一种密闭矿热炉炉压自动控制装置及其控制方法

技术领域

本发明属于矿石冶炼设备技术领域，涉及一种密闭矿热炉炉压自动控制装置及其控制方法。

背景技术

矿热炉又称弧电炉、电阻电炉，是主要用于还原冶炼矿石、碳质还原剂及溶剂等原料的大型设备，主要生产硅铁、锰铁、铬铁、钨铁、硅锰合金等铁合金，在冶金工业中具有非常重要的作用。安全范围内的炉内压力是保障矿热炉的正常平稳工作的一个重要因素。

在密闭矿热炉中，棚料现象在增大炉内压力同时，防爆孔被高压炉气冲开，导致喷料和塌料现象，由于此类现象的存在，密闭炉内压力不稳定，使炉压长时间操作在正常范围内十分困难，现炉压操作就是通过操作人员监控视频画面，当炉盖出现冒火且炉压高于10Pa时，通过增加风机频率，增大炉气抽出量来实现降低炉压，当炉压下降后通过调节降低风机频率，恢复炉压在正常控制范围，控制炉压为手动调节。从矿热炉运行过程上看，突发性的喷料和塌料，使电炉运行具有高危险性，且操作人员精神高度紧张，同时手动操作劳动强度较大，现大部分密闭矿热炉炉压操作处于手动调节的方式进行操作，个别炉型应用了半自动控制(炉压实际值和炉压设定值做比较实现PID自动调节阀门功能)，该控制方式现处于非启动状态，当炉况出现频繁塌料的情况下，半自动方式很容易出现过调或调节不及时等现象。

密闭式矿热炉正常运转时，炉内气体压力控制在±10Pa以内，炉气压力过高时，炉盖有冒火现象，一氧化碳外溢引起中毒，炉气过低且高负压操作时，空气倒灌使炉内氧含量增加，在净化系统内与一氧化碳反应会发生爆炸，有一定的安全风险，同时由于现在的密闭矿热炉尾气用来给气烧窑烧制石灰(工业制备电石原料之一)，气烧窑生产工艺系统大部分采用集中供气的方式，当其中一台矿热炉出现炉况不稳定且尾气压力过低时，局部高压会往低压管道流动，很容易发生回火，造成生产事故，所以有效且平稳的控制炉压是各种密闭矿热炉首先需要解决的行业难题。

中国专利申请CN 108796152 A公开了一种高炉炉顶压力自动调节控制方法，该高炉炉顶压力自动调节控制方法采用对高炉炉顶压力进行并联控制的TRT控制系统和减压阀组控制系统，减压阀组控制系统包括复数个PID自动调节阀和一个手动调节阀。本发明根据高炉炉顶压力的波动规律和特性巧妙利用了减压阀组控制系统的几个调节阀组合调节。减压阀组控制系统内的PID自动调节阀可以自动调节P、I参数，根据不同的高炉特性对PID自动调节阀的动作条件和打开阀度作出适当调整，适应性强。通过减压阀组控制系统内各个调节阀的调节解决了高炉在无布料、布料焦炭和布料矿石时炉顶压力波动幅度大的问题，将高炉顶压波动控制在±3kPa左右，保证高炉炉况顺行。但该方法还需要较多的人工参与、自动化程度有待提升，仅通过调节阀门控制炉压，效率较低，容易出现调节不及时，炉压波动范围相对较大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种密闭矿热炉炉压自动控制装置和控制方法。通过对炉压波动的分区间进行分析，融入自动控制的概念，通过自控系统逻辑算法及传统的控制规律，拟合构成矿热炉炉压的智能控制，从而稳定了矿热炉炉压，提高自动化程度、实现安全生产，同时降低人员劳动强度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种密闭矿热炉炉压自动控制装置，包括：压力表、PID炉压自动控制器、阀门和除尘风机，其中压力表的测量端与矿热炉内部相连，压力表信号输出端与PID炉压自动控制器的信号输入端连接，PID炉压自动控制器的信号输出端分别与阀门和除尘风机连接，除尘风机经阀门与矿热炉连接。

