电渣重熔系统及其电极更换控制装置的制作方法

本发明属于冶金装备及控制技术领域，具体来讲，涉及一种能够提高自耗电极更换速度的电渣重熔系统的电极更换控制装置，以及一种包括该电极更换控制装置的电渣重熔系统。

背景技术

通常，电渣重熔工艺可获得结晶组织均匀致密的锭坯，广泛应用于特种金属和高品质合金钢的生产。采用交换自耗电极可以由多根电极生产一个大的钢锭，是目前广泛采用的形式。对于单相电渣炉，交换电极操作必须停电，中断熔炼使熔池温度下降，时间过长会产生渣沟或造成锭坯锻造过程中开裂。当前交换电极采用手动操作，试探液面位置，需要熟练的操作技术且时间不定，直接影响电渣锭的质量和生产效率，且影响工艺再现性。

此外，由于电渣炉自耗电极底部在熔化过程中形成的固液相变界面无法直接测量，导致自耗电极位置很难精确判断。传统的自耗电极位置控制，一般是通过操作人员在炉前观看和实际手动操作来完成。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够提高或改善电极更换速度的电极更换控制装置及其电渣重熔系统。本发明的另一目的在于提供一种能够提高或改善电极更换速度且有利于自动或半自动控制的电极更换控制装置及其电渣重熔系统。

本发明的一方面提供了一种电渣重熔系统的电极更换控制装置，所述电极更换控制装置包括电极位置检测单元、熔池电信号检测单元、结晶器口检测单元、控制单元。其中，所述熔池电信号检测单元被配置为用于检测断开熔炼高电压的熔池的电信号；所述结晶器口检测单元被配置为能够检测安装在电渣重熔系统的电极臂上的第一电极离开结晶器口的时刻或检测安装在电极臂上的第二电极进入结晶器口的时刻；所述电极位置检测单元被配置为能够检测安装在电极臂上的第一电极或第二电极的位置信息；所述控制单元被配置为：接收熔池电信号检测单元的第一电信号，控制电渣重熔装置的电极驱动机构以第一速度持续提升第一电极直至第一位置，控制电极驱动机构以第二速度将第一电极从第一位置持续提升，接收第二位置信息，持续提升第一电极至第三位置，控制电极驱动机构以第三速度下降第二电极直至第四位置并继续下降第一位置与第二位置之差的距离，并控制电极驱动机构以第四速度使第二电极下降直至熔池电信号检测单元再次检测得到基本接近于第一电信号的电信号。其中，所述第一位置为在所述熔池电信号检测单元所检测得到的电信号急剧变化时刻对应的所述电极位置检测单元检测到的电极位置，所述第二位置为所述结晶器口检测单元所检测得到的第一电极离开结晶器口的时刻对应的所述电极位置检测单元检测到的电极位置，所述第三位置为可更换电极的位置，所述第四位置为所述结晶器口检测单元所检测得到的第二电极进入结晶器口的时刻对应的所述电极位置检测单元检测到的电极位置，第一速度小于第二速度，第四速度小于第三速度。

本发明的另一方面提供了一种电渣重熔系统，所述电渣重熔系统包括结晶器、电极臂、电极驱动机构、高压电气组件以及控制组件，并且所述电渣重熔系统还包括具有电极位置检测单元、熔池电信号检测单元、结晶器口检测单元、以及控制单元的电极更换控制装置。其中，所述熔池电信号检测单元被配置为用于检测断开熔炼高电压的熔池的电信号；所述结晶器口检测单元被配置为能够检测安装在电渣重熔系统的电极臂上的第一电极离开结晶器口的时刻或检测安装在电极臂上的第二电极进入结晶器口的时刻；所述电极位置检测单元被配置为能够检测安装在电极臂上的第一电极或第二电极的位置信息；所述控制单元被配置为：接收熔池电信号检测单元的第一电信号，控制电渣重熔装置的电极驱动机构以第一速度持续提升第一电极直至第一位置，控制电极驱动机构以第二速度将第一电极从第一位置持续提升，接收第二位置信息，持续提升第一电极至第三位置，控制电极驱动机构以第三速度下降第二电极直至第四位置并继续下降第一位置与第二位置之差的距离，并控制电极驱动机构以第四速度使第二电极下降直至熔池电信号检测单元再次检测得到基本接近于第一电信号的电信号，其中，所述第一位置为在所述熔池电信号检测单元所检测得到的电信号急剧变化时刻对应的所述电极位置检测单元检测到的电极位置，所述第二位置为所述结晶器口检测单元所检测得到的第一电极离开结晶器口的时刻对应的所述电极位置检测单元检测到的电极位置，所述第三位置为可更换电极的位置，所述第四位置为所述结晶器口检测单元所检测得到的第二电极进入结晶器口的时刻对应的所述电极位置检测单元检测到的电极位置，第一速度小于第二速度，第四速度小于第三速度。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下方面中的一项或多项：

