埋弧电炉电极插深自动控制装置的制作方法

专利名称：埋弧电炉电极插深自动控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及埋弧电炉辅助设备，尤其是涉及一种埋弧电炉电极插 深自动控制装置。
背景技术：
电弧炉是利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的电炉。按加热方式可
分为三种类型①间接加热电弧炉。电弧在两电极之间产生，不接触物料， 靠热辐射加热物料。这种炉子噪声大,效率低，渐被淘汰。②直接加热电弧炉。 电弧在电极与物料之间产生，直接加热物料；炼钢三相电弧炉是最常用的 直接加热电弧炉。③埋弧电炉，亦称还原电炉或矿热电炉。电极一端埋入 料层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热物料。
其中，埋弧电炉常用于冶炼铁合金，熔炼水镍、水铜或者用于其贫化 工艺，以及生产电石(碳化钙)等。其工作过程是通过电极通电加热电炉 中的物料，物料熔化后，在电炉内分三层，最上面一层是加入的物料，第 二层是物料熔化后形成的料渣，第三层，即最下面一层是熔体(产品)， 电极插入的位置要保证与熔体接触，因为熔体接触电阻小，可以获得较好 的加热效果，但电极插入过深，又容易引起熔体温度过高，浪费电能，甚 至损坏电炉；插入过浅，电极与熔体不接触，电极与物料接触电阻大，加 热效果差，甚至造成弧光，使功率因数过低。由于电极埋在高温物料中， 因此无法通过常规手段测量电极插入的深度。
传统上通过观察电流变化间接判断电极插入的深度，再由人工手动操 作电极的移动，或采用传统的PID闭环调节，追求恒功率的电极插入的深 度的精确控制。但是，采用人工手动升降电极完全靠人工判断，精确性差， 采用传统PID闭环控制，电流的稍微变化就会引起电极升降，因此造成电 极升降频繁。因此，传统电极升降均不适于埋弧电炉多参数、大滞后的生上下动作，而且超调严重，使埋弧电炉的生产不稳 定，经常出现弧光、断电极、电流变化大、电流不平衡、功率因数变化大 且偏低，从而存在电能浪费大，对电网冲击大，电极单耗大，由于翻料或 弧光造成烟尘，严重污染环境等缺陷。

实用新型内容
本实用新型旨在至少解决现有技术中的上述问题之一。
为此，本实用新型的目的是提供一种埋弧电炉电极插深自动控制装置， 该装置可有效提高埋弧电炉的生产稳定性，降低对电网的冲击，减少电极 消耗，降低电耗，改善生产环境以及减轻对环境的污染。
为了实现上述目的，本实用新型提供的埋弧电炉电极插深自动控制装
置，该埋弧电炉电极插深自动控制装置包括升降埋弧电炉电极的电极升 降机构；测量埋弧电炉的电极插深电阻值的电阻测量仪；和控制器，所述 控制器分别与电极升降机构和电阻测量仪相连，以将电阻测量仪检测到的 电阻值与预设的电阻值比较得到电阻差值且仅当所述电阻差值超出预设的
极升降机构升降电极。
本实用新型同时考虑了电阻差值的大小及其持续时间的长短来控制电 极的升降，因此能有效避免电极上下动作频繁和超调严重，进而有利于提 高埋弧电炉生产的稳定性，降低对电网的沖击，减少电极消耗，降低电耗， 改善生产环境以及减轻对环境的污染。
所述埋弧电炉电极插深自动控制装置进一步包括测量电极供电的功率 因数的功率因数表，其中所述控制器与功率因数表相连以用功率因数修正 测量到的电极插深电阻值。由此，可以提示操作人员及时监控电炉的功率 状况，并据此修正测量到的电极插深电阻值，使得对电极插深的自动调整 更为平稳和准确。
所述埋弧电炉电极插深自动控制装置还可以包括测量埋弧电炉的炉壁 的温度的炉壁温度测量仪，其中所述控制器与所述炉壁温度测量仪相连以 在检测到的炉壁温度超出预设的炉壁温度阈值时发出报警。由此，有利于操作人员及时发现并采取必要措施防止炉温过高并防止炉壁烧损。
所述埋弧电炉电极插深自动控制装置还可以包括检测电极位置的电
