一種礦熱爐自焙電極自動壓放控制方法與流程
2024-02-07 22:38:15
本發明涉及礦熱爐自動化技術領域，尤其涉及一種礦熱爐自焙電極自動壓放控制方法。
背景技術：
礦熱爐是一種用途廣泛、可生產多種產品的特殊電弧爐，它主要用於金屬氧化物礦石的還原冶煉反應，由於其電弧通常是深埋於爐料之中的，所以礦熱爐又被稱為埋弧爐。在礦熱爐中，供電系統所提供的低電壓大電流電能通過爐變、二次短網、三相自焙電極輸入到爐內，在電極末端產生的電弧，並將電能轉換為熱能，從而在爐體內形成高溫反應區，利用電極電弧熱和爐料電阻熱，對金屬氧化物礦石進行還原反應。
由於在冶煉過程中，自焙電極被不斷消耗，故需要進行電極壓放操作，使自焙電極被消耗掉的部分得以及時補充，從而確保電極工作端埋入到爐料中的長度滿足操爐工藝需求。現階段，電極壓放機械或液壓設備的自動連鎖順序控制已在各種類型的礦熱爐上實現，但在電極的壓放時機和壓放頻度問題上(即何時啟動自焙電極壓放的問題)，一般還是由操作工或爐長根據個人經驗進行手動操作。但是由於影響自焙電極壓放時機的因素很多，如電極電流、功率、功率因數、料面溫度、支路電流和電極糊成分等，各個因素的變化都會影響自焙電極的壓放時機，而且有些因素的變化沒有規律可以遵循。所以，各礦熱爐冶煉企業經常會頻繁出現因為自焙電極壓放時機不當而導致自焙電極出現軟斷或硬斷的生產事故。一旦自焙電極出現軟斷或硬斷事故，就必須停爐處理，處理完畢後恢復生產也需要一定的時間，以逐步恢復到正常爐況。因此礦熱爐自焙電極壓放控制對爐況順行、減小停爐時間，提高礦熱爐產量具有十分重要的意義。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題在於針對現有技術中的缺陷，提供一種礦熱爐自焙電極自動壓放控制方法。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種礦熱爐自焙電極自動壓放控制方法，包括以下步驟：
1)在每相自焙電極每次壓放動作完成後，將該相自焙電極的有效有功功率計算值、電極電流熱效應計算值、已完成壓放時間間隔計算值清零；
2)重新計算注入到該相自焙電極內的有效有功功率計算值、電極電流熱效應計算值、已完成壓放時間間隔計算值；
3)將有效有功功率計算值、電極電流熱效應計算值、已完成壓放時間間隔計算值與各自對應的設定閾值進行連續比較；
4)當有效有功功率計算值、電極電流熱效應計算值、已完成壓放時間間隔計算值中的任意兩項計算值超過各自對應的設定閾值時，自動啟動該相自焙電極的壓放操作。
按上述方案，所述有效有功功率計算值依據熔池電壓測量值和電極電流測量值按下述公式計算：
式中P(t)為當前採樣時刻的有效有功功率計算值，P(t-1)為前一採樣時刻的有效有功功率計算值，UBath為熔池電壓測量值，IEl為電極電流測量值。
按上述方案，所述電極電流熱效應計算值依據電極電流測量值按下述公式計算：
式中H(t)為當前採樣時刻的電極電流熱效應計算值，H(t-1)為前一採樣時刻的電極電流熱效應計算值，IEl為電極電流測量值。
按上述方案，所述已完成壓放時間間隔計算值，依據電極升降調節設定值和實際值的偏差情況按下述公式計算：
式中T(t)為當前採樣時刻的壓放時間間隔計算值，T(t-1)為前一採樣時刻的壓放時間間隔計算值，SP為電極升降調節的設定值，PV為電極升降調節的實際值，δ為電極升降調節的允許偏差閾值。
按上述方案，所述有效有功功率計算值、電極電流熱效應計算值、已完成壓放時間間隔計算值的計算採樣周期均為1秒鐘。
按上述方案，對於礦熱爐的三相電極，均採用相同的自焙電極自動壓放控制方法，對三相自焙電極分別獨立地實現電極自動壓放控制。
按上述方案，所述礦熱爐爐型包括電石爐、黃磷爐、各類鐵合金爐在內的多種礦熱爐爐型。
本發明產生的有益效果是：
1.本發明方法從有效有功功率、電極電流熱效應、壓放間隔時間三個維度核算考察自焙電極的焙燒情況，從而確定自焙電極的壓放時機和壓放頻度，實現自焙電極壓放的全自動操作，規範電極壓放操作，減輕了操作工的勞動強度。
2.本發明減小了自焙電極因壓放時機和壓放頻度不當而造成的電極軟斷和電極硬斷事故發生的概率，減小了停爐時間，降低了生產事故處理成本。
