专利名称：埋弧电炉电极插深自动控制方法
技术领域：
本发明涉及埋弧电炉的电极插深控制工艺，尤其是涉及一种埋弧电炉电极插深自 动控制方法。
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，熔炼冰镍、冰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，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。生产实践中通常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 以上方法均不适于埋弧电炉多参数、大滞后的生产特点，引起电极频繁上下动作，而且超调 严重，造成经常出现弧光、断电极、电压和电流变化大、电流不平衡、功率因数变化大且偏低 等问题，由此给埋弧电炉的生产带来生产过程不稳定，电能浪费大，对电网冲击大，电极单 耗大，由于翻料或弧光而造成烟尘而使生产环境变得恶劣以及污染环境等缺陷。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中的上述技术问题之一。为此，本发明的目的是提供一种埋弧电炉电极插深自动控制方法，该方法能够有 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 境以及减轻对环境的污染。为了实现上述目的，根据本发明的埋弧电炉电极插深自动控制方法，包括以下步 骤测量埋弧电炉的电极插深电阻值；比较测量到的电阻值与预设的电阻值以得到电阻差值；仅当所述电阻差值超过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。本发明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
3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。本发明还包括以下附加技术特征测量电极供电的功率因数并且用功率因数修正测量到的电阻值。当测量到的功率因数小于预设的功率因数阈值时发出报警。测量电极插深电阻的变化；和当测量到的电极插深电阻的变化大于预设的变化阈值时发出报警。测量电极插深电阻的变化速度；和当测量到的电极插深电阻的变化速度大于预设的电阻变化速度阈值时发出报警。测量埋弧电炉的炉壁温度；和当测量到的炉壁温度超出预设的炉壁温度阈值时发出报警。测量电极移动位置；和当测量到的电极位置超出预设的极限位置时发出报警。本发明由于采用了以上附加技术特征，可带来以下有益效果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，比如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。此外，由于能够测量埋弧电炉的炉壁温度并且在炉壁温度超出预设的炉壁温度阈 值时发出报警，因此有利于提示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 壁烧损等。本发明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，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从下面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为根据本发明的一个实施例的埋弧电炉电极插深自动控制方法所使用的埋 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为根据本发明的一个实施例的埋弧电炉电极插深自动控制方法所使用的埋 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为根据本发明的一个实施例的埋弧电炉电极插深自动控制方法所使用的电 极插深控制装置的结构方框图；图4为根据本发明的一个实施例的埋弧电炉电极插深自动控制方法所使用的电 阻测量仪的电路原理图；图5为根据本发明的一个实施例的埋弧电炉电极插深自动控制方法的控制流程 示意图；图6为根据本发明的另一个实施例的埋弧电炉电极插深自动控制方法的控制流程示意图。
具体实施例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，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。以下首先对本发明实施例的埋弧电炉电极插深自动控制方法所应用于其上的埋 弧电炉以及实施根据本发明实施例的方法的电极插深控制装置进行说明图1示出了埋弧电炉的结构图，该埋弧电炉包括电极10、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10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，所述电极插深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1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100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。根据本发明一个实施例，控制器100能够控制电极升降机构30以设定的低速升降 电极10，所述低速可以为一个恒定的速度，且与电阻差值超出电阻差值阈值的程度以及持 续时间超过预设的持续时间的程度无关，由此电极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，因此本发 明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。根据本发明的一个实施例，其中所使用的电极插深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，由于电极10内的电流，在电极10与加入的物料 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
5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。此外，所述电极插深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。根据本发明进一步的实施例，其中所使用的电极插深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100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阈值时控制器100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。电极插深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。在电极插深控制装置的一个示例中，控制器100包括测量电极插深电阻的变化的 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极插深电 阻的变化超出预设的变化阈值时，即电极插深电阻的变化过大，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还可以包括测量电极插深电阻的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极插深电阻的变化速度超出预 设的电阻速度变化阈值时，即，电极插深电阻的变化过快，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。
