CN112689348B - 一种电极自动化控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电极自动化控制***，属于电炉控制技术领域，具体涉及一种多维度的电极精细化控制***，能够实现三相电极高度独立升降、电极圆直径连续调节，此外，还具备多个工作位置满足多个钢包的连续加热，该控制***的硬件部分包括移动基架、基座、升降装置、工位调整装置、横臂、电极圆调节装置和电极夹持装置，电极自动化控制***的软件部分采用阻抗控制策略，同时在实现过程中设计了分段式移动方法和边界联动控制方法。与现有技术相比，本发明能够显著降低能耗，提高生产效率，减轻电炉对电网的干扰，避免电弧烧炉等情况，确保炉内的温度分布均匀。

Description

一种电极自动化控制***

技术领域

本发明属于电炉控制技术领域，尤其涉及一种电极自动化控制***。

背景技术

钢包精炼炉是指兼具炼钢炉加热精炼功能的设备。是用来对初炼炉(电弧炉、平炉、转炉)所熔钢水进行精炼，并且能调节钢水温度，工艺缓冲，满足连铸、连轧的重要冶金设备，钢包炉是炉外精炼的主要设备之一。钢包精炼炉主要功能：1、使钢液升温和保温功能。钢液通过电弧加热获得新的热能，不但能使钢包精炼时可以补加合金和调整成分，也可以补加渣料，便于钢液深脱硫和脱氧。而且连铸要求的钢液开浇温度得到保证，有利干铸坯质量的提高。2、氩气搅拌功能。氩气通过装在钢包底部的透气砖向钢液中吹氛，钢液获得一定的搅拌功能。3、真空脱气功能。通过钢包吊入真空罐后，采用蒸汽喷射泵进行真空脱气，同时通过包底吹入氩气搅动钢液，可以去除钢液中的氢含量和氮含量，并进一步降低氧含量和硫含量，最终获得较高纯净度的钢液和性能优越的材质。然而，现有电炉结构存在如下技术问题：

1)现有电炉的电极圆直径无法调节，由于电极圆直径直接与能耗、产量相关，电炉中电极圆的直径过小时，由于三根电极之间的净距偏小,导致形成的三个熔池或加热区域交叉重叠的部分过多,在炉膛中心形成过分集中的热区,降低电极间的电阻,炉内反应面积过小,化料量低,产量低,电耗必然高，若电炉电极的电极圆直径过大，在电炉内三根电极之间的净距离偏大，导致形成的三个熔池交叉重叠的部分过少，则在三个熔池中间就有热量不集中的死角,对生产不利。

2)精炼炉在操作过程中，需要频繁调整电极的高低，现有部分精炼炉结构的三相电极无法独立调整，即使部分精炼炉结构的三相电极可以独立调整，其垂直度和强度较低，在使用过程中容易出现晃动的情况；

3)精炼炉在加热钢包的过程中，普遍采用“一炉一包”的结构，当钢包在运输、固定、安装等环节时，精炼炉只能等待钢包准备就绪才能开始加热，浪费了大量的工作时间。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种电极自动化控制***，能够实现三相电极高度独立升降、电极圆直径连续调节，同时，还具备多个工作位置满足多个钢包的连续加热，该控制***采用阻抗控制策略，同时在实现过程中设计了分段式移动方法和边界联动控制方法，能够显著降低能耗，提高生产效率，减轻电炉对电网的干扰，避免电弧烧炉等情况，确保炉内的温度分布均匀。

