矿热电炉电极插深的检测装置的制作方法

本公开涉及冶炼技术领域，特别涉及一种矿热电炉电极插深的检测装置。

背景技术：

电炉是一种常用的冶炼设备，常用的电炉是电弧炉。电弧炉是利用电弧热效应熔炼金属和其他物料的电路，按加热方式分为三种类型：(1)间接加热电弧炉；(2)直接加热电弧炉；(3)埋弧电炉。埋弧电炉也叫还原电路或矿热电炉，是将电极一端埋入料层，在料层内形成电弧并利用料层自身的电阻发热加热物料。矿热电炉的操作对于其冶炼效果有着重要影响，而目前矿热电炉操作的自动化及智能化程度较低，大量依赖于经验的人工操作使得其冶炼效果难以保证维持在最佳水平。

矿热电炉中分为三层，最上面一层是加入的物料层，中间是物料熔化后形成的渣层，最下面一层是金属熔体层。电极端部工作位置在矿热电炉的渣层内，其在渣层的插深位置决定了炉内热量的分布，同时也决定了电极的电气操作特性。电极的端部距离炉内金属熔体层上表面的距离即电极插深，电极插深的检测对于电炉冶炼与节能效果起着至关重要的作用。目前对于电极端部工作位置的判断普遍是依赖于人工根据经验判断，但是采用人工手动升降电极完全靠人工判断，精确性差，成为影响电炉操作自动化及智能化的一个重要因素。

鉴于此，为了减少人力、提高矿热电炉操作的自动化和智能化程度，进一步提高矿热电炉的冶炼效果，亟需一种矿热电炉电极插深的检测装置及检测方法以解决上述技术问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本公开的目的在于提供一种矿热电炉电极插深的检测装置及采用该检测装置检测矿热电炉电极插深的方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的第一个方面，提供一种矿热电炉电极插深的检测装置，包括：

电极升降控制系统，用于控制所述电极在渣层中的升降；

电极电气测量系统，用于获得所述电极的工作电压和电流；

电极自动控制系统，与所述电极升降控制系统和所述电极电气测量系统电连接，用于记录所述电极的工作电压和电流以获得所述电极的阻抗，同时记录所述电极的位移和对应的阻抗变化量以获得阻抗随所述电极插深的变化率，根据所述电极的阻抗、所述阻抗随所述电极插深的变化率获得所述电极插深。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电极为采用具有高导电率的材料形成。

在本公开的一种示例性实施例中，所述材料包括金、银、铜、铝中的一种或多种。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电极升降控制系统包含电极升降位置编码器，用于获得所述电极的位移。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电极升降控制系统为液压升降系统或电极卷扬升降系统。

在本公开的一种示例性实施例中，所述检测装置还包括：

控制机构，所述控制机构与所述电极升降控制系统电连接，用于发出一控制信号以控制所述电极升降控制系统的开闭。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电极升降控制系统上设置有开关按钮，用于控制所述电极升降控制系统的开闭。

在本公开的一种示例性实施例中，所述检测装置还包含：

直流电压源，用于对所述电极和地之间施加直流电压。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电极电气测量系统包括：

电压测量单元，用于测量所述电极的工作电压；

电流测量单元，用于测量所述电极通过的电流。

在本公开的一种示例性实施例中，所述电极自动控制系统还包括：

记录单元，用于记录所述电极的位移和所述阻抗的变化量，及所述工作电压和电流；

计算单元，用于计算所述阻抗随电极插深的变化率和所述电极的阻抗。

由上述技术方案可知，本公开示例性实施例中的矿热电炉电极插深的检测装置至少具备以下优点和积极效果：

本公开通过电极升降控制系统使所述电极位于渣层，对所述电极施加电压，通过电极电气测量系统获得所述电极的工作电压和电流，进而由电极自动控制系统计算得出所述电极的阻抗；同时电极自动控制系统能够记录所述电极的位移和相应的阻抗的变化量，以此计算得出阻抗随电极插深的变化率。根据电极的阻抗、阻抗随电极插深的变化率及相应的电极插深计算公式获得电极插深。本公开中的检测装置和检测方法一方面避免了人工升降电极引起的检测误差，提高了电极插深检测的准确度，进一步提高了矿热电炉的冶炼和节能效果；另一方面由于该检测方法只需测量阻抗及阻抗随电极插深的变化率，参数少、计算简单，因此也提高了检测效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出本公开示例性实施例中矿热电炉炉内结构的示意图；