3.本發明控制方法可在多種類型的控制硬體平臺上通過軟體編程實現，既可用於新建礦熱爐，也可用於現有已投產礦熱爐的升級改造，適用性和可實現性強。
附圖說明
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：
圖1是本發明實施例的礦熱爐自焙電極自動壓放控制方法的流程圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
如圖1所示，一種礦熱爐自焙電極自動壓放控制方法，包括以下步驟：
(1)在每相自焙電極上次壓放動作完成後，將該相電極的有效有功功率計算值P(t)和有效有功功率計算值達到設定值標誌位Flag1、電極電流熱效應計算值H(t)和電極電流熱效應計算值達到設定值標誌位Flag2、已完成壓放時間間隔計算值T(t)和已完成壓放時間間隔計算值達到設定值標誌位Flag3清零；
(2)重新按照對應公式計算注入到該相自焙電極內的有效有功功率計算值P(t)、電極電流熱效應計算值H(t)、已完成壓放時間間隔計算值T(t)；
(3)將有效有功功率計算值P(t)、電極電流熱效應計算值H(t)、已完成壓放時間間隔計算值T(t)與各自對應的設定值進行連續比較。若某項計算值大於其對應設定值，則將對應的標誌位置1，否則繼續刷新計算並比較。
具體的說，當有效有功功率計算值P(t)大於其設定值時，將標誌位Flag1置1；當電極電流熱效應計算值H(t)大於其設定值時，將標誌位Flag2置1；當已完成壓放時間間隔計算值T(t)大於其設定值時，將標誌位Flag3置1。
(4)當有效有功功率計算值、電極電流熱效應計算值、已完成壓放時間間隔計算值中的任意兩項計算值超過各自對應的設定值時，自動啟動該相自焙電極的壓放操作。
具體的說，即當標誌位Flag1、Flag2、Flag3三個標誌位之和大於等於2時，即可啟動該相自焙電極的壓放操作。
其中，有效有功功率計算值依據熔池電壓測量值和電極電流測量值按下述公式計算：
式中P(t)為當前採樣時刻的有效有功功率計算值，P(t-1)為前一採樣時刻的有效有功功率計算值，UBath為熔池電壓測量值(單位為V,可通過測量電極銅瓦相對於爐殼底部的電壓得到)，IEl為電極電流測量值(單位為kA，可通過安裝在礦熱爐二次短網上的羅科夫斯基線圈或安裝在爐變一次側繞組/串變繞組上的電流互感器測量得到)。
電極電流熱效應計算值依據電極電流測量值按下述公式計算：
式中H(t)為當前採樣時刻的電極電流熱效應計算值，H(t-1)為前一採樣時刻的電極電流熱效應計算值，IEl為電極電流測量值(單位為kA，可通過安裝在礦熱爐二次短網上的羅科夫斯基線圈或安裝在爐變一次側繞組/串變繞組上的電流互感器測量得到)。
已完成壓放時間間隔計算值，依據電極升降調節的設定值和實際值的偏差大小情況按下述公式計算：
式中T(t)為當前採樣時刻的壓放時間間隔計算值，T(t-1)為前一採樣時刻的壓放時間間隔計算值，SP為電極升降調節的設定值，PV為電極升降調節的實際值，δ為電極升降調節的允許偏差閾值。對於採用電流調節模式的礦熱爐，SP為電極電流設定值，PV為電極電流實際值，δ為電極電流調節允許偏差閾值(一般取1kA)；對於採用阻抗調節模式的礦熱爐，SP為電極阻抗設定值，PV為電極阻抗實際值，δ為電極阻抗調節允許偏差閾值(一般取0.1mΩ)
所述有效有功功率計算值、電極電流熱效應計算值、已完成壓放時間間隔計算值的計算採樣周期均為1秒鐘，即每隔1秒鐘，刷新計算上述三個參數一次。
對於礦熱爐的三相電極，均採用相同的自焙電極自動壓放控制方法，對三相自焙電極分別獨立地實施電極自動壓放控制，即三相自焙電極的自動壓放控制相互獨立，互不幹擾影響。
本發明適用的礦熱爐爐型包括電石爐、黃磷爐、各種類型的鐵合金爐(如矽鐵爐、錳鐵爐、鉻鐵爐、矽錳爐)等。
本發明自焙電極自動壓放控制方法可通過在PLC、DCS、工控機、單片機、DSP等多種自動控制硬體平臺上通過軟體編程實現。在本實施例中，自焙電極自動壓放控制方法在西門子S7-400系列PLC上通過Step7編程軟體中的SCL語言軟體編程實現。
應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。