电渣炉自耗电极插入深度及熔速的控制方法

摘要

本发明公开了一种电渣炉自耗电极插入深度及熔速的控制方法，用于冶金领域电气控制行业。是将安装在电渣炉支臂上的绝对值编码器采集到的自耗电极的位移信号输入PLC中，经过计算公式计算出自耗电极消耗的重量及单位时间内实际溶化率，将实际熔化率作为自耗电极熔速的外环控制数据与设定的自耗电极设定熔速进行比较，形成输出电流控制信号，将输出电流控制信号作为自耗电极熔速控制的内环控制数据输送给熔炼变压器，变压器根据输出电流控制自耗电极上输出功率，从而控制自耗电极的熔速；电极的插入深度由电压板摆动进行控制。本发明能够使自耗电极在熔炼过程中始终保持理想的插入深度，并保持理想的熔速，以降低冶炼能耗，提高电渣锭的冶金质量。

权利要求

1.一种电渣炉自耗电极插入深度及熔速的控制方法，其特征在于：将安装在电渣炉支臂上的绝对值编码器采集到的自耗电极的位移信号输入PLC中，经过计算公式计算出自耗电极消耗的重量及单位时间内实际溶化率，将实际熔化率作为自耗电极熔速的外环控制数据与设定的自耗电极设定熔速进行比较，形成输出电流控制信号，将输出电流控制信号作为自耗电极熔速控制的内环控制数据输送给熔炼变压器，变压器根据输出电流控制自耗电极上输出功率，从而控制自耗电极的熔速；电极的插入深度由电压板摆动进行控制；所用装置包括安装自耗电极并控制自耗电极插入电渣炉熔池深度的支臂、安装在支臂上的采集自耗电极位移信号的高精度绝对值编码器以及PLC、电路板、电流变送器、励磁柜、变压器，PLC用于根据绝对值编码器采集到的自耗电极的位移信号计算自耗电极的消耗重量及单位时间内实际溶化率，并将实际溶化率与设定在PLC的自耗电极设定熔速进行比较形成输出电流控制信号送给电路板，同时变压器施加在自耗电极上的输出电流作为电流反馈信号也输送给电路板，电路板对输出电流控制信号和电流反馈信号进行逻辑比较后，将比较信号送入电流隔离变送器，再经励磁柜控制变压器的电流输出。

2.根据权利要求1所述的电渣炉自耗电极插入深度及熔速的控制方法，其特征在于：电渣炉支臂上控制自耗电极插入深度的直流电机，直流电机与控制直流电机运转的直流调速装置双向互联，直流电机的运转速度通过编码器反馈给直流调速装置，直流调速装置接受电路板中的逻辑控制器和PLC传来的控制信号实现对直流电机的控制，所述电路板逻辑控制器中设定有控制直流电机转速的电压摆幅和炉口参考电压，电路板的逻辑控制器通过对施加在自耗电极上的炉口电压与电压摆幅和炉口参考电压进行比较形成对直流电机升降的控制信号，再经PLC进行模数转换后输送给直流调速装置控制直流电机的升降，进而控制自耗电极的插入深度。

3.根据权利要求1或者2任一项所述的电渣炉自耗电极插入深度及熔速的控制方法，其特征在于：所述计算公式为

R＝1/[(1/S2/ρ2-1/S1/ρ1)×106]×L

式中，R为实际熔速，S2为结晶器截面积，ρ2为冶炼钢锭密度，S1为冶炼用钢坯截面积，ρ

1为冶炼用钢坯密度，L为单位时间内绝对值编码器的相对位移。

说明书

电渣炉自耗电极插入深度及熔速的控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种电渣炉自耗电极插入深度及熔速的闭环摆动控制方法，用于冶金领域电气控制行业。

背景技术

[0002] 当前电渣炉控制精度低，电渣炉的自耗电极插入熔池的深度不能有效控制，自耗电极的熔速的高低与自耗电极的插入深度一般是通过人为经验控制，这样的控制方法往往造成电渣炉所生产的电渣锭的质量一致性较差。同时由于自耗电极的插入深度不能科学控制，造成冶炼过程中电耗能源的巨大浪费。

发明内容

[0003] 本发明需要解决的技术问题是提供一种电渣炉自耗电极插入深度及自耗电极熔速的控制方法，使自耗电极在熔炼过程中始终保持理想的插入深度，并保持理想的熔速，以降低冶炼能耗，提高电渣锭的冶金质量。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

