一种基于可控硅电源的真空自耗电弧炉熔滴测试方法

摘要

本发明涉及一种基于可控硅电源的真空自耗电弧炉熔滴测试方法，其特征在于：采用可控硅电源作为真空自耗电弧炉的供电电源，测试步骤如下：将真空自耗电弧炉的炉压信号进行变压处理，然后由DSP处理器进行频率不低于50KHz的采样，得到采样数据；对采样转换数据进行多阶陷波处理，将陷波处理数据逐个与设定的阈值进行比较，得到熔滴短路脉冲中所包含的连续的小于阈值的采样变换值个数除以采样率得到该熔滴短路脉冲的持续时间，并通过串口输出到控制设备PLC上。有益效果是，及时敏锐地检测到弧长的变化，为后续的熔滴控制提供了精准的测试数据，保证了高温合金熔炼的致密性。

权利要求

1.一种基于可控硅电源的真空自耗电弧炉熔滴测试方法，其特征在于：采用可控硅电源作为真空自耗电弧炉的供电电源，测试步骤如下：步骤1：将真空自耗电弧炉的炉压信号进行变压处理，变至DSP处理器AD模块的工作电压范围后，然后由DSP处理器进行频率不低于50KHz的采样，得到采样数据；

步骤2：在采样的同时，对采样转换数据进行多阶陷波处理；

步骤3：将多阶陷波处理后的数据逐个与设定的阈值进行比较，当陷波处理后的数据大于阈值时舍弃，当陷波处理后的数据出现小于阈值时为熔滴短路脉冲的起始信号，当陷波处理后的数据再次出现大于阈值时为熔滴短路脉冲的结束信号；以熔滴短路脉冲中所包含的连续的小于阈值的采样变换值个数除以采样率得到该熔滴短路脉冲的持续时间，处理

1秒的数据得到1秒钟内熔滴短路脉冲的个数和每个熔滴短路脉冲所持续的时间；

所述阈值为炉压信号基准电压值变压后的一半；

步骤4：将步骤3循环60次，得到一分钟内的熔滴短路脉冲个数和每个熔滴短路脉冲所持续的时间，并通过串口输出到控制设备PLC上；

步骤5：重复n次步骤3，并以重复的结果刷新上一分钟同等时间长度的最滞后的测试数据，再将刷新后的一分钟数据通过串口输出到控制设备PLC上；在真空自耗电弧炉的熔炼中，重复本步骤直至真空自耗电弧炉熔炼结束；所述n为5～60次。

说明书

一种基于可控硅电源的真空自耗电弧炉熔滴测试方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于可控硅电源的真空自耗电弧炉熔滴测试方法，尤其适用于电压与弧长线性斜率不十分显著的重熔工艺中。

背景技术

[0002] 为了保证金属熔炼的质量，真空自耗电弧炉必须具有非常稳定可靠的自动控制系统。其中，弧长波动是造成偏析和检查不合格的主要原因，因此弧长的控制尤为重要。目前国内大都是采用弧压结合恒熔速来控制熔炼工程，这种控制方式比较简单，容易实现，但是很多特种钢或者高温合金、稀有金属合金对弧压并不敏感，而对熔滴个数比较敏感。但是目前成熟的熔滴测控技术都掌握在国外大公司如德国ALD手中，国内相关人员也做过初步研究，但是还没有成熟的测控技术应用于实际的特种金属熔炼。

[0003] 研究表明，熔滴短路脉冲对弧长的微小变化和真空电弧扰动都极为敏感，可通过对熔滴短路脉冲进行测试，根据测试结果来调节电极进给速度进而控制弧长。这种控制方法比弧压控制更加精准，在稳定熔炼状态下能取得很好的控制效果，获得高质量的高温合金金属材料。然而基于饱和电抗器稳流电源的熔滴测试和控制系统的关键技术还被国外大公司所垄断，进口价格非常昂贵，而且基本不出售单独的熔滴测试设备。而基于可控硅电源的熔滴测控，经查证，国外也没有发现类似技术，而一般采用饱和电抗器电源来实施熔滴测控。

发明内容

[0004] 要解决的技术问题

[0005] 为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于可控硅电源的真空自耗电弧炉熔滴测试方法。

