控制矿热炉内电气参数平衡的方法及装置与流程
本发明涉及控制领域，具体涉及一种控制矿热炉内电气参数平衡的方法及装置。
背景技术：
目前，铁合金矿热炉采用电炉变压器供电，其原理为低压大电流经三相电极导入炉内，经炉料接触电阻和熔池将电能转化为热能，产生还原反应所需的热量。其中，在上述冶炼过程中，冶炼工艺要求供电控制系统能根据不同的冶炼产品、不同的工况条件选择适宜的二次电压和操作电流，以此来控制入炉功率的大小以及三相电极功率的平衡，从而确保适宜的冶炼温度和三相熔池温度场的均匀。但是在实际冶炼过程中，由于熔池以及原料制备、混料和加料的不均匀会导致操作电阻不平衡，由于三相电极的有效工作端位置不对称等因素导致矿热炉三相负载不对称，难以实现三相电极功率的平衡，影响了熔池电功率、热量以及三相熔池温度场的合理分布，导致单位产品电耗增加。
目前，国内控制矿热炉功率的大小以及三相电极功率的平衡的方法主要为采用人工手动调节电炉变压器一次侧电压及电流，或者采用手动调节电极升降的方式控制电极电流。这些方法在冶炼上存在不足，原因如下：其一，采用手动调节电极升降的方式即使让一次侧电流或者电极电流达到平衡，但并不代表入炉有功功率达到平衡，因为变压器供电中性点(零点)与熔池中心点(零点)存在电位差，这种中性点(零点)的位移造成电极相电压不相等，引起各相炉内有功功率不等；其二，通过变压器二次侧有载调压改变入炉功率，由于变压器供电中性点(零点)与熔池中心点(零点)电位差的随之变化，使得每相电极有功功率并未能得到有效控制。由此可见，目前控制矿热炉内三相电极功率平衡的方法并不能有效实现控制入炉有功功率的平衡，即未能有效解决由于矿热炉中各相操作电阻负载变化的不平衡或各相电极功率的不平衡导致的矿热炉单位产品电耗增加的问题。
技术实现要素：
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的控制矿热炉内电气参数平衡的方法及装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种控制矿热炉内电气参数平衡的方法，包括：在矿热炉工作过程中，获取稳定状态作为原点状态，采集所述原点状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率；根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型和/或矿热炉电极功率负载变化量对称模型，获取需调整的电极压放位移量；根据所述电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡。
可选地，所述矿热炉内的电路为三相电极电路；则所述根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型和/或矿热炉电极功率负载变化量对称模型，获取需调整的电极压放位移量的具体步骤包括：根据所述矿热炉电阻变化量对称模型计算并获取能够保持每相操作电阻变化量对称的电极压放位移量；和/或，根据所述矿热炉电极功率负载变化量对称模型计算并获取能够保持每相电极的电极功率负载变化量对称的电极压放位移量。
可选地，所述电气参数至少包括：电阻变化量参数以及电极有功功率变化量参数，则所述根据所述电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡的具体步骤包括：根据所述电极压放位移量调整电极压放位置，使矿热炉内电阻变化量参数达到平衡；和/或，根据所述电极压放位移量调整电极压放位置，使矿热炉内电极功率负载变化量参数达到平衡。
可选地，所述方法进一步包括：根据预先建立的电极位置变化模型，计算调整后的矿热炉内的电气参数值。
可选地，所述调整所述电极压放位置的方式包括：自动调整和/或人工调整。
根据本发明的另一个方面，提供了一种控制矿热炉内电气参数平衡的装置，包括：采集模块，用于在矿热炉工作过程中，获取稳定状态作为原点状态，采集所述原点状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率；获取模块，用于根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型和/或矿热炉电极功率负载变化量对称模型，获取需调整的电极压放位移量；控制模块，用于根据所述电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡。
可选地，所述矿热炉内的电路为三相电极电路；则所述获取模块包括：第一获取单元，用于根据所述矿热炉电阻变化量对称模型计算并获取能够保持每相操作电阻变化量对称的电极压放位移量；第二获取单元，用于根据所述矿热炉电极功率负载变化量对称模型计算并获取能够保持每相电极的电极功率负载变化量对称的电极压放位移量。
