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    本發明提出一種控制於熔化金屬材料之電弧爐中之熔融製程的方法。藉由本發明所揭示之方法，可使諸如熔融製程之熔融時間或總耗電量的所欲製程性質最小化。該方法包含以下步驟：接收或收集至少一個製程變數之測量數據(步驟A)、測定該熔融製程之目前狀態(步驟B)、進行該熔融製程之最佳化(步驟C)、根據該最佳化之結果決定製程輸入及利用該製程輸入以控制該熔融製程(步驟D、E)。本發明亦提出一種控制系統。
    公开号:TW201319262A
    申请号:TW101121595
    申请日:2012-06-15
    公开日:2013-05-16
    发明作者:Michael Lundh；Xiaojing Zhang
    申请人:Abb Research Ltd；
    IPC主号:H05B7-00
    专利说明:
    控制熔融製程之方法和控制系統
    本發明關於一種控制電弧爐(EAF)中之熔融製程之方法和控制系統，該控制系統包含一或多個用於熔化金屬或金屬合金的電極及用於攪拌該熔融物的電磁攪拌器(EMS)。
    電弧爐(EAF)製鋼法是一種高耗能工業製程。該製程消耗大量電能和化學能。現代的EAF出產超過300噸的熱塑鋼(steel pear heat)，且由於在EAF中製造鋼鐵需要巨量的電能和化學能，故此種爐具每年的能量成本極高。這是為何最新EAF技術發展主要集中於降低耗能(電力和氧)且從而提高生產力的理由。又從環境觀點而言，希望能降低EAF的二氧化碳排放和其他排放。
    典型的電弧爐包含三個電極、與該等電極操作性連接的電力供應系統和大型水冷式容器，並使用伸縮式頂蓋遮蓋該容器，且一或多個石墨電極穿過該頂蓋而進入該爐內。再者，電弧爐通常包含冷卻水站和至少一個控制單元，該至少一個控制單元與該電力供應系統操作性連接以控制該等電極之操作。該電弧爐(EAF)中已裝入金屬材料，該等電極在金屬材料(例如，廢金屬)之間及該等電極之間形成電弧。從而產生金屬熔融物(進料)，且藉著使電流通過該熔融物及利用電弧所含的輻射能兩種方式加熱該金屬熔融物。在該進料熔化期間，電極調節系統保持大致恆定的電流和電力輸入。
    電弧爐通常展現出熱點和冷點環繞爐邊分佈的模式，且該等冷點位於該等電極之間。現代化爐具係將氣體燃燒器安裝在爐壁內並使用該等氣體燃燒器供應能量至該等冷點，而得以更均勻一致地加熱該熔融物。亦使用可將氧和碳注入該爐中的工具(例如，吹管)提供附加的化學能。
    典型的EMS-系統包含至少一個電磁攪拌器，該電磁攪拌器包含攪拌攪拌線圈、電力供應系統(該電力供應系統包含與該攪拌器操作性連接的頻率轉換器和變壓器)、冷卻水站和至少一控制單元，該至少一控制單元與該電力供應系統操作性連接以控制該攪拌器之操作。該攪拌線圈一般安裝在該爐之鋼質外殼的外部。此線圈產生行波磁場(travelling magnetic field)以在熔融金屬的熔融物中提供攪拌力。該攪拌器利用穿透電弧爐之鋼質外殼的低頻行波磁場而運作並從而移動該熔融物。
    本發明之目的係減少EAF總週期時間並增加鐵的產率。從而減少電極和攪拌器的電力(power)損耗及減少所增添的化學能(即，氧、碳和燃燒器-氣體)，且因而提高EAF生產力。
    因此，在本發明之第一體系中提供一種控制於熔化金屬材料之電弧爐中之熔融製程之方法，其中該方法包含：i)接收能反映該熔融製程之至少一個製程變數的測量值；ii)根據該熔融製程之模式、該熔融製程之先前狀態、先前控制輸入及該至少一個製程變數的測量值，測定(determining)該熔融製程之目前狀態；iii)決定使所欲之製程性質最小化的目前製程輸入，其中該決定包含：對於所有許可之製程輸入並利用與該熔融製程之目前狀態和該熔融製程之所欲結束狀態相關的限制條件，使該所欲製程性質最小化；iv)利用該目前製程輸入以控制該熔融製程；且v)重複步驟i)至步驟iv)直到獲得該熔融製程的所欲結束狀態。
    在本發明之第二體系中提供一種方法，該方法之特徵在於：界定最佳化問題，該最佳化問題包括該熔融製程之狀態模式、易受該狀態模式影響之損耗函數(loss function)及初