本发明通过以下技术手段解决上述问题：

一种电极自动化控制***包括移动基架、基座、升降装置、工位调整装置、横臂、电极圆调节装置和电极夹持装置，其中：所述移动基架作为承重主体、通过工位调整装置可旋转的安装在基础台上，移动基架的上侧开设有三个上通孔，上通孔的周围对称设置有多个上引导轮，移动基架的下侧对应开设有三个下通孔，下通孔的周围对称设置有多个下引导轮；所述基座水平设置在移动基架的底部，所述基座包括两组双头铰接座、四组安装臂和一个水平安装座，两组双头铰接座对称安装在移动基架的底部，安装臂的一端铰接在双头铰接座上，安装臂的另一端固定在水平安装座上，所述安装臂之间设置有加强梁；所述升降装置的底部水平固定在基座上，升降装置的顶部固定在横臂的底部；所述工位调整装置用于驱动移动基架、基座、升降装置和横臂整体旋转，工位调整装置包括滑轨、滑轮、转轴座和旋转驱动装置，所述滑轮安装在移动基架的底部、且与滑轨配合工作实现定轨迹运动，所述滑轨铺设在基础台上，所述转轴座的顶部安装在移动基架的底部中央位置，转轴座的底部通过旋转驱动装置安装在基础台上，所述旋转驱动装置包括电机或液压马达；所述横臂分为水平、等距、平行布置的第一横臂、第二横臂和第三横臂，所述第一横臂和第三横臂对称布置、其末端均向外倾斜120°形成斜臂，所述斜臂的前后两侧对称开设有长槽；所述电极圆调节装置分为第一伸缩装置、第二伸缩装置和第三伸缩装置，所述第一伸缩装置安装第一横臂的斜臂末端，所述第二伸缩装置安装在第二横臂的斜臂末端，所述第三伸缩装置安装在第三横臂的直臂末端；所述电极夹持装置分为第一夹持器、第二夹持器和第三夹持器，所述第一夹持器垂直安装在第一横臂的斜臂上，第一夹持器能够在第一伸缩装置的驱动下沿第一横臂的长槽前后移动，所述第二夹持器同轴安装在第二横臂的直臂上，第二夹持器能够在第二伸缩装置的驱动下沿第二横臂的直臂前后移动，所述第三夹持器垂直安装在第三横臂的斜臂上，第三夹持器能够在第三伸缩装置的驱动下沿第三横臂的长槽前后移动。

优选的，所述电极圆调节装置的内部设置有调节油缸和调节连接件，所述调节油缸安装在横臂的末端，调节油缸的伸缩杆通过调节连接件连接电极夹持装置。

优选的，所述电极夹持装置包括夹持壳体、弧形夹持座、移动卡箍、导电线、移动槽、传动板、夹持连接件、夹持油缸和滚轴排，其中：电极夹持装置的夹持壳体末端设置有弧形夹持座和移动卡箍，弧形夹持座和移动卡箍配合工作用于固定电极，移动卡箍的外壁与导电线接触，移动卡箍的两端设置在传动板上，传动板可移动的安装在移动槽内、且通过夹持连接件连接夹持油缸，两组滚轴排分别设置在夹持壳体的上下表面、且与横臂内壁的滑槽配合工作。

优选的，所述升降装置包括三组升降油缸、升降台、升降柱、升降套筒和连接座，所述升降油缸的底部固定在水平安装座上，所述升降台设置在升降油缸的伸缩杆上，所述升降柱同轴布置在升降套筒的内部，升降柱的底部安装在升降台上，升降柱的顶部设置有连接台，连接台通过铰接轴可旋转的安装在升降套筒的铰接孔内，所述升降套筒的侧壁上设置有多根与引导轮配合工作的导向板，升降套筒的顶部通过连接座与横臂连接。

上述电极自动化控制***包括如下控制方法：

1)电极安装：控制三个升降油缸上升至最高位置、并控制三个夹持油缸伸长至最大位置，等待操作人员将三根电极安装在移动卡箍后，控制三个夹持油缸收缩、并将三根电极可靠固定；

