[发明专利]一种稀土氧化物电解炉的控制系统及方法

说明书

技术领域

   本发明属于氧化物融盐电解生产稀土金属技术领域,涉及稀土氧化物电解炉的控制系统及方法。

背景技术

氧化物融盐电解生产稀土金属技术工艺，自问世以来已三十个春秋，经过多年的发展其技术工艺已得到长足的进步。电解炉已发展到第四代 (俗称水炉子), 电解电流也从80年代的1500A发展到现在的30000A ，产品碳含量也从1500PPm降低到小于100PPm , 单炉产量也增加了3~4倍，可以说我国目前的氧化物融盐电解生产稀土金属技术工艺已处于世界领先水平，尽管技术工艺很先进，但生产控制自动化程度不高，完全依靠员工个人的技能水平及经验，这也是产品质量不稳定一致性差的根本原因。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够保证产品质量稳定的稀土氧化物电解炉控制方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种稀土氧化物电解炉的控制系统，包括DSP控制器、氧化物加料控制系统、锂盐加料控制系统、锂盐称重系统、氧化物称重系统、温度控制系统、电压控制系统、电流控制系统、人机HMI和控制台；

所述DSP控制器作为控制中心内部设置有各控制系统的控制模块，并植有相应的控制程序；所述人机HMI中设有自动操控程序；所述控制台具有各种所需的手动操控按钮；

所述温度控制系统控制电解炉电解液的温度，包括远红外传感器和温度变送器；DSP控制器和温度变送器连接，采集温度信号接收；同时根据测量的温度和当前温度整定值的偏差，计算出电流的调整量，向电解电源发出调整电解电流的指令，调整电解电源的输出电流，把温度调整到指定的温度值；

所述氧化物加料控制系统包括通过步进电机驱动A与DSP控制器连接的氧化物加料机；锂盐加料系统包括通过步进电机驱动B与DSP控制器连接的锂盐加料机；

所述氧化物称重控制系统包括受DSP控制器控制的氧化物加料称重传感器，氧化物加料称重传感器连接氧化物称重传感器；

所述锂盐称重系统包括受DSP控制器控制的锂盐加料称重变送器（13），锂盐加料称重变送器连接锂盐称重传感器；

所述电压控制系统包括受DSP控制器控制的电压变送器，电压变送器连接电压传感器；

所述电流控制系统包括受DSP控制器控制的电流变送器，电流变送器连接霍尔电流传感器。

所述DSP控制器型号是TMS320F2812。

一种控制稀土氧化物电解炉的方法，包括以下步骤：

步骤一：采集电流电压，计算Rp：

DSP控制器实时计算Rp，电阻模型Rp=μ*{(V-Ex)/I}*106,其中V为电解炉的端电压，Ex为金属的分解电压，I为电解电流，μ为电流效率；

步骤二：对电阻模型Rp进行判断：Rp的值与电解液浓度的关系是Rp越大，电解液越稠；Rp越小，电解液越稀，设定Rp的上限值为Rh，其下限值为Rl，具体包括以下步骤：

（1）如果Rp大于Rh，就判断电解液液面的高低，用CCD远红外测温仪测量电解液的液面，如果液面较高，说明电解液浓度大，则进入步骤三；如果液面较低，则需要加入锂盐进行稀释，每次加入5克进行缓慢稀释，然后进入步骤三；

用CCD远红外测温仪测量电解液的液面, CCD既可以测出其靶面内的平均温度,给出靶面内温度的等温线,根据等温线的移动就可以判断液面的变化,具体如下:

a.安装红外CCD,只要安装位置确定，则CCD的测量靶面也就确定，通常情况是把液面居于靶面的2/3处；

b.根据CCD靶面的等温线判断液面的高度：电流稳定的情况下，设置等温线的温度x℃，当x℃等温线的面积为大于靶面95%时，液面达到上限；当x℃等温线的面积为小于靶面30%时，液面达到下限，所述等温线的温度x℃为800℃-1000℃;

（2）如果Rp小于Rh且大于Rl，则进入步骤三；

（3）如果Rp＜Rl，用步骤（1）中的方法判断电解液液面的高低，如果液面高，进入步骤五；如果液面低，则加入氧化物，然后进入步骤五；

步骤三：计算氧化物加料量，具体包括以下步骤：

（1）加料量计算公式：W=I*η*μ/36000，I是电流，η是电流效率，μ电化当量，T是时间，W是析出金属质量；

（2）根据析出的金属质量折算氧化物质量的方法

设金属的质量为m,氧化物的金属含量为23%，则金属质量m折算出的氧化物质量=m÷23%；若m=5Kg，折算的氧化物=21.739Kg电解生产中金属不同，不同氧化物的金属含量也不同，在3%--95%之间变化；