專利名稱：礦熱爐電極做功點(diǎn)位置的確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦熱爐電極做功點(diǎn)位置的確定方法，尤其是涉及一種礦熱爐(電阻電弧爐)電極放電弧端部即電極做功點(diǎn)和爐底距離的確定方法。
背景技術(shù)：
礦熱爐，涵蓋了電石爐、鐵合金爐、黃磷爐等各種電阻電弧爐，冶煉的產(chǎn)品有電石、黃磷、硅鐵、鉻鐵、硅錳、鎳鐵、剛玉、鈦鐵、鉛鋅等產(chǎn)品，它冶煉的核心理論是:通過爐料電流預(yù)熱爐料、電離爐氣形成定向高溫離子流-電弧，將電能轉(zhuǎn)換成熱能，為還原反應(yīng)提供足夠高的溫度場(chǎng)。電弧的狀態(tài)取決于電極端頭即電極做功點(diǎn)和放電體的距離、放電體的導(dǎo)電性、電流以及電極周圍的溫度和爐料介質(zhì)的電阻特性。在冶煉過程中，隨著爐底熔池液面(或渣面)的不斷升高，爐料經(jīng)常性下榻，電極端頭即電極做功點(diǎn)因燒損而上移以及熔池導(dǎo)電性的變化，需要適時(shí)調(diào)整電極做功點(diǎn)的實(shí)際位置，以保持爐內(nèi)電弧功率始終能夠處于最佳狀態(tài)，同時(shí)還要能夠保持三相電極電弧的弧長基本相同，以維持三相電極釋放相同的電弧功率，保持相同大小的還原反應(yīng)區(qū)域，同時(shí)使供電系統(tǒng)能夠達(dá)到較高的電效率，達(dá)此目的的關(guān)鍵之一就是電極升降自動(dòng)控制系統(tǒng)要能夠?qū)﹄姌O端頭即電極做功點(diǎn)的位置進(jìn)行精確測(cè)量判斷，然后，才能依據(jù)電極做功點(diǎn)位置的高低，進(jìn)而適時(shí)調(diào)整電極位置，維持電弧功率的主回路系統(tǒng)的雙聞效。在礦熱爐冶煉過程中，通常是依靠人工觀察總電流表或電壓表的值大小，來手動(dòng)控制電極的升降:當(dāng)電極總電流或電壓大于規(guī)定值時(shí)，提升電極，當(dāng)電極總電流或電壓小于規(guī)定值時(shí)，下降電極。個(gè)別采用PLC和DCS系統(tǒng)控制的方法也是基于和人工控制相同的方法，其主要缺點(diǎn)是無法準(zhǔn)確判斷電極做功點(diǎn)(即入爐深度)位置以及三相電極做功點(diǎn)的平衡情況，只能簡單依據(jù)電極總電流值的大小進(jìn)行簡單的控制，操作控制的隨意性大、不精確，電極升降動(dòng)作頻繁，經(jīng)常會(huì)破壞料層結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響反應(yīng)區(qū)(坩堝區(qū))的穩(wěn)定，難以滿足冶煉工藝的要求。還會(huì)出現(xiàn)三相電極做功點(diǎn)位置偏差過大，引起爐底溫度過高，造成安全威脅等問題。只有準(zhǔn)確判斷電極做功點(diǎn)位置，能夠?qū)⑷嚯姌O做功點(diǎn)控制在適當(dāng)安全位置，才能解決礦熱爐冶煉行業(yè)目前存在的困局。到目前為止，尚未見到有實(shí)用價(jià)值、能夠比較準(zhǔn)確測(cè)量、確定礦熱爐電極做功點(diǎn)位置的方法，從而無法精確控制礦熱爐電極做功點(diǎn)的位置。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種礦熱爐電極做功點(diǎn)位置的確定方法，有效地解決了礦熱爐冶煉行業(yè)存在的電極做功點(diǎn)難以準(zhǔn)確控制的難題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種礦熱爐電極做功點(diǎn)位置的確定方法，包括如下步驟:
步驟一、選擇一個(gè)靜止基準(zhǔn)點(diǎn)，作為檢測(cè)電極升降位移的基準(zhǔn)點(diǎn)，并測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)到爐底之間的距離L ；步驟二、確定電極總長度Lp:
對(duì)于石墨電極或碳素電極礦熱爐，Lp為整個(gè)電極的總長度；對(duì)于自焙電極礦熱爐，Lp為饋電元件下端到電極做功點(diǎn)之間的距離；
步驟三、檢測(cè)電極升降過程的位移量Hl:
對(duì)于石墨電極或碳素電極礦熱爐，Hl為電極上端頭到靜止基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離；對(duì)于自焙電極礦熱爐，Hl為饋電元件下端到靜止基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離；