1、结构简单，安装操作方便，投入成本低。

2、对电渣炉自耗电极位置跟踪迅速、控制精度高。

3、实现自耗电极快速自动更换，提高了熔铸质量和工艺再现性。

附图说明

图1示出了根据本发明的电渣重熔系统的一个示例性实施例的结构示意图。

图2示出了根据本发明的电渣重熔系统的一个示例性实施例的使用方式示意图。

具体实施方式

在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的电渣重熔系统及其电极(亦可称为自耗电极)更换控制装置。

图1示出了根据本发明的电渣重熔系统的一个示例性实施例的结构示意图，其中，i示出了处于正常熔炼过程中的第一电极；ii示出了处于第一位置的第一电极；iii示出了处于第二位置的第一电极。如图1所示，在本发明的一个示例性实施例中，电渣重熔系统可包括结晶器、电极臂(如图1中的横臂)、电极驱动机构(未示出)、高压电气组件(未示出)、控制组件(未示出)、以及电极更换控制装置。这里，结晶器、电极臂、电极驱动机构、高压电气组件、控制组件等可以与任何现有的电渣重熔装置(例如，电渣重熔炉、电渣炉)的相应器件相同。

在本示例性实施例中，电极更换控制装置可包括电极位置检测单元a、熔池电信号检测单元b、结晶器口检测单元c以及控制单元(未示出)。

具体来讲，熔池电信号检测单元被配置为用于检测断开熔炼高电压的熔池的电信号。例如，熔池电信号检测单元可通过能够检测断开熔炼高电压的熔池的诸如电流、电阻和电压等信号中的任意一种或两种以上的检测电路。例如，检测电路的电压可以为直流电压。为了更加安全，这里的检测电路可以为较低电压，例如，为5v～24v。但本示例性实施例不限于此，也可以为具有更高或更低电压的电路。

结晶器口检测单元被配置为能够检测安装在电渣重熔系统的电极臂上的第一电极离开结晶器口的时刻，并且能够在使用第二电极更换第一电极后，检测安装在电极臂上的第二电极进入结晶器口的时刻。例如，结晶器口检测单元可包括设置在结晶器端口(例如，竖直放置的结晶器口的上端口)处的用于检测电极进入和离开结晶器口的瞬间的光电开关(例如，激光对射红外线光电开关传感器)或图像传感器(例如，摄像头采集图像并实时识别的传感器)。但本示例性实施例不限于此，例如，结晶器口检测单元也可设置在除结晶器端口的其它位置，只要能够及时检测电极进入和离开结晶器口的瞬间即可。

电极位置检测单元被配置为能够检测安装在电极臂上的第一电极或第二电极的位置信息。优选地，为了更加精确，电极位置检测单元被配置为能够检测目前正安装在电极臂上的第一电极(例如，可以为正常熔炼结束的第一电极，或待更换的第一电极)或第二电极的熔炼端(即，更接近熔池的一端)的位置信息。当然，本示例性实施例中，位置信息应该理解为包括距离、位移、或高度等信息。例如，电极位置检测单元可包括位移传感器或位置传感器。此外，电极位置检测单元可设置在电极臂上或者自耗电极的非熔炼端(即，更远离熔池的一端)，例如，设置在电极臂的竖直主臂上或设置在电极臂的支臂上。

控制单元可被配置为：能够接收由熔池电信号检测单元所提供的第一电信号，控制电极驱动机构以第一速度提升第一电极至第一位置(如图1中的h1)，控制电极驱动机构以第二速度将第一电极从第一位置持续提升，期间接收由电极位置检测单元所提供的第二位置(如图1中的h2)，并以第二速度持续提升第一电极至第三位置；随后，控制电极驱动机构以第三速度下降更换后的第二电极直至第四位置并继续下降第一位置与第二位置之差的距离(如图1中的h)，并控制电极驱动机构以第四速度使第二电极下降，直至所述熔池电信号检测单元再次检测得到基本接近于第一电信号的电信号时停止下降，以完成电极更换。也就是说，可通过实时检测熔池的电信号来控制以第四速度下降第二电极的终止时刻。所述具有基本接近于第一电信号的电信号可以等于或略大于或略小于第一电信号。例如，所述具有基本接近于第一电信号的电信号可以为第一电信号的90％～110％，进一步讲可以为95％～105％。具体来讲，所述具有基本接近于第一电信号的电信号可根据电渣重熔设备的具体类型、电极类型、电信号类型等来确定。所述第一电信号为由熔池电信号检测单元对断开熔炼高电压后且还未提升第一电极时的熔池进行检测得到的电信号(例如，电阻、电流、电压)，其能够反映处于第一电极停止熔炼或结束熔炼时(或者说，处于第一电极即将从熔池中提升之前)熔池的诸如电阻、电流、电压等电特性信息。