[0006] 技术方案

[0007] 一种基于可控硅电源的真空自耗电弧炉熔滴测试方法，其特征在于：采用可控硅电源作为真空自耗电弧炉的供电电源，测试步骤如下：

[0008] 步骤1：将真空自耗电弧炉的炉压信号进行变压处理，变至DSP处理器AD模块的工作电压范围后，然后由DSP处理器进行频率不低于50KHz的采样，得到采样数据；

[0009] 步骤2：在采样的同时，对采样转换数据进行多阶陷波处理；

[0010] 步骤3：将陷波处理后的数据逐个与设定的阈值进行比较，当陷波处理后的数据大于阈值时舍弃，当陷波处理后的数据出现小于阈值时为熔滴短路脉冲的起始信号，当陷波处理后的数据再次出现大于阈值时为熔滴短路脉冲的结束信号；以熔滴短路脉冲中所包含的连续的小于阈值的采样变换值个数除以采样率得到该熔滴短路脉冲的持续时间，处理1秒的数据得到1秒钟内熔滴短路脉冲的个数和每个熔滴短路脉冲所持续的时间；

[0011] 所述阈值为炉压信号基准电压值变压后的一半；

[0012] 步骤4：将步骤2循环60次，得到一分钟内的熔滴短路脉冲个数和每个熔滴短路脉冲所持续的时间，并通过串口输出到控制设备PLC上；

[0013] 步骤5：重复n次步骤2，并以重复的结果刷新上一分钟同等时间长度的最滞后的测试数据，再将刷新后的一分钟数据通过串口输出到控制设备PLC上；在真空自耗电弧炉的熔炼中，重复本步骤直至真空自耗电弧炉熔炼结束；所述n为5～60次。

[0014] 有益效果

[0015] 本发明提出的一种基于可控硅电源的真空自耗电弧炉熔滴测试方法，测试不同频率范围的熔滴短路脉冲个数的方法，正确测试不同频率范围熔滴短路脉冲是控制弧长，确保弧长和熔滴短路脉冲率之间的稳定，保证熔炼金属质量的重要前提。熔滴测试方法尤其适用于电压与弧长线性斜率不十分显著的重熔工艺中。

[0016] 本发明突破了基于可控硅电源的熔滴测试的关键技术，应用于真空自耗电弧炉的金属熔炼过程，为后续的熔滴控制提供精准的熔滴测试结果，在稳定熔炼状态下保证弧长的稳定，确保了金属熔炼的质量。同时针对本发明，采用高速信号处理技术，用软件算法滤除可控硅电源输出的多次谐波，可以非常稳定可靠地获得不同时间宽度内的熔滴短路脉冲个数。

[0017] 本发明的有益效果是，可以在使用可控硅电源的真空自耗电弧炉系统熔炼金属的过程中准确地检测到不同频率范围内的熔滴短路脉冲，及时敏锐地检测到弧长的变化，为后续的熔滴控制提供了精准的测试数据，保证了高温合金熔炼的致密性。同时针对可控硅电源，采用高速数据采集和实时软件算法对其进行陷波处理，滤除其输出的多次谐波和现场杂波信号。

附图说明

[0018] 图1：实施例原理图

具体实施方式

[0019] 现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

[0020] 本发明采用可控硅电源输出炉压信号，一般情况下，炉压基线为恒定电压值，当有熔滴下落时，炉压的正负极之间电阻减小，相应地电压降低，甚至短路，形成一个熔滴短路脉冲，随着熔滴下落过程完成，电压又逐步恢复正常。一个熔滴短路脉冲对应一个熔滴，二者的频率和个数完全一致。因此，通过检测炉压的变化情况，可以大致计算不同频率范围内的熔滴个数。其特征在于步骤如下：

[0021] 步骤1：将可控硅电源输出的炉压信号进行变压处理，将其变至DSP处理器AD模块的工作电压范围后，送入DSP处理器进行频率不低于50KHz的高速采样，并将采样转换完成之后的数字信号存入乒乓缓冲区中，每区存储半秒的采样转换数据。

