電極消耗監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種方法和系統(tǒng)自動確定電弧爐中電極添加事件發(fā)生的時間，電弧爐具有多個電極柱，每個電極柱由電極放置系統(tǒng)承載。接收與輸出到多個電極柱的電流的諧波畸變相關(guān)的數(shù)據(jù)。還接收與電極放置系統(tǒng)中的控制壓強相關(guān)的數(shù)據(jù)。當諧波畸變數(shù)據(jù)指示穩(wěn)定狀態(tài)條件時，穩(wěn)定狀態(tài)控制壓強數(shù)據(jù)被捕獲。其后，當在穩(wěn)定狀態(tài)控制壓強數(shù)據(jù)中識別出壓強尖峰時，確定電極添加事件。
【專利說明】電極消耗監(jiān)控系統(tǒng)
【背景技術(shù)】
[0001 ] 電弧爐借助于電弧來加熱廢料裝料。通過直接暴露到電弧以及隨后對其通電流來熔化裝填的材料。
[0002]電弧爐通常包括用可收縮頂部覆蓋的大爐身。頂部包括允許一個(在DC爐中)或更通常三個(在AC爐中)石墨電極柱進入爐的孔?？梢苿与姌O支撐結(jié)構(gòu)支持并且移動電極柱。通過通常位于爐附近的變壓器為電極柱提供電力。電極柱均包括用每個末端處的螺紋連接固定在一起的多個個體電極。作為煉鋼過程的部分，電極被慢慢地消耗，并且因此，新電極必須周期地被添加到每個柱。
[0003]在加熱循環(huán)期間，電力調(diào)節(jié)系統(tǒng)試圖在裝料的熔化期間保持近似恒定的電流和電力輸入。當廢品在其熔化時在電極之下移動時，使得這樣更加困難。部分地通過采用自動升高和降低電極柱的電極放置系統(tǒng)來調(diào)節(jié)輸入。因此，在爐次的部分期間，基于由放置系統(tǒng)執(zhí)行的恒定校正，電極柱傾向于連續(xù)地振動。通常，放置系統(tǒng)采用液壓缸來提供移動力。
[0004]一旦爐中達到相對穩(wěn)定的狀態(tài)條件(即廢品基本被熔化)，另一桶廢品就可以被裝填到爐中并且被熔化掉。在第一或可選的第二裝料被完全熔化之后，發(fā)生各種其它操作，諸如精煉、監(jiān)控化學(xué)成分、以及最后在出鋼準備中過加熱熔化物。
[0005]電極消耗速率知識對電弧爐操作員是非常有價值的。這個數(shù)據(jù)可以幫助操作員分析最優(yōu)爐條件或確定和比較電極性能。然而，為了確定消耗，系統(tǒng)必須準確并自動地確定電極被添加到柱的時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)一個方面，公開了一種用于確定電弧爐中電極添加事件發(fā)生時間的方法。該爐包括多個電極柱，每個電極柱由電極放置系統(tǒng)承載。所述方法包括接收與輸出到多個電極柱的電流的諧波畸變相關(guān)的數(shù)據(jù)。然后接收與電極放置系統(tǒng)中的控制壓強相關(guān)的數(shù)據(jù)。當諧波畸變數(shù)據(jù)指示穩(wěn)定狀態(tài)條件時，穩(wěn)定狀態(tài)控制壓強數(shù)據(jù)被識別。當在穩(wěn)定狀態(tài)控制壓強數(shù)據(jù)中識別出壓強尖峰時，確定電極添加事件。然后可以顯示電極添加事件。
[0007]根據(jù)另一方面，公開了一種用于監(jiān)控電弧爐的系統(tǒng)，所述電弧爐具有多個電極柱，每個電極柱具有通過其輸出的電流并且可由電極放置系統(tǒng)垂直地移動。系統(tǒng)包括:計算裝置，在其中具有可由計算裝置使用的程序代碼。程序代碼包括:被配置成接收或請求與輸出到多個電極柱的電流的諧波畸變相關(guān)的數(shù)據(jù)的代碼。代碼被配置成接收或請求與電極放置系統(tǒng)中的控制壓強相關(guān)的數(shù)據(jù)。代碼被配置成當諧波畸變數(shù)據(jù)指示穩(wěn)定狀態(tài)條件時識別穩(wěn)定狀態(tài)控制壓強數(shù)據(jù)。代碼被配置成當在穩(wěn)定狀態(tài)控制壓強數(shù)據(jù)中識別出壓強尖峰時確定電極添加事件。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是示出用于確定電極添加事件的示例性步驟的流程圖。
