一种矿热炉电极长度测量装置及其测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107131852A(43)申请公布日2017.09.05(21)申请号201710194934.7(22)申请日2017.03.22(71)申请人安凯地址264670山东省烟台市高新区航天路513号(72)发明人安凯安培亮安宏亮(51)Int.Cl.G01B17/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种矿热炉电极长度测量装置及其测量方法(57)摘要本发明提供了一种矿热炉电极长度测量装置及其测量方法。测量装置主要包括超声波发射器、超声波接收器和单片机，该装置安装在热炉电极的上方。单片机控制超声波发射器沿电极的轴线方向发射超声波，超声波到达电极的底部时返回，并被超声波接收器接收。单片机记录超声波的发射时刻和接收时刻，通过超声波发射到接收之间的时间以及超声波在电极内的传播速度就可以确定电极的长度。CN107131852ACN107131852A权利要求书1/1页1.一种矿热炉电极长度测量装置及其测量方法，其特征在于：矿热炉电极长度测量装置由超声波传感器(1)和单片机(2)组成，超声波传感器(1)由超声波发射模块(3)、超声波接收模块(4)和信号采集、整流与模数转换模块(5)三部分组成；超声波发射模块(3)包括超声波发射电路和超声发射器，前者产生的交变电压的频率与后者压电陶瓷晶片的固有谐振频率f0一致；发射电路的开关是与一个单片机输出端(6)连接的继电器；超声波接收模块(4)包括超声接收器和回波声压信号放大与半波整流电路，超声接收器压电陶瓷晶片的固有谐振频率也是f0；矿热炉电极长度测量装置安装在电极上底面的中心位置，超声发射器和超声接收器的主指向与电极的轴线平行。2.根据权利要求1所述的一种矿热炉电极长度测量装置及其测量方法，其特征在于：当进行电极长度测量时，单片机(2)导通发射电路，同时，单片机(2)向单片机输出端(6)发送一串宽度为τ秒的脉冲方波信号，超声波发射电路导通τ秒，在此期间，超声波发射模块(3)连续发射的超声波，从电极上底面中心向下传播，到达电极边界后部分超声波回波返回超声接收器；单片机(2)记录发送脉冲方波的时间T0，超声波接收模块(4)接收超声波，信号采集、整流与模数转换模块(5)采集超声波接收模块(4)接收的超声波声压信号，并进行模数转换后送单片机(2)，单片机(2)记录声压数据及其对应的接收时间；以ΔT＝τ/k＜1/(2f0)表示信号采集与模数转换模块(5)的采样周期，其中k是电极表面反射的超声波被采样的次数，记N＝E((0.1+τ)/ΔT)，单片机(2)接收的数组记为(T0+iΔT，vi)i＝1，2，…，N此时超声波传感器(1)的工作结束，单片机(2)进入数据处理阶段；记V＝max{v1，v2，…，vN}Vn＝min{V1，V2，…，VN-k+1}其中1≤n≤N-k+1，则T0+nΔT就是沿主指向传播的超声波回波被超声波接收模块(4)接收的时间，由此得到电极长度为L＝340×(T0+nΔT-T0)/2＝170×nΔT。2CN107131852A说明书1/3页一种矿热炉电极长度测量装置及其测量方法技术领域[0001]本发明涉及一种矿热炉电极长度测量装置及其测量方法。背景技术[0002]矿热炉包括铁合金炉、电石炉及黄磷炉等电弧电阻炉，可冶炼的产品有电石、黄磷、硅铁、铬铁、硅锰、镍铁、刚玉、钛铁、铅锌等，其冶炼原理是利用电流预热炉料、电离炉气形成定向高温离子流-电弧，将电能转换成热能，为还原反应提供足够高的温度场。矿热炉是我国西北部地区使用较多的大功率工矿电气设备，属高耗电设备，运行过程中电力成本在生产总成本中占相当大的比例，因此矿热炉的节电挖潜不仅可以降低企业的生产成本，对节能、环保、减排也具有十分重要的地位。为了保证产品的优质、高产和低消耗，在冶炼过程中，要求控制炉内的温度，使其保持在一个合理范围内。电极深度是矿热炉冶炼控制的主要目标。当电极插入过浅时，由于炉底功率密度不足，会造成结瘤和炉缸变冷，这对于需要大量热能的矿石还原过程是不利的；反之，电极深度插入过深，会引起炉底和熔体过热，金属烧损大，料面上部变凉，下料速度变慢。矿热炉三相电极深度直接影响炉内温度，决定矿热炉的冶炼效率和质量。通过调整电极深度，保持所需电弧的长度，就可以达到控制炉温和炉内化学反应速度的目的。[0003]在矿热炉冶炼过程中，通常是依靠人工观察电流或电压大小，手动控制电极的升降：当电极电流或电压大于规定值时提升电极；当电极电流或电压小于规定值时下降电极。由于操作人员操作水平、操作习惯的不同，电极控制的一致性很难保证，并且，操作人员长时间精力高度集中引起的疲劳极易导致误操作，其结果是产品质量不稳定、耗电量增加。随着计算机和传感器技术