熔化设备和相应的管理方法与流程

本发明涉及一种用于管理熔化设备的方法，该熔化设备特别地但不仅限于包括用于熔化金属产品的电弧炉。本发明特别地涉及一种用于管理传输到电炉和/或电炉的炉料的能量的方法，以通过优化执行熔化处理所需的能量来源的组合的输送来保证改进的功能，能量来源的组合例如但不限于电和化学来源。

背景技术：

1、已知的熔化设备包括电炉，例如电弧炉，用于通过操作周期来熔化金属炉料，该操作周期通常规定以下主要步骤：

2、-在炉内装载金属材料，通常是废料，通过篮子或通过连续装料系统加入废料和/或直接还原铁(dri)；

3、-产生电弧，其中电极朝向金属材料下降，直到在电极的端部和要熔化的材料之间触发电弧；

4、-通过产生的电弧在金属材料层上穿孔，随后开始熔化炉料；

5、-形成金属熔池；

6、-精炼熔化材料，以调节熔池的温度和钢的碳含量，和/或通过添加化学成分来限定钢的期望组成；

7、-在可能的造渣操作之后，对电炉中存在的熔化材料排渣。

8、在一个熔化周期中，装料、产生电弧和对材料穿孔的操作可以重复几次。例如，在将金属材料被首次装料到炉中并熔化该炉料之后，可以规定在进行精炼和然后排渣之前引入金属材料的进一步装料并随后熔化。

9、在连续装料的熔化处理的情况下，上述熔化周期通常规定将第一个篮子装载到炉中，并且随后熔化排出的材料，以产生液体池；然后，它规定要熔化的炉料的连续引入，以获得期望的排渣量。

10、熔化处理总体上确定了非常高的能量消耗，并且其特征在于熔化曲线，该熔化曲线必须针对炉进行优化，以达到所需的生产率水平和性能水平。

11、我们提到的熔化曲线实质上指的是使得操作周期能够成功进行所需的电能和化学能的量；该曲线通常以多个变量为特征，诸如供电电网的电压、电流、燃烧器的火焰输送速率、要生产的钢的类型、使用的废料混合物和其他因素。

12、还基于炉的尺寸以及安装的电能和化学能来预先确定熔化曲线。

13、通常，电弧炉由电力变压器供电，电力变压器可以以离散的方式改变输出电压。

14、通常，熔化曲线适应变压器规定的约束，因此目前几乎不可能在整个熔化周期中完全满足期望的理论处理要求。

15、由于需要使可用能量适应涉及到的所有其他参数，这可能导致炉的生产率降低，或者这可能导致不能实现铸件的质量目标，或者还可能导致过高的生产成本。

16、此外，目前，电能和化学能的受控变量仅通过使用代表废料的熔化状态的参数来引导，并且不能动态地适应其它处理变量，也不能基于过去获得的结果的历史记录来调整它们。

17、同样众所周知的是，可用于熔化处理的能量也在很大程度上取决于在熔化设备的安装地点存在的用于供应电能和化学能的基础设施的类型。因此，很明显，用于管理炉的方法必须考虑这一方面。

18、文献ru 2 180 923 c1描述了一种用于控制熔化处理的方法，其中优化以离散的间隔(5-12秒)发生，而不是以连续和动态的方式发生，对处理的控制有很大的限制，处理的参数连续变化。此外，这种方法没有考虑在以前的熔化操作中获得的结果的历史记录。

19、另一方面，文献us2013/0000445描述了一种用于控制金属熔化设备中的炉渣稠度的方法，但是没有解释如何优化电能和化学能的输送，这是进行熔化处理所必需的。