[0009]圖2是示出EAF爐的穩(wěn)定狀態(tài)壓強讀數(shù)的示例性圖。[0010]圖3是示出EAF爐的電極消耗速率的示例性圖。
[0011]圖4是被適配成確定電極添加事件和/或電極消耗的示例性爐監(jiān)控系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0012]石墨電極是電弧爐中可消耗的必需品并且是適合于耐受電爐煉鋼操作的極端苛刻操作環(huán)境的僅有的已知材料。因此，鋼制造商高度認識到在爐中消耗的石墨電極的成本和性能。通常，按照生產(chǎn)每噸鋼消耗的電極磅數(shù)(以下稱“l(fā)b/ton”)來表達電極消耗速率。一般來說，鋼電弧爐操作員尋求最小化石墨電極的lb/ton消耗以便由此最小化電極成本并且增加利潤。
[0013]根據(jù)一個實施例，電極消耗可以根據(jù)以下數(shù)據(jù)輸入來確定:1)每爐次(per heat)生產(chǎn)鋼的噸數(shù)(以下稱“tons/heat”)；2)每個電極添加的爐次數(shù)量(以下稱“heats/add”)；以及3)每個石墨電極的磅數(shù)。有利的是，自動(即在不具有來自人類操作員的規(guī)則輸入的情況下)確定每個數(shù)據(jù)源。因此，tons/heat的數(shù)量可以從爐控制系統(tǒng)被容易地確定和獲得，該爐控制系統(tǒng)緊密監(jiān)控tons/heat。同樣地，有利的是，每個電極的磅數(shù)可以是表示針對給定尺寸的平均電極重量的恒定輸入。在這個或其它實施例中，可以采用數(shù)據(jù)庫或其它電子存儲數(shù)據(jù)矩陣來存儲針對各個電極尺寸的平均重量。通常計算在一時間段期間的電極消耗。例如，在一個實施例中，作為一周時段期間的消耗來計算電極消耗。在其它實施例中，可以計算兩周時段期間的該消耗。在仍其它實施例中，計算一個月時段期間的電極消耗。在仍進一步的實施例中，計算比大約3天長的時段內(nèi)的該消耗。
[0014]確定heats/add的數(shù)量要求首先知道電極被添加到每個電極柱的時間。如上面討論的，對電極被添加到一個或多個電極柱的確定有利地被自動執(zhí)行。
[0015]現(xiàn)在參考圖1，用于自動確定電極被添加到電極柱時間的方法被示出并且由數(shù)字10指示。在第一步驟中，監(jiān)控電弧爐的兩個操作參數(shù)。在一個實施例中，經(jīng)由計量變壓器來監(jiān)控弧爐變壓器初級側(cè)上的電流。在另一實施例中，經(jīng)由計量變壓器來監(jiān)控弧爐變壓器的次級側(cè)上的電流。
[0016]第二數(shù)據(jù)源來自電極放置系統(tǒng)。如上面討論的，在爐次期間，每個電極柱被電極放置系統(tǒng)單獨地上和下移動以隨著裝填的廢品在爐中熔化來調(diào)節(jié)弧長度。在一個實施例中，移動電極柱的促動力由液壓系統(tǒng)提供，其中，變化的壓強起作用以便把電極柱向上和向下移動。在這個實施例中，在每個電極柱處的促動壓強經(jīng)由例如壓強監(jiān)控器來監(jiān)控。
[0017]在第二步驟14，確定爐是否處于穩(wěn)定狀態(tài)條件中。通過穩(wěn)定狀態(tài)，意味著爐內(nèi)部的裝料被基本上熔化和/或裝料的表面是普遍平的。換句話說，大片的廢品不再從周圍落入到爐中的更中心點中。這通常稱為平熔池狀態(tài)。
[0018]在一個實施例中，通過監(jiān)控電極電流波形(來自計量變壓器)的諧波畸變來確定穩(wěn)定狀態(tài)條件。在一個實施例中，當諧波畸變小于10%時，穩(wěn)定狀態(tài)條件被確定。在其它實施例中，當諧波畸變小于5%時，穩(wěn)定狀態(tài)條件被確定。在仍進一步實施例中，當諧波畸變小于3%時，穩(wěn)定狀態(tài)條件被確定。在一個實施例中，分析的諧波畸變針對每個電極柱或相。在另一實施例中，監(jiān)控通過全部三個電極(全部的三個相)的電流的平均諧波畸變。