图2示出本公开示例性实施例中矿热电炉电极插深的检测装置的结构示意图；

图3示出本公开示例性实施例中矿热电炉电极插深的检测装置中电极电气测量系统的结构示意图；

图4示出本公开示例性实施例中矿热电炉电极插深的检测装置中电极自动控制系统的结构示意图；

图5示出本公开示例性实施例中矿热电炉电极插深检测方法的流程示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。

本说明书中使用用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本示例实施方式中首先提供了一种矿热电炉电极插深的检测装置，现参考图1-2对本公开的矿热电炉电极插深的检测装置的结构进行示例性说明。

图1示出了矿热电炉100在工作状态下炉内具有物料的情形，所述矿热电炉分为三层：最上面一层是物料层101，中间层是物料熔化后形成的渣层102，最下层是金属层103。由于物料层101的电阻率远高于渣层102的电阻率，其电阻可视为无穷大，而金属层103电阻率远低于渣层102的电阻率，其电阻可视为零。因此为了方便测量电极104的电气参数(电压、电流)，所述电极104的端部优选地位于渣层102中。另外电极104采用任意的具有高导电率的金属材料形成，如银、铜、金、铝等，但容易理解的是，其他具有高导电率的材料同样可能适用于本发明；由于电极104本身的电阻极小，因此电极104本身的电阻可忽略，因而电极104的阻抗R可以认为是电极104的下端与金属层上表面之间的渣层102的阻抗值，阻抗R由电极104在渣层102中的位置决定，与料层及金属层无关。

图2中的矿热电炉200包含电极升降控制系统201、电极电气测量系统202和电极自动控制系统203，所述电极升降控制系统201用于控制所述电极104在渣层102中的升降，所述电极电气测量系统202用于获得所述电极104的工作电压和电流；所述电极自动控制系统203与所述电极升降控制系统201和所述电极电气测量系统202电连接，用于记录所述电极104的工作电压和电流以获得所述电极104的阻抗R，同时记录所述电极104的位移dH和对应的阻抗变化量dR以获得阻抗随所述电极插深的变化率最后根据所述电极104的阻抗R、阻抗随所述电极插深的变化率获得电极插深H。

本公开通过电极阻抗R的变化对电极插深H进行判断，一方面避免了人工升降电极引起的对电极插深判断的误差，提高了电极插深判断的准确度和效率；另一方面，进一步提高了矿热电炉的冶炼效果和节能效果。

在本公开的示例性实施例中，在矿热电炉电极插深的检测装置中可以设置一直流电压源，用以对所述电极104和地之间施加电压。

在本公开的示例性实施例中，所述电极升降控制系统201控制所述电极104在渣层102中的升降，电极升降机构可以是液压升降机构、电极卷扬升降机构、丝杠形式的升降机构，优选地，所述电极升降机构是液压升降机构，采用液压升降机构能够更灵敏、平稳地实现所述电极104的升降。

在本公开的示例性实施例中，所述电极升降控制系统201电连接一控制机构，所述控制机构用于发送一控制信号以控制所述电极升降控制系统201的开闭；另外，所述电极升降控制系统201上可以设置一开关按钮，以控制其开闭。

进一步的，为了获得所述电极104的位移，所述电极升降控制系统201可以包含电极升降位置编码器，当所述电极104升降时，所述电极升降位置编码器可以读取电极的位移dH，并将所述电极的位移dH反馈给所述电极自动控制系统203。

