[发明专利]矿热炉电极升降控制方法

说明书

技术领域

本发明属于自动控制领域，涉及一种矿热炉电极升降控制方法。 

背景技术

矿热炉，属电弧炉系列的一种，冶炼的产品包括硅铁、硅锰合金、电石等，其冶炼的核心理论是：通过电离空气形成定向高温离子流-电弧，将电能转换成热能，为发生还原反应提供足够高的温度。 

电弧的状态取决于电极端头和放电体的距离、放电体的导电性、电压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，随着熔池液面的不断升高，炉料经常性下塌，电极端头因烧损从而导致插入料面下的长度变短以及熔池导电性的变化，需要适时调整三相电极的实际位置，以保持炉内始终能够处于最佳的冶炼状态，同时还要能够保持三相电极等效熔池电阻的平衡，以维持供电系统的稳定，达此目的的关键之一就是电极升降控制系统要有很好的控制性能，能根据炉内状态的变化适时调整电极位置，维持供电系统的稳定以及三相电极的稳定，与此同时还要利用低压无功补偿技术保证系统有较好的功率因数。 

冷态矿石不导电，熔融态混合体是良导电体，这一特点决定了矿热炉电极升降控制系统的复杂性和难点，也是众多从事矿热炉自动化控制的先行者们至今仍未成功的原因所在。到目前为止，国内现有矿热炉电极升降普遍为人工手动控制，当电流大于规定值时，提升电极，当电流小于规定值时，下降电极，个别使用PLC控制也是基于和人工控制相同的方法，其主要缺点是人工操作的随意性大、三相电极功率不平衡、单位产品电耗高、产量低、矿石回收率低。 

影响矿热炉冶炼电耗的因素很多，首先要解决热源的稳定问题，由计算机控制三相电极在炉内的位置，保证炉内热场的均衡稳定；然后解决炉料的均匀性问题，最好也使用计算机控制。这两大因素是矿热炉节电与否的关键，综合节电的空间在15％左右。第一因素的空间约6％至10％，第二因素的空间约4％至7％。 因此，取得低电耗的先决条件是要控制好电极位置，电极频繁的上下移动，这就导致高温区的不固定，破坏了形成的“坩埚”区，极大的影响化学反应的速度，大大增加电耗。 

发明内容

1. 本发明所要解决的技术问题。 

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种能降低冶炼电耗、提高生产率的矿热炉电极升降自动控制的方法。 

2. 本发明解决上述问题的技术方案。 

矿热炉电极升降自动控制的方法，包括变压器，在该变压器的初级装有电流互感器，互感器的电流输入电流互感器从而得到4-20MA的直流电压模拟信号，提供给下位机模拟量输入模块；另一路三相交流电压信号直接取自变压器次级出线排上的交流电压信号，经互感器和变送器后输出也是4~20MA的直流电压模拟信号；上述六路信号经PLC模拟量输入模块和输入的手动控制开关信号和限位控制开关信号进行运算； 

运算后的输出信号分别输向液压驱动系统，即：计算机的输出信号经数字量输出模块输出控制电极液压升降装置的升降，控制信号通过接触器控制液压电磁阀实电极上、下运动，从而改变三相电极的等效熔池阻抗； 

所述变压器的输入电源是由电网10KV或35KV或110KV三相交流电经隔离开关、真空开关接入至变压器初级，经变换后在次级输出120V的三相交流电，通过由大截面铜管、软铜电缆组成的大截面短网、导电装置和石墨电极相接，进入炉内，提供还原反应所需的能量。 

根据矿热炉冶炼产品和工艺对电压、电流的要求，以三相电极等效熔池电阻作为控制量，机控制系统将自动地实时地检测到的参数值(电压、电流)进行运算与设定值进行三相平衡和比较运算，并根据控制数学模型、控制策略和异常炉况模型进行分析判断，然后发出一组控制信号给液压电磁阀，进而带动电极上下运动，改变熔池电阻，或脱离自动控制并提醒操作者处理，使系统迅速地纠正偏差，维持其运行在设定范围内；本发明采样系统是将控制对象的实时状态及其检测值送入下位机的关键接口，它的可靠性和准确性直接关系到系统的控制性能，本系统中采样的对象为短网电压和电流，采样部分包括互感器和变送器；下位机PLC是整个控制系统的核心，它负责控制模型的处理运算、决策、实时数据的存储运算；上位机使用WinCC作为监控软件；本发明的操作界面为全中文菜单提示，系统运行时可以实时看到电极电压、电流及电阻的实际数值及其波动图形，当冶炼出现异常炉况时，系统会提示操作者进行处理；当系统出现故障时，也可从显示器的画面上进行判断。 

本发明能够根据矿热炉冶炼过程中不同阶段的熔池电阻进行自动控制、降低单位产品能耗和提高矿石回收率的目的。 

图1是本发明控制电路方框示意图。 

图2是矿热炉电极系统等效电路图。