[0005] 一种电渣炉自耗电极插入深度及熔速的控制方法，其特征在于：将安装在电渣炉支臂上的绝对值编码器采集到的自耗电极的位移信号输入PLC中，经过计算公式计算出自耗电极消耗的重量及单位时间内实际溶化率，将实际熔化率作为自耗电极熔速的外环控制数据与设定的自耗电极设定熔速进行比较，形成输出电流控制信号，将输出电流控制信号作为自耗电极熔速控制的内环控制数据输送给熔炼变压器，变压器根据输出电流控制自耗电极上输出功率，从而控制自耗电极的熔速；电极的插入深度由电压板摆动进行控制；所用装置包括安装自耗电极并控制自耗电极插入电渣炉熔池深度的支臂、安装在支臂上的采集自耗电极位移信号的高精度绝对值编码器以及PLC、电路板、电流变送器、励磁柜、变压器，PLC用于根据绝对值编码器采集到的自耗电极的位移信号计算自耗电极的消耗重量及单位时间内实际溶化率，并将实际溶化率与设定在PLC的自耗电极设定熔速进行比较形成输出电流控制信号送给电路板，同时变压器施加在自耗电极上的输出电流作为电流反馈信号也输送给电路板，电路板对输出电流控制信号和电流反馈信号进行逻辑比较后，将比较信号送入电流隔离变送器，再经励磁柜控制变压器的电流输出。

[0006] 本发明技术方案的进一步改进在于：电渣炉支臂上控制自耗电极插入深度的直流电机，直流电机与控制直流电机运转的直流调速装置双向互联，直流电机的运转速度通过编码器反馈给直流调速装置，直流调速装置接受电路板中的逻辑控制器和PLC传来的控制信号实现对直流电机的控制，所述电路板逻辑控制器中设定有控制直流电机转速的电压摆幅和炉口参考电压，电路板的逻辑控制器通过对施加在自耗电极上的炉口电压与电压摆幅和炉口参考电压进行比较形成对直流电机升降的控制信号，再经PLC进行模数转换后输送给直流调速装置控制直流电机的升降，进而控制自耗电极的插入深度。

[0007] 本发明技术方案的进一步改进在于：所述计算公式为

[0008] R＝1/[(1/S2/ρ2-1/S1/ρ1)×106]×L

[0009] 式中，R为实际熔速，S2为结晶器截面积，ρ2为冶炼钢锭密度，S1为冶炼用钢坯截面积，ρ1为冶炼用钢坯密度，L为单位时间内绝对值编码器的相对位移。

[0010] 由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

[0011] 本发明的电渣炉自耗电极插入深度及自耗电极熔速的控制方法，使自耗电极在熔炼过程中始终保持理想的插入深度，并保持理想的熔速，可以降低冶炼能耗，提高电渣锭的冶金质量。本发明利用高精度绝对值编码器采集信号，通过绝对值编码器获取的自耗电极位移、再经过PLC中的高精度的计算公式计算成自耗电极单位时间内所消耗的重量，将单位时间内自耗电极的重量变化作为自耗电极熔速的外环控制信号，同PLC中设的定熔速进行对比形成施加在自耗电极的输出电流控制信号，将电流控制信号作为熔速控制的内环控制信息，通过内环和外环的控制有效地控制了自耗电极的熔化速度，同时本发明利用电压摆动控制技术控制自耗电极插入熔池的深度，从而提高电渣锭质量稳定性。

[0012] 本发明利用编码器开发了熔速闭环全自动控制系统，实现了采用编码器作为反馈信号的全自动双闭环控制，改变了原来靠经验控制熔速的开环控制系统，熔速控制精确度小时误差数提高50％，瞬时误差精确度达到±10％(原来50％)。

[0013] 本发明采用电路与PLC相结合的结构实现了摆动控制技术控制自耗电极插入深度，使自耗电极的插入深度的精度控制在7-10mm，从而降低电耗为30Kw.h/t。

附图说明

[0014] 图1是本发明的熔速闭环控制原理框图；

[0015] 图2是本发明的电压摆动控制自耗电极插入熔池深度控制原理框图。

具体实施方式

[0016] 一种电渣炉自耗电极插入深度及熔速的控制方法，是将安装在电渣炉支臂上的采集自耗电极位移信号的高精度绝对值编码器采集到的自耗电极的位移信号输入PLC中经过高精度的计算公式计算出自耗电极消耗的重量及单位时间内实际溶化率，将实际溶化率作为自耗电极熔速的外环控制数据与设定的自耗电极设定熔速进行比较，形成输出电流控制信号，将输出电流控制信号作为自耗电极熔速控制的内环控制数据输送给电渣炉的变压器，变压器根据输出电流控制信号控制施加到自耗电极上输出电流，从而通过内环与外环的控制自耗电极的熔化速度和插入深度。所述PLC中的计算公式为R＝1/[(1/S2/ρ2-1/S1/ρ1)×106]×L；式中，R为实际熔速，S2为结晶器截面积，ρ2为冶炼钢锭密度，S1为冶炼用钢坯截面积，ρ1为冶炼用钢坯密度，L为单位时间内绝对值编码器的相对位移。钢坯在结晶器内进行重熔过程中，随着钢坯的熔化，在结晶器内形成电渣锭，随着结晶器高度的变化结晶器的截面积变化，同时随着钢坯的熔化高度的变化钢坯的截面积变化，结晶器截面积与密度的乘积的倒数减去钢坯截面积与密度的乘积的倒数既是钢坯单位截面积的重量，钢坯单位重量乘以钢坯单位时间的位移即单位时间的熔速，此熔速作为熔速闭环控制的反馈熔速。

