符。
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