[发明专利]一种矿热炉电极的非接触检测及最佳熔炼控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及矿热炉冶炼中的生产工艺过程，特别涉及一种矿热炉冶炼过程中电极相对长度的非接触检测及最佳熔炼控制方法。

背景技术

电弧炉按其工作原理可分为直接加热电弧炉、间接加热电弧炉和电阻电弧炉三大类，矿热炉是直接加热式电弧炉，它的特点是：电弧在电极和炉料之间放电使焦炭催化燃烧，将铁矿粉熔化。炉料实际上亦为燃弧电极之一。在此类电弧炉中，直接处于高温电弧之下的炉料瞬即熔化。如果，炉料的熔点较低，气化温度低，则炉料大量气化，造成很大的损耗。另外，由于该种电弧炉的电极是直立的，不受弯曲的应力，所以电极的尺寸可以加大。很显然，电极的尺寸大，则输入炉内的功率就可以加大，所以炉子的容量就不受限制，可以做成超大型的。综上所述可以认为：直接加热式电弧炉适合用来熔炼熔点较高，且产量较高的金属。

所以在工业当中，主要用它来冶炼不同规格的钢铁、特种钢以及各种合金材料。特别适用于以下两种情况：第一，用来熔炼优质钢，因为电弧炉的炉温高，且调温方便，在炉内能够保持还原性气氛，从而能有效的除硫、磷等有害杂质。第二、这种电弧炉还适宜铸钢车间熔炼铸造钢。这一方面是由于浇铸钢件时，钢水需用量不多，电弧炉在容量匹配上容易满足浇铸要求；另一方面，还因为在电弧炉内熔炼及精炼出来的钢水温度高，且流动性好，因而适宜用来浇铸形状复杂的铸钢件。现代化电弧炉均为直接加热、炉底不导电式电炉。电弧发生在每一电极与炉料之间，已熔化的金属则形成负荷的中心点。

目前，在国内95％以上的电弧炉都没有实现全自动智能化的无人操作的电弧炉，都还使用人工操作方法，操作人员工作环境艰苦、劳动强度大、产品投入成本过高、耗能突出等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿热炉电极的非接触检测及最佳熔炼控制方法，其实现全自动智能化操作，降低劳动强度，降低产品投入成本，降低能耗。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种矿热炉电极的非接触检测及最佳熔炼控制方法，包括如下步骤：

第一步：在矿热炉的三相电极控制装置上，加装三套电极相对长度传感器，用于检测三个电极的各自相对长度，为最佳熔炼过程提供电极的相对长度及电极的耗损参数，以使工业控制计算机系统根据最佳熔炼过程的算法及其参数，确定对电极输出的控制量；

第二步：在矿热炉的三相电极液压控制装置上，加装导电横梁双侧液压缸位置检测系统，用于检测导电横梁的平衡及电极的垂直度，以使工业控制计算机系统结合电极相对长度传感器所检测的参数，计算出电极与冶炼溶面的电弧间距，调整最佳熔炼过程；

第三步：在矿热炉的布料控制装置上，由工业控制计算机系统控制布料车根据按需布料的原则，配合电极的运行方式实现矿热炉的自动合理布料；

第四步：根据电极的相对长度、导电横梁的位置量、布料下料量、炉底温度的参数，建立矿热炉电极的控制算法，并采用遗传算法对测量结果进行优化处理，由工业控制计算机系统自动输出控制量；

第五步：在矿热炉的电流环控制中，控制算法根据电流的变化区间内电极的相对长度及导电横梁的位置，编制电极控制量在子区间的位置上、下限，从而保证电极在运行中不飞车和失控，并在每一子区间设定报警、问询子系统，其问询量包括布料量、炉底温度、出品量等工艺参数，此过程由软件及算法自动完成；

第六步：采用数字液压控制系统实现对电极的精确控制，同时结合第四步的控制算法及输出量，对电极进行精确的闭环控制，从而实现矿热炉电极的非接触检测及最佳熔炼控制方法。

本发明的方法在实施过程中有如下要求：

1)在熔炼过程中具有高灵敏度，对电弧电流变化的反应要灵敏，可以用非灵敏区来衡量。非灵敏区指当电极调节量发生变化时，电极仍保持静止的整个区间。通常用不感系数代表调节器非灵敏区的大小。执行机构在开始向两个方向动作时的被调量之差与其算术平均值之比的百分数称为不感系数。

2)对电极调节的快速性要好，电极提升速度要快，否则容易造成短路而使高压断路器自动跳闸；下降要慢，适量进给，以免电极碰撞炉料而折断或插入熔液中。电极速度由零升至最大速度的90％所需时间不得大于0.35S，电极速度由最大速度降到10％所需时间不得大于0.155。

3)自动运行过程中，要保证电弧电流能在额定值的30-125％的范围内平滑地整定，无断流发生。

4)在电极同炉料短路时，在保证电弧稳定的情况下，应使电极以最大速度上升，并停止布料。

5)在控制过程中，保证电极升降控制能迅速地从自动切换为手动，或由手动切换为自动。