可选地，所述电气参数至少包括：电阻变化量参数以及电极有功功率变化量参数，则所述控制模块包括：第一控制单元，用于根据所述电极压放位移量调整电极压放位置，使矿热炉内电阻变化量参数达到平衡；第二控制单元，用于根据所述电极压放位移量调整电极压放位置，使矿热炉内电极功率负载变化量参数达到平衡。
可选地，所述装置进一步包括：计算模块，用于根据预先建立的电极位置变化模型，计算调整后的矿热炉内的电气参数值。
可选地，所述调整所述电极压放位置的方式包括：自动调整和/或人工调整。
在本发明提供的控制矿热炉内电气参数平衡的方法及装置中，首先在矿热炉工作过程中获取稳定状态作为原点状态，采集原点状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率；然后根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型和/或矿热炉电极功率负载变化量对称模型，获取需调整的电极压放位移量；最后根据电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡。由此可见，本发明解决由于目前在控制矿热炉冶炼的过程中，由于不能实现各相操作电阻变化量或者各相电极功率变化量的平衡进而导致矿热炉内单位产品电耗增加的问题，提高了铁合金产品的产量及质量，并有效降低了矿热炉的单位产品电耗。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例提供的控制矿热炉内电气参数平衡的方法流程图；
图2示出了根据本发明另一个具体实施例提供的控制矿热炉内电气参数平衡的方法流程图；
图3示出了本发明另一个具体实施例中提供的矿热炉典型电路图；
图4示出了本发明另一个具体实施例中提供的矿热炉等效电路图；
图5示出了根据本发明一个实施例提供的控制矿热炉内电气参数平衡的装置的结构框图；
图6示出了根据本发明另一个具体实施例提供的控制矿热炉内电气参数平衡的装置的结构框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
图1示出了根据本发明一个实施例提供的控制矿热炉内电气参数平衡的方法流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S110：在矿热炉工作过程中，获取稳定状态作为原点状态，采集原点状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率。
其中，在矿热炉实际冶炼过程中，电极以“勤压少压”(即：多次压下电极并且每次压下的量为非常小的微量)为控制原则。由于矿热炉具有非线性负载的特点，因此在本发明中采用渐进接近的策略，以插入电极“小位移量ΔX”建立矿热炉内的各个参数的数学模型(后续步骤S120中的矿热炉电阻变化量对称模型以及矿热炉电极功率负载变化量对称模型)。因此，在本发明提供的方法中，首先要针对上述数学模型采集需要计算的原始数据，即本步骤中提到的原始状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率。
具体地，稳定状态为在矿热炉工作过程中，矿热炉接近满负荷或者效率最高时的状态。当矿热炉处于稳定状态时，采集此时矿热炉炉内的电极压放位置，将上述采集到的电极压放位置作为电极压放初始位置参数；同时采集稳定状态下矿热炉内的电极有功功率。其中，上述电极压放初始位置参数为原点状态下矿热炉内插入电极的电极插入深度值；上述电极有功功率为原点状态下矿热炉内各相电极的有功功率。在采集上述电极压放初始位置参数以及电极有功功率时，本领域技术人员可根据实际情况设置适合的采集方式，本发明对上述采集方式的具体形式不作限制。
步骤S120：根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型和/或矿热炉电极功率负载变化量对称模型，获取需调整的电极压放位移量。
具体地，预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型是以矿热炉中各相电阻变化量保持对称平衡为条件所建立的计算模型，预先建立的矿热炉电极功率负载变化量对称模型是以矿热炉中各相电极功率负载变化量保持对称平衡为条件所建立的计算模型。在获取需调整的电极压放位移量时，可以根据上述电阻变化量对称模型计算并获取能够保持电阻变化量对称的电极压放位移量；或者，可以根据上述电极功率负载变化量对称模型计算并获取能够保持电极功率负载变化量对称的电极压放位移量。在这里，要说明的是，当原点状态下各个电极的有功功率处于相等时，根据电阻变化量对称模型计算并获取电极压放位移量，此时的电极压放位移量将自动满足电极功率负载变化量对称模型，矿热炉达到最佳状态。