图3所示为所述电极电气测量系统的结构。所述电极电气测量系统可以包含电压测量单元301和电流测量单元302。为了确定所述电极104的阻抗R，需对所述电极104和地之间施加电压，所述电压测量单元301用于测量所述电极104的工作电压U，所述电流测量单元302用于测量通过所述电极104的电流I，所述工作电压U和电流I被反馈至所述电极自动控制系统203。

所述电极自动控制系统203与所述电极升降控制系统201和所述电极电气测量系统202电连接，进一步的，如图4所示，所述电极自动控制系统还包括记录单元401和计算单元402，所述记录单元401用于记录所述电极的位移dH、所述阻抗的变化量dR，及所述工作电压U和电流I；所述计算单元402用于根据所述记录单元401中的数据计算所述阻抗随电极深度的变化率和所述电极的阻抗R。

由于电极阻抗R、电极阻抗随电极插深的变化率dR/dH均与电极插深H成正比。根据电极阻抗R、电极阻抗随电极插深的变化率通过计算公式(1)可以得出电极插深H：

其中R为所述电极的阻抗，为阻抗随所述电极插深的变化率，K₁、K₂、K₃为利用冶金实验得到的数据进行数值拟合后确定的系数。

该公式中的参数较少，使得电极插深的检测方法更简单、高效，因此提高了检测矿热电炉电极插深的效率和准确度。

本公开的示例性实施例还提供了一种应用上述的矿热电炉电极插深的检测装置检测电极插深的方法，图5示出了该检测方法的具体流程，包括：

a)通过所述电极升降控制系统201控制所述电极104的升降；

所述电极升降控制系统201接收一控制信号，控制所述电极104在渣层102中升降。与所述电极升降控制系统201电连接一电极升降位置编码器，通过所述电极升降位置编码器可获得所述电极的位移dH，所述电极升降控制系统201将所述电极的位移dH反馈至所述电极自动控制系统203。所述控制信号可以是与所述电极升降控制系统电连接的一控制机构发出的控制信号，也可以是所述电极升降控制系统201上的开关按钮，所有可以实现控制所述电极升降的变形均在本申请的保护范围内，此处不再赘述。

b)通过所述电极电气测量系统202获得所述电极的工作电压U和电流I；

所述电极电气测量系统202可包含电压测量单元和电流测量单元，所述电压测量单元用于测量所述电极上的工作电压U，所述电流测量单元用于测量所述电极上通过的电流I，所述电极电气测量系统202能够将所述工作电压U和电流I反馈至所述自动控制系统203。

c)通过所述电极自动控制系统203记录所述工作电压U和电流I以获得所述电极的阻抗R，并记录所述电极的位移dH及对应的阻抗变化量dR，以获得阻抗R随所述电极插深H的变化率

由于渣层102中各层金属含量不同，各高度渣层的电阻率也不相同，因此越靠近金属层103电阻率越低，当电极104升降时，阻抗也会发生变化，因此电极位移dH时，相应的阻抗的变化量为dR。

所述电极升降控制系统201和所述电极电气测量系统202电连接至所述电极自动控制系统203。所述电极自动控制系统203可包含记录单元401和计算单元402，所述记录单元401记录所述电极的位移dH、所述阻抗的变化量dR、所述工作电压U和电流I，所述计算单元402根据记录单元401中的数据，通过阻抗计算公式R＝U/I计算得出阻抗R，同时计算得出阻抗随电极插深变化率

d)根据所述电极的阻抗R和所述阻抗随所述电极插深的变化率获得所述电极插深H。

根据电极插深计算公式获得电极插深H：

其中R为所述电极的阻抗，为阻抗随所述电极插深的变化率，K₁、K₂、K₃为利用冶金实验得到的数据进行数值拟合后确定的系数。

本公开提供的矿热电炉电极插深的检测装置和检测方法，避免了人工检测的误差，提高了检测电极插深的准确度，进一步提高了矿热电炉的冶炼和节能效果；另外由于该检测方法只需测量阻抗及阻抗随电极插深的变化率，参数少、计算简单、检测方法简便，因此也提高了检测效率。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限。