极位置检测机构，所述控制器与电极检测机构相连以在检测到的电极位置 超出预设的极限位置时控制报警器发出报警。由此，可以帮助操作人员判定 炉内是否出现断极、弧光等情况，并据此判断是否需要加电极或换电极。
此外，所述控制器包括测量电阻变化的电阻变化测量模块，其中所述 控制器在测量到的电阻值变化超出预设的变化阈值时控制报警器报警。
此外，所述控制器包括测量电阻变化速度的电阻变化速度测量模块， 其中所述控制器在测量到的电阻变化速度超出预设的速度变化阈值时控制 报警器报警。
设置电阻变化速度测量模块和/或电阻变化速度测量模块，可以帮助操 作人员及时判断埋弧电炉内出现的诸如塌料、断极、弧光以及返料等问题， 提示操作人员根据埋弧电炉的工作状况的变化及时采取相应的处理措施， 进一 步提高埋弧电炉生产的稳定性。
本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从 下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。


本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从
以下结合附图对实施例
的描述中将变得明显和容易理解，其中
图1为埋弧电炉的剖视结构示意图，示出了炉体、电极及其升降机构； 图2为埋弧电炉工作状态下的局部剖视示意图，示出了炉体、电极以
及物料；
图3为根据本实用新型实施例的埋弧电炉电极插深自动控制装置的结 构方框图4为根据本实用新型实施例的电阻测量仪的电路原理图；和 图5为根据本实用新型实施例的埋弧电炉电极插深自动控制装置的操 作流程图。下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其
的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型， 而不能解释为对本实用新型的限制。
图1示出了埋弧电炉的结构图，埋弧电炉包括电极IO、炉体20以及电 极升降机构30。图2示出了埋弧电炉工作状态下炉内具有物料时的情形。 如图2所示，炉内的物料分为三层最上面一层是加入的物料41,第二层 是物料熔化后形成的料渣42,第三层，即最下面一层是熔体(产品)43, 电极10插入的位置要保证与熔体43接触。由于电极IO本身的电阻极小， 这里忽略电极10本身的电阻，因此测得的电极插深电阻值大体上可以认为 是电极10的下端与炉体20内底面之间的熔体43的电阻值。
如图3所示，根据本实用新型实施例的埋弧电炉电极插深自动控制装置 包括电极升降机构30、电阻测量仪60和控制器100。
电极升降机构30用于升降埋弧电炉的电极10，电极升降机构30可以 为任何形式的结构，在图l所示的示例中，电极升降机构30为液压升降机 构，通过液压式电极升降机构升降电极10,操作灵敏，平稳。当然，也可 以采用丝杠形式的升降机构。
电阻测量仪60用于测量埋弧电炉的电极插深电阻值，换言之，如图2 所述，电极插深电阻值为电极10的下端与炉体20的底面之间的电阻。当 电极插深电阻值过大时，说明电极10的下端与炉体20的底面之间的距离 过大，需要将电极10下降。反之，需要将电极10上升。
控制器IOO分别与电极升降机构30和电阻测量仪60相连，控制器100 将电阻测量仪60检测到的电阻值与预设的电阻值比较得到电阻差值，并且 控制器100判断电阻差值是否超出预设的电阻差值阈值并且判断电阻差值 持续的时间，只有当电阻差值超出预设的电阻差值阈值并且持续时间超过 预设的持续时间时，控制器100才控制根据所述电阻差值控制电极升降机 构30升降电极10。
根据本实用新型一个实施例，控制器IOO控制电极升降机构30以设定的低速升降电极IO，所述低速可以为一个恒定的速度，且与电阻差值超出
电极10的升降平稳。
