矿热炉自动控制方法与流程

本发明涉及自动化控制领域，具体涉及一种矿热炉自动控制方法。

背景技术：

目前矿热炉自动控制方法为电脑和人工操作，人工控制电流波动、人工压放电极、控制电极上下活动，人工判断炉况波动，采用人工判断和操作存在以下几点不足：

1、容易造成误判，因为人工带有强烈的个人思路、主观判断、情绪等因素。

2、人工对数据的收集整理，判断分析会有遗漏，对大数据分析不够全面。

3、如果人工操作不及时，易造成漏操作或误操作等情况。

4、现有控炉时只能根据二次电流及有功功率控炉，往往为了保有功而使得电极入料越来越浅。电极变浅以后，想将电极插下去，就必须降低功率，工作人员但又不愿功率下降太多，结果导致电极总下不去。在电流变大时，工作人员不知道是提电极还是降压？在电流变小时，是下电极还是升压？因此现有的炉况不稳定、效率低、能耗高。

技术实现要素：

本发明目的是为了解决矿热炉功率低、能耗高的问题，提供一种矿热炉自动控制方法。

依据本发明的一个方面，提供一种矿热炉自动控制方法，包括步骤：

预设矿热炉各电气信息的控制参数；

监测矿热炉各电气信息的运行参数，根据各运行参数是否满足预设条件进行电极升降、电极压放及变压器档位的自动调节。

可选地，矿热炉自动控制方法，所述矿热炉各电气信息包括：电极入料深度、电极平均深度、电弧电压、电极电流、有功功率、电极长度和压放时间。

可选地，矿热炉自动控制方法，所述根据各运行参数是否满足预设条件进行电极升降、电极压放及变压器档位的自动调节，之前：判断三相电极电流是否平衡，若三相电极电流平衡，则根据各运行参数是否满足预设条件进行电极升降、电极压放及变压器档位的自动调节；否则调平三相电极电流。

可选地，矿热炉自动控制方法，根据各运行参数是否满足预设条件进行电极升降、电极压放及变压器档位的自动调节，包括：根据监测的电极平均深度、电弧电压和电极电流的运行参数是否在预设控制参数范围内进行电极升降调节；根据监测的有功功率和电极电流的运行参数是否在预设控制参数范围内进行变压器档位调节；根据监测的电极长度和压放时间的运行参数是否在预设控制参数范围内进行电极压放调节。

可选地，矿热炉自动控制方法，具体地：判断监测的电极平均深度是否超出预设控制参数，若电极平均深度超出预设控制参数，电极总升或总降；否则，判断监测的电弧电压是否不小于预设控制参数及电极电流是否大于预设控制参数，若是，电极入料深度不小于控制参数上限时电极总升；否则，判断监测的电弧电压是否不大于预设控制参数及电极电流是否小于预设控制参数，若是，电极入料深度不大于控制参数下限时电极总降；否则，判断监测的有功功率是否大于控制参数上限值，若是变压器降低一档电压；否则，判断监测的有功功率是否小于控制参数下限值及电极电流是否小于预设控制参数，若是变压器升高一档电压；否则，判断监测的电极长度是否大于预设控制参数及是否距上次压放超过最短时间，若是，单相压放；否则判断监测的电极长度是否大于预设控制参数及是否距上次压放超过最长时间，若是，单相压放。

可选地，矿热炉自动控制方法，所述调平三相电极电流采用带相原理调平三相电流。

可选地，矿热炉自动控制方法，还包括对监测的矿热炉各电气信息的运行参数进行建模运算，更新控制参数。

与现有技术相比，本发明的效果如下：本发明方法能够实现电极自动升降、电极自动压放、变压器档位的自动调节。解决了炉况不稳定、效率低、能耗高的问题。与之前人工控炉方式相比，在同等炉料炉况条件下，电炉运行更稳定，单位电耗下降，产量提高，实现了增产节电的目的。

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

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明具体实施例的流程图；

图3是本发明系统的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种矿热炉自动控制方法，包括步骤：

步骤s1:预设矿热炉各电气信息的控制参数；

本发明实施例中，所述矿热炉各电气信息包括所有仪表的通信信息、矿热炉设计参数信息和电炉用变压器信息，如：电极入料深度、电极平均深度、电弧电压、电极电流、有功功率、电极长度、压放时间、电阻率、电极消耗、电极位移、炉变过载保护倍数和分段控制设置等。矿热炉各电气信息的控制参数包括：有功功率上限、有功功率下限、电极电流允许值、最长压放时间、最短压放时间、电极浅位限值、电极深位限值、电极位移上行限值、电极位移下行限值、电极电流电流密度、电弧电压控制值、电极消耗、炉变过载保护倍数、压放一次下移量、电极长度控制值、标准电阻率、标准出炉电量及分段控制设置。根据不同的炉况设置不同的控制参数。要实现矿热炉自动控制，最关键技术是电极入料深度的准确测量。