在这里，选择获取上述两种情况中的第一种电极压放位移量(针对电阻变化量对称)、第二种电极压放位移量(针对电极功率负载变化量对称)由本领域技术人员根据实际情况而定。并且，原点状态下各个电极的有功功率处于相等时，上述两种方法获取的电极压放位移量可使矿热炉达到最佳状态。
步骤S130：根据电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡。
其中，上述电气参数至少包括：电阻变化量参数以及电极功率负载变化量参数。当需要控制电阻变化量参数平衡时，根据步骤S120中根据电阻变化量对称模型计算所得的电极压放位移量来控制矿热炉内电阻变化量参数平衡；当需要控制电极功率负载变化量参数平衡时，根据步骤S120中根据电极功率负载变化量对称模型计算所得的电极压放位移量来控制矿热炉内电极功率负载变化量参数平衡；或者，当需要同时控制电阻变化量参数以及电极功率负载变化量参数平衡时，根据步骤S120中计算所得的能够同时满足电阻变化量对称模型和电极功率负载变化量对称模型的电极压放位移量来控制矿热炉内的电气参数，使矿热炉内的电阻变化量参数和电极功率负载变化量参数同时达到平衡。具体地，在本步骤中，按照“勤压少压”的控制原则，根据上述电极压放位移量调整电极压放位置，即：将矿热炉中各相插入电极按照步骤S120中获取的电极压放位移量压下，以此来控制矿热炉内对应的电气参数达到平衡，有效降低矿热炉单位产品的电耗，提高铁合金产品的产量以及质量。
由此可见，在本发明提供的控制矿热炉内电气参数平衡的方法中，首先在矿热炉工作过程中获取稳定状态作为原点状态，采集原点状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率；然后根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型和/或矿热炉电极功率负载变化量对称模型，获取需调整的电极压放位移量；最后根据电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡。因此，本发明解决了目前在控制矿热炉冶炼的过程中，由于不能实现各相操作电阻变化量或者各相电极功率变化量的平衡进而导致矿热炉内单位产品电耗增加的问题，提高了铁合金产品的产量及质量，并有效降低了矿热炉的单位产品电耗。
图2示出了根据本发明另一个具体实施例提供的控制矿热炉内电气参数平衡的方法流程图。如图2所示，该方法包括以下步骤：
步骤S210：在矿热炉工作过程中，获取满负荷或效率最高的稳定状态作为原点状态，采集原点状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率。
具体地，在矿热炉实际冶炼过程中，电极以“勤压少压”(即：多次压下电极并且每次压下的量为非常小的微量)为控制原则。由于矿热炉具有非线性负载的特点，因此在本发明中采用渐进接近的策略，以插入电极“小位移量ΔX”建立矿热炉内的各个参数的数学模型(后续步骤S220中的矿热炉电阻变化量对称模型以及矿热炉电极功率负载变化量对称模型)。因此，在本发明提供的方法中，首先要针对上述数学模型采集需要计算的原始数据，即本步骤中提到的原始状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率。
具体地，稳定状态为在矿热炉工作过程中，矿热炉接近满负荷或者效率最高的状态。当矿热炉处于稳定状态时，采集此时矿热炉炉内的电极压放位置，将上述采集到的电极压放位置作为电极压放初始位置参数；同时采集稳定状态下矿热炉内的电极有功功率。其中，上述电极压放初始位置参数为原点状态下矿热炉内插入电极的电极插入深度值；上述电极有功功率为原点状态下矿热炉内各相电极的有功功率。在采集上述电极压放初始位置参数以及电极有功功率时，本领域技术人员可根据实际情况设置适合的采集方式，本发明对此不作限制。
步骤S220：根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型和/或矿热炉电极功率负载变化量对称模型，获取需调整的电极压放位移量。
具体地，在本步骤中，根据矿热炉电阻变化量对称模型计算并获取能够保持每相操作电阻变化量对称的电极压放位移量；和/或，根据矿热炉电极功率负载变化量对称模型计算并获取能够保持每相电极的电极功率负载变化量对称的电极压放位移量。其中，上述矿热炉内的电路为三相电极电路。
具体地，在本步骤中，预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型为：
其建立过成如下：参考图3中矿热炉典型电路图(三相电极电路)，设定矿热炉在冶炼过程中处于原点状态时，三相电极中的A相电极、B相电极以及C相电极的炉料操作电阻、熔池操作电阻的等效电阻分别为Ra、Rb以及Rc，则根据矿热炉传统理论，电极操作电阻值计算如下：
