[发明专利]玄武岩电助熔窑炉温度控制系统与方法

权利要求书

1.一种玄武岩电助熔窑炉温度控制系统，其特征在于包括PLC控制器(1)、智能调功器(2)、多档位变压器(3)、电极(4)、电流互感器(6)和热电偶(7)；所述电极(4)设置于窑炉内；所述热电偶(7)从炉顶垂直插入窑炉内的玄武岩溶液(5)内，用于采集玄武岩溶液温度；所述电极(4)与所述多档位变压器(3)电连接，并通过绝缘子固定在窑炉炉壁上；所述电流互感器(6)安装在多档位变压器(3)的二次侧，用于对多档位变压器(3)二次侧电流进行采样；所述PLC控制器(1)分别与所述智能调功器(2)、电流互感器(6)和热电偶(7)电连接，所述智能调功器(2)分别与多档位变压器(3)和电流互感器(6)电连接；

包括温度环控制模式和电流环控制模式，所述电流环控制模式是通过智能调功器(2)、多档位变压器(3)、2根电极(4)和电流互感器(6)形成电流环，所述温度环控制模式是通过PLC控制器(1)、智能调功器(2)、多档位变压器(3)、2根电极(4)、电流互感器(6)、玄武岩溶液(5)和热电偶(7)形成温度环。

2.根据权利要求1所述的玄武岩电助熔窑炉温度控制系统，其特征在于：

所述电流环控制模式为：在不考虑玄武岩溶液(5)温度的情况下，使通过2根电极(4)的电流恒定，通过智能调功器(2)对其进行控制；

所述温度环控制模式为：在电流环控制模式的基础上，PLC控制器(1)使用公式算法对玄武岩溶液(5)的温度进行控制，PLC控制器(1)通过热电偶(7)采集的温度对比，控制智能调功器(2)的设定电流，智能调功器(2)根据新的设定电流调整多档位变压器(3)的电压，从而控制2根电极(4)之间的电压，最后达到2根电极(4)之间的电流等于智能调功器(2)的设定电流，最终达到调整玄武岩溶液(5)的温度等于设定温度。

3.根据权利要求2所述的玄武岩电助熔窑炉温度控制系统，其特征在于在温度环控制模式下，其所述智能调功器(2)控制的设定电流计算公式：

其中，I——电流设定；

C——玄武岩溶液比热；

W——电极插入深度/宽度；

L——电极间的间距；

Q——漏板流量；

T1——溶液温度；

T2——漏板温度；

P(T1)——电阻率；

H——溶液高度；

b——修正系数。

4.根据权利要求3所述的玄武岩电助熔窑炉温度控制系统，其特征在于修正系数b的求解：在窑炉单独使用电流环进行控制的时候且玄武岩溶液液体温度半个小时内未发生波动时，将已知量设定电流I、玄武岩溶液比热C、电极插入深度/宽度W、电极间的间距L、漏板流量Q、溶液温度T1、漏板温度T2、电阻率P(T1)、溶液高度H代入权利要求3中的公式中求得修正系数b；当系统启动温度环控制时使用此修正系数b对新的设定电流I进行计算，修正系数b为一个常数。

5.根据权利要求1所述的玄武岩电助熔窑炉温度控制系统，其特征在于所述电极(4)为2根钼电极，采用的是金属钼作为原材料进行加工而成，采用的钼含量大于99.93％，含碳量小于0.002％的棒状钼电极。

6.根据权利要求1所述的玄武岩电助熔窑炉温度控制系统，其特征在于所述多档位变压器(3)提供200V、160V、100V三种电压，其中200V和160V是在玄武岩溶液(5)进行升温的时候使用，而100V电压为玄武岩溶液恒温阶段使用。

7.根据权利要求1所述的玄武岩电助熔窑炉温度控制系统，其特征在于所述智能调功器(2)具有过流保护模块、过压报警模块、过热保护模块、SCR故障报警模块、负载断线报警模块。

8.根据权利要求1所述的玄武岩电助熔窑炉温度控制系统，其特征在于所述PLC控制器(1)为具有强大的计算能力及可靠性的工业级PLC。

9.一种应用如权利要求1所述玄武岩电助熔窑炉温度控制系统的玄武岩电助熔窑炉温度控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、烘炉：

在窑炉建成后，对窑炉进行烘炉，在烘炉阶段电极(4)不插入窑炉，使用天然气对窑炉进行加热升温，使窑炉的耐火材料温度缓慢上升而不产生断裂变形；

步骤二、加原料和推进电极(4)：

窑炉烘炉完成后，进行加料，随着加料的进行，玄武岩溶液的液位不断上升，当上升至覆盖电极(4)位置后，对电极(4)进行推进，推进至炉膛对侧，然后反向退出50mm后旋转5分钟，完成推进，然后冷却水套接入循环冷却水系统；

步骤三、溶液快速升温：

当电极(4)推进完成后，进行电助熔加热，此时溶液温度较低，电阻较大，使用多档变压器(3)的高电压档位进行加热，此时系统处于快速加热状态，温度环处于手动状态，电流环处于自动状态，通过设置额定工作电流对溶液进行加热，此时由于电流环处于自动状态，开始时，由于溶液电阻较大，因此智能调功器(2)会将电压增加至满电压，而电流小于额定工作电流，随着加热的进行，溶液温度的上升，电阻将变小，电流将不断增大，当电流超过额定电流时，智能调功器(2)会调小多档变压器(3)一次侧电压，从而保证电流的恒定，随着溶液温度的继续上升，溶液电阻继续变小，电极(4)两端的电压会不断的减小，当减小到慢速升温档位以下时，再进行下一步换档位；

步骤四、溶液慢速升温：

将多档位变压器(3)的接法切换至慢速升温档位，根据溶液温度的情况缓慢手动增加设定电流，使溶液温度缓慢增加，随着溶液温度的增加，溶液电阻会不断变小，电极(4)两端的电压也将不断变小，当电压小于一设定值时，再进行下一步换档位；

步骤五、稳定恒温控制：

将多档位变压器(3)切换至所述设定值的档位，温度环也将变为自动控制，此时双闭环控制开始共同控制系统工作，根据工艺需要调整溶液设定温度，系统自动工作。