其中，所述第一位置可以为在提升第一电极的过程(或者说，在第一电极从熔池中提升的过程)中所述熔池电信号检测单元所检测得到的电信号(例如，电阻)急剧变化(例如，变化最大的拐点值)时刻对应的电极位置检测单元实时检测到的电极位置。所述第二位置可以为所述结晶器口检测单元所检测得到的第一电极离开结晶器口的时刻对应的电极位置检测单元实时检测到的电极位置。所述第三位置为可更换电极的位置，以便顺利实现电极更换。例如，第三位置可以略高于第二位置，以便更加安全的更换电极。所述第四位置可以为所述结晶器口检测单元所检测得到的第二电极进入结晶器口的时刻对应的电极位置检测单元实时检测到的电极位置。这里，第一速度小于第二速度，且第四速度小于第三速度。第一速度可以缓慢的速度，第二速度可以为快速的速度。第三速度可以快速的速度，第四速度可以为缓慢的速度。这样有利于检测的准确性并提高电极更换速度。

完成电极更换后，可以断开熔池电信号检测单元与熔池的连接，并接通电渣重熔系统的高电压，以实现对第二电极的熔炼。

另外，在本发明的另一个示例性实施例中，所述电渣重熔系统可以在上述示例性实施例的基础之上，进一步包括电极装卸单元。电极装卸单元可被配置为能够从电极臂上拆卸第一电极并向电极臂上安装第二电极。当然，装卸工作也可通过常规的吊装器具来实现，或者亦可通过结晶器的移动，以及设置有可安装两个以上自耗电极的电极臂、或者可枢转(例如，可绕轴转动)的电极臂等来实现。

此外，在本发明的另一个示例性实施例中，所述电极臂(可称为双臂电极)包括能够安装第一电极的第一支臂和能够安装第二电极的第二支臂，并且所述第一支臂和第二支臂能够进行枢转或旋转以使第二支臂替换第一支臂的位置，从而实现第二支臂上安装的第二电极代替第一支臂上的第一电极的位置，以便于更加快速和方便地更换电极。这里，第一支臂、第二支臂可具有共同的结合点或者可共同结合到一个主轴(例如，竖直的主轴)上。例如，第一支臂与第二支臂可呈v字形结构。具体来讲，例如，双臂电极臂的第一电极和第二电极可均以竖直方向(相当于二者以平行方式)分别安装在第一支臂和第二支臂上，在第一电极达到第三位置时，通过枢转(例如，以竖直方向为中轴线进行枢转)，从而实现用第二支臂上的第二电极替换第一支臂上的第一电极。又如，双臂电极臂的第一电极以竖直方向安装在第一支臂上，第二电极以与竖直方向呈锐角的方向(例如，30°～60°)安装在第二支臂上(例如，二者呈延长线交叉与结晶器上方的方式)安装，在第一电极达到第三位置时，通过旋转使第一电极呈与竖直方向成锐角的方向，且第二电极呈竖直方向，以实现第二支臂上的第二电极替换第一支臂上的第一电极的位置。

图2示出了根据本发明的电渣重熔系统的一个示例性实施例的使用方式示意图。电渣重熔系统及其电极变更控制装置均可通过如图2所示的方式以计算机软件编程来实现电极变更控制。图2中，b表示用于实时检测熔池电信号的熔池电信号检测装置；r1表示第一电信号的电阻；n表示“否”，y表示“是”；h1表示第一位置；h2表示第二位置；h表示h1与h2之间的距离差值；h0表示第四位置。

此外，在本发明的另一个示例性实施例中，所述电渣重熔系统可以在上述示例性实施例的基础之上，将所述控制单元与所述控制组件一体化形成。例如，具有将所述控制单元与所述控制组件集成在一起的工控机。此外，为了方便控制或操作，或者为了设备的小型化等，可在以上多种示例性实施例及其各部分部件或组件的功能的启示下，对不同的部件或组件进行集成。例如，对于电极更换控制装置的一个示例性实施例而言，其可以在现有常规电渣重熔系统上改造电流电压信号从原隔离变送器上分接，电流电压也可以从信号源接出来，即冶炼电流互感器到隔离变送模块到usb采集模块，电压从冶炼电压变压器到隔离变送模块到usb采集模块，从而能够进一步降低为了实现更换电极功能而增加的成本。

综上所述，本发明的电渣重熔系统及其电极更换控制装置的上述示例性实施例有利于提高更换用于电渣重熔的自耗电极的速度，从而提高了生产效率，并能够因缩短电极更换时间而提高锭坯或电渣锭的质量和性能。此外，还有利于提高自动化程度、以及工艺稳定性和可再现性。另外，尽管本发明的电渣重熔系统及其电极更换控制装置更适合于需要使用两个或三个以上的自耗电极(可简称为电极)以冶炼形成大型或较大的锭坯或电渣锭的情况；然而，其亦可用于其它需要更换电极的情况，例如，即使前一自耗电极还未熔炼完，但只要存在冶炼工艺或操作的要求或突发情况等需要更换电极，均可采用本发明的电渣重熔系统及其电极更换控制装置进行电极更换。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。