2)电极圆调节：控制电极圆调节装置工作，通过控制三个伸缩装置改变电极圆的直径、以适应不同内径的钢包；

3)电极上电：控制闭合变压器电源主回路中的真空开关和隔离开关，并断开变压器的接地开关；

4)电极下降启弧：向三个升降油缸发出向下运行命令，三根电极向下运动，电极自动化控制***实时检测三根电极的实际电压值：

当三根电极的实际电压值均不归零时，三根电极持续向下运动，直至电弧产生；

当其中某一根电极的实际电压值为零时，对应电极停止向下运动，并向上移动回撤至等待距离后进入等待状态，其他电极持续向下运动，直至电弧产生；

5)电极升降自动控制：电弧产生后，电极自动化控制***采用阻抗调节器自动调整三相电极的升降高度；

6)电极断电：加热完成后，控制断开变压器电源主回路中的真空开关和隔离开关，闭合变压器的接地开关；

7)电极上升：控制三个升降油缸向上运行，三根电极向上运动、直至运动到最高点；

8)电极工位调整：控制工位调整装置工作，工位调整装置驱动移动基架、基座、升降装置、横臂、电极夹持装置和电极整体旋转至新工位后，重复步骤3至步骤8。

优选的，所述工位调整装置具备二至三个工作位置，每个工作位置相隔90°。

优选的，所述三相电极的升降过程采用分段式移动方法，具体包括如下步骤：

1)电炉未起弧时，电极单次升降位移的允许值为5至10厘米，暂停时间为0.1至0.5秒，以实现起弧前的电极快速调节；

2)当电炉起弧时，电极单次升降位移的允许值为0.5至2.0厘米，暂停时间为0.05至0.20秒，电极自动化控制***采用阻抗调节器自动调整三相电极的升降高度，当电极升降位移的绝对值大于或等于允许值时，电极暂停升降，一段时间后再继续升降，直到电极升降到符合冶炼要求值的范围内。

优选的，电炉起弧时，所述电极自动化控制***设置有电极与液面的最大间隙和最小间隙、以防止电极末端距离液面过远或过近：

1)当某根电极移动至最大间隙时，该电极无法上升、则进入等待状态，当电极自动化控制***给予该电极继续上升指令时，该电极继续等待，其余两根电极向上移动一个允许值、以平衡三相电路的功率；当电极自动化控制***给予该电极继续下降指令时，该电极下降；

2)当某根电极移动至最小间隙时，该电极无法下降、则进入等待状态，当电极自动化控制***给予该电极继续下降指令时，该电极继续等待，其余两根电极向下移动一个允许值、以平衡三相电路的功率；当电极自动化控制***给予该电极继续上升指令时，该电极上升。

本发明的一种电极自动化控制***具有以下有益效果：

1)本发明采用新型的电极圆调节装置，能够连续调节电极圆的直径以适应不同的钢包内径，避免电极圆的直径过小而产生的热集中问题、或电极圆的直径过大而产生的热死去和烧炉问题，能够显著提升化料量和产量,降低能耗。

2)本发明采用新型的升降装置，升降柱与升降套筒采用铰接形式，同时，配置有移动基架引导轮，升降套筒的外表面设置有导向板，导向板与上下通孔和上下引导轮配合工作，一方面能够实现三相电极的独立调整，另一方面能够保持较高的垂直度和安装强度，在使用过程中不容易出现晃动、且升降高度准确。

3)本发明采用可旋转的多工位结构，工位调整装置具备二至三个工作位置，每个工作位置相隔90°，精炼炉在加热钢包的过程中，实现了“一炉多包”的技术效果，在钢包完成加热后，直接加热相邻钢包，精炼炉不必能等待钢包准备就绪才能开始加热，节约了大量的工作时间；

4)本发明采用了“齐头等待”的起弧控制策略，避免在机械运动中，某根电极下降过快直接触碰到待加热料体，一方面可以防止电极折断，另一方面可以弥补机械传动件的误差，确保顺利起弧。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明中电极圆调节装置结构示意图；

图3是本发明中电极圆调节装置内部结构示意图；

图4是本发明中电极夹持装置结构示意图；

图5是本发明中电极夹持装置内部结构示意图；

图6是本发明中移动基架结构示意图；

图7是本发明中引导轮结构示意图；

图8是本发明中基座结构示意图；

图9是本发明中升降装置结构示意图；

图10是本发明中升降柱结构示意图；

图11是本发明中工位调整装置结构示意图。

其中，1-移动基架、101-上通孔、102-上引导轮、103-下通孔、104-下引导轮、2-基座、201-双头铰接座、202-安装臂、203-水平安装座、204-加强梁、3-升降装置、301-升降油缸、302-升降台、303-升降柱、304-升降套筒、305-连接座、3031-连接台、3032-铰接轴、3041-铰接孔、3042-导向板、4-工位调整装置、401-滑轨、402-滑轮、403-转轴座、5-横臂、501-第一横臂、502-第二横臂、503-第三横臂、504-长槽、505-滑槽、6-电极圆调节装置、601-第一伸缩装置、602-第二伸缩装置、603-第三伸缩装置、604-调节油缸、605-调节连接件、7-电极夹持装置、701-第一夹持器、702-第二夹持器、703-第三夹持器、704-夹持壳体、705-弧形夹持座、706-移动卡箍、707-导电线、708-移动槽、709-传动板、710-夹持连接件、711-夹持油缸、712-滚轴排、8-电极、9-电缆。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例一

