一种矿热炉自焙电极自动压放控制方法与流程

本发明涉及矿热炉自动化技术领域，尤其涉及一种矿热炉自焙电极自动压放控制方法。

背景技术：

矿热炉是一种用途广泛、可生产多种产品的特殊电弧炉，它主要用于金属氧化物矿石的还原冶炼反应，由于其电弧通常是深埋于炉料之中的，所以矿热炉又被称为埋弧炉。在矿热炉中，供电系统所提供的低电压大电流电能通过炉变、二次短网、三相自焙电极输入到炉内，在电极末端产生的电弧，并将电能转换为热能，从而在炉体内形成高温反应区，利用电极电弧热和炉料电阻热，对金属氧化物矿石进行还原反应。

由于在冶炼过程中，自焙电极被不断消耗，故需要进行电极压放操作，使自焙电极被消耗掉的部分得以及时补充，从而确保电极工作端埋入到炉料中的长度满足操炉工艺需求。现阶段，电极压放机械或液压设备的自动连锁顺序控制已在各种类型的矿热炉上实现，但在电极的压放时机和压放频度问题上(即何时启动自焙电极压放的问题)，一般还是由操作工或炉长根据个人经验进行手动操作。但是由于影响自焙电极压放时机的因素很多，如电极电流、功率、功率因数、料面温度、支路电流和电极糊成分等，各个因素的变化都会影响自焙电极的压放时机，而且有些因素的变化没有规律可以遵循。所以，各矿热炉冶炼企业经常会频繁出现因为自焙电极压放时机不当而导致自焙电极出现软断或硬断的生产事故。一旦自焙电极出现软断或硬断事故，就必须停炉处理，处理完毕后恢复生产也需要一定的时间，以逐步恢复到正常炉况。因此矿热炉自焙电极压放控制对炉况顺行、减小停炉时间，提高矿热炉产量具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种矿热炉自焙电极自动压放控制方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种矿热炉自焙电极自动压放控制方法，包括以下步骤：

1)在每相自焙电极每次压放动作完成后，将该相自焙电极的有效有功功率计算值、电极电流热效应计算值、已完成压放时间间隔计算值清零；

2)重新计算注入到该相自焙电极内的有效有功功率计算值、电极电流热效应计算值、已完成压放时间间隔计算值；

3)将有效有功功率计算值、电极电流热效应计算值、已完成压放时间间隔计算值与各自对应的设定阈值进行连续比较；

4)当有效有功功率计算值、电极电流热效应计算值、已完成压放时间间隔计算值中的任意两项计算值超过各自对应的设定阈值时，自动启动该相自焙电极的压放操作。

按上述方案，所述有效有功功率计算值依据熔池电压测量值和电极电流测量值按下述公式计算：

式中P(t)为当前采样时刻的有效有功功率计算值，P(t-1)为前一采样时刻的有效有功功率计算值，U_Bath为熔池电压测量值，I_El为电极电流测量值。

按上述方案，所述电极电流热效应计算值依据电极电流测量值按下述公式计算：

式中H(t)为当前采样时刻的电极电流热效应计算值，H(t-1)为前一采样时刻的电极电流热效应计算值，I_El为电极电流测量值。

按上述方案，所述已完成压放时间间隔计算值，依据电极升降调节设定值和实际值的偏差情况按下述公式计算：

式中T(t)为当前采样时刻的压放时间间隔计算值，T(t-1)为前一采样时刻的压放时间间隔计算值，SP为电极升降调节的设定值，PV为电极升降调节的实际值，δ为电极升降调节的允许偏差阈值。

按上述方案，所述有效有功功率计算值、电极电流热效应计算值、已完成压放时间间隔计算值的计算采样周期均为1秒钟。

按上述方案，对于矿热炉的三相电极，均采用相同的自焙电极自动压放控制方法，对三相自焙电极分别独立地实现电极自动压放控制。

按上述方案，所述矿热炉炉型包括电石炉、黄磷炉、各类铁合金炉在内的多种矿热炉炉型。

本发明产生的有益效果是：

1.本发明方法从有效有功功率、电极电流热效应、压放间隔时间三个维度核算考察自焙电极的焙烧情况，从而确定自焙电极的压放时机和压放频度，实现自焙电极压放的全自动操作，规范电极压放操作，减轻了操作工的劳动强度。