[0019]在14，如果爐不在穩(wěn)定狀態(tài)條件，則系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)控電流。然而，如果穩(wěn)定狀態(tài)條件被確定，則現(xiàn)在在步驟16捕獲壓強數(shù)據(jù)。穩(wěn)定狀態(tài)壓強是有利的，因為在爐次中的這個點要求相對小的電極柱移動(因為平熔池條件)。因此，壓強值是相對穩(wěn)定的并且將與每個電極柱的相對重量相關(guān)。
[0020]現(xiàn)在參考圖2，圖示出了在穩(wěn)定狀態(tài)操作期間捕獲的示例性壓強數(shù)據(jù)。如可以看見的，每個電極柱的壓強A、B和C隨著電極柱在爐中被消耗而穩(wěn)定地下降。然而，在對應(yīng)于電極添加到柱的壓強數(shù)據(jù)中可以看見尖峰。以這種方式，在步驟18確定電極添加發(fā)生的時間。在一個實施例中，當測量到至少3%的壓強增加時確定電極添加。在另一實施例中，當測量到至少5%的壓強增加時確定電極添加。在仍其它實施例中，當測量到最小預(yù)定絕對壓強變化時確定電極添加。例如，在一個實施例中，如果測量到大于大約IOOpsi的增加，則確定發(fā)生電極添加。在另一實施例中，如果測量到大于大約50psi的增加，則確定發(fā)生電極添加。
[0021]在步驟20，捕獲電極添加事件以及添加時間。如下面將更詳細地討論的，添加數(shù)據(jù)可以與來自爐的其它數(shù)據(jù)相關(guān)，諸如每個爐次的數(shù)量和定時。用這種方式，可以確定在給定時間段期間每個電極添加執(zhí)行多少爐次。
[0022]一旦每個添加的爐次是已知的，就可以根據(jù)以下等式來執(zhí)行電極消耗計算:
電極消耗(lb)/ (ton)=(一個電極的標稱電極重量)/ ((每個電極添加的爐次)* (平均爐次鋼重量))。
[0023]如上面討論的，標稱電極重量可以從存儲對于所有標稱尺寸的標稱重量的數(shù)據(jù)庫文件提取。同樣地，給定時間段內(nèi)的平均爐次鋼重量可以由爐控制器來收集。所計算的電極消耗可以以任何方式提供給爐操作員。例如，在一個實施例中，電極消耗在遠程位置的服務(wù)器上計算(使用來自爐的、經(jīng)由因特網(wǎng)傳送的數(shù)據(jù))。然后爐操作員可以經(jīng)由網(wǎng)站訪問電極消耗數(shù)據(jù)(例如以圖或圖表形式的)。
[0024]現(xiàn)在參考圖3，該圖示出了可以提供給爐操作員的示例性電極消耗顯示。這樣的信息可以用于比較爐內(nèi)的不同電極柱之間的消耗水平或比較不同電極制造商/材料以便優(yōu)化性能。另外，通過自動確定電極添加的基本頻率，遠程電極供應(yīng)商可以基于對爐操作員的電極使用的近實時查看來調(diào)整庫存或產(chǎn)量。
[0025]現(xiàn)在參考圖4，示出了示例性電極消耗監(jiān)控系統(tǒng)。爐PLC 30發(fā)送信號并從與電弧爐32相關(guān)聯(lián)的各種控制機構(gòu)接收信號。例如，爐PLC 30可以接收和或計算表示每個爐次的產(chǎn)量(噸)的信號、爐次結(jié)束信號以及電極放置系統(tǒng)中的液壓壓強。同樣地，計量變壓器34可以在具有爐變壓器的初級或次級側(cè)的電路中。電力質(zhì)量儀表36接收來自計量變壓器34的輸出。除此之外，電力質(zhì)量儀表36可以測量電極電流波形中的諧波畸變。然后，諧波畸變數(shù)據(jù)信號可以被發(fā)送到數(shù)字信號處理器38。在一個實施例中，電力質(zhì)量儀表36執(zhí)行計算以平均來自全部三相的諧波畸變。在其它實施例中，數(shù)字信號處理器38執(zhí)行計算以平均來自全部三相的諧波畸變。