20、因此，需要完善例如电弧炉的熔化设备以及相应的器械和管理方法，其能够克服现有技术的至少一个缺点。

21、本发明的一个目的是提供一种熔化设备，其包括能够优化当时可用的电能和化学能的输送的管理器械。

22、本发明的另一目的是完善一种用于管理电弧炉的电力供应的方法，该方法允许优化当时可用的电能和化学能的输送曲线。

23、本发明的另一目的是提供一种管理方法，其中熔化曲线动态地适应可用的能量。

24、本发明的另一目的是提供一种管理方法，该方法允许以基本连续的方式优化炉的整体性能并且提高熔化处理的效率。

25、申请人已经设计、测试和实施了本发明，以克服现有技术的缺点并获得这些和其他目的和优点。

技术实现思路

1、本发明在独立权利要求中阐述并表征。从属权利要求描述了本发明的其他特征或主要发明构思的变型。

2、根据上述目的，熔化设备包括电炉和管理器械，所述电炉设置有一个以上的电极和至少化学物质引入装置，所述管理器械包括布置在电网和所述电炉之间的至少一个解耦单元。

3、根据一个方案，管理器械包括控制单元，所述控制单元具有：

4、-存储模块，其具有存储多个熔化曲线的至少一个数据库，

5、-计算模块，其被编程为实现优化函数，所述优化函数特别参照电能和化学能的消耗，自动生成适于使熔化设备的成本函数最小化的当前的熔化曲线，其中，所述计算模块被配置为在与要在所述电炉中实现的确定的熔化条件相关的参数和在先前熔化中出现的相应的操作参数之间进行比较，以便从所述存储模块的所述数据库中选择一个以上的基准熔化曲线，以及

6、-管理模块，其被配置为从所述计算模块接收与所述当前的熔化曲线相关的数据，并且将它们转换成分别要发送到所述设备与所述电网之间的所述解耦单元和所述化学物质引入装置的操作信号。

7、根据一些实施例，因此提供了一种用于管理熔化设备的方法，所述方法规定通过电炉与电网之间的解耦单元和化学物质引入装置来控制所述电炉的电力供应和化学供应。

8、根据一个方案，所述方法规定在熔化周期期间：

9、-管理器械的控制单元的计算模块通过优化函数自动生成使特别是电能和化学能的成本函数最小化的当前的熔化曲线，其中在生成所述熔化曲线之前，所述计算模块将与要实现的确定的熔化条件相关的参数和在先前熔化中出现的相应的操作参数之间进行比较，以便从所述控制单元的存储模块的数据库中选择一个以上的基准熔化曲线，以及

10、-所述控制单元的管理模块从所述计算模块接收与当前的熔化曲线相关的数据，并且生成分别要发送到所述解耦单元和所述化学物质引入装置的操作信号，使得它们输送所需的电能和化学能。

技术特征：

1.一种熔化设备(10)，包括电炉(12)和管理器械(11)，所述电炉设置有一个以上的电极(13)和化学物质引入装置(15)，所述管理器械包括布置在电网(100)和所述电炉(12)之间的解耦单元(14)，其特征在于，所述管理器械(11)包括控制单元(16)，所述控制单元具有：

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述成本函数(cf)至少取决于电力供应量和/或化学供应量。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述电力供应量是弧电流(ia)、弧电压(ua)和弧供应频率(fa)，并且在于所述化学供应量包括至少一股氧气流(qo2)、一股燃料流(qfuel)、一股碳流(qc)和一股石灰流(qlime)。

4.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述管理模块(19)还被配置为接收与所述当前的熔化曲线(mp)相关的数据，并且将它们记录在所述存储模块(17)上，以连续更新所述数据库。

5.一种用于管理熔化设备(10)的方法，所述方法规定通过解耦单元(14)和化学物质引入装置(15)来控制电炉(12)的电力和化学供应，其特征在于，在熔化周期期间：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过使所述成本函数(cf)最小化，使以下任一项中的一项或多项最小化：随时间推移所需的能量、电能的消耗或所述电炉(12)的电极(13)的磨损。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述熔化周期规定可能在若干时刻的装料步骤、熔化步骤和精炼步骤，其中，所述方法规定根据所述周期的特定步骤以优化的方式改变电和化学熔化曲线(mp)。

技术总结
一种熔化设备(10)包括电炉(12)以及管理器械(11)，所述电炉设置有一个以上的电极(13)和化学物质引入装置(15)，所述管理器械包括布置在电网(100)和所述电炉(12)之间的解耦单元(14)。本发明还涉及一种用于管理熔化设备(10)的方法。

技术研发人员：马可•奥梅托,亚历山德罗•阿德西,安德里亚•保罗,洛里斯•布索利尼
受保护的技术使用者：达涅利自动化有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15