一种稀土氧化物电解炉的控制系统及方法技术方案

本发明专利技术稀土氧化物电解炉的控制系统及方法。现有生产控制自动化程度不高，完全依靠员工个人的技能水平及经验，这也是产品质量不稳定一致性差的根本原因。一种稀土氧化物电解炉的控制系统，包括DSP控制器、氧化物加料控制系统、锂盐加料控制系统、锂盐称重系统、氧化物称重系统、温度控制系统、电压控制系统、电流控制系统、人机HMI和控制台。本发明专利技术是把人的最优秀的控制经验变成计算机控制，所以能够把电解炉况控制在最佳状态，且波动范围远低于人工控制范围；可实现准确、及时、稳定的精细控制，而且也能够保证产品的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种稀土氧化物电解炉的控制系统及方法
本专利技术属于氧化物融盐电解生产稀土金属
,涉及稀土氧化物电解炉的控制系统及方法。
技术介绍
氧化物融盐电解生产稀土金属技术工艺，自问世以来已三十个春秋，经过多年的发展其技术工艺已得到长足的进步。电解炉已发展到第四代(俗称水炉子),电解电流也从80年代的1500A发展到现在的30000A，产品碳含量也从1500PPm降低到小于100PPm,单炉产量也增加了3~4倍，可以说我国目前的氧化物融盐电解生产稀土金属技术工艺已处于世界领先水平，尽管技术工艺很先进，但生产控制自动化程度不高，完全依靠员工个人的技能水平及经验，这也是产品质量不稳定一致性差的根本原因。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够保证产品质量稳定的稀土氧化物电解炉控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种稀土氧化物电解炉的控制系统，包括DSP控制器、氧化物加料控制系统、锂盐加料控制系统、锂盐称重系统、氧化物称重系统、温度控制系统、电压控制系统、电流控制系统、人机HMI和控制台；所述DSP控制器作为控制中心内部设置有各控制系统的控制模块，并植有相应的控制程序；所述人机HMI中设有自动操控程序；所述控制台具有各种所需的手动操控按钮；所述温度控制系统控制电解炉电解液的温度，包括远红外传感器和温度变送器；DSP控制器和温度变送器连接，采集温度信号接收；同时根据测量的温度和当前温度整定值的偏差，计算出电流的调整量，向电解电源发出调整电解电流的指令，调整电解电源的输出电流，把温度调整到指定的温度值；所述氧化物加料控制系统包括通过步进电机驱动A与DSP控制器连接的氧化物加料机；锂盐加料系统包括通过步进电机驱动B与DSP控制器连接的锂盐加料机；所述氧化物称重控制系统包括受DSP控制器控制的氧化物加料称重传感器，氧化物加料称重传感器连接氧化物称重传感器；所述锂盐称重系统包括受DSP控制器控制的锂盐加料称重变送器（13），锂盐加料称重变送器连接锂盐称重传感器；所述电压控制系统包括受DSP控制器控制的电压变送器，电压变送器连接电压传感器；所述电流控制系统包括受DSP控制器控制的电流变送器，电流变送器连接霍尔电流传感器。所述DSP控制器型号是TMS320F2812。一种控制稀土氧化物电解炉的方法，包括以下步骤：步骤一：采集电流电压，计算Rp：DSP控制器实时计算Rp，电阻模型Rp=μ*{(V-Ex)/I}*106,其中V为电解炉的端电压，Ex为金属的分解电压，I为电解电流，μ为电流效率；步骤二：对电阻模型Rp进行判断：Rp的值与电解液浓度的关系是Rp越大，电解液越稠；Rp越小，电解液越稀，设定Rp的上限值为Rh，其下限值为Rl，具体包括以下步骤：（1）如果Rp大于Rh，就判断电解液液面的高低，用CCD远红外测温仪测量电解液的液面，如果液面较高，说明电解液浓度大，则进入步骤三；如果液面较低，则需要加入锂盐进行稀释，每次加入5克进行缓慢稀释，然后进入步骤三；用CCD远红外测温仪测量电解液的液面,CCD既可以测出其靶面内的平均温度,给出靶面内温度的等温线,根据等温线的移动就可以判断液面的变化,具体如下:a.安装红外CCD,只要安装位置确定，则CCD的测量靶面也就确定，通常情况是把液面居于靶面的2/3处；b.