[0022] 步骤2：在采样的同时，对乒乓缓冲区内的数据进行实时处理。以乒乓缓冲区中半秒的数据为一组，对采样转换数据进行多阶陷波处理，并将多阶陷波处理完成之后的数据再对应存回到乒乓缓冲区中。这里要对可控硅电源输出的哪几阶谐波进行陷波处理由该谐波对炉压信号的影响决定，如谐波能量大，对炉压信号影响大，则必须对其进行陷波处理，反之，如能量较小，影响甚微，则可忽略。

[0023] 步骤3：以步骤2中存回乒乓缓冲区中半秒的数据为一组，将多阶陷波处理后的数据逐个与设定的阈值进行比较，这里的阈值一般设置为炉压信号基准电压值变压后的一半。如多阶陷波处理后的数据大于阈值，则舍弃，如小于阈值，则认为此时有熔滴下落，检测到的是熔滴短路脉冲。统计熔滴短路脉冲中所包含的连续的小于阈值的数据个数，再根据个数和采样率计算熔滴短路脉冲持续时间，并将该时间存储下来。处理完成乒乓缓冲区两个半秒的数据后，即得到1秒钟内熔滴短路脉冲的个数和每个熔滴短路脉冲所持续的时间。

[0024] 步骤4：将步骤3的过程循环60次，把得到的一分钟内的熔滴短路脉冲个数和每个熔滴短路脉冲所持续的时间通过串口输出到控制设备PLC上。此后再循环上固定的次数（通常设置为几次到几十次不等），用新测试到的熔滴短路脉冲个数和持续时间取代上一分钟同等时间长度的最滞后的测试数据，再将刷新后的一分钟数据通过串口输出到控制设备PLC上，并让此刷新数据的过程无限循环下去。在整个测试过程中，要保证数据的处理时间小于存储时间，使数据能得到实时处理。

[0025] 具体实施例：采用3t的真空自耗电弧炉熔炼钨锰合金钢，炉压基准值为24V，可控硅电源输出基频为300Hz，根据本发明，其步骤过程如下：

[0026] 步骤1：将可控硅电源输出的炉压信号进行10∶1变压处理后变至0～3V，送入DSP处理器进行频率为50KHz的高速采样，并将采样转换完成之后的数字信号存入乒乓缓冲区中，每区大小均为25K，各存储半秒的数据。

[0027] 步骤2：在采样的同时，对乒乓缓冲区内的数据进行实时处理。以乒乓缓冲区中半秒的数据为一组，针对所使用的可控硅电源，对采样数据进行三阶（900Hz）、五阶（1500Hz）、九阶（2700Hz）、十一阶（3300Hz）、十五阶（4500Hz）和十七阶（5100Hz）的多阶陷波处理，并将多阶陷波处理完成之后的数据再对应存回到乒乓缓冲区中。

[0028] 步骤3：以步骤2中存回乒乓缓冲区中半秒的数据为一组，将多阶陷波处理后的数据逐个与设定的阈值进行比较，这里的阈值取炉压信号基准电压值变压后的一半，大小为1.2V，如多阶陷波处理后的数据大于1.2V，则舍弃，如小于1.2V，则认为此时有熔滴下落，检测到的是熔滴短路脉冲。统计熔滴短路脉冲中所包含的连续的小于阈值的数据个数，再根据个数和采样率计算熔滴短路脉冲持续时间，并将该时间存储下来。处理完成乒乓缓冲区两个半秒的数据后，即得到1秒钟内熔滴短路脉冲的个数和每个熔滴短路脉冲所持续的时间。

[0029] 步骤4：将步骤3的过程循环60次，把得到的一分钟内的熔滴短路脉冲个数和每个熔滴短路脉冲所持续的时间通过串口输出到控制设备PLC上。此后再循环上5次，用新测试到的5秒中内的熔滴短路脉冲个数和持续时间取代上一分钟内最滞后的5秒测试数据，再将刷新后的一分钟数据通过串口输出到控制设备PLC上，并让此刷新数据的过程无限循环下去。本实例中钨锰合金钢在一分钟内测试到的熔滴短路脉冲个数为32个左右，熔滴短路脉冲的持续时间分布在0.2ms-0.6ms之间。在整个测试过程中，保证了数据的处理时间小于存储时间，使数据能得到实时处理。