我国工业硅企业数量众多，拥有各类中小型炉子800多台，但是装备落后，工人劳动强度大，整体技术水平差。鉴于我公司在国内工业硅矿热炉方面的技术实力，我们大胆创新，集众之智与运用最新科研成果设计了能适应大规模化生产的12.5MVA工业硅矿热炉，并在该炉上采用了集供电、冷却、操作自动控制于一体的、较为完善的自动化上料机，这在国内大型工业硅矿热炉上尚属于首次。该炉自动配料机的成功应用标志着我国工业硅矿热炉装备水平已迈向国际一流水准，矿热炉构造与装备技术将会处于世界前列。

1设计思路

工业硅矿热炉是依靠电弧放电在原料间产生大量热来熔化冶炼硅材料的，现场操作条件不仅高温高强度，而且各项操作频繁，准确控制难度很大，要达到高质量、高产量、低能耗稳定冶炼，必须精心操作、细心操作，但是现场实际很难做到(稍微休息、判断经验、全面同时协调等)。在科技相互渗透、发展的今天，用新思想、新材料、新技术来改造我国原有工业硅矿热炉装备水平显得非常紧迫。工业控制自动化技术是一种运用控制理论、

仪器仪表、计算机和其它信息技术，对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量、提高质量、降低消耗、确保安全等目的的综合性技术，目前它已成为各种设备提升装备水平的主要技术手段。

要达到准确控制冶炼过程，实现增产、提质、降耗、稳定运行的目的，必须对工业硅矿热炉运行参数进行全面控制，这些参数包括矿热炉结构参数、电流、电压、功率、原料构成、冷却状态、电极参数、操作方式等多种变量。但是，实际上很难做到这么全面，而冶炼的关键实际上在于温度数值与分布状况(在原料配比基本正确情况下)。因此，控制矿热炉冶炼温度及其分布状况是整个冶炼过程控制的关键，温度达到石英石被还原的条件且分布状况良好，则不仅产量增加、质量提高、能耗也会降低。控制矿热炉冶炼温度数值实际上就是要在原料一定情况下控制供入热量的多少即功率大小或者说电流电压积，控制矿热炉冶炼温度分布就是要在堆料均匀情况下控制三相电流平衡，这些控制要点均需要通过电极运动来实现。因此，在堆料均匀状况下，以保持三相电流平衡为准则，适当调控电极在料层中的插入深度来实现矿热炉的温度数值及温度分布均匀性控制，同时配以少量人工护炉运行，则能使得矿热炉在高产量、高质量、低能耗状态下运行。

矿热炉低故障率是炉子性能的一个重要指标。由于国内目前普遍采用的是矮烟罩式矿热炉，矿热炉铜瓦和短网经常受到高温、大电流、烟气等因素的冲击而经常性烧蚀损坏，如果在炉面高温和大电流发生时，能够加强冷却，则可以避免故障的发生。因此，为了降低矿热炉的故障率，必须因炉面高温和大电流而进行加强冷却控制。

2系统硬件组成

本配料系统采用IPC-800工控机作为主控机，并和PCL-816高速模拟量采集卡、PCL-726模拟量输出卡、现场数据采集仪表组成整套上料机。现场采集的电流、电压、功率信号由PCL-816转换为数字信号，传至主机进行分析，再由PCL-726以模拟量方式输出，控制液压油缸运动保证电极在料层中的插入深度，实现矿热炉内冶炼温度的稳定，从而稳定产品的产量、质量。现场设备运转情况还可以通过大屏幕显示器方便的显示出来，各种数据亦可以汇总为表格随时打印出来。同时喂料机具备通讯管理功能，方便管理层下达计划任务与数据调阅。

每个PCL-816模拟量采集卡具有16路输入端子，采集每相电流、电压、功率、3根电极距炉底深度、料面多点温度、铜瓦冷却水温度、短网冷却水、变压器冷却水温度。系统经过数据分析，通过PCL-726输出模拟控制信号，控制以下参数：3根电极距炉底深度、料面添料与平整报警、冷却水阀门开度等。每个PCL-726模拟量输出卡具有6路输出端子。工控机IPC-800主板为FMB-815E-VL，CPU2G，内存256M，硬盘40G，连接显示器、打印机、路由器通讯端口。

3系统软件设计

投料系统软件采用VisualC++编制，包括用户界面设计、过程程序控制、用户需要的打印显示通讯功能模块。工业硅矿热炉冶炼过程控制的关键点在于炉料配比正确情况下通过电极插入炉内的深度来控制电流、电压、功率和三相平衡，因此实际上是要控制三个液压油缸上升、下降动作幅度，3个模拟量输入通道。当某相电流过大(电压相应降低)，信号传输给PCL-816模拟量采集卡转换为数字信号，工控主机接收后启用过程控制程序分析，发出相应指令到PCL-726模拟量输出卡，驱动该相液压油缸提升该相电极，加大该相铜瓦短网的冷却水阀门开度，直至三相电流恢复平衡。由于电信号传输比人反应快速得多，所以控制电极移动过程比较缓慢，达到三相电流平衡比较容易，操作不像人控制电极那样频繁和没有准确度，保证了生产的稳定性，有利于提高产品产量、质量、较低的能耗以及低的设备故障率。反之，如果某相电流过低，则采用另外过程控制程序。用红外测温仪采集监控料面温度，当料面主要监控点温度达到1000℃，则发出报警信号与操作提示，护炉人员应当近炉观察是缺料还是平整度不够引起刺火或者还原剂混合不均匀，进行相应处理(添料、平整、捣炉等)。同时系统还配有声控装置，当炉膛内发出暴吼声(超出正常声纳设定值范围)表明炉况异常，还原剂过剩或露弧刺火情况发生。系统还能根据电极移动距离判断炉底是否上涨，再配以人工巡视，工业硅矿热炉的冶炼过程中可能发生的其他问题如料层透气性、料面烧结情况、出硅水时的流动情况、料层松散度、炉内吃料均匀性等都能得到及时处理，系统可靠且可随时扩展，亦配有手动操作，防止意外情况发生。

4应用情况

上述工业硅矿热炉自动配料机ASi-AMZDA.V1.0被应用到12.5MVA工业硅矿热炉，通过近12个月以来的运行表明，系统运行稳定、可靠，经济效益明显，公司形象大幅提高。与国内其他人工控制工业硅矿热炉冶炼过程相比，不仅炉况运行更稳定(电流电压波动小、电极操作量大幅减少、料面冒火区域广而均匀、异常情况处理及时)，而且产品质量87.4%都是2202化学级金属硅，产量也超出了设计时20t/d的水平，单位能耗下降近4.6%。