根据CCD靶面的等温线判断液面的高度：电流稳定的情况下，设置等温线的温度x℃，当x℃等温线的面积为大于靶面95%时，液面达到上限；当x℃等温线的面积为小于靶面30%时，液面达到下限，所述等温线的温度x℃为800℃-1000℃;（2）如果Rp小于Rh且大于Rl，则进入步骤三；（3）如果Rp＜Rl，用步骤（1）中的方法判断电解液液面的高低，如果液面高，进入步骤五；如果液面低，则加入氧化物，然后进入步骤五；步骤三：计算氧化物加料量，具体包括以下步骤：（1）加料量计算公式：W=I*η*μ/36000，I是电流，η是电流效率，μ电化当量，W是析出金属质量；（2）根据析出的金属质量折算氧化物质量的方法设金属的质量为m,氧化物的金属含量为23%，则金属质量m折算出的氧化物质量=m÷23%；若m=5Kg，折算的氧化物=21.739Kg电解生产中金属不同，不同氧化物的金属含量也不同，在3%--95%之间变化；步骤四：往坩埚内加入氧化物，具体包括以下步骤：（1）采集氧化物重量，记为现值Y；（2）用当前的氧化物重量减去计算的需要加入的氧化物重量，记为末值Y1；（3）启动步进电机；（4）如果采集到的现值Y大于末值Y1，则继续采集氧化物重量，直到现值Y大小于等于末值Y1，则关闭步进电机；步骤五：设坩埚的承载金属量为β公斤，若计算的金属析出量累加值大于等于β公斤，则坩埚满，进行人工出炉；步骤六：用CCD远红外测温仪测量电解液的液面，如果液面高则降低液面，即移除电解液；CCD既可以测出其靶面内的平均温度,给出靶面内温度的等温线,根据等温线的移动就可以判断液面的变化,具体如下:（1）安装红外CCD,只要安装位置确定，则CCD的测量靶面也就确定，通常情况是把液面居于靶面的2/3处；（2）根据CCD靶面的等温线判断液面的高度：电流稳定的情况下，设置等温线的温度x℃，当x℃等温线的面积为大于靶面95%时，液面达到上限；当x℃等温线的面积为小于靶面30%时，液面达到下限，所述x℃的范围是800℃-1000℃。所述锂盐的加料包括以下步骤：（1）采集锂盐重量，记为现值H；（2）当前的锂盐重量减去α克，记为末值H1；（3）启动步进电机，如果采集到的现值H小于等于末值H1，则关闭步进电机。所述α为3-30克。与现有技术相比较，本专利技术具有以下有益效果：1.本专利技术是把人的最优秀的控制经验变成计算机控制，所以能够把电解炉况控制在最佳状态，且波动范围远低于人工控制范围；可实现准确、及时、稳定的精细控制，而且也能够保证产品的稳定性；2.可在低温、低摩尔比、低氧化物浓度条件下实现电解生产，大幅度提高电流效率及降低能耗，因此可降低生产成本提高收率，稳定提高产品质量及有利环保；3.本专利技术把操作者从高温、强磁场、多粉尘环境中的繁重体力劳动解放出来。降低工人劳动强度；4.实现计算机自动控制，可使高度封闭式电解炉的实现成为可能，使稀土电解生产朝低污染或无污染方向发展。附图说明图1为本专利技术的控制系统结构示意图；图2为本专利技术的控制方法流程图；图3为温度控制流程图；图4为锂盐加料流程图；图5为氧化物加料流程图；图6为采集数据的曲线图；图7完整的炉次曲线图；图8为电流效率-温度曲线图；图9为温度-电流曲线图；图10为温度-电流-电压曲线图。其中：1.DSP控制器；2.人机HMI；3.通讯口；4.霍尔电流传感器；5.电流变送器；6.电压传感器；7.电压变送器；8.远红外传感器；9.温度变送器；10.氧化物称重传感器；11.氧化物加料称重传感器；12.锂盐称重传感器；13.锂盐加料称重变送器；14.电流控制板；15.电解电源；16.步进电机驱动A；17.氧化物加料机；18.步进电机驱动B；19.锂盐加料机；20.存储卡。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术进行详细的说明。