其中，Ra、Rb以及Rc分别为A相电极、B相电极以及C相电极的等效半球体操作电阻，单位为Ω；K0为计算常数，即矿热炉传统理论K值，单位为Ω·m；Xa、Xb以及Xc分别为A相电极、B相电极以及C相电极的电极插入深度，即上述电极压放位移对应的等效半球体半径，单位为m。
当矿热炉处于原点状态时，将此时每相电极的状态看作是原点状态，则按照“勤压少压”的原则，设定A、B、C相电极压放位移量分别为ΔXa＝dXa，ΔXb＝dXb，ΔXc＝dXc，设定对应操作电阻变化分别为ΔRa、ΔRb以及ΔRc。则上述式(01)～(03)进行微分可得：
其中，ΔRa、ΔRb、ΔRc分别为A相电极、B相电极以及C相电极的炉内操作电阻变化量，单位为Ω；dRa、dRb、dRc分别为A相电极、B相电极以及C相电极的炉内操作电阻微分，单位为Ω；Xao、Xbo以及Xco分别为A相电极、B相电极以及C相电极的电极压放初始位置参数，单位为m。
在矿热炉实际生产中，由于经常出现三相电极的操作电阻不对称等因素引起矿热炉三相负载不对称，因此为了保证矿热炉三相负载的对称性，令dRa＝dRb＝dRc，则可得矿热炉三相操作电阻变化量对称的条件公式如下：
由此可见，通过(04)式可控制三相操作电阻变化量对称，与矿热炉传统理论K常数无关。即：通过步骤S210中采集的电极压放初始位置参数Xao、Xbo以及Xco以及上述(04)式，便可计算出矿热炉三相操作电阻变化量对称时矿热炉中的各个电极压放位移量dXa、dXb以及dXc，进而在后续步骤中(对应步骤S230)通过调整矿热炉在原点状态下各相电极压放位移量来控制矿热炉三相操作电阻变化量的对称，使矿热炉内三相操作电阻的负载大小达到平衡。
在本步骤中，预先建立的矿热炉电极功率负载变化量对称模型为：
其建立过成如下：首先建立操作电阻变化ΔRa、ΔRb、ΔRc与对应电极有功功率变化ΔPa、ΔPb、ΔPc之间的变化模型。
具体地，参考图3中的电路，根据现有的矿热炉传统理论，同一台矿热炉采用相同炉料，在不同负载下进行冶炼时，其操作电阻与入炉功率的关系为：
R＝CrP-1/3
其中，Cr为计算常数，即：矿热炉传统理论C电阻值。
由于上述操作电阻为非线性电阻，因此按照泰勒公式，操作电阻在入炉功率“原点”P0附近的变化量ΔR可以近似为：R′(Po)×dP，因此可以得到如下近似方程：
其中，ΔRa、ΔRb、ΔRc分别为矿热炉中A、B、C各相对应的操作电阻的变化量，单位为Ω，Pao、Pbo、Pco分别为矿热炉处于原点状态时A、B、C各相对应的电极有功功率。
其次，建立电极压放位移ΔXa、ΔXb、ΔXc与对应电极有功功率变化ΔPa、ΔPb、ΔPc之间的变化模型。
具体地，当电极插入深度由原点状态下的电极插入深度产生ΔX位移时，根据上述(1)～(6)式，可得到如下方程：
简化上式(7)～(9)，得：
ΔXa＝Cap*dPa……(10)
ΔXb＝Cbp*dPb……(11)
ΔXc＝Ccp*dPc……(12)
其中，在上式中：
在这里，Cap、Cbp以及Ccp为常数。
根据(10)～(12)式可得：
由于在矿热炉实际生产中，经常出现三相电极的有效工作端位置不对称等因素引起矿热炉三相负载不对称，因此令ΔPa＝ΔPb＝ΔPc，则可得到矿热炉电极功率负载变化量对称模型：
由此可见，通过(16)式可控制三相电极功率负载变化量对称，与矿热炉传统理论常数Cr无关。即：通过步骤S210中采集的初始位置参数分别为Xao、Xbo以及Xco，电极有功功率Pao、Pbo以及Pco以及上述(16)式，便可计算出要使矿热炉三相电极功率负载实现对称，矿热炉中对应的各相电极压放位移量ΔXa、ΔXb以及ΔXc，进而在后续步骤中(对应步骤S230)通过调整矿热炉在原点状态下的各相电极压放位移量来控制矿热炉三相电极功率负载变化量的对称，使矿热炉内三相电极功率的负载大小达到平衡。
由此可以看出，在上述(04)式以及(16)式当中，当(16)式中的电极有功功率Pao、Pbo以及Pco相等时，(16)式变为(04)式；即当Pao、Pbo以及Pco相等时，各相电极压放位移量ΔXa、ΔXb以及ΔXc按照(04)式来控制各相电极压放位移变化量对称，矿热炉达到最佳状态，并且此时最佳状态与电极有功功率Pao、Pbo以及Pco大小无关。
进一步地，在完成上述计算后，还可以进一步建立操作电阻变化量ΔRa、ΔRb、ΔRc与电极有功电流变化ΔIa3、ΔIb3、ΔIc3的模型。
具体地，如图4所示，图4为图3的矿热炉典型电路的等效电路图。其中，图4中操作电阻Ra、Rb、Rc为非线性，对应于电极压放位移量ΔXa、ΔXb以及ΔXc，其电阻变化量分别为ΔRa、ΔRb以及ΔRc，并且上述电阻变化量为动态值而非静态值，由此得到了非线性电阻的线性化方程，参见上述公式(1)～(6)。由图4可得，ΔRa、ΔRb以及ΔRc对应Δ增量向量方程为：