由于同时考虑电阻差值的大小及其持续时间的长短来控制电极的升 降，因此本实用新型能有效避免电极上下动作频繁和超调严重，进而有利 于提高埋弧电炉生产的稳定性，降低对电网的冲击，减少电极消耗，降低 电耗，改善生产环境以及减轻对环境的污染。
根据本实用新型的 一 个实施例，埋弧电炉电极插深自动控制装置还包
括测量电极供电的功率因数的功率因数表70。功率因数表70与控制器100 相连，以便控制器100能够用功率因数表70测得的功率因数修正测量到的 电极插深电阻值。从而测得的电极插深电阻值更加精确。对于本领域的技 术人员可知，由于电^110内的电流，在电4及10与加入的物津牛41的上表面 之间可能发生电弧，从而电阻测量仪60测量到的电阻值与电极10的下端 与炉体20的底面之间的电阻值存在偏差。控制器100通过功率因数表70 测量到的功率因数修正电阻测量仪60测得的电阻值，使得与电阻值阈值相 比较的电阻值与电极10的下端与炉体20的底面之间的电阻值一致。功率 因数表70可以为有功表，也可以为无功表。
进而，埋弧电炉电极插深自动控制装置还设有报警器71，报警器71 与控制器100相连，当测量到的功率因数超出预设的功率因数时，控制器 100控制报警器71发出报警，提示操作人员电极10与加入的物料41之间 产生的弧光消耗了过多的功率，以便采取相应措施。例如，预设的功率因 数为大于0.95。
根据本实用新型进一步的实施例，埋弧电炉电极插深自动控制装置还 包括测量埋弧电炉的炉壁温度的炉壁温度测量仪80。炉壁温度测量仪80 与控制器IOO相连，以便在以在炉壁温度测量仪80检测到的炉壁温度超出 预设的炉壁温度阔值时控制器IOO控制报警器71发出报警，提示操作人员 炉壁温度过高。
由于测得的炉壁温度能够间接反映炉内熔体(产品)的温度，因此可以 作为炉温以及炉壁烧损情况的判据，进而操作人员可以据此采取必要的措施使炉腔温度处于合理范围内，防止炉温过高以及炉壁烧损等情况的出现。
根据本实用新型的埋弧电炉电极插深自动控制装置还可以包括检测电
极位置的电极位置检测机构90。电极位置检测机构90与控制器100相连， 以便在电极位置检测机构90检测到的电极位置超出预设的极限位置时控 制报警器71发出报警，提示操作人员不能进一步上升或下降电极10，并 采取相应的措施，例如更换电极10,或者相对于升降机构3移动电极10。
在本实用新型的一个示例中，控制器100包括测量电阻变化的电阻变 化测量模块(图中未示出)。控制器100在电阻变化测量模块测量到的电 阻变化超出预设的变化阈值时，即电阻变化过大，控制器100控制报警器 71发出报警，例如可以提示操作人员电炉可能存在异常情况。
此外，控制器100还可以包括测量电阻变化速度的电阻变化速度测量 模块(图中未示出)，在电阻变化速度测量模块测量到的电阻变化速度超 出预设的速度变化阈值时，即，电阻变化过快，控制器100控制报警器71 发出报警，例如可以提示操作人员电炉可能存在异常情况。
由于能够及时获取功率因数(并据此修正测量到的电阻值)、电阻的 变化情况以及变化速度、电极移动位置等参数，并在必要时发出报警，因 此可以帮助操作人员及时判断埋弧电炉内出现的诸如塌料、断极、弧光以 及返料等问题，提示操作人员根据埋弧电炉的工作状况的变化及时采取相 应的处理措施，帮助操作人员判定是否需要加电极或换电极，进一步提高埋 弧电炉生产的稳定性。
需要指出的是，尽管在上述实施例中，所述功率因数、炉壁温度、电 极位置、电阻变化以及电阻变化速度的报警使用了同一个报警器71，可替 换地，也可以针对功率因数、炉壁温度、电极位置、电阻变化以及电阻变 化速度中的每一个分别设置报警器。在使用同一个报警器71时，报警器 71可以显示出发出报警的参数类型。
如图4所示，在一个示例中，电阻测量仪60包括测量电极电压的电压 表61和测量电极电流的电流表62。由此，能够通过测量电极10内的电流 和施加的电压方便地测量电极插深电阻值。其中R代表待测量的电极插深 电阻。此外，图4的电路中同时示出了功率因数表70。根据本实用新型的埋弧电炉电极插深自动控制装置，可以分别针对每 根电极10单独实施控制，当然，也可以同步控制多个电极10。