本发明所述电极入料深度采用炉外磁场法，通过电磁传感器测得电极工作时在炉体外产生的磁场信号。因为电极工作时的大电流会在炉体外产生磁场，电极下插深度的不同，磁场强度会产生变化，通过电磁传感器测得磁场信号，利用磁场来得到电极在矿热炉中的位置。电极入料深度是经一段时间的运行数据分析而来，而且与冶炼周期有关，因此无论自动还是手动操作，都必须堵眼。其它控制参数

进一步地，所述电极入料深度还通过调整基准磁阻抗系数进行电极入料深度校验。在系统刚投入运行时，需要对电极入料深度进行校验，达到显示值与实际值相匹配，如果运行一段时间后，显示值与实际值仍有偏差，提高了电极入料深度的信息的准确性。

电极入料深度及有功功率上下限设置是控炉成功与否的关键，电极入料深度及有功功率上下限的预设条件是：

①有功设置值大，电极工作浅，有功设置的低，电极工作深；

②电极到顶了，电极还大？

如果炉温不高，则把深度上限值改小一点，让电极经继续提而不是降压，

如果炉温比正常偏高，说明电极过浅，只能降压降负荷；

③电极下得慢，等电流小到可以下电极了，但又过了下电极阶段，此时如果电极未过中间值，可以把电极结束电量加大，让电极继续下。

④电极下得深，有利于加厚固体物料层，减少炉面散热，但电极下得过深功率下降太多，产量会减少，因此设定合理的电极上下限很关键，可以从历史数据中，找出炉况好的阶段对应的电极工作范围，以此做为电极入料深度的设定值。

⑤只要电流够小，有功也够大，就可以争取电极多插下去，此时即使电极已下到下限，也可以把下限入料深度调大。

⑥不是说提电极阶段必须提电极，下电极阶段不能提电极，提电极是因为电流超了，如不提只能降压减小有功。冶炼的后半段必须使电极工作在深位至少在设定上下限的中间线以下，因为后半段炉温最高，需要的保温层也越厚。确保熔池温度够高很重要，延长出铁时间可以提高炉温，调整出炉电量或出炉时间应使每一炉铁水包基本上装满。例如，铁水包可装32吨，如果出一炉才装29吨，下一炉可增加2吨的电量出炉。

⑦实际有功功率超过上限有功设置值时，自动降压；有功功率低于下限有功设置值时，同时电极电流小于允许值的0.98倍时，才会升压。

⑧当确认电极偏浅时，由于熔池已经上移，需调小有功上下限，电极上下限逐步下调，不要一步调太大，以下电极时能下到底线为准，若本炉能到底线了，下一炉再把下限加大20，逐步把电极养下去。这个过程可能要数天，当把电极下到合适位置后，再把有功逐步调大，每次调大的值以电极平均深度能下到底线为准。如冶炼后期容易出现翻渣，则说明电极过深，此时只需把电极入料深度下限上提一下即可，其他参数不用改。

⑨所述电极入料深度的上下限之间差距为100mm。

⑩当观察炉温偏高时，将电极入料深度限值统一调深一些，反之调浅一些。

所述电极电流的控制参数是以水温不超为依据，且在无低压补偿时，电极电流范围值的设定还要考虑炉变二次及一次电流不超负荷。

电极位移是通过拉线计米器来测量，信号经模数转换后显示在计算机上，但显示数据往往与实际位移有偏差，此时可以通过校正电极位移显示值与实际匹配。

步骤s2：监测矿热炉各电气信息的运行参数，根据各运行参数是否满足预设条件进行电极升降、电极压放及变压器档位的自动调节。

本发明在所述根据各运行参数是否满足预设条件进行电极升降、电极压放及变压器档位的自动调节之前：判断三相电极电流是否平衡，若三相电极电流平衡，则根据各运行参数是否满足预设条件进行电极升降、电极压放及变压器档位的自动调节；否则调平三相电极电流。若三相电极电流不平衡，且电流三相偏差大于3％，采用带相原理调平电流；调平过程中，最深最浅电极入料深度差不超过130mm，使三相电极电流平衡。

若出现电流不调平衡，是否最深电极和最浅电极相差超过了130mm，如果是，则查一下电极位移是不是某一相连续动太多，如果是，则维持，如果不是，则通过电极校验把最深电极减30，最浅电极加30。

本发明根据各运行参数是否满足预设条件进行电极升降、电极压放及变压器档位的自动调节，包括：根据监测的电极平均深度、电弧电压和电极电流的运行参数是否在预设控制参数范围内进行电极升降调节；根据监测的有功功率和电极电流的运行参数是否在预设控制参数范围内进行变压器档位调节；根据监测的电极长度和压放时间的运行参数是否在预设控制参数范围内进行电极压放调节。