其中，ΔUab、ΔUbc、ΔUca分别为三相电极中A相电极与B相电极、B相电极与C相电极、C相电极与A相电极之间的线电压，其值为实测值，单位为V。
由于操作电阻Ra、Rb、Rc的变化量ΔRa、ΔRb以及ΔRc为动态纯电阻，每相电极电压和电流相位相同，因此，
则上述(17)～(26)表示操作电阻变化量ΔRa、ΔRb、ΔRc与电极有功电流变化ΔIa、ΔIb、ΔIc的模型。
步骤S230：根据电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡。
其中，上述电气参数至少包括：电阻变化量参数以及电极功率负载变化量参数。则在根据电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡时，具体为：根据电极压放位移量调整电极压放位置，使矿热炉内电阻变化量参数达到平衡；和/或，根据电极压放位移量调整电极压放位置，使矿热炉内电极有功功率变化量参数达到平衡。具体地，当需要控制电阻变化量参数平衡时，根据步骤S220根据电阻变化量对称模型计算所得的电极压放位移量来控制矿热炉内电阻变化量参数平衡；当需要控制电极功率负载变化量参数平衡时，根据步骤S220中根据电极功率负载变化量对称模型计算所得的电极压放位移量来控制矿热炉内电极功率负载变化量参数平衡；或者，当需要同时控制电阻变化量参数以及电极功率负载变化量参数平衡时，根据步骤S220中计算所得的能够同时满足电阻变化量对称模型和电极功率负载变化量对称模型的电极压放位移量来控制矿热炉内对应的电气参数，使矿热炉内的电阻变化量参数和电极功率负载变化量参数同时达到平衡。
具体实施中，在根据电极压放位移量来调整电极压放位置时，按照“勤压少压”的控制原则来调整电极压放位置移动对应的电极压放位移量。例如，当步骤S220中获取的电极压放位移量为x时，则对应将插入电极的插入深度增加x，即将对应的电极压放位置向下压下x。其中，上述压下x过程可以分为多次进行，只要保证最后压下的位移之和为x即可。并且，上述调整电极压放位移的方式包括：自动调整和/或人工调整。由于上述电极压放位移是以每相操作电阻变化量对称为条件和/或者是以每相电极功率负载变化量对称为条件计算所得，因此通过上述针对电极压放位置的调整过程能够控制矿热炉内对应的电气参数达到平衡，进而有效降低矿热炉单位产品的电耗，提高铁合金产品的产量以及质量。
步骤S240：根据预先建立的电极位置变化模型，计算调整后的矿热炉内的电气参数值。
具体地，预先建立的电极位置变化模型包括：针对操作电阻的电极位置变化模型(详见步骤S220中的(1)～(3)，(4)～(6)式)，针对电极有功功率的电极位置变化模型(详见步骤S220中的(13)～(15)式)以及针对电极电流的电极位置变化模型(详见步骤S220中的(17)～(26)式)。则调整后的矿热炉内的电气参数值包括：操作电阻值、电极有功功率值以及电流值。在本步骤中，针对上述电极位置变化模型，计算与其对应的调整后的矿热炉内的电气参数值。即：通过针对操作电阻的电极位置变化模型来计算调整后的矿热炉内的各相操作电阻值；通过针对电极有功功率的电极位置变化模型来计算调整后的矿热炉内的各相电极有功功率值；通过针对电极电流的电极位置变化模型来计算调整后的矿热炉内的各相电流值。并将上述对应的电气参数值输出，以供相关技术人员能够对对应的电气参数值进行进一步的统计、研究以及监测等处理，以保证矿热炉中各个电气参数能够处于当前所需要状态。
由此可见，在本发明提供的控制矿热炉内电气参数平衡的方法中，首先在矿热炉工作过程中获取稳定状态作为原点状态，采集原点状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率；然后根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型和/或矿热炉电极功率负载变化量对称模型，获取需调整的电极压放位移量；最后根据电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡；并进一步根据预先建立的电极位置变化模型，计算调整后的矿热炉内的电气参数值。因此，本发明解决了目前在控制矿热炉冶炼的过程中，由于不能实现各相操作电阻变化量或者各相电极功率变化量的平衡进而导致矿热炉内单位产品电耗增加的问题，提高了铁合金产品的产量及质量，并有效降低了矿热炉的单位产品电耗。并且，本发明还能够在调整矿热炉内的某个电气参数达到对称平衡之后，进一步输出调整后的矿热炉内的其他电气参数值，为针对矿热炉内电气参数值的统计和监测提供了便利。
图5示出了根据本发明一个实施例提供的控制矿热炉内电气参数平衡的装置的结构框图。如图5所示，该装置包括：