进一步地，所述的控制装置，当所述控制装置开启时，阀门开度范围为20％～80％；当所述控制装置关闭时，阀门开度范围为0～100％。

进一步地，所述的控制装置，压力表的测量端安装在矿热炉的炉盖上；矿热炉内部每个电极对应连接一个压力表的测量端。

一种所述的自动控制装置的控制方法，包括以下步骤：

(1)压力表测得炉压，通过测量端传递给PID炉压自动控制器；

(2)PID炉压自动控制器根据炉压所在区间，自动调节阀门的开度或除尘风机的频率。

进一步地，所述的控制方法，步骤(2)中所述区间具体为：根据矿热炉实际工作炉压范围，在PID炉压自动控制器的量程范围内设置8个不重叠的自定义区间，其中0～m

进一步地，所述的控制方法，控制装置开启时有模式1～3三种控制模式，其中，模式1为阀门自动控制炉压、模式2为除尘风机频率自动控制炉压、模式3为除尘风机和阀门同步控制炉压。

进一步地，所述的控制方法，当炉压变化速率小于下限设定值v

进一步地，所述的控制方法，当PID炉压自动控制器置于模式1时，步骤(2)具体执行以下操作：

当实际炉压运行在正负一区时，阀门不动作；

当实际炉压运行在正二区时，执行开阀命令，阀门开度在当前阀门开度的基础上以a

当实际炉压运行在正三区时，执行开阀命令，阀门开度在当前阀门开度的基础上以a

当实际炉压运行在正四区时，执行开阀命令，阀门开度在当前阀门开度的基础上以a

当实际炉压运行在负二区时，执行关阀命令，阀门开度在当前阀门开度的基础上以a

当实际炉压运行在负三区时，执行关阀命令，阀门开度在当前阀门开度的基础上以a

当实际炉压运行在负四区时，执行关阀命令，阀门开度在当前阀门开度的基础上以a

其中，n

进一步地，所述的控制方法，当PID炉压自动控制器置于模式2时，步骤(2)具体执行以下操作：

当实际炉压运行在正负一区时，除尘风机频率保持不变；

当实际炉压运行在正二区时，执行加频命令，除尘风机频率在当前阀门开度的基础上以k

当实际炉压运行在正三区时，执行加频命令，除尘风机频率在当前阀门开度的基础上以k

当实际炉压运行在正四区时，执行加频命令，除尘风机频率在当前阀门开度的基础上以k

当实际炉压运行在负二区时，执行减频命令，除尘风机频率在当前阀门开度的基础上以k

当实际炉压运行在负三区时，执行减频命令，除尘风机频率在当前阀门开度的基础上以k

当实际炉压运行在负四区时，执行减频命令，除尘风机频率在当前阀门开度的基础上以k

其中，n

进一步地，所述的控制方法，当PID炉压自动控制器置于模式3时，步骤(2)具体执行以下操作：

当实际炉压运行在正负一区时，除尘风机频率和阀门开度均保持不变；

当实际炉压运行在正二区时，执行开阀命令，阀门开度在当前阀门开度的基础上以a

当实际炉压运行在正三区时，执行加频命令，除尘风机频率在当前阀门开度的基础上以k

当实际炉压运行在正四区时，执行加频命令除尘风机频率在当前阀门开度的基础上以k

当实际炉压运行在负二区时，执行关阀命令，阀门开度在当前阀门开度的基础上以a

当实际炉压运行在负三区时，执行减频命令，除尘风机频率在当前阀门开度的基础上以k

当实际炉压运行在负四区时，执行减频命令，除尘风机频率在当前阀门开度的基础上以k

其中，n

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明炉压自动控制装置提供三种自动调节炉压模式供操作人员选择，对炉压实时值进行数据分析，同时炉压自动控制器会自动选择炉压运行区间进行自动调节，解决了密闭矿热炉炉压稳定控制比较难的行业难题，同时可以延长矿热炉炉门及其配套设施的使用寿命。

(2)本发明炉压自动控制装置融合了自控系统逻辑算法及传统的控制规律，具有智能性与自动性，使操作人员免于长时间监控和操作炉压运行，降低了操作人员的精神压力和劳动强度，实现了安全生产的目的。

附图说明

图1为炉压自动控制装置示意图，其中1为阀门，2为除尘风机，3为压力表，4为PID炉压自动控制器，5为电极，6为炉盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下述实施例中所用矿热炉为硅锰矿热炉。

实施例1

使用如图1所示的密闭矿热炉炉压自动控制装置，对硅铁炉炉压进行自动控制。

(1)在矿热炉工作压力范围±100Pa内设定8个区间，正压区间分别是正一区(0～10Pa)、正二区(10～30Pa)、正三区(30～70Pa)、正四区(70～100Pa)，负压区间分别是负一区(-10～0Pa)、负二区(-10～-30Pa)、负三区(-30～-70Pa)、负四区(-70～-100Pa)。