下面参考图5简单描述根据本实用新型的埋弧电炉电极插深自动控制
装置的操作。
如图5所示，在埋弧电炉的#:作过程中，首先，通过电阻测量仪60和
功率因数表70分别测量电极插深电阻值和电极供电的功率因数，在测得电 极插深电阻值和功率因数后，电阻测量仪60和功率因数表70分别将测得 的电极插深电阻值和功率因数发送给控制器100，控制器IOO根据功率因 数执行对测得的电极插深电阻值进行修正的操作。
此外，在收到功率因数表70发来的功率因数时，控制器IOO还对测得 的功率因数是否小于预设的功率因数阈值进行判断，如果测得的功率因数 小于预设的功率因数阈值，则控制器IOO控制报警器71发出报警；反之， 则不发出报警。
在控制器100根据功率因数对测得的电极插深电阻值进行修正得出修 正后的电极插深电阻值后，控制器100进一步将修正后的电极插深电阻值 与预设的电阻值进行比较并得出电阻差值。
接着，控制器100判断电阻差值是否超出预设的电阻差值阔值。如果 判断的结果是未超出预设的电阻差值阈值，则说明工作正常，此时不必对 电极进行升降而只需继续重复进行上述操作过程；反之，如果超出预设的 电阻差值阈值，则控制器100将执行判断电阻差值的持续时间是否超过预 设的持续时间的操作。
经过上述判断，如果电阻差值的持续时间没有超过预设的持续时间， 则说明电阻差值超出预设的电阻差值阈值属于短暂的异常情况，并且很快 恢复到正常状态，此时不必对电极进行升降，埋弧电炉电极插深自动控制 装置将只需继续重复进行上述操作过程；
反之，如果电阻差值的持续时间超过预设的持续时间，则说明该电阻 差值超出预设的电阻差值阈值的情况是埋弧电炉工作状况已偏离设定值， 并非干扰所致，有必要对电极进行升降以使电极回复到正常工作状态。
为此，控制器100向电极升降机构30发出电极升降指令，电极在电极 升降机构30的带动下上升或下降，导致电极的位置发生变化，进而使所述电阻差值回复到电阻差值阈值以内。
埋弧电炉电极插深自动控制装置的上述操作过程不断重复进行，从而 实现对电极插深的自动控制。
此外，在埋弧电炉的生产过程中，埋弧电炉电极插深自动控制装置还
包括以下操作
通过电阻变化测量模块检测电阻的变化，并且当检测到的电阻的变化 大于预设的变化阈值时控制器100控制报警器71发出报警。
通过电阻变化速度测量模块检测电阻的变化速度，并且当检测到的电 阻的变化速度大于预设的变化速度阈值时控制器100控制报警器71发出报警。
通过炉壁温度测量仪检测埋弧电炉的炉壁温度并且当检测^ 'J的炉壁温 度超出预设的炉壁温度阈值时控制器100控制报警器71发出报警。
通过电极位置检测机构检测电极移动位置并且当检测到的电极移动位 置超出预设的极限位置时控制器100控制报警器71发出报警。
上述操作相应的目的和有益效果在对埋弧电炉电极插深自动控制装置 的结构的说明中已经交待，此不赘述。
需要理解的是，对于预设的电阻值、预设的电阻差值阈值、预设的持 续时间、预设的炉壁温度、预设的极限位置、预设的变化阈值、和预设的
炉用于熔炼的具体材料、生产能力、造渣效果、成品温度及流动性等在开 始时通过检测、计算、电极升降情况进行初步设定，然后随着观察控制结 果，可以逐步改进上述各个预设值，从而使它们逐渐接近最佳，从而在确 定了各种最佳值后，电极升降动作频率将降低，电炉稳定运行。这对于本领 域的技术人员而言是容易理解的，这里不再详细描述。
在电炉实现稳定运行的基础上，就可以进一步实现定时给料控制，从而实 现从加料到出料的高度自动控制，达到最佳经济效果。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员 而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例 进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等 同物限定。