[0017] 本发明所用装置包括安装自耗电极并控制自耗电极插入电渣炉熔池深度的支臂、安装在支臂上的采集自耗电极位移信号的高精度绝对值编码器，还包括PLC、电路板、电流变送器、励磁柜、变压器，PLC用于根据绝对值编码器采集到的自耗电极的位移信号计算自耗电极的消耗重量及单位时间内实际溶化率，并将实际溶化率与设定在PLC的自耗电极设定熔速进行比较形成输出电流控制信号送给电路板，同时变压器施加在自耗电极上的输出电流作为电流反馈信号也输送给电路板，电路板对输出电流控制信号和电流反馈信号进行逻辑比较后，将比较信号送入电流变送器，再经励磁柜控制变压器的电流输出。电流变送器可以对变压器的强电与电路板弱电进行隔离，防止异常事故对电路板的损坏；电流变送器产生4-20mA的信号，4-20mA的电流信号控制励磁柜中的可控硅触发回路，从而控制可控硅的输出功率。

[0018] 本发明的电渣炉支臂上控制自耗电极插入深度的直流电机，直流电机与控制直流电机运转的直流调速装置双向互联，直流电机的运转速度通过编码器反馈给直流调速装置，直流调速装置接受电路板中的逻辑控制器和PLC传来的控制信号实现对直流电机的控制，电路板的逻辑控制器的作用是将设定值与反馈值进行逻辑比较。所述电路板的逻辑控制器中设定有控制直流电机转速的电压摆幅和炉口参考，电路板的逻辑控制器通过对施加在自耗电极上的炉口电压与电压摆幅和炉口参考电压进行逻辑比较形成对直流电机升降的控制信号，再经PLC进行模数转换后输送给直流调速装置控制直流电机的升降进而控制自耗电极的插入深度。

[0019] 下面对本发明的绝对值编码器熔速闭环控制原理(如图1所示)再做说明如下：支臂上的绝对值编码器反馈自耗电极熔化的位移信号，通过PLC程序中的计算公式精确计算出自耗电极的熔化率，熔化率的设定值同实际熔化率进行比较，然后输出需要的熔化电流控制值(图1中的电流给定)，此环节控制作为该控制的外环控制；输出的电流给定值作为电路板的逻辑比较器内环控制的电流设定值，溶蚀反馈实际电流作为内环的电流反馈值，设定值与反馈值进行比较，输出4-20mA控制饱和电抗器的控制电流，控制变压器的输出功率，从而控制自耗电极的熔化速度，达到自耗电极按照设定熔化率精确控制。饱和电抗器是利用电流的变化控制磁路的大小，通过磁路的变化控制电抗大小。

[0020] 本发明的电压摆动控制自耗电极插入熔池深度的原理在做说明如下：自耗电极在渣池中扎入深度对重熔过程的影响非常大，足够的渣池输入功率是保证钢锭表面质量的前提，提高渣池电压或电流均可提高渣池功率。但是，在保持变压器输出功率不变的情况下，要增大电流，就意味着自耗电极扎入渣池的深度增加，电极的间距减小，渣池径向温度梯度增加，热量会集中在熔池中心；此时，即使增加输入功率，渣池向钢锭侧面的传热量也无明显变化，由于电流的增大直接增大短网回路(即整个电流回路)的消耗，导致输入渣池的功率反而减小，导致钢锭表面质量恶化。本发明在电渣冶炼过程中可以将自耗电极扎入渣池的深度控制在尽量浅的范围内，但能够保证自耗电极不会产生拉弧。

[0021] 在电气方面，随着自耗电极扎入渣池的深度增加，渣池的渣阻减小，短网电耗增加，虽然熔化电流增加了，但消耗在渣池上的功率也会无明显变化。当电极扎入超过某一深度时，随着电流的逐渐增大，输入渣池的功率反而减小，电极熔速降低，熔炼时间增长，不仅钢锭表面质量恶化，熔炼电耗也会大大增加。通过本发明的方法可以保证电极在渣池中有合适的扎入深度，从而保证钢锭质量和降低电耗。

[0022] 本发明的先进性表现在：本发明利用绝对值编码器模拟重量作为反馈信号，通过计算公式精确计算出熔速反馈值，结合了PLC与电路板之间的联合控制，实现了熔速双闭环控制，提高了熔速控制精确度。本发明的控制方法已经在本公司的电渣炉上全面进行推广应用，应用状况达到目标控制水平。