一种金属电渣重熔炉冶炼控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种金属电渣重熔炉冶炼控制方法，其特征在于，冶炼前，先在所述金属电渣重熔炉中安装三个用于检测电极位置的位置传感器，三个位置传感器沿结晶器轴心线同心圆布置且环形均匀排布固定在结晶器上表面；然后在冶炼前以及冶炼过程中，靠位置传感器检测出电极位置，反馈到数据控制处理系统，再控制执行装置移动结晶器，实现闭环控制的电极自动对中。本发明具有能够方便对中，减少结晶器失效现象，延长结晶器使用寿命的优点。
【专利说明】一种金属电渣重熔炉冶炼控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属电渣重熔冶炼【技术领域】；特别是涉及一种金属电渣重熔炉。 [0002]
【背景技术】
[0003] 金属电渣炉是利用电流通过熔渣时产生的电阻热作为热源进行熔炼的一种冶金 设备，其结构主要包括整体呈炉状的结晶器、位于结晶器一侧的支柱，支柱上方设置有横 臂，横臂上正对结晶器安装向下延伸进入结晶器的电极；还包括有用于电气控制的数据控 制处理系统。
[0004] 其中，结晶器是电渣重熔最关键的部件，电极的熔化、金属的精炼以及金属液的凝 固结晶、铸锭成型都是在结晶器内完成的。电渣重熔结晶器通常由低碳钢的外壳和紫铜的 内管焊接而成，再加上进水管、出水管。结晶器起着熔炼室的作用。结晶器由于铜板本身 的硬度和强度较低，以及设备设计及操作人员操作因素会造成失效。电渣炉结晶器的失效 形式主要分为电极与结晶器对中不好间隙不当引起打弧和结晶器受热不均变形两种失效 形式。打弧失效主要是由于电极与结晶器对中不好，间隙不当引起，变形是由于结晶器受 热不均造成，这两种失效形式都与电极与结晶器对中是否良好以保证相应间隙存在很大关 系。对中良好，可有效保证电极与结晶器相对间隙一致，可防止电极与结晶器在冶炼过程 中打弧，同时可使结晶器受热均匀，变形小。在现有电渣冶炼作业中，结晶器与电极的对中 都是采用人工完成，这样不仅操作过程繁琐，而且会引入人为误差，对中偏差大。在冶炼过 程中，电极与结晶器的对中调整也是在操作人员不断观察下人工完成的，不仅影响生产设 备使用，而且严重降低了生产效率，这种完全靠人工操作的生产方式，由于无法动态提取冶 炼过程中电极与结晶器中心相应尺寸数据信息，所以难以对冶炼过程相关数据进行实时控 制，而且出现偏差后操作工人都是仅凭经验去调节电极与结晶器对中，难免造成二次事故， 因此达不到调节效果。电极与结晶器对中不好又造成结晶器受热不均，从而造成结晶器变 形失效。大大缩短了结晶器的使用寿命。
[0005]
【发明内容】
[0006] 针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够方 便冶炼前电极对中，同时冶炼过程中能够实时获取电极与结晶器中心的相对位置数据信 息，以实现对冶炼过程电极与结晶器相对位置的全闭环控制的金属电渣重熔炉冶炼控制方 法；其能够减少结晶器失效现象，延长结晶器使用寿命。
[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案： 一种金属电渣重熔炉冶炼控制方法，先获取以下结构的金属电渣熔炼炉，其包括整体 呈炉状的结晶器、位于结晶器一侧的支柱，支柱上方设置有横臂，横臂上正对结晶器安装向 下延伸进入结晶器的电极；还包括有用于电气控制的数据控制处理系统；其特征在于， 冶炼前，先在所述金属电渣重熔炉中安装三个用于检测电极位置的位置传感器，三个 位置传感器沿结晶器轴心线同心圆布置且环形均匀排布固定在结晶器上表面；再将待冶炼 的电极安装到横臂上，进行对中，对中时通过水平移动结晶器位置，使得位置传感器检测的 数值相等，完成对中； 对中完成后，将金属电渣装入结晶器，通过数据控制处理系统启动电极开始冶炼；冶炼 过程中，进行实时检测控制确保电极冶炼过程中与结晶器的轴心自动对准；所述实时检测 控制过程为，在三个位置传感器周期输出信号时段内，通过数据控制处理系统计算三个传 感器的采样数据；经数据控制处理系统处理后得到电极当前相对于结晶器轴心的相对位置 数据；同时通过数据控制处理系统进行参数处理计算出结晶器需要移动的距离，然后控制 结晶器移动相应距离，实现电极冶炼过程中与结晶器的自动准确对心。
[0008] 这样，本发明中，采用三个位置传感器实时对电极轴心位置进行检测，获取电极位 置数据，进而通过控制结晶器移动的方式进行冶炼前对中，以及冶炼过程中的实时检测对 中。上述方案中，安装三个位置传感器时，可以先将标准电极安装到横臂上，将三个位置传 感器沿轴心线120度夹角布置后，再沿轴心线调整三个位置传感器位置使其检测标准电极 位置数据相同，此时确定三个位置传感器的位置并使其固定。这样通过标准电极调整确定 三个位置传感器安装位置，更加方便快捷可靠。