如图1至图4所示，该电极自动化控制***包括移动基架1、基座2、升降装置3、工位调整装置4、横臂5、电极圆调节装置6和电极夹持装置7，本实施例中，移动基架1作为承重主体、通过工位调整装置4可旋转的安装在基础台上，基座2水平设置在移动基架1的底部，升降装置3的底部水平固定在基座2上，升降装置3的顶部固定在横臂5的底部，升降装置3用于驱动横臂5升降，工位调整装置4用于驱动移动基架1、基座2、升降装置3和横臂5整体旋转。

具体的，横臂5分为水平、等距、平行布置的第一横臂501、第二横臂502和第三横臂503，第一横臂501和第三横臂503对称布置、其末端均向外倾斜120°形成斜臂，斜臂的前后两侧对称开设有长槽504；电极圆调节装置6分为第一伸缩装置601、第二伸缩装置602和第三伸缩装置603，第一伸缩装置601安装第一横臂501的斜臂末端，第二伸缩装置602安装在第二横臂502的斜臂末端，第三伸缩装置603安装在第三横臂503的直臂末端，本实施例中，电极夹持装置7分为第一夹持器701、第二夹持器702和第三夹持器703，第一夹持器701垂直安装在第一横臂501的斜臂上，第一夹持器701能够在第一伸缩装置601的驱动下沿第一横臂501的长槽504前后移动，第二夹持器702同轴安装在第二横臂502的直臂上，第二夹持器702能够在第二伸缩装置602的驱动下沿第二横臂502的直臂前后移动，第三夹持器703垂直安装在第三横臂503的斜臂上，第三夹持器703能够在第三伸缩装置603的驱动下沿第三横臂503的长槽504前后移动。

具体工作时，三相电极位于同一圆周上，当遇到不同的钢包时，通过控制伸缩装置即可带动夹持器移动，第一夹持器701和第三夹持器703沿120°的斜臂移动，第二夹持器702沿直臂移动，通过等距移动，可以实现不同直径的电极圆，避免电极圆的直径过小而产生的热集中问题、或电极圆的直径过大而产生的热死去和烧炉问题，能够显著提升化料量和产量,降低能耗。

本实施例中，电极圆调节装置6的内部设置有调节油缸604和调节连接件605，调节油缸604安装在横臂5的末端，调节油缸604的伸缩杆通过调节连接件605连接电极夹持装置7，图3展示了第一夹持器701和第三夹持器703内部结构，同理，第二夹持器702的移动也是通过油缸驱动，只是布置方向有所不同。

实施例二

如图4和图5所示，电极夹持装置7包括夹持壳体704、弧形夹持座705、移动卡箍706、导电线707、移动槽708、传动板709、夹持连接件710、夹持油缸711和滚轴排712，本实施例中，电极夹持装置7的夹持壳体704末端设置有弧形夹持座705和移动卡箍706，弧形夹持座705和移动卡箍706配合工作用于固定电极8，移动卡箍706的外壁与导电线707接触，移动卡箍706的两端设置在传动板709上，传动板709可移动的安装在移动槽708内、且通过夹持连接件710连接夹持油缸711，两组滚轴排712分别设置在夹持壳体704的上下表面、且与横臂5内壁的滑槽505配合工作。需要说明的是，通过液压阀控制夹持油缸711即可实现夹持装置7自动工作。具体的，电极加紧及放松是通过液压缸实现的，可以在立柱的任意高度进行。

实施例三

如图6和图7所示，移动基架1作为承重主体可旋转的安装在基础台上，基础台是水泥结构或框架底座，移动基架1上承重板开设有三个上通孔101，上通孔101的周围对称设置有多个上引导轮102，移动基架1的下承重板对应开设有三个下通孔103，下通孔103的周围对称设置有多个下引导轮104。具体的，上通孔101和下通孔103对应设置，用于竖直安装升降套筒304，每个通孔配置四到八个引导轮，引导轮对称布置且用于引导升降套筒304竖直移动，通过双排固定和扶持能够确保良好的垂直度。

实施例四

如图8所示，基座2设置在移动基架1的底部、且用于安装升降装置3，基座2包括两组双头铰接座201、四组安装臂202和一个水平安装座203，两组双头铰接座201平行、对称安装在移动基架1的底部，安装臂202的一端铰接在双头铰接座201上，安装臂202的另一端固定在水平安装座203上，安装臂202之间设置有加强梁204，四个安装臂202和水平安装座203形成可摆动的边框结构，用于消除安装过程中出现的误差，避免运动干涉，同时，确保水平安装座203在重力作用下始终水平、且能够伴随移动基架1旋转。