参见图2所示，本发明具体实施例：判断监测的电极平均深度是否超出预设控制参数，若电极平均深度超出预设控制参数，电极总升或总降；否则，判断监测的电弧电压是否不小于预设控制参数及电极电流是否大于预设控制参数，若是，电极入料深度不小于控制参数上限时电极总升；否则，判断监测的电弧电压是否不大于预设控制参数及电极电流是否小于预设控制参数，若是，电极入料深度不大于控制参数下限时电极总降；否则，判断监测的有功功率是否大于控制参数上限值，若是变压器降低一档电压；否则，判断监测的有功功率是否小于控制参数下限值及电极电流是否小于预设控制参数，若是变压器升高一档电压；否则，判断监测的电极长度是否大于预设控制参数及是否距上次压放超过最短时间，若是，单相压放；否则判断监测的电极长度是否大于预设控制参数及是否距上次压放超过最长时间，若是，单相压放。

电极自动调节的原理为：

优先调平三相电流，最大一相的电极电流大于允许值时，三相同步提电极，提到三相平均深度小于深度上限值时，电极不再提，此时如果电极电流还超，则三相同步降压；

电极电流小于允许值的0.97倍时，三相同步下电极，下到深度下限值时不再下电极，此时电流还小则三相同步升压。

电流调平过程中，最大电极入料深度与最小电极入料深度偏差不大于120mm，例如某一电极最浅电极入料深度为1100，如果判断最深一相需要下插调平电流，但最大入料已超过1200mm，此时就不能下插。

本发明控制方法的原则：

①电流大，提电极，提到电极平均深度小于上限值时，电流还大则降压；

②电流小，下电极，下到电极平均深度大于下限，电流还小则升压；

③分五个阶段控，每个阶段开始与结束的时间可以根据工作人员自行设定，若工作人员想提前开始，则把起点电量减小；想晚点结束，则把结束点电量加大。

④有功大于上限值时，会降压，不想功率那么高，则把有功上限值减小，否则加大。

⑤有功小于下限值时，如果电流允许，则优先升压。

⑥在下电极阶段，如果电极下不到中间线(比如上限为1100mm,下限为1400mm，则中间值为1250mm),操作系统会强行下电极，如果电流超了以后会降压，此功能是为了保证电极必须下到一定深度。

⑦电极总长大于设定值时，按最长时间间隔压放；电极总长小于设定值时，按最短时间压放。

本发明的另一实施例，矿热炉自动控制方法还包括对监测的矿热炉各电气信息的运行参数进行建模运算，更新控制参数。通过该方法更新预设的矿热炉各电气信息的控制参数，预设条件利用更新后的控制参数，从而提高控制效率，进一步节约能效。

为了进一步地说明本发明操作方法，下面以硅锰炉自动化控炉为例：

该控炉的控制规则：

1.在炼初期电流逐渐变大，后期又逐渐变小，每炉周期性变化；

2.对应上述变化采用三种控炉方法，如下表所示：

3.电极入料深度与有功及生产指标的关系：

①电极插得深，炉面散热少，炉料吸收气化金属及烟尘多，有利于降低矿耗及电耗，利于环保，但有功功率会降低，产量受影响。

②电极插得浅，有功功率高，产量高，但炉面散热多，炉料吸收气化金属及烟尘少，矿耗高及电耗也高。因此需要在有功、产量、单耗之间找一个最佳控炉参数。

③电极变浅，施加的有功必须降低；所以电极到上限时有功要低一些。

④电极变深，施加的有功才可加大；所以电极到下限时有功可到最大。

参见图3所示，本发明矿热炉自动控制方法在矿热炉自动控制系统中运行，矿热炉自动控制系统包括数据采集系统1、数据处理系统2和自动控制系统3，

所述数据采集系统1，用于监测矿热炉各电气信息的运行参数并发送到所述数据处理单元。如：采集电极入料深度、电极电流等运行参数。

所述数据处理系统2，用于预设矿热炉各电气信息的控制参数，利用所述数据采集系统采集的运行数据、设置的控制参数的范围值和电炉用变压器参数进行建模运算得到所需的控炉参数，并输出控制开关量给所述自动控制系统。

所述自动控制系统3，用于根据接收的所述数据处理系统的各运行参数是否满足预设条件进行电极升降、电极压放及变压器档位的自动调节。

在操作系统中录入每一炉的产量，以便系统进行每一炉的能耗分析。如果在运行期间，忘记输入单炉产量或者输入不正确时，可以对产量和冶炼时间进行修改，修改完成后，矿热炉自动控制系统会自动重新进行数据运算，得出新的单炉能耗数据。

运行中重启矿热炉自动控制系统时，请记录停止程序前的电极入料深度，重启后按此深度校验，或按实测深度校验，同时输入本炉用电量。

长时间不用再次启动矿热炉自动控制系统时，先在手动下运行一天，期间请务必按时堵眼，一天以后电极入料深度会逐渐自动校验到较准确数值。