[0026]數(shù)字信號處理器38從電力質(zhì)量儀表36和爐PLC 30兩者接收信號。該數(shù)據(jù)可以被輸出到本地終端/服務(wù)器40或輸出到遠程服務(wù)器42。根據(jù)一個實施例，本地和/或遠程服務(wù)器包括SQL數(shù)據(jù)庫。SQL數(shù)據(jù)庫可以查詢來自數(shù)字信號處理器38的數(shù)據(jù)以便確定電極添加和/或電極消耗。換句話說，根據(jù)一個實施例，數(shù)字信號處理器38收集來自爐PLC 30和電力質(zhì)量儀表36的數(shù)據(jù)并且然后經(jīng)由查詢把該數(shù)據(jù)傳輸?shù)今v留在服務(wù)器40和/或42上的SQL數(shù)據(jù)庫。根據(jù)這個實施例，然后可以采用SQL查詢/例程來確定電極添加發(fā)生的時間。此后，消耗、添加以及其它性能數(shù)據(jù)可以以在線可訪問網(wǎng)絡(luò)報告(web r印orts)的形式被顯示，爐操作員可以經(jīng)由密碼保護網(wǎng)頁來訪問該在線可訪問網(wǎng)絡(luò)報告。
[0027]在上面的描述中，闡述了多個特定細節(jié)以便提供對本發(fā)明的全面描述。然而對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將顯而易見的是，可以在不具有這些特定細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明。在其它實例中，為了不使本發(fā)明不清楚，沒有詳細描述眾所周知的特征。
[0028]如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠意識到的，本發(fā)明可以采用具有體現(xiàn)在介質(zhì)中的計算機可使用程序代碼的實體計算機可使用或計算機可讀介質(zhì)上的計算機程序產(chǎn)品的形式。實體計算機可使用或計算機可讀介質(zhì)可以是任何實體介質(zhì)，諸如，舉例來說，但不限于，閃存盤、硬盤、隨機訪問存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPR0M或閃存)、光存儲器件或磁存儲器件。
[0029]用于執(zhí)行一個或多個本發(fā)明的操作的計算機程序代碼可以用面向?qū)ο蟮木幊陶ZH (諸如Java、C++等)書寫，或者還可以用常規(guī)的過程編程語目(諸如“C”編程語目)書寫。程序代碼可以按以下各項執(zhí)行:完全在本地服務(wù)器/計算機上，部分在本地服務(wù)器/計算機上，作為獨立軟件包，部分在本地服務(wù)器/計算機上并且部分在遠程計算機/服務(wù)器上，或者完全在遠程計算機/服務(wù)器上。在后者的情形中，遠程計算機/服務(wù)器可以通過局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)或通過因特網(wǎng)連接到本地數(shù)據(jù)源和/或本地計算機/服務(wù)器。
[0030]本文中描述的各種實施例可以以其任何組合來實踐。上面的描述意圖使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明。不意圖詳述對技術(shù)工人來說通過閱讀本描述而將變得顯而易見的所有可能的變型和修改。然而，所有這樣的修改和變型意圖被包括在由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。權(quán)利要求意圖覆蓋按有效滿足本發(fā)明意圖的目的的任何布置或順序的指示的元件和步驟，除非上下文特別指明情況相反。
【權(quán)利要求】
1.一種用于確定電弧爐中電極添加事件發(fā)生時間的方法，所述電弧爐具有多個電極柱，每個電極柱由電極放置系統(tǒng)承載，所述方法包括: 接收與輸出到多個電極柱的電流的諧波畸變相關(guān)的數(shù)據(jù)； 接收與電極放置系統(tǒng)中的控制壓強相關(guān)的數(shù)據(jù)； 當所述諧波畸變數(shù)據(jù)指示穩(wěn)定狀態(tài)條件時，識別穩(wěn)定狀態(tài)控制壓強數(shù)據(jù)；以及 當在所述穩(wěn)定狀態(tài)控制壓強數(shù)據(jù)中識別出壓強尖峰時，確定電極添加事件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當至少5%的壓強增加發(fā)生時，所述壓強尖峰被識別。