专利名称：矿热炉电极做功点位置的确定方法
技术领域：
本发明涉及一种矿热炉电极做功点位置的确定方法，尤其是涉及一种矿热炉(电阻电弧炉)电极放电弧端部即电极做功点和炉底距离的确定方法。
背景技术：
矿热炉，涵盖了电石炉、铁合金炉、黄磷炉等各种电阻电弧炉，冶炼的产品有电石、黄磷、硅铁、铬铁、硅锰、镍铁、刚玉、钛铁、铅锌等产品，它冶炼的核心理论是:通过炉料电流预热炉料、电离炉气形成定向高温离子流-电弧，将电能转换成热能，为还原反应提供足够高的温度场。电弧的状态取决于电极端头即电极做功点和放电体的距离、放电体的导电性、电流以及电极周围的温度和炉料介质的电阻特性。在冶炼过程中，随着炉底熔池液面(或渣面)的不断升高，炉料经常性下榻，电极端头即电极做功点因烧损而上移以及熔池导电性的变化，需要适时调整电极做功点的实际位置，以保持炉内电弧功率始终能够处于最佳状态，同时还要能够保持三相电极电弧的弧长基本相同，以维持三相电极释放相同的电弧功率，保持相同大小的还原反应区域，同时使供电系统能够达到较高的电效率，达此目的的关键之一就是电极升降自动控制系统要能够对电极端头即电极做功点的位置进行精确测量判断，然后，才能依据电极做功点位置的高低，进而适时调整电极位置，维持电弧功率的主回路系统的双闻效。在矿热炉冶炼过程中，通常是依靠人工观察总电流表或电压表的值大小，来手动控制电极的升降:当电极总电流或电压大于规定值时，提升电极，当电极总电流或电压小于规定值时，下降电极。个别采用PLC和DCS系统控制的方法也是基于和人工控制相同的方法，其主要缺点是无法准确判断电极做功点(即入炉深度)位置以及三相电极做功点的平衡情况，只能简单依据电极总电流值的大小进行简单的控制，操作控制的随意性大、不精确，电极升降动作频繁，经常会破坏料层结构，严重影响反应区(坩埚区)的稳定，难以满足冶炼工艺的要求。还会出现三相电极做功点位置偏差过大，引起炉底温度过高，造成安全威胁等问题。只有准确判断电极做功点位置，能够将三相电极做功点控制在适当安全位置，才能解决矿热炉冶炼行业目前存在的困局。到目前为止，尚未见到有实用价值、能够比较准确测量、确定矿热炉电极做功点位置的方法，从而无法精确控制矿热炉电极做功点的位置。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种矿热炉电极做功点位置的确定方法，有效地解决了矿热炉冶炼行业存在的电极做功点难以准确控制的难题。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种矿热炉电极做功点位置的确定方法，包括如下步骤:
步骤一、选择一个静止基准点，作为检测电极升降位移的基准点，并测量基准点到炉底之间的距离L ；步骤二、确定电极总长度Lp:
对于石墨电极或碳素电极矿热炉，Lp为整个电极的总长度；对于自焙电极矿热炉，Lp为馈电元件下端到电极做功点之间的距离；
步骤三、检测电极升降过程的位移量Hl:
对于石墨电极或碳素电极矿热炉，Hl为电极上端头到静止基准点之间的距离；对于自焙电极矿热炉，Hl为馈电元件下端到静止基准点之间的距离；
步骤四、计算机按如下公式计算出电极做功点到炉底之间的距离Hp:
Hp = L - Lp - Hl0与现有技术相比，本发明的积极效果是:通过本发明方法能够准确实时地检测电极做功点和炉底之间的距离值，使得操作者 能够准确控制电极做功点在同一水平面位置以及将这一水平面控制在最佳位置，保持三相电极电弧功率平衡，提高矿热炉内温度场集中度，提高矿热炉自然功率因数，提高矿热炉电热转换效率，从而达到提高电、热效率，降低冶炼电耗，提闻广量的目的。
具体实施例方式一种矿热炉电极做功点位置的确定方法，包括如下步骤:
步骤一、选择一个静止基准点，作为检测电极升降位移的基准点，并测量基准点到炉底之间的距离L:
对于自焙电极矿热炉，静止基准点选在电极馈电元件上方的厂房楼层处山为厂房楼层处到炉底之间的距离；对于石墨电极或碳素电极矿热炉，静止基准点可以选在电极顶部之上的厂房楼层处，L为厂房楼层处到炉底之间的距离。步骤二、确定电极总长度Lp:
对于石墨电极或碳素电极矿热炉，Lp为整个电极的总长度；对于自焙电极矿热炉，Lp为馈电元件下端到电极做功点之间的距离。Lp的具体确定方法如下:
(1)在电极升降机构连接处(油缸连接处或滑轮安装处)设置力传感器(压力或拉力传感器)；
(2)力传感器分别检测电极在匀速上升状态和匀速下降状态的受力(压力或拉力)电信号，并将该等电信号输出给A/D采样板，转换成数字信号，然后输送给计算机；
(3)计算机首先计算出电极在匀速上升状态的电极总质量Wu和匀速下降状态的电极总质量Wd:
Wu、Wd根据力传感器标定量程和输出电信号之间的比例关系计算得出。例如:力传感器标定量程为15000kg，对应输出电信号为DC5V ;设力传感器检测到的电极在匀速上升状态的受力电信号为Vu，则电极在匀速上升状态的电极总质量Wu= (15000/5) *Vu，单位为kg ；同理，设力传感器检测到的电极在匀速下降状态的受力电信号为Vd，则电极在匀速下降状态的电极总质量Wd= (15000/5) *Vd，单位为kg ；
(4)计算机按如下公式计算出炉内原料和电极之间的阻力与馈电电缆阻力之和W5:
W5 = (ff u - W d) /2 ；
(5)计算机按如下公式计算出电极在静止状态的总质量Wz:
Wz = Wu - W5 ；(6)计算机计算电极工作端质量:
1)对于自焙电极，按如下公式计算出电极工作端质量W7:
W7 = Wz - (ffl + N2*W2 + W3 + W4 + W5 + W6)，其中:
Wl为电极夹持机构(包括连接软电缆)质量，为已知的给定值；
W2为单节电极壳质量，为已知的给定值；N2为电极壳数量，通过人工测量获得；
W3为电极壳内糊状电极质量，按如下公式计算得到:
W3 = (D/2)2* n*L3* P 3，其中:D为电极直径，为已知的给定值；Π为圆周率，L3为电极壳内糊状电极糊高度，通过人工测量获得；P 3为电极壳内糊状电极密度，为已知的给定值；
W4电极壳内块状电极质量，按如下公式计算得到:
W4 = (D/2)2* n*L4* P 4，其中:D为电极直径，为已知的给定值；Π为圆周率，L4为电极壳内块状电极糊高度，通过人工测量获得；P 4为电极壳内块状电极密度，为已知的给定值；
W6为电极馈电元件总质量，为已知的给定值；
2)对于石墨(或碳素)电极，按如下公式计算出电极总质量W7:
W7 = Wz -Wl
(7)按如下公式计算出电极总长度Lp:`
Lp = W7/ ((D/2)2 * Π*ρ 1)，其中:P I为固体电极密度，为已知的给定值。步骤三、检测电极升降过程的位移量Hl:
对于石墨电极或碳素电极矿热炉，Hl为电极上端头到静止基准点之间的距离；对于自焙电极矿热炉，Hl为馈电元件下端到静止基准点之间的距离。Hl的具体检测方法如下:
在电极夹持器或电极上端头设置位移传感器，检测电极升降过程的位移量信号，经信号转换器变换为0-5V (或0-10V)的直流电压模拟信号，提供给A/D采样板，转换成数字信号，然后输送给计算机:
Hl根据位移传感器标定量程和输出电信号之间的比例关系计算得出。例如:位移传感器标定量程为2000mm,对应输出电信号为DC5V ;设位移传感器检测到的电极在任一位置的位移电信号为Vu，则Hl= (2000/5) *Vu，单位为mm ；
步骤四、计算机按如下公式计算出电极做功点到炉底之间的距离Hp:
Hp = L - Lp - Hl0
权利要求
1.一种矿热炉电极做功点位置的确定方法，其特征在于:包括如下步骤: 步骤一、选择一个静止基准点，作为检测电极升降位移的基准点，并测量基准点到炉底之间的距离L ； 步骤二、确定电极总长度Lp: 对于石墨电极或碳素电极矿热炉，Lp为整个电极的总长度；对于自焙电极矿热炉，Lp为馈电元件下端到电极做功点之间的距离； 步骤三、检测电极升降过程的位移量Hl: 对于石墨电极或碳素电极矿热炉，Hl为电极上端头到静止基准点之间的距离；对于自焙电极矿热炉，Hl为馈电元件下端到静止基准点之间的距离； 步骤四、计算机按如下公式计算出电极做功点到炉底之间的距离Hp:Hp = L - Lp - Hl0