采集模块51用于在矿热炉工作过程中，获取稳定状态作为原点状态，采集原点状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率。
具体地，稳定状态为在矿热炉工作过程中，矿热炉接近满负荷或者效率最高的状态。当矿热炉处于稳定状态时，采集模块51采集此时矿热炉炉内的电极压放位置，将上述采集到的电极压放位置作为电极压放初始位置参数；同时，采集模块51采集稳定状态下矿热炉内的电极有功功率。其中，上述电极压放初始位置参数为原点状态下矿热炉内插入电极的电极插入深度值；上述电极有功功率为原点状态下矿热炉内各相电极的有功功率。其中，在采集模块51采集上述电极压放初始位置参数以及电极有功功率时，本领域技术人员可根据实际情况对采集模块51的采集方式进行设置，本发明对采集模块51的采集方式不作限制。
获取模块52用于根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型和/或矿热炉电极功率负载变化量对称模型，获取需调整的电极压放位移量。
具体地，预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型是以矿热炉中各相电阻变化量保持对称平衡为条件建立的计算模型，预先建立的矿热炉电极功率负载变化量对称模型是以矿热炉中各相电极功率负载变化量保持对称平衡为条件建立的计算模型。获取模块52在获取需调整的电极压放位移量时，可以根据上述电阻变化量对称模型计算并获取能够保持电阻变化量对称的电极压放位移量；或者，可以根据上述电极功率负载变化量对称模型计算并获取能够保持电极功率负载变化量对称的电极压放位移量；或者，也可以根据上述电阻变化量对称模型以及电极功率负载变化量模型来计算并获取能够同时满足上述两个模型的电极压放位移量(能够同时满足上述两个模型的电极压放位移量为最理想的电极压放位移量)。在这里，获取模块52具体获取上述三种情况中的哪种电极压放位移量由本领域技术人员根据实际情况而定，并且，当存在能够同时满足上述电阻变化量对称模型和上述电极功率负载变化量对称模型的电极压放位移量时，获取模块52优先获取同时满足上述电阻变化量对称模型和上述电极功率负载变化量对称模型的电极压放位移量。即采集模块51在原点状态下各电极有功率处于相等时采集电极压放初始位置参数，获取模块52根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型获取需调整的电极压放位移量，此时的电极压放位移量将自动满足矿热炉电极功率负载变化量对称模型，矿热炉达到最优理想状态。
控制模块53用于根据电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡。
其中，上述电气参数至少包括：电阻变化量参数以及电极功率负载变化量参数。当需要控制电阻变化量参数平衡时，按照“勤压少压”的控制原则，控制模块53根据上述电极压放位移量调整电极压放位置，即：控制模块53将矿热炉中各相插入电极按照获取模块52中获取的电极压放位移量压下，以此来控制矿热炉内对应的电气参数达到平衡，有效降低矿热炉单位产品的电耗，提高铁合金产品的产量以及质量。
由此可见，在本发明提供的控制矿热炉内电气参数平衡的装置中，首先通过采集模块51在矿热炉工作过程中获取稳定状态作为原点状态，采集原点状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率；然后通过获取模块52根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型和/或矿热炉电极功率负载变化量对称模型，获取需调整的电极压放位移量；最后通过控制模块53根据电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡。因此，本发明解决了目前在控制矿热炉冶炼的过程中，由于不能实现各相操作电阻变化量或者各相电极功率变化量的平衡进而导致矿热炉内单位产品电耗增加的问题，提高了铁合金产品的产量及质量，并有效降低了矿热炉的单位产品电耗。
图6示出了根据本发明另一个具体实施例提供的控制矿热炉内电气参数平衡的装置的结构框图。如图6所示，该装置包括：
采集模块61用于在矿热炉工作过程中，获取稳定状态作为原点状态，采集原点状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率。
具体地，在矿热炉实际冶炼过程中，电极以“勤压少压”(即：多次压下电极并且每次压下的量为非常小的微量)为控制原则。由于矿热炉具有非线性负载的特点，因此在本发明中采用渐进接近的策略，以插入电极“小位移量ΔX”建立矿热炉内的各个参数的数学模型(后续获取模块62中提到的矿热炉电阻变化量对称模型以及矿热炉电极功率负载变化量对称模型)。因此，在本发明提供的装置中，首先要针对上述数学模型通过采集模块61采集需要计算的原始数据，即原始状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率。