本专利技术的核心是在电解生产中靠人经验控制的电流大小、温度高低及加料量多少变成由计算机控制程序根据炉况自动控制电流大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稀土氧化物电解炉的控制系统，其特征在于：包括DSP控制器（1）、氧化物加料控制系统、锂盐加料控制系统、锂盐称重系统、氧化物称重系统、温度控制系统、电压控制系统、电流控制系统、人机HMI和控制台；所述DSP控制器作为控制中心内部设置有各控制系统的控制模块，并植有相应的控制程序；所述人机HMI中设有自动操控程序；所述控制台具有各种所需的手动操控按钮；所述温度控制系统控制电解炉电解液的温度，包括远红外传感器（4）和温度变送器（9）；DSP控制器（1）和温度变送器（9）连接，采集温度信号接收；同时根据测量的温度和当前温度整定值的偏差，计算出电流的调整量，向电解电源（15）发出调整电解电流的指令，调整电解电源的输出电流，把温度调整到指定的温度值；所述氧化物加料控制系统包括通过步进电机驱动A（16）与DSP控制器（1）连接的氧化物加料机（17）；锂盐加料系统包括通过步进电机驱动B（18）与DSP控制器（1）连接的锂盐加料机（19）；所述氧化物称重控制系统包括受DSP控制器（1）控制的氧化物加料称重传感器（10），氧化物加料称重传感器（11）连接氧化物称重传感器（10）；所述锂盐称重系统包括受DSP控制器（1）控制的锂盐加料称重变送器（13），锂盐加料称重变送器（13）连接锂盐称重传感器（12）；所述电压控制系统包括受DSP控制器（1）控制的电压变送器（7），电压变送器（7）连接电压传感器（6）；所述电流控制系统包括受DSP控制器（1）控制的电流变送器（5），电流变送器（5）连接霍尔电流传感器（4）。...

【技术特征摘要】
1.一种稀土氧化物电解炉的控制系统，其特征在于：包括DSP控制器（1）、氧化物加料控制系统、锂盐加料控制系统、锂盐称重系统、氧化物称重系统、温度控制系统、电压控制系统、电流控制系统、人机HMI和控制台；所述DSP控制器作为控制中心内部设置有各控制系统的控制模块，并植有相应的控制程序；所述人机HMI中设有自动操控程序；所述控制台具有手动操控按钮；所述温度控制系统控制电解炉电解液的温度，包括远红外传感器（4）和温度变送器（9）；DSP控制器（1）和温度变送器（9）连接，采集温度信号接收；同时根据测量的温度和当前温度整定值的偏差，计算出电流的调整量，向电解电源（15）发出调整电解电流的指令，调整电解电源的输出电流，把温度调整到指定的温度值；所述氧化物加料控制系统包括通过步进电机驱动A（16）与DSP控制器（1）连接的氧化物加料机（17）；锂盐加料系统包括通过步进电机驱动B（18）与DSP控制器（1）连接的锂盐加料机（19）；所述氧化物称重控制系统包括受DSP控制器（1）控制的氧化物加料称重传感器（11），氧化物加料称重传感器（11）连接氧化物称重传感器（10）；所述锂盐称重系统包括受DSP控制器（1）控制的锂盐加料称重变送器（13），锂盐加料称重变送器（13）连接锂盐称重传感器（12）；所述电压控制系统包括受DSP控制器（1）控制的电压变送器（7），电压变送器（7）连接电压传感器（6）；所述电流控制系统包括受DSP控制器（1）控制的电流变送器（5），电流变送器（5）连接霍尔电流传感器（4）。2.根据权利要求1所述的一种稀土氧化物电解炉的控制系统，其特征在于：所述DSP控制器（1）型号是TMS320F2812。3.利用如权利要求1所述的稀土氧化物电解炉的控制系统控制稀土氧化物电解炉的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：采集电流电压，计算Rp：DSP控制器实时计算Rp，电阻模型Rp=μ*{(V-Ex)/I}*106,其中V为电解炉的端电压，Ex为金属的分解电压，I为电解电流，μ为电流效率；步骤二：对电阻模型Rp进行判断：Rp的值与电解液浓度的关系是Rp越大，电解液越稠；Rp越小，电解液越稀，设定Rp的上限值为Rh，其下限值为Rl，具体包括以下步骤：（1）如果Rp大于Rh，就判断电解液液面的高低，用CCD远红外测温仪测量电解液的液面，如果液面较高，说明电解液浓度大，则进入步骤三；如果液面较低，则需要加入锂盐进行稀释，每次加入5克进行缓慢稀释，然后进入步骤三；用CCD远红外测温仪测量电解液的液面,CCD既可以测出其靶面内的平均温度,给出靶面内温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨永峰，
申请(专利权)人：西安力能电气科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61