实施例五

如图9和图10所示，升降装置3包括三组升降油缸301、升降台302、升降柱303、升降套筒304和连接座305，具体的，升降油缸301通过液压阀进行控制，升降油缸301的底部固定在水平安装座203上，升降台302设置在升降油缸301的伸缩杆上，升降台302能够随伸缩杆运动，升降柱303同轴布置在升降套筒304的内部，升降柱303的底部通过法兰安装在升降台302上，升降柱303的顶部与铰接，具体的，升降柱303的顶部设置有连接台3031，连接台3031通过铰接轴3032可旋转的安装在升降套筒304的铰接孔3041内，当升降油缸301运动时将以此带动升降台302、升降柱303、升降套筒304和连接座305运动。

需要说明的是，升降套筒304的侧壁上设置有多根与引导轮配合工作的导向板3042，导向板3042成V型结构，倒扣在升降套筒304的侧壁上，V型结两侧的平面用于紧贴引导轮滚动面。

实施例六

如图11所示，工位调整装置4包括滑轨401、滑轮402、转轴座403和旋转驱动装置，具体的，滑轮402安装在移动基架1的底部、且与滑轨401配合工作实现定轨迹运动，滑轨401铺设在基础台上，转轴座403的顶部安装在移动基架1的底部中央位置，转轴座403的底部通过旋转驱动装置安装在基础台上，旋转驱动装置包括电机或液压马达，电机或液压马达通过减速器将扭矩传输至转轴座403。需要说明的是，工位调整装置具备二至三个工作位置，每个工作位置相隔90°，此时，滑轨401可以采用180°轨道或270°轨道等，工位相隔的角度也应与实际钢包尺寸相关，可以灵活设置多个工位，相互等距间隔30°至60°。

实施例七

本发明中的电极自动化控制***包括如下控制方法，下述过程不包括电极接长、电极更换等常见步骤。

1)电极安装：控制三个升降油缸上升至最高位置、并控制三个伸缩油缸伸长至最大位置，等待操作人员将三根电极安装在移动卡箍后，控制三个伸缩油缸收缩、并将三根电极可靠固定；

具体的，操作人员在操作安装时，尽量使三根电极的底部齐平。

2)电极圆调节：控制电极圆调节装置工作，通过控制三个伸缩装置改变电极圆的直径、以适应不同内径的钢包；电极圆调节装置能够连续调节电极圆的直径以适应不同的钢包内径，避免电极圆的直径过小而产生的热集中问题、或电极圆的直径过大而产生的热死去和烧炉问题，能够显著提升化料量和产量,降低能耗。具体的，电极圆的直径一般为钢包内直径的3/10至4/10，随电路容量的增大，电极圆的直径适当增加。

3)电极上电：控制闭合变压器电源主回路中的真空开关和隔离开关，并断开变压器的接地开关；

4)电极下降启弧：向三个升降油缸发出向下运行命令，三根电极向下运动，电极自动化控制***实时检测三根电极的实际电压值：

当三根电极的实际电压值均不归零时，三根电极持续向下运动，直至电弧产生，具体的，三根电极的实际电压值均不归零说明此时三根电极平稳下降，没有某根电极过快下降。

当其中某一根电极的实际电压值为零时，对应电极停止向下运动，并向上移动回撤至等待距离后进入等待状态，其他电极持续向下运动，直至电弧产生；具体的，等待距离一般为5至10cm，当某一根电极的实际电压值为零时说明，该电极下降过快，接触到了炉内料体，此时应启动“齐头等待”程序，一方面可以防止电极折断，另一方面可以弥补机械传动件的误差，确保顺利起弧。具体的，升降油缸的精确位置控制由现有设备完成，可以配置位置传感器或高精度液压控制阀，例如：拉线式编码器或电阻尺。