具体地，在矿热炉工作过程中，稳定状态为在矿热炉工作过程中，矿热炉接近满负荷或者效率最高的状态。当矿热炉处于稳定状态时，采集模块61采集此时矿热炉炉内的电极压放位置，将上述采集到的电极压放位置作为电极压放初始位置参数；同时，采集模块61采集稳定状态下矿热炉内的电极有功功率。其中，上述电极压放初始位置参数为原点状态下矿热炉内插入电极的电极插入深度值；上述电极有功功率为原点状态下矿热炉内各相电极的有功功率。其中，在采集模块51采集上述电极压放初始位置参数以及电极有功功率时，本领域技术人员可根据实际情况对采集模块51的采集方式进行设置，本发明对采集模块51的采集方式不作限制。
获取模块62用于根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型和/或矿热炉电极功率负载变化量对称模型，获取需调整的电极压放位移量。其中，获取模块62进一步包括：第一获取单元621以及第二获取单元622。
第一获取单元621用于根据矿热炉电阻变化量对称模型计算并获取能够保持每相操作电阻变化量对称的电极压放位移量。
具体地，第一获取单元621具体根据矿热炉电阻变化量对称模型计算并获取能够保持每相操作电阻变化量对称的电极压放位移量；并且，由于本实施例中矿热炉内的电路为三相电极电路，则本实施例中预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型为：
其中，由上式可以看出，通过矿热炉电阻变化量对称模型可控制三相操作电阻变化量对称，与矿热炉传统理论K常数无关。即：通过采集模块61采集的电极压放初始位置参数，即上式中的Xao、Xbo以及Xco，以及上式便可计算出矿热炉三相操作电阻变化量对称时矿热炉中的各个电极压放位移量dXa、dXb以及dXc，进而在后续模块中(对应第一控制单元631)通过调整矿热炉在原点状态下各相电极压放位移量来控制矿热炉三相操作电阻变化量的对称，使矿热炉内三相操作电阻的负载大小达到平衡。其中，矿热炉电阻变化量对称模型建立的具体过程可参照方法实施例中对应部分的描述，此处不再赘述。
第二获取单元622用于根据矿热炉电极功率负载变化量对称模型计算并获取能够保持每相电极的电极功率负载变化量对称的电极压放位移量。
具体地，第二获取单元622具体根据矿热炉电极功率负载变化量对称模型计算并获取能够保持每相电极的电极功率负载变化量对称的电极压放位移量。并且，由于本实施例中矿热炉内的电路为三相电极电路，则本实施例中预先建立的矿热炉电极功率负载变化量对称模型为：
其中，由上式可以看出，通过上式中的矿热炉电极功率负载变化量对称模型可控制三相电极功率负载变化量对称，与矿热炉传统理论常数Cr无关。即：通过采集模块61采集的初始位置参数，即上式中的Xao、Xbo以及Xco，电极有功功率Pao、Pbo以及Pco以及上式便可计算出要使矿热炉三相电极功率负载实现对称，矿热炉中对应的各相电极压放位移量ΔXa、ΔXb以及ΔXc，进而在后续模块中(对应第二控制单元632)通过调整矿热炉在原点状态下的各相电极压放位移量来控制矿热炉三相电极功率负载的对称，使矿热炉内三相电极功率的负载大小达到平衡。
控制模块63用于根据电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡。其中，上述电气参数至少包括：电阻变化量参数以及电极功率负载变化量参数，控制单元63进一步包括：第一控制单元631以及第二控制单元632。
具体地，第一控制单元631根据电极压放位移量调整电极压放位置，使矿热炉内电阻变化量参数达到平衡；第二控制单元632根据电极压放位移量调整电极压放位置，使矿热炉内电极有功功率变化量参数达到平衡。具体地，当需要控制电阻变化量参数平衡时，第一控制单元631根据第一获取模块621中根据电阻变化量对称模型计算所得的电极压放位移量来控制矿热炉内电阻变化量参数平衡；当需要控制电极功率负载变化量参数平衡时，第二控制单元632根据第二获取模块622中根据电极功率负载变化量对称模型计算所得的电极压放位移量来控制矿热炉内电极功率负载变化量参数平衡；或者，当需要同时控制电阻变化量参数以及电极功率负载变化量参数平衡时，第一控制单元631和第二控制单元632分别根据第一获取模块621和第二获取模块622中计算所得的能够同时满足电阻变化量对称模型和电极功率负载变化量对称模型的电极压放位移量来控制矿热炉内的电气参数，使矿热炉内的电阻变化量参数和电极功率负载变化量参数同时达到平衡。即采集模块61在原点状态下各电极有功率处于相等时采集电极压放初始位置参数，第一控制单元631根据第一获取模块621中根据电阻变化量对称模型计算所得的电极压放位移量来控制矿热炉内电阻变化量参数平衡，此时将自动平衡电极功率负载变化量参数，矿热炉达到最佳状态。