(2)开启炉压自动控制装置的模式1，采用阀门控制炉压：

当实际炉压运行在正负一区时，由于炉压在正常操作范围，所以阀门1不动作；

当实际炉压运行在正二区时，阀门1开度在当前阀门开度基础上以5％的增幅进行开阀，将炉压调节到小于等于10Pa时，停止开阀命令；

当实际炉压运行在正三区时，阀门1开度在当前阀门开度基础上以15％的增幅进行开阀，将炉压调节到小于等于20Pa时，停止开阀命令；

当实际炉压运行在正四区时，阀门1开度在当前阀门开度基础上以25％的增幅进行开阀，将炉压调节到小于等于35Pa时，停止开阀命令；

当实际炉压运行在负二区时，阀门1开度在当前阀门开度基础上以5％的降幅进行关阀，将炉压调节到大于等于-10Pa时，停止关阀命令；

当实际炉压运行在负三区时，阀门1开度在当前阀门开度基础上以15％的降幅进行关阀，将炉压调节到大于等于-20Pa时，停止关阀命令；

当实际炉压运行在负四区时，阀门1开度在当前阀门开度基础上以25％的降幅进行关阀，将炉压调节到大于等于-35Pa时，停止关阀命令。

实施例2

与实施例1不同之处在于，步骤(2)中开启模式2，采用除尘风机2控制炉压：

当实际炉压运行在正负一区时，由于炉压在正常操作范围，所以除尘风机2频率保持不变；

当实际炉压运行在正二区时，除尘风机2频率在当前阀门开度基础上以1Hz的增幅进行加频，将炉压调节到小于等于10Pa时，停止加频命令；

当实际炉压运行在正三区时，除尘风机2频率在当前阀门开度基础上以3Hz的增幅进行加频，将炉压调节到小于等于20Pa时，停止加频命令；

当实际炉压运行在正四区时，除尘风机2频率在当前阀门开度基础上以5Hz的增幅进行加频，将炉压调节到小于等于35Pa时，停止加频命令；

当实际炉压运行在负二区时，除尘风机2频率在当前阀门开度基础上以1Hz的降幅进行减频，将炉压调节到大于等于-10Pa时，停止减频命令；

当实际炉压运行在负三区时，除尘风机2频率在当前阀门开度基础上以3Hz的降幅进行减频，将炉压调节到大于等于-20Pa时，停止减频命令；

当实际炉压运行在负四区时，除尘风机2频率在当前阀门开度基础上以5Hz的降幅进行减频，将炉压调节到大于等于-35Pa时，停止减频命令。

实施例3

与实施例1不同之处在于，步骤(2)中开启模式3，采用除尘风机2和阀门同步控制炉压：

当实际炉压运行在正负一区时，由于炉压在正常操作范围，所以除尘风机2频率和阀门开度均保持不变；

当实际炉压运行在正二区时，阀门1开度在当前阀门开度基础上以5％的增幅进行开阀，将炉压调节到小于等于10Pa时，停止开阀命令；

当实际炉压运行在正三区时，除尘风机2频率在当前阀门开度基础上以3Hz的增幅进行加频，将炉压调节到小于等于20Pa时，停止加频命令；

当实际炉压运行在正四区时，除尘风机2频率在当前阀门开度基础上以5Hz的增幅进行加频，将炉压调节到小于等于35Pa时，停止加频命令；

当实际炉压运行在负二区时，阀门1开度在当前阀门开度基础上以5％的降幅进行关阀，将炉压调节到大于等于-10Pa时，停止减频命令；

当实际炉压运行在负三区时，除尘风机2频率在当前阀门开度基础上以3Hz的降幅进行关阀减频，将炉压调节到大于等于-20Pa时，停止减频命令；

当实际炉压运行在负四区时，除尘风机2频率在当前阀门开度基础上以5Hz的降幅进行减频，将炉压调节到大于等于-35Pa时，停止减频命令。

实施例4

当炉压变化速率小于下限设定值10Pa/s时，自控系统自动选择模式1，由阀门1自动控制炉压；当炉压变化速率大于上限设定值20Pa/s时，自控系统自动选择模式2，由除尘风机2频率自动控制炉压；当炉压变化速率介于下限和上限之间时，自控系统自动选择模式3，由除尘风机2和阀门1同步控制炉压。

对比例1

采用炉压的实际值和阀门组成的PID炉压控制器4调节矿热炉炉压。

在此自控体系下，当炉压频繁的大范围波动时，阀门开度容易出现过调或滞后调节；在炉压出现不平稳的情况下，该种自控方式只能解锁，不能实现全天候正常工作。

最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。