此外，本发明所使用的电极插深控制装置，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。在以上对埋弧电炉及电极插深控制装置描述的基础上，下面参考图5和图6描述 本发明的埋弧电炉电极插深自动控制方法的具体操作。如图5所示，同时参阅图1-4，根据本发明的一个实施例的埋弧电炉电极插深自动 控制方法的操作，包括以下步骤首先，通过电阻测量仪60测量电极插深电阻值，在测得电极插深电阻值后，电阻 测量仪60将测得的电极插深电阻值发送给控制器100。控制器100收到测得的电极插深电阻值后，将该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阈值。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，所述埋弧电炉电极插深自动控制方法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。优选地，通过液压升降机构升降所述电极。所述电极插深自动控制方法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。根据本发明的另一个实施例，进一步地，如图6所示，在控制器100收到测得的电 极插深电阻值之后，以及将该电极插深电阻值与预设的电阻值进行比较之前，还包括一个 对测得的电极插深电阻值进行修正的步骤。该步骤为通过功率因数表70测量电极供电的 功率因数，并在测得功率因数后，功率因数表70将测得的功率因数发送给控制器100，控制 器100根据测得的功率因数执行对测得的电极插深电阻值进行修正的操作。与上面的实施例不同的是，本实施例实际上是在对测得的电极插深电阻值进行修 正后，得出一修正后的电极插深电阻值，控制器100再将该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，而不是直接将测得的电极插深电阻值与预设的电阻 值进行比较。此外，在收到功率因数表70发来的功率因数时，控制器100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100控制报警器71发出报警；反之，则不发出报警。优选地，所述预设的功率因数 阈值大于0. 95。
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此外，请参阅图3，本发明的埋弧电炉电极插深自动控制方法还包括以下操作根据本发明的一个实施例，还包括通过电阻变化测量模块检测电极插深电阻的变 化，并且当检测到的电极插深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。根据本发明的一个实施例，还包括通过电阻变化速度测量模块检测电极插深电阻 的变化速度，并且当检测到的电极插深电阻的变化速度大于预设的电阻变化速度阈值时控 制器100控制报警器71发出报警。根据本发明的一个实施例，还包括通过炉壁温度测量仪检测埋弧电炉的炉壁温度 并且当检测到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。根据本发明的一个实施例，还包括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路以及电极插深控制装置的相应结 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、和预设的速度变化阈值可以根据埋弧电炉 实际的具体应用设定，例如，根据埋弧电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发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以 理解在不脱离本发明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，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
权利要求
一种埋弧电炉电极插深自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤测量埋弧电炉的电极插深电阻值；比较测量到的电阻值与预设的电阻值以得到电阻差值；仅当所述电阻差值超过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的升降。
2.如权利要求1所述的埋弧电炉电极插深自动控制方法，其特征在于，进一步包括测 量电极供电的功率因数并且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方法，其特征在于，当测量到的功 率因数小于预设的功率因数阈值时发出报警。
4.如权利要求3所述的埋弧电炉电极插深自动控制方法，其特征在于，所述预设的功 率因数阈值大于0. 95。
5.如权利要求1所述的埋弧电炉电极插深自动控制方法，其特征在于，进一步包括 测量电极插深电阻的变化；和当测量到的电极插深电阻的变化大于预设的变化阈值时发出报警。
6.如权利要求1所述的埋弧电炉电极插深自动控制方法，其特征在于，进一步包括 测量电极插深电阻的变化速度；和当测量到的电极插深电阻的变化速度大于预设的电阻变化速度阈值时发出报警。
7.如权利要求1所述的埋弧电炉电极插深自动控制方法，其特征在于，进一步包括 测量埋弧电炉的炉壁温度；和当测量到的炉壁温度超出预设的炉壁温度阈值时发出报警。
8.如权利要求1所述的埋弧电炉电极插深自动控制方法，其特征在于，进一步包括 测量电极移动位置；和当测量到的电极位置超出预设的极限位置时发出报警。
9.如权利要求1所述的埋弧电炉电极插深自动控制方法，其特征在于，利用液压升降 机构升降所述电极。
全文摘要
本发明公开了一种埋弧电炉电极插深自动控制方法，包括以下步骤测量埋弧电炉的电极插深电阻值；比较测量到的电阻值与预设的电阻值以得到电阻差值；仅当所述电阻差值超过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的升降。本发明的埋弧电炉电极插深自动控制方法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、改善生产环境以及减轻对环境的污染。
文档编号F27D19/00GK101825400SQ200910079718
公开日2010年9月8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, 杨力 申请人:中国恩菲工程技术有限公司