2.本发明减小了自焙电极因压放时机和压放频度不当而造成的电极软断和电极硬断事故发生的概率，减小了停炉时间，降低了生产事故处理成本。

3.本发明控制方法可在多种类型的控制硬件平台上通过软件编程实现，既可用于新建矿热炉，也可用于现有已投产矿热炉的升级改造，适用性和可实现性强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的矿热炉自焙电极自动压放控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一种矿热炉自焙电极自动压放控制方法，包括以下步骤：

(1)在每相自焙电极上次压放动作完成后，将该相电极的有效有功功率计算值P(t)和有效有功功率计算值达到设定值标志位Flag1、电极电流热效应计算值H(t)和电极电流热效应计算值达到设定值标志位Flag2、已完成压放时间间隔计算值T(t)和已完成压放时间间隔计算值达到设定值标志位Flag3清零；

(2)重新按照对应公式计算注入到该相自焙电极内的有效有功功率计算值P(t)、电极电流热效应计算值H(t)、已完成压放时间间隔计算值T(t)；

(3)将有效有功功率计算值P(t)、电极电流热效应计算值H(t)、已完成压放时间间隔计算值T(t)与各自对应的设定值进行连续比较。若某项计算值大于其对应设定值，则将对应的标志位置1，否则继续刷新计算并比较。

具体的说，当有效有功功率计算值P(t)大于其设定值时，将标志位Flag1置1；当电极电流热效应计算值H(t)大于其设定值时，将标志位Flag2置1；当已完成压放时间间隔计算值T(t)大于其设定值时，将标志位Flag3置1。

(4)当有效有功功率计算值、电极电流热效应计算值、已完成压放时间间隔计算值中的任意两项计算值超过各自对应的设定值时，自动启动该相自焙电极的压放操作。

具体的说，即当标志位Flag1、Flag2、Flag3三个标志位之和大于等于2时，即可启动该相自焙电极的压放操作。

其中，有效有功功率计算值依据熔池电压测量值和电极电流测量值按下述公式计算：

式中P(t)为当前采样时刻的有效有功功率计算值，P(t-1)为前一采样时刻的有效有功功率计算值，U_Bath为熔池电压测量值(单位为V,可通过测量电极铜瓦相对于炉壳底部的电压得到)，I_El为电极电流测量值(单位为kA，可通过安装在矿热炉二次短网上的罗科夫斯基线圈或安装在炉变一次侧绕组/串变绕组上的电流互感器测量得到)。

电极电流热效应计算值依据电极电流测量值按下述公式计算：

式中H(t)为当前采样时刻的电极电流热效应计算值，H(t-1)为前一采样时刻的电极电流热效应计算值，I_El为电极电流测量值(单位为kA，可通过安装在矿热炉二次短网上的罗科夫斯基线圈或安装在炉变一次侧绕组/串变绕组上的电流互感器测量得到)。

已完成压放时间间隔计算值，依据电极升降调节的设定值和实际值的偏差大小情况按下述公式计算：

式中T(t)为当前采样时刻的压放时间间隔计算值，T(t-1)为前一采样时刻的压放时间间隔计算值，SP为电极升降调节的设定值，PV为电极升降调节的实际值，δ为电极升降调节的允许偏差阈值。对于采用电流调节模式的矿热炉，SP为电极电流设定值，PV为电极电流实际值，δ为电极电流调节允许偏差阈值(一般取1kA)；对于采用阻抗调节模式的矿热炉，SP为电极阻抗设定值，PV为电极阻抗实际值，δ为电极阻抗调节允许偏差阈值(一般取0.1mΩ)

所述有效有功功率计算值、电极电流热效应计算值、已完成压放时间间隔计算值的计算采样周期均为1秒钟，即每隔1秒钟，刷新计算上述三个参数一次。

对于矿热炉的三相电极，均采用相同的自焙电极自动压放控制方法，对三相自焙电极分别独立地实施电极自动压放控制，即三相自焙电极的自动压放控制相互独立，互不干扰影响。

本发明适用的矿热炉炉型包括电石炉、黄磷炉、各种类型的铁合金炉(如硅铁炉、锰铁炉、铬铁炉、硅锰炉)等。

本发明自焙电极自动压放控制方法可通过在PLC、DCS、工控机、单片机、DSP等多种自动控制硬件平台上通过软件编程实现。在本实施例中，自焙电极自动压放控制方法在西门子S7-400系列PLC上通过Step7编程软件中的SCL语言软件编程实现。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。