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當至少IOOpsi的壓強增加發(fā)生時，所述壓強尖峰被識別。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當流動通過每個所述電極柱的所述電流的諧波畸變小于大約10%時,穩(wěn)定狀態(tài)條件被確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當流動通過每個所述電極柱的所述電流的諧波畸變小于大約5%時,穩(wěn)定狀態(tài)條件被確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當流動通過所有所述電極柱的所述電流的平均諧波畸變小于大約10%時，穩(wěn)定狀態(tài)條件被確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中當流動通過所有所述電極柱的所述電流的平均諧波畸變小于大約5%時，穩(wěn)定狀態(tài)條件被確定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，進一步包括經(jīng)由網(wǎng)站以圖形的形式顯示穩(wěn)定狀態(tài)控制壓強數(shù)據(jù)。
9.一種用于監(jiān)控電弧爐的系統(tǒng)，所述電弧爐具有多個電極柱，每個電極柱具有通過其輸出的電流并且能被電極放置系統(tǒng)垂直地移動，所述系統(tǒng)包括:計算裝置，在其中具有能由所述計算裝置使用的程序代碼，所述程序代碼包括:被配置成接收或請求與輸出到多個電極柱的電流的諧波畸變相關(guān)的數(shù)據(jù)的代碼；被配置成接收或請求與電極放置系統(tǒng)中的控制壓強相關(guān)的數(shù)據(jù)的代碼；被配置成當所述諧波畸變數(shù)據(jù)指示穩(wěn)定狀態(tài)條件時識別穩(wěn)定狀態(tài)控制壓強數(shù)據(jù)的代碼；以及被配置成當在所述穩(wěn)定狀態(tài)控制壓強數(shù)據(jù)中識別出壓強尖峰時確定電極添加事件的代碼。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中當至少5%的壓強增加發(fā)生時，所述壓強尖峰被識別。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中當至少50psi的壓強增加發(fā)生時，所述壓強尖峰被識別。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中當流動通過每個所述電極柱的所述電流的諧波畸變小于大約10%時,穩(wěn)定狀態(tài)條件被確定。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中當流動通過每個所述電極柱的所述電流的諧波畸變小于大約5%時,穩(wěn)定狀態(tài)條件被確定。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中當流動通過所有所述電極柱的所述電流的平均諧波畸變小于大約10%時，穩(wěn)定狀態(tài)條件被確定。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，其中當流動通過所有所述電極柱的所述電流的平均諧波畸變小于大約5%時，穩(wěn)定狀態(tài)條件被確定。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，進一步包括被配置成以圖形的形式顯示穩(wěn)定狀態(tài)控制壓強數(shù)據(jù)的代碼。
17.根據(jù)權(quán)利要求9的系統(tǒng)，進一步包括被配置成以圖形的形式顯示電極添加事件的代碼。
【文檔編號】F27D17/00GK103906986SQ201280054655
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】W.K.恩格索爾三世 申請人:格拉弗技術(shù)國際控股有限公司