5)电极升降自动控制：电弧产生后，电极自动化控制***采用阻抗调节器自动调整三相电极的升降高度；

具体的，阻抗调节器可以采用现有技术和设备，例如：西门子的S7-300、400、1500系列、或ControlLogix RSLogix5000系列PLC，精炼炉电阻包括从变压器到电极间的接触电阻，精炼炉电抗是由短网三相电缆间的布线造成的，它随电极的升降位置变化而变化。冶炼过程中，电极电弧呈电阻性，电弧电阻随电弧的长短而改变阻值，电弧的长短通过电极的升降来调整。实际值与修正后的数值比较，输出阻抗偏差值，经功放驱动伺服阀，控制电极上升或下降，从而实现对阻抗的调节。

6)电极断电：加热完成后，控制断开变压器电源主回路中的真空开关和隔离开关，闭合变压器的接地开关；

7)电极上升：控制三个升降油缸向上运行，三根电极向上运动、直至运动到最高点；

8)电极工位调整：控制工位调整装置工作，工位调整装置驱动移动基架、基座、升降装置、横臂、夹持装置和电极整体旋转至新工位后，重复步骤3至步骤8。具体的，工位调整装置具备二至三个工作位置，每个工作位置相隔90°。

实施例八

本本实施例中，阻抗调节器不仅可以采用现有技术和设备，也可以采用新型阻抗控制器，通过阻抗反馈控制、过流前馈控制、短路前馈控制等控制手段，提高电极调节的稳定性和灵敏性。具体的，阻抗调节器包括设定阻抗计算修正单元、实际阻抗采样计算单元和阻抗调节控制输出单元。

具体的，设定阻抗计算修正单元依据电弧加热供电制度模型获取基础阻抗设定值，叠加上档位开关变档保护增阻抗修正、启弧化渣减阻抗修正和阻抗设定值限幅环节以得到实际参与控制的最终阻抗设定值；实际阻抗采样计算单元对实际采集的二次电压和二次电流信号进行标度变换、系数校正、滤波处理后将二者相除，二者之商再经过滤波、限幅后得到实际参与控制的阻抗实际值；根据阻抗设定值和阻抗实际值得到阻抗控制偏差，经由带比例系数自适应的PI控制器、过流前馈控制器、短路前馈控制器自动调节控制，再经过比例阀液压特性补偿、手动控制、先导阀控制和滤波器环节后输出驱动液压比例阀，控制电极立柱的升降，达到稳定电弧燃烧，均匀加热的目的。

需要说明的是，结合加热等效电路和变压器稳定工作边界条件，可用计算机软件生成无功功率—有功功率对应关系的“功率圆图”，将经过边界条件约束的不同功率因数下的档位开关位置及对应的阻抗设定值以矩阵表的形式存储在电极调节***的内存数据块中，以供操作工选择作为电极调节的基础阻抗设定值。

实施例九

本实施例中，三相电极的升降过程采用分段式移动方法，可以有效避免电极折断，同时，给***一个缓冲恢复时间，避免电极一次升降距离过大引起的电极偏斜和震荡，具体包括如下步骤：

1)电炉未起弧时，电极单次升降位移的允许值为5至10厘米，暂停时间为0.1至0.5秒，该阶段以快速升降为主要目的，以实现起弧前的电极快速调节；具体的，升降油缸的精确位置控制由现有设备完成，可以配置位置传感器或高精度液压控制阀。

2)当电炉起弧时，电极单次升降位移的允许值为0.5至2.0厘米，暂停时间为0.05至0.20秒，电极自动化控制***采用阻抗调节器自动调整三相电极的升降高度，当电极升降位移的绝对值大于或等于允许值时，电极暂停升降，一段时间后再继续升降，直到电极升降到符合冶炼要求值的范围内，具体的，分多次升降，消除了实际电流和设定电流值的差值，避免了电极一次升降距离过大而引起的电极偏斜或震荡，可以提供控制***的稳定性和精度。

需要说明的是，电炉起弧时，电极自动化控制***设置有电极与液面的最大间隙和最小间隙、以防止电极末端距离液面过远或过近，当间隙过大时容易断弧，当间隙过小时，电极末端容易触碰液面，特别是吹氩过程中，因此采用如下策略，保证三相电路的功率平衡：

1)当某根电极移动至最大间隙时，该电极无法上升、则进入等待状态，当电极自动化控制***给予该电极继续上升指令时，该电极继续等待，其余两根电极向上移动一个允许值即0.5至2.0厘米、以平衡三相电路的功率；当电极自动化控制***给予该电极继续下降指令时，该电极下降；