[0009] 作为优化，所述金属电渣熔炼炉中还设置有用于对冶炼电极相对结晶器位置进行 调整的执行装置，执行装置与数据控制处理系统相连，所述结晶器安装在底座上，底座下表 面通过万向轮可移动地设置在一个水平的支撑地面上，所述执行装置为两套，两套执行装 置对结晶器的施力方向相互垂直。
[0010] 这样，方便通过执行装置，实现对电极对中的自动控制。
[0011] 其中，执行装置的结构可以是包括一个固定于支撑地面上的伺服电机，伺服电机 输出轴水平正对结晶器底座并固定连接有一个丝杆，丝杆螺纹配合在一个固定于结晶器底 座上的螺母内，伺服电机能够带动丝杆旋转并通过螺母推动结晶器底座移动。其中，伺服电 机和数据控制处理系统相连并用于接收指令。这样，采用伺服电机通过丝杠螺母传动，进而 控制结晶器移动，可以控制实现非常短的位移量，保证控制精确而可靠。
[0012] 本发明中可以利用标准电极调整三个检测传感器位置，快速准确，保持三个检测 传感器120度夹角安装于结晶器上部端面，且保持各检测传感器相对于结晶器中心的相对 位置不变，用待冶炼电极代替标准电极，调整待冶炼金属电极与结晶器相对位置直到其中 两个检测传感器的采样平均值相等，实现电极与结晶器自动对心。防止人为偏差。
[0013] 本发明还实现了电极冶炼过程中与结晶器对心的实时检测过程，替代传统人工操 作。按照上述方式对心后，在三个传感器周期输出信号时段内，通过数据控制处理系统计算 三个传感器的采样数据；经数据控制处理系统处理后得到电极当前相对于结晶器的相对位 置数据。同时通过系统参数处理后对执行装置发出修正指令，执行装置对冶炼电极相对结 晶器位置进行调整，以实现电极冶炼过程中与结晶器的自动准确对心。以实现在线实时检 测调控电极与结晶器的相对位置，本方法包括系统数据的检测、发送、接收、处理的过程，实 现了电渣冶炼过程电极与结晶器相对位置的全闭环控制。能有效预防结晶器打弧与变形失 效，延长结晶器使用寿命，保障电渣冶炼作业安全，降低成本，提高生产效率。
[0014] 综上所述，本发明具有能够在冶炼前和冶炼过程中快速对中，实现了闭环控制调 整，减少结晶器失效现象，延长结晶器使用寿命的优点。
[0015]
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1为本发明采用的金属电渣重熔炉的结构示意图。
[0017] 图2为图1中单独位置传感器所在位置的俯视图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0019] 具体实施时：一种金属电渣重熔炉冶炼控制方法，先获取如图1和2所示结构的 金属电渣重熔炉，包括整体呈炉状的结晶器1，位于结晶器1 一侧的支柱2,支柱2方设置有 横臂3,横臂3上正对结晶器1安装向下延伸进入结晶器的电极4 ;还包括有用于电气控制 的数据控制处理系统8 ;还包括用于检测电极4位置的检测机构，以及用于推动结晶器水平 移动的执行装置7,所述检测机构和数据控制处理系统8相连并用于传输检测数据，所述执 行装置和数据控制处理系统相连并用于接收指令。所述检测机构包括三个沿结晶器轴心线 同心圆布置且环形均匀排布固定在结晶器上表面的位置传感器5,位置传感器5用于检测 电极位置。所述结晶器1安装在底座上6,底座6下表面通过万向轮可移动地设置在一个 水平的支撑地面上，所述执行装置7为两套，两套执行装置7对结晶器1的施力方向相互垂 直。具体实施时，所述执行装置7可以采用如下结构，即包括一个固定于支撑地面上的伺服 电机，伺服电机输出轴水平正对结晶器底座并固定连接有一个丝杆，丝杆螺纹配合在一个 固定于结晶器底座上的螺母内，伺服电机能够带动丝杆旋转并通过螺母推动结晶器底座移 动。其中，伺服电机和数据控制处理系统相连并用于接收指令。
[0020] 冶炼前，先在所述金属电渣重熔炉中安装三个用于检测电极位置的位置传感器， 三个位置传感器沿结晶器轴心线同心圆布置且环形均匀排布固定在结晶器上表面；再将待 冶炼的电极安装到横臂上，进行对中，对中时通过水平移动结晶器位置，使得位置传感器检 测的数值相等，完成对中； 对中完成后，将金属电渣装入结晶器，通过数据控制处理系统启动电极开始冶炼；冶炼 过程中，进行实时检测控制确保电极冶炼过程中与结晶器的轴心自动对准；所述实时检测 控制过程为，在三个位置传感器周期输出信号时段内，通过数据控制处理系统计算三个传 感器的采样数据；经数据控制处理系统处理后得到电极当前相对于结晶器轴心的相对位置 数据；同时通过数据控制处理系统进行参数处理计算出结晶器需要移动的距离，然后控制 结晶器移动相应距离，实现电极冶炼过程中与结晶器的自动准确对心。
