[发明专利]一种电渣炉熔化电极剩余长度的软测量方法

说明书

技术领域

本发明属于电渣冶金领域。特别提供一种基于多传感器融合模型的熔化电极剩余长度软测量方法，为大型电渣炉的自动换电极操作提供必要条件，减少贵金属原材料的浪费，降低生产成本，提高生产效率。

背景技术

电渣炉是冶金领域被广泛应用的一种精炼设备，电渣重熔（Electroslag Remelting 以下简称ESR）钢锭以其高纯度、组织质密和良好的机械性能而被广泛的应用在各种具有特殊要求的场合，如机器制造，燃气轮机制造，宇航技术，核子动力工程等。

电渣冶金技术得到长足发展主要缘于它在以下几方面中的优势：

性能的优越性：电渣产品金属纯净、组织致密、成分均匀、表面光洁。产品使用性能优异。如GCr15电渣钢制成轴承寿命是电炉钢轴承的3.35倍。

生产的灵活性：电渣重熔可生产圆锭、方锭、扁锭及空心锭。电渣熔铸可生产圆管、椭圆管、偏心管、方形管。所熔铸的异形铸件从几克重的金属假牙到150吨的水泥回转窑炉圈。

工艺的稳定性：质量与性能的再现性高。

经济上的合理性：设备简单、操作方便、生产费用低于真空电弧重熔，金属成材率高，对超级合金、高合金及大钢锭而言，提高成材率，其效益足以抵消生产成本。

过程的可控性：过程控制参量较少，目标参量易达到，便于自动化。对产品微量化学成分，夹杂物的形态及性质、晶粒尺寸、结晶方向、显微偏析、碳化物颗粒度及结构等都能予以控制。

电渣炉是将多根电极熔化成一个铸锭的过程。在熔化过程中，需要进行多次换电极操作。换电极时希望电极剩余长度尽可能小，提高贵重金属电极的利用率。但由于炉口属于高温高烟气环境，电极的剩余长度很难测量，实际操作时都是操作工戴镜近距离观察，工人工作环境恶劣。人为观察就带来了人为因素，经常出现电极剩余长度较大现象，甚至还会出现连接金属电极的假电极熔化事故，使铸锭报废。另外，由于换电极的人工观察，换电极过程无法实现自动化，造成生产效率低下。因此建立一个电极剩余长度检测模型就成为了当务之急。目前对电极剩余长度的检测研究，还处于空白的层面上。为此，国家科技重大专项要求对自动换电极技术进行攻关，要求开发具有自主知识产权的电极剩余长度检测技术，并应用于大型电渣炉中，促进电渣冶金技术发展。

发明内容

本发明是国家科技部批准的《国家科技重大专项大型电渣重熔炉设备》攻关项目中的《自动换电极装置的研制》的配套新技术。

本发明提供了基于重量预测模型和位置预测模型融合的电极剩余长度检测方法，根据建立的模型预测电极剩余长度，为确定最佳的换电极操作长度提供可靠依据。

本发明以国家科技重大专项大型电渣重熔炉设备为研究对象，经过现场调研、查阅文献、方程推导，建立起了重量预测模型和位置预测模型。由于受到干扰因素及不确定因素的影响，单一的重量预测模型或位置预测模型都不够准确，而根据多传感器测量理论，可以对二者的结果进行融合，以提高检测的准确性。本发明将采用基于随机加权估计的多传感器信息融合算法, 用于解决多传感器对电极剩余长度进行测量时权的最优分配问题。该方法的特点是安全可靠、成本低、易于推广。

本发明针对的是三相六电极大型电渣炉，其电极剩余长度检测较单相电渣炉更为复杂，提出的方法更具有普遍性。前面提及，在电极自动更换过程中，关键问题是实现电极剩余长度自动检测，然而由于熔炼的高温环境以及烟气影响，目前并没有有效的直接检测手段。一般情况下，设备上安装有编码器或位置尺进行电极位置检测，称重传感器进行电极重量检测。因此，采用软测量方法对电极剩余长度进行数据融合估计。

一种电渣炉熔化电极剩余长度的软测量方法，包括下述步骤：

（1）建立位置剩余长度预测模型

熔炼过程中各位置变化关系如图1所示。

根据熔炼过程中各位置变化关系及熔化结晶模型可以得到电极剩余长度的软测量公式为

             （1）

式（1）中，为电极的初始长度，为电极的剩余长度，为电极消耗的长度，为电极更换后点弧平稳起始位置，其值每次电极更换后都须重新确定；为有效熔炼电流下电极位置高度；为熔化结晶模型；为渣量补偿模型。

根据质量守恒定律，的求解满足式（2）关系，的求解满足式（3）关系

                    （2）

                    （3）

式中为电极面积，为结晶器高度处的截面积，为浸入系数。