2)当某根电极移动至最小间隙时，该电极无法下降、则进入等待状态，当电极自动化控制***给予该电极继续下降指令时，该电极继续等待，其余两根电极向下移动一个允许值即0.5至2.0厘米、以平衡三相电路的功率；当电极自动化控制***给予该电极继续上升指令时，该电极上升。

本实施例中，通过增加相邻电极的电流、或减少相邻电极的电流、以达到三相功率平衡，维持冶炼过程的正常进行，达到提高电、热效率，降低冶炼电耗，提高产量的目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种电极自动化控制***，其特征在于，包括移动基架(1)、基座(2)、升降装置(3)、工位调整装置(4)、横臂(5)、电极圆调节装置(6)和电极夹持装置(7)，其中：

所述移动基架(1)作为承重主体、通过工位调整装置(4)可旋转的安装在基础台上，移动基架(1)的上侧开设有三个上通孔(101)，上通孔(101)的周围对称设置有多个上引导轮(102)，移动基架(1)的下侧对应开设有三个下通孔(103)，下通孔(103)的周围对称设置有多个下引导轮(104)；

所述基座(2)水平设置在移动基架(1)的底部，所述基座(2)包括两组双头铰接座(201)、四组安装臂(202)和一个水平安装座(203)，两组双头铰接座(201)对称安装在移动基架(1)的底部，安装臂(202)的一端铰接在双头铰接座(201)上，安装臂(202)的另一端固定在水平安装座(203)上，所述安装臂(202)之间设置有加强梁(204)；

所述升降装置(3)的底部水平固定在基座(2)上，升降装置(3)的顶部固定在横臂(5)的底部；

所述工位调整装置(4)用于驱动移动基架(1)、基座(2)、升降装置(3)和横臂(5)整体旋转，工位调整装置(4)包括滑轨(401)、滑轮(402)、转轴座(403)和旋转驱动装置，所述滑轮(402)安装在移动基架(1)的底部、且与滑轨(401)配合工作实现定轨迹运动，所述滑轨(401)铺设在基础台上，所述转轴座(403)的顶部安装在移动基架(1)的底部中央位置，转轴座(403)的底部通过旋转驱动装置安装在基础台上，所述旋转驱动装置包括电机或液压马达；

所述横臂(5)分为水平、等距、平行布置的第一横臂(501)、第二横臂(502)和第三横臂(503)，所述第一横臂(501)和第三横臂(503)对称布置、其末端均向外倾斜120°形成斜臂，所述斜臂的前后两侧对称开设有长槽(504)；

所述电极圆调节装置(6)分为第一伸缩装置(601)、第二伸缩装置(602)和第三伸缩装置(603)，所述第一伸缩装置(601)安装第一横臂(501)的斜臂末端，所述第二伸缩装置(602)安装在第二横臂(502)的斜臂末端，所述第三伸缩装置(603)安装在第三横臂(503)的直臂末端；

所述电极夹持装置(7)分为第一夹持器(701)、第二夹持器(702)和第三夹持器(703)，所述第一夹持器(701)垂直安装在第一横臂(501)的斜臂上，第一夹持器(701)能够在第一伸缩装置(601)的驱动下沿第一横臂(501)的长槽(504)前后移动，所述第二夹持器(702)同轴安装在第二横臂(502)的直臂上，第二夹持器(702)能够在第二伸缩装置(602)的驱动下沿第二横臂(502)的直臂前后移动，所述第三夹持器(703)垂直安装在第三横臂(503)的斜臂上，第三夹持器(703)能够在第三伸缩装置(603)的驱动下沿第三横臂(503)的长槽(504)前后移动。

2.根据权利要求1所述的电极自动化控制***，其特征在于，所述电极圆调节装置(6)的内部设置有调节油缸(604)和调节连接件(605)，所述调节油缸(604)安装在横臂(5)的末端，调节油缸(604)的伸缩杆通过调节连接件(605)连接电极夹持装置(7)。

3.根据权利要求1所述的电极自动化控制***，其特征在于，所述电极夹持装置(7)包括夹持壳体(704)、弧形夹持座(705)、移动卡箍(706)、导电线(707)、移动槽(708)、传动板(709)、夹持连接件(710)、夹持油缸(711)和滚轴排(712)，其中：