[0021] 本方法中，在冶炼前需要对电极进行对中，同时在冶炼过程中也需要实时检测反 馈，检测到失中后，需要重新对中；具体对中的方法，可以是以下两种。
[0022] 第一种对中方法，对中时，先靠三个位置传感器检测出电极距离尺寸，换算出电极 在以结晶器中心为原点的水平面坐标系中的位置坐标，然后将该位置到坐标原点的距离分 解为沿两个执行装置施力方向的距离分量，然后根据该两个距离分量控制两个执行装置将 结晶器推动相应距离，实现对中调整。
[0023] 具体实施时，还可以采用第二种对中方法，第二种方法中，在设置三个位置传感器 时，需要将其中两个位置传感器设置于和一个执行装置施力方向的平行线上，然后对中时， 先通过该执行装置施力带动结晶器移动至该对应的两个位置传感器的检测数据相同时停 止，然后再采用第三个位置传感器检测出与电极距离尺寸，计算出该数值与第三个位置传 感器到三个位置传感器所在圆心的距离之差，根据该差值控制第二个执行装置带动结晶器 移动对应距离，即实现对中调整。
[0024] 上述第一种对中方法，可以控制两个执行装置同时动作，执行耗时较短，完成控制 较快，但对数据控制处理系统自身性能要求较高，第二种方法，两个执行装置分为两个步骤 动作，执行耗时相对较长，完成控制较慢，但对数据控制处理系统自身性能要求较低，设备 成本较低。上述两种对中方法中，为了避免误差，位置传感器的检测数据采用一定周期内测 到的采样平均值进行计算。同时两种方法执行完毕后，均可以靠闭环检测反馈调整，直到最 终完成对中。即对中后检测反馈，如果三个检测传感器的采样平均值在一定精度范围内相 等，则电极中心与结晶器中心重合，则不需要再次调节，负责需要重新对中调节，是一个闭 环控制的过程。这样本方法包括系统数据的检测、发送、接收、处理过程，实现了电渣冶炼过 程电极与结晶器相对位置的全闭环控制。能有效预防结晶器打弧与变形失效，延长结晶器 使用寿命，保障电渣冶炼作业安全，降低成本，提高生产效率。
[0025] 本发明中设置了检测机构用于检测电极位置，然后判断电极位置是否失中以及计 算出偏差距离，然后控制执行装置推动结晶器移动，使得电极重新对中。本发明采用了电极 固定不动，推动结晶器移动的方式对中，对中全程自动采集和控制，实现了对中自动化。检 测机构中采用的位置传感器，可以是接近开关，光电传感器等装置，这样，设置的三个位置 传感器，可以方便检测电极的距离，当电极距离相等时即可判断已经对中，当检测的电极距 离不等时，可以判断为失中，并可以快速计算出电极偏移结晶器轴心的距离。数据控制处理 系统计算出电极偏差后，可以转化为两个方向上的距离位移量，进而控制两套执行装置动 作，准确地移动结晶器位置使得电极重新对中。执行装置采用伺服电机通过丝杠螺母传动， 进而控制结晶器移动，可以控制实现非常短的位移量，保证控制精确而可靠。
【权利要求】
1. 一种金属电渣重熔炉冶炼控制方法，先获取以下结构的金属电渣熔炼炉，其包括整 体呈炉状的结晶器、位于结晶器一侧的支柱，支柱上方设置有横臂，横臂上正对结晶器安装 向下延伸进入结晶器的电极；还包括有用于电气控制的数据控制处理系统；其特征在于， 冶炼前，先在所述金属电渣重熔炉中安装三个用于检测电极位置的位置传感器，三个 位置传感器沿结晶器轴心线同心圆布置且环形均匀排布固定在结晶器上表面；再将待冶炼 的电极安装到横臂上，进行对中，对中时通过水平移动结晶器位置，使得位置传感器检测的 数值相等，完成对中； 对中完成后，将金属电渣装入结晶器，通过数据控制处理系统启动电极开始冶炼；冶炼 过程中，进行实时检测控制确保电极冶炼过程中与结晶器的轴心自动对准；所述实时检测 控制过程为，在三个位置传感器周期输出信号时段内，通过数据控制处理系统计算三个传 感器的采样数据；经数据控制处理系统处理后得到电极当前相对于结晶器轴心的相对位置 数据；同时通过数据控制处理系统进行参数处理计算出结晶器需要移动的距离，然后控制 结晶器移动相应距离，实现电极冶炼过程中与结晶器的自动准确对心。
2. 如权利要求1所述的金属电渣重熔炉冶炼控制方法，其特征在于，所述金属电渣熔 炼炉中还设置有用于对冶炼电极相对结晶器位置进行调整的执行装置，执行装置与数据控 制处理系统相连，所述结晶器安装在底座上，底座下表面通过万向轮可移动地设置在一个 水平的支撑地面上，所述执行装置为两套，两套执行装置对结晶器的施力方向相互垂直。
【文档编号】C22B9/187GK104046790SQ201410316404
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】吴建军 申请人:重庆钢铁(集团)有限责任公司