2.根据权利要求1所述的矿热炉电极做功点位置的确定方法，其特征在于:对于自焙电极矿热炉，静止基准点选在电极馈电元件上方的厂房楼层处；对于石墨电极或碳素电极矿热炉，静止基准点选在电极顶部之上的厂房楼层处。
3.根据权利要求1所述的矿热炉电极做功点位置的确定方法，其特征在于:所述电极总长度Lp的具体确定方法如下: (1)在电极升降机构连接处设置力传感器； (2)力传感器分别检测电极在匀速上升状态和匀速下降状态的受力电信号，并将该等电信号输出给A/D采样板，转换成数字信号，然后输送给计算机； (3)计算机首先计算出电极在匀速上升状态的电极总质量Wu和匀速下降状态的电极总质量Wd ； (4)计算机按如下公式计算出炉内原料和电极之间的阻力与馈电电缆阻力之和W5:W5 = (ff u - W d)/2 ； (5)计算机按如下公式计算出电极在静止状态的总质量Wz:Wz = Wu - W5 ； (6)计算机计算电极质量W7: I)对于自焙电极，W7按如下公式计算:W7 = Wz - (ffl + N2*W2 + W3 + W4 + W5 + W6)，其中: Wl为电极夹持机构和连接软电缆的质量，为已知的给定值； W2为单节电极壳质量，为已知的给定值；N2为电极壳数量，通过人工测量获得； W3为电极壳内糊状电极质量，按如下公式计算得到: W3 = (D/2)2* n*L3* P 3，其中:D为电极直径，为已知的给定值；Π为圆周率，L3为电极壳内糊状电极糊高度，通过人工测量获得；P 3为电极壳内糊状电极密度，为已知的给定值； W4电极壳内块状电极质量，按如下公式计算得到: W4 = (D/2)2* n*L4 * P 4，其中:D为电极直径，为已知的给定值；Π为圆周率，L4为电极壳内块状电极糊高度，通过人工测量获得；P 4为电极壳内块状电极密度，为已知的给定值； W6为电极馈电元件总质量，为已知的给定值；2)对于石墨或碳素电极，W7按如下公式计算:W7 = Wz -Wl (7)按如下公式计算出电极总长度Lp: Lp = W7/ ((D/2)2 * Π*ρ 1)，其中:P I为固体电极密度，为已知的给定值。
4.根据权利要求3所述的矿热炉电极做功点位置的确定方法，其特征在于:所述力传感器为压力传感器或拉力传感器。
5.根据权利要求1所述的矿热炉电极做功点位置的确定方法，其特征在于:所述电极升降过程的位移量 Hl的具体检测方法如下:在电极夹持器或电极上端头设置位移传感器，检测电极升降过程的位移量信号，经信号转换器变换为直流电压模拟信号，提供给A/D采样板，转换成数字信号，然后输送给计算机，计算机根据位移传感器标定量程和输出电信号之间的比例关系计算得出电极升降过程的位移量Η1。
全文摘要
本发明公开了一种矿热炉电极做功点位置的确定方法，通过选择一个静止基准点，作为检测电极升降位移的基准点，并测量基准点到炉底之间的距离L；确定电极总长度Lp；检测电极升降过程的位移量H1；计算机根据公式Hp=L–Lp-H1计算出电极做功点到炉底之间的距离Hp。本发明的积极效果是通过本发明方法能够准确实时地检测电极做功点和炉底之间的距离值，使得操作者能够准确控制电极做功点在同一水平面位置以及将这一水平面控制在最佳位置，保持三相电极电弧功率平衡，提高矿热炉内温度场集中度，提高矿热炉自然功率因数，提高矿热炉电热转换效率，从而达到提高电、热效率，降低冶炼电耗，提高产量的目的。
文档编号G01B21/16GK103115599SQ20131003332
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者崔存生 申请人:成都高威节能科技有限公司