步驟四、計(jì)算機(jī)按如下公式計(jì)算出電極做功點(diǎn)到爐底之間的距離Hp:
Hp = L - Lp - Hl0與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:通過本發(fā)明方法能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地檢測(cè)電極做功點(diǎn)和爐底之間的距離值，使得操作者 能夠準(zhǔn)確控制電極做功點(diǎn)在同一水平面位置以及將這一水平面控制在最佳位置，保持三相電極電弧功率平衡，提高礦熱爐內(nèi)溫度場(chǎng)集中度，提高礦熱爐自然功率因數(shù)，提高礦熱爐電熱轉(zhuǎn)換效率，從而達(dá)到提高電、熱效率，降低冶煉電耗，提聞廣量的目的。
具體實(shí)施例方式一種礦熱爐電極做功點(diǎn)位置的確定方法，包括如下步驟:
步驟一、選擇一個(gè)靜止基準(zhǔn)點(diǎn)，作為檢測(cè)電極升降位移的基準(zhǔn)點(diǎn)，并測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)到爐底之間的距離L:
對(duì)于自焙電極礦熱爐，靜止基準(zhǔn)點(diǎn)選在電極饋電元件上方的廠房樓層處山為廠房樓層處到爐底之間的距離；對(duì)于石墨電極或碳素電極礦熱爐，靜止基準(zhǔn)點(diǎn)可以選在電極頂部之上的廠房樓層處，L為廠房樓層處到爐底之間的距離。步驟二、確定電極總長度Lp:
對(duì)于石墨電極或碳素電極礦熱爐，Lp為整個(gè)電極的總長度；對(duì)于自焙電極礦熱爐，Lp為饋電元件下端到電極做功點(diǎn)之間的距離。Lp的具體確定方法如下:
(1)在電極升降機(jī)構(gòu)連接處(油缸連接處或滑輪安裝處)設(shè)置力傳感器(壓力或拉力傳感器)；
(2)力傳感器分別檢測(cè)電極在勻速上升狀態(tài)和勻速下降狀態(tài)的受力(壓力或拉力)電信號(hào)，并將該等電信號(hào)輸出給A/D采樣板，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后輸送給計(jì)算機(jī)；
(3)計(jì)算機(jī)首先計(jì)算出電極在勻速上升狀態(tài)的電極總質(zhì)量Wu和勻速下降狀態(tài)的電極總質(zhì)量Wd:
Wu、Wd根據(jù)力傳感器標(biāo)定量程和輸出電信號(hào)之間的比例關(guān)系計(jì)算得出。例如:力傳感器標(biāo)定量程為15000kg，對(duì)應(yīng)輸出電信號(hào)為DC5V ;設(shè)力傳感器檢測(cè)到的電極在勻速上升狀態(tài)的受力電信號(hào)為Vu，則電極在勻速上升狀態(tài)的電極總質(zhì)量Wu= (15000/5) *Vu，單位為kg ；同理，設(shè)力傳感器檢測(cè)到的電極在勻速下降狀態(tài)的受力電信號(hào)為Vd，則電極在勻速下降狀態(tài)的電極總質(zhì)量Wd= (15000/5) *Vd，單位為kg ；
(4)計(jì)算機(jī)按如下公式計(jì)算出爐內(nèi)原料和電極之間的阻力與饋電電纜阻力之和W5:
W5 = (ff u - W d) /2 ；
(5)計(jì)算機(jī)按如下公式計(jì)算出電極在靜止?fàn)顟B(tài)的總質(zhì)量Wz:
Wz = Wu - W5 ；(6)計(jì)算機(jī)計(jì)算電極工作端質(zhì)量:
1)對(duì)于自焙電極，按如下公式計(jì)算出電極工作端質(zhì)量W7:
W7 = Wz - (ffl + N2*W2 + W3 + W4 + W5 + W6)，其中:
Wl為電極夾持機(jī)構(gòu)(包括連接軟電纜)質(zhì)量，為已知的給定值；
W2為單節(jié)電極殼質(zhì)量，為已知的給定值；N2為電極殼數(shù)量，通過人工測(cè)量獲得；
W3為電極殼內(nèi)糊狀電極質(zhì)量，按如下公式計(jì)算得到:
W3 = (D/2)2* n*L3* P 3，其中:D為電極直徑，為已知的給定值；Π為圓周率，L3為電極殼內(nèi)糊狀電極糊高度，通過人工測(cè)量獲得；P 3為電極殼內(nèi)糊狀電極密度，為已知的給定值；
W4電極殼內(nèi)塊狀電極質(zhì)量，按如下公式計(jì)算得到:
W4 = (D/2)2* n*L4* P 4，其中:D為電極直徑，為已知的給定值；Π為圓周率，L4為電極殼內(nèi)塊狀電極糊高度，通過人工測(cè)量獲得；P 4為電極殼內(nèi)塊狀電極密度，為已知的給定值；
W6為電極饋電元件總質(zhì)量，為已知的給定值；
2)對(duì)于石墨(或碳素)電極，按如下公式計(jì)算出電極總質(zhì)量W7:
W7 = Wz -Wl
(7)按如下公式計(jì)算出電極總長度Lp:`
Lp = W7/ ((D/2)2 * Π*ρ 1)，其中:P I為固體電極密度，為已知的給定值。步驟三、檢測(cè)電極升降過程的位移量Hl:
對(duì)于石墨電極或碳素電極礦熱爐，Hl為電極上端頭到靜止基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離；對(duì)于自焙電極礦熱爐，Hl為饋電元件下端到靜止基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離。Hl的具體檢測(cè)方法如下:
在電極夾持器或電極上端頭設(shè)置位移傳感器，檢測(cè)電極升降過程的位移量信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變換為0-5V (或0-10V)的直流電壓模擬信號(hào)，提供給A/D采樣板，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后輸送給計(jì)算機(jī):
Hl根據(jù)位移傳感器標(biāo)定量程和輸出電信號(hào)之間的比例關(guān)系計(jì)算得出。例如:位移傳感器標(biāo)定量程為2000mm,對(duì)應(yīng)輸出電信號(hào)為DC5V ;設(shè)位移傳感器檢測(cè)到的電極在任一位置的位移電信號(hào)為Vu，則Hl= (2000/5) *Vu，單位為mm ；
步驟四、計(jì)算機(jī)按如下公式計(jì)算出電極做功點(diǎn)到爐底之間的距離Hp:
Hp = L - Lp - Hl0
權(quán)利要求
1.一種礦熱爐電極做功點(diǎn)位置的確定方法，其特征在于:包括如下步驟: 步驟一、選擇一個(gè)靜止基準(zhǔn)點(diǎn)，作為檢測(cè)電極升降位移的基準(zhǔn)點(diǎn)，并測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)到爐底之間的距離L ； 步驟二、確定電極總長度Lp: 對(duì)于石墨電極或碳素電極礦熱爐，Lp為整個(gè)電極的總長度；對(duì)于自焙電極礦熱爐，Lp為饋電元件下端到電極做功點(diǎn)之間的距離； 步驟三、檢測(cè)電極升降過程的位移量Hl: 對(duì)于石墨電極或碳素電極礦熱爐，Hl為電極上端頭到靜止基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離；對(duì)于自焙電極礦熱爐，Hl為饋電元件下端到靜止基準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離； 步驟四、計(jì)算機(jī)按如下公式計(jì)算出電極做功點(diǎn)到爐底之間的距離Hp:Hp = L - Lp - Hl0
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦熱爐電極做功點(diǎn)位置的確定方法，其特征在于:對(duì)于自焙電極礦熱爐，靜止基準(zhǔn)點(diǎn)選在電極饋電元件上方的廠房樓層處；對(duì)于石墨電極或碳素電極礦熱爐，靜止基準(zhǔn)點(diǎn)選在電極頂部之上的廠房樓層處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦熱爐電極做功點(diǎn)位置的確定方法，其特征在于:所述電極總長度Lp的具體確定方法如下: (1)在電極升降機(jī)構(gòu)連接處設(shè)置力傳感器； (2)力傳感器分別檢測(cè)電極在勻速上升狀態(tài)和勻速下降狀態(tài)的受力電信號(hào)，并將該等電信號(hào)輸出給A/D采樣板，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后輸送給計(jì)算機(jī)； (3)計(jì)算機(jī)首先計(jì)算出電極在勻速上升狀態(tài)的電極總質(zhì)量Wu和勻速下降狀態(tài)的電極總質(zhì)量Wd ； (4)計(jì)算機(jī)按如下公式計(jì)算出爐內(nèi)原料和電極之間的阻力與饋電電纜阻力之和W5:W5 = (ff u - W d)/2 ； (5)計(jì)算機(jī)按如下公式計(jì)算出電極在靜止?fàn)顟B(tài)的總質(zhì)量Wz:Wz = Wu - W5 ； (6)計(jì)算機(jī)計(jì)算電極質(zhì)量W7: I)對(duì)于自焙電極，W7按如下公式計(jì)算:W7 = Wz - (ffl + N2*W2 + W3 + W4 + W5 + W6)，其中: Wl為電極夾持機(jī)構(gòu)和連接軟電纜的質(zhì)量，為已知的給定值； W2為單節(jié)電極殼質(zhì)量，為已知的給定值；N2為電極殼數(shù)量，通過人工測(cè)量獲得； W3為電極殼內(nèi)糊狀電極質(zhì)量，按如下公式計(jì)算得到: W3 = (D/2)2* n*L3* P 3，其中:D為電極直徑，為已知的給定值；Π為圓周率，L3為電極殼內(nèi)糊狀電極糊高度，通過人工測(cè)量獲得；P 3為電極殼內(nèi)糊狀電極密度，為已知的給定值； W4電極殼內(nèi)塊狀電極質(zhì)量，按如下公式計(jì)算得到: W4 = (D/2)2* n*L4 * P 4，其中:D為電極直徑，為已知的給定值；Π為圓周率，L4為電極殼內(nèi)塊狀電極糊高度，通過人工測(cè)量獲得；P 4為電極殼內(nèi)塊狀電極密度，為已知的給定值； W6為電極饋電元件總質(zhì)量，為已知的給定值；2)對(duì)于石墨或碳素電極，W7按如下公式計(jì)算:W7 = Wz -Wl (7)按如下公式計(jì)算出電極總長度Lp: Lp = W7/ ((D/2)2 * Π*ρ 1)，其中:P I為固體電極密度，為已知的給定值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的礦熱爐電極做功點(diǎn)位置的確定方法，其特征在于:所述力傳感器為壓力傳感器或拉力傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦熱爐電極做功點(diǎn)位置的確定方法，其特征在于:所述電極升降過程的位移量 Hl的具體檢測(cè)方法如下:在電極夾持器或電極上端頭設(shè)置位移傳感器，檢測(cè)電極升降過程的位移量信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換器變換為直流電壓模擬信號(hào)，提供給A/D采樣板，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后輸送給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)位移傳感器標(biāo)定量程和輸出電信號(hào)之間的比例關(guān)系計(jì)算得出電極升降過程的位移量Η1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦熱爐電極做功點(diǎn)位置的確定方法，通過選擇一個(gè)靜止基準(zhǔn)點(diǎn)，作為檢測(cè)電極升降位移的基準(zhǔn)點(diǎn)，并測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)到爐底之間的距離L；確定電極總長度Lp；檢測(cè)電極升降過程的位移量H1；計(jì)算機(jī)根據(jù)公式Hp=L–Lp-H1計(jì)算出電極做功點(diǎn)到爐底之間的距離Hp。本發(fā)明的積極效果是通過本發(fā)明方法能夠準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地檢測(cè)電極做功點(diǎn)和爐底之間的距離值，使得操作者能夠準(zhǔn)確控制電極做功點(diǎn)在同一水平面位置以及將這一水平面控制在最佳位置，保持三相電極電弧功率平衡，提高礦熱爐內(nèi)溫度場(chǎng)集中度，提高礦熱爐自然功率因數(shù)，提高礦熱爐電熱轉(zhuǎn)換效率，從而達(dá)到提高電、熱效率，降低冶煉電耗，提高產(chǎn)量的目的。
文檔編號(hào)G01B21/16GK103115599SQ20131003332
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月29日
發(fā)明者崔存生 申請(qǐng)人:成都高威節(jié)能科技有限公司