权利要求1、一种埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于，包括升降埋弧电炉电极的电极升降机构；测量埋弧电炉的电极插深电阻值的电阻测量仪；和控制器，所述控制器分别与电极升降机构和电阻测量仪相连，以将电阻测量仪检测到的电阻值与预设的电阻值比较得到电阻差值且仅当所述电阻差值超出预设的电阻差值阈值且持续时间超过预设的持续时间时根据所述电阻差值控制电极升降机构升降电极。
2、 如权利要求1所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于， 进一步包括测量电极供电的功率因数的功率因数表，其中所述控制器与 功率因数表相连以用功率因数修正测量到的电极插深电阻值。
3、 如权利要求2所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于， 进一步包括报警器，其中所述控制器与报警器相连以在测量到的功率因 数低于预设的功率因数时控制报警器发出报警。
4、 如权利要求3所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于， 所述功率因数表为有功表且所述预设因数范围为大于0.95。
5、 如权利要求3所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于， 进一步包括测量埋弧电炉的炉壁温度的炉壁温度测量仪，其中所述控制 器与所述炉壁温度测量仪相连以在检测到的炉壁温度超出预设的炉壁温度 阈值时控制报警器发出报警。
6、 如权利要求3所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于， 进一步包括检测电极位置的电极位置检测机构，所迷控制器与电极检测 机构相连以在检测到的电极位置超出预设的极限位置时控制报警器发出报警。
7、 如权利要求6所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于， 所述控制器包括测量电阻变化的电阻变化测量模块，其中所述控制器在测 量到的电阻值变化超出预设的变化阈值时控制报警器发出报警。
8、 如权利要求7所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于， 所述控制器包括测量电阻变化速度的电阻变化速度测量模块，其中所述控制器在测量到的电阻变化速度超出预设的速度变化阈值时控制报警器发出 报警。
9、 如权利要求1所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置，其特征在于， 所述电阻测量仪包括测量电极电压的电压表和测量电极电流的电流表。
10、 如权利要求1-9中任一项所述的埋弧电炉电极插深自动控制装置， 其特征在于，所述电极升降机构为液压升降机构。
专利摘要本实用新型公开了一种埋弧电炉电极插深自动控制装置，包括升降埋弧电炉电极的电极升降机构；测量埋弧电炉的电极插深电阻值的电阻测量仪；和控制器，所述控制器分别与电极升降机构和电阻测量仪相连，以将电阻测量仪检测到的电阻值与预设的电阻值比较得到电阻差值且仅当所述电阻差值超出预设的电阻差值阈值且持续时间超过预设的持续时间时根据所述电阻差值控制电极升降机构升降电极。本实用新型的控制装置可有效提高埋弧电炉生产的稳定性、降低对电网的冲击、减少电极消耗、降低电耗、改善生产环境并减轻对环境的污染。
文档编号C22B4/08GK201360360SQ200920106069
公开日2009年12月9日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者史更生, 吴豪泰, 力 杨 申请人:中国恩菲工程技术有限公司