电极夹持装置(7)的夹持壳体(704)末端设置有弧形夹持座(705)和移动卡箍(706)，弧形夹持座(705)和移动卡箍(706)配合工作用于固定电极(8)，移动卡箍(706)的外壁与导电线(707)接触，移动卡箍(706)的两端设置在传动板(709)上，传动板(709)可移动的安装在移动槽(708)内、且通过夹持连接件(710)连接夹持油缸(711)，两组滚轴排(712)分别设置在夹持壳体(704)的上下表面、且与横臂(5)内壁的滑槽(505)配合工作。

4.根据权利要求1所述的电极自动化控制***，其特征在于，所述升降装置(3)包括三组升降油缸(301)、升降台(302)、升降柱(303)、升降套筒(304)和连接座(305)，所述升降油缸(301)的底部固定在水平安装座(203)上，所述升降台(302)设置在升降油缸(301)的伸缩杆上，所述升降柱(303)同轴布置在升降套筒(304)的内部，升降柱(303)的底部安装在升降台(302)上，升降柱(303)的顶部设置有连接台(3031)，连接台(3031)通过铰接轴(3032)可旋转的安装在升降套筒(304)的铰接孔(3041)内，所述升降套筒(304)的侧壁上设置有多根与引导轮配合工作的导向板(3042)，升降套筒(304)的顶部通过连接座(305)与横臂(5)连接。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的电极自动化控制***，其特征在于，包括如下控制方法：

1)电极安装：控制三个升降油缸上升至最高位置、并控制三个夹持油缸伸长至最大位置，等待操作人员将三根电极安装在移动卡箍后，控制三个夹持油缸收缩、并将三根电极可靠固定；

2)电极圆调节：控制电极圆调节装置工作，通过控制三个伸缩装置改变电极圆的直径、以适应不同内径的钢包；

3)电极上电：控制闭合变压器电源主回路中的真空开关和隔离开关，并断开变压器的接地开关；

4)电极下降启弧：向三个升降油缸发出向下运行命令，三根电极向下运动，电极自动化控制***实时检测三根电极的实际电压值：

当三根电极的实际电压值均不归零时，三根电极持续向下运动，直至电弧产生；

当其中某一根电极的实际电压值为零时，对应电极停止向下运动，并向上移动回撤至等待距离后进入等待状态，其他电极持续向下运动，直至电弧产生；

5)电极升降自动控制：电弧产生后，电极自动化控制***采用阻抗调节器自动调整三相电极的升降高度；

6)电极断电：加热完成后，控制断开变压器电源主回路中的真空开关和隔离开关，闭合变压器的接地开关；

7)电极上升：控制三个升降油缸向上运行，三根电极向上运动、直至运动到最高点；

8)电极工位调整：控制工位调整装置工作，工位调整装置驱动移动基架、基座、升降装置、横臂、电极夹持装置和电极整体旋转至新工位后，重复步骤3至步骤8。

6.根据权利要求5所述的电极自动化控制***，其特征在于，所述工位调整装置具备二至三个工作位置，每个工作位置相隔90°。

7.根据权利要求5所述的电极自动化控制***，其特征在于，所述三相电极的升降过程采用分段式移动方法，具体包括如下步骤：

1)电炉未起弧时，电极单次升降位移的允许值为5至10厘米，暂停时间为0.1至0.5秒，以实现起弧前的电极快速调节；

2)当电炉起弧时，电极单次升降位移的允许值为0.5至2.0厘米，暂停时间为0.05至0.20秒，电极自动化控制***采用阻抗调节器自动调整三相电极的升降高度，当电极升降位移的绝对值大于或等于允许值时，电极暂停升降，一段时间后再继续升降，直到电极升降到符合冶炼要求值的范围内。

8.根据权利要求7所述的电极自动化控制***，其特征在于，电炉起弧时，所述电极自动化控制***设置有电极与液面的最大间隙和最小间隙、以防止电极末端距离液面过远或过近：

1)当某根电极移动至最大间隙时，该电极无法上升、则进入等待状态，当电极自动化控制***给予该电极继续上升指令时，该电极继续等待，其余两根电极向上移动一个允许值、以平衡三相电路的功率；当电极自动化控制***给予该电极继续下降指令时，该电极下降；

2)当某根电极移动至最小间隙时，该电极无法下降、则进入等待状态，当电极自动化控制***给予该电极继续下降指令时，该电极继续等待，其余两根电极向下移动一个允许值、以平衡三相电路的功率；当电极自动化控制***给予该电极继续上升指令时，该电极上升。

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