具体实施中，第一控制单元631和第二控制单元632在根据电极压放位移量来调整电极压放位置时，按照“勤压少压”的控制原则来调整电极压放位置移动对应的电极压放位移量。例如，当步骤S220中获取的电极压放位移量为x时，则对应将插入电极的插入深度增加x，即将对应的电极压放位置向下压下x。其中，上述压下x过程可以分为多次进行，只要保证最后压下的位移之和为x即可。并且，上述第一控制单元631和第二控制单元632调整电极压放位移的方式包括：自动调整和/或人工调整。在这里，由于上述电极压放位移时以每相操作电阻变化量对称为条件或者是以每相电极功率负载变化量对称为条件计算所得，因此通过上述针对电极压放位置的调整过程能够控制矿热炉内对应的电气参数达到平衡，进而有效降低矿热炉单位产品的电耗，提高铁合金产品的产量以及质量。
计算模块64用于根据预先建立的电极位置变化模型，计算调整后的矿热炉内的电气参数值。
具体地，预先建立的电极位置变化模型包括：针对操作电阻的电极位置变化模型(详见方法实施例中的(1)～(3)，(4)～(6)式)，针对电极有功功率的电极位置变化模型(详见方法实施例中的(13)～(15)式)以及针对电极电流的电极位置变化模型(详见方法实施例中的(17)～(26)式)。则调整后的矿热炉内的电气参数值包括：操作电阻值、电极有功功率值以及电流值。具体地，计算模块64针对上述电极位置变化模型，计算与其对应的调整后的矿热炉内的电气参数值。即：计算模块64通过针对操作电阻的电极位置变化模型来计算调整后的矿热炉内的各相操作电阻值；通过针对电极有功功率的电极位置变化模型来计算调整后的矿热炉内的各相电极有功功率值；通过针对电极电流的电极位置变化模型来计算调整后的矿热炉内的各相电流值。并且，计算模块64还可以将计算所得的电气参数值输出，以供相关技术人员能够对对应的电气参数值进行进一步的统计、研究以及监测等处理，以保证矿热炉中各个电气参数能够处于当前所需要状态。
上述各个模块的具体结构和工作原理可参照方法实施例中相应步骤的描述，此处不再赘述。
由此可见，在本发明提供的控制矿热炉内电气参数平衡的装置中，首先通过采集模块61在矿热炉工作过程中获取满负荷或效率最高的稳定状态作为原点状态，采集原点状态下的电极压放初始位置参数以及电极有功功率；然后通过获取模块62根据预先建立的矿热炉电阻变化量对称模型和/或矿热炉电极功率负载变化量对称模型，获取需调整的电极压放位移量；最后通过控制模块63根据电极压放位移量控制矿热炉内电气参数平衡；并进一步根据预先建立的电极位置变化模型，通过计算模块64计算调整后的矿热炉内的电气参数值。因此，本发明解决了目前在控制矿热炉冶炼的过程中，由于不能实现各相操作电阻变化量或者各相电极功率变化量的平衡进而导致矿热炉内单位产品电耗增加的问题，提高了铁合金产品的产量及质量，并有效降低了矿热炉的单位产品电耗。并且，本发明还能够在调整矿热炉内的某个电气参数达到对称平衡之后，进一步输出调整后的矿热炉内的其他电气参数值，为针对矿热炉内电气参数值的统计和监测提供了便利。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应该被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
本领域技术人员应当理解，本发明的实施方式可以实现为一种系统、装置、设备、方法或计算机程序产品。此外，本发明也不针对任何特定编程语言，应当明白，可以利用各种编程语言实现本发明描述的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。
需要注意的是，尽管在上面的说明中详细描述了本发明装置的若干模块，但是这种划分仅仅是示例性的，并非是强制性的。本领域的技术人员可以理解，实际上，可以对实施例中的模块进行自适应性地改变，将实施例中的多个模块组合成一个模块，也可将一个模块划分成多个模块。
此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明实施操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，或者将一个步骤分成多个步骤执行。
以上对本发明的方法和具体实施方法进行了详细的介绍，并给出了相应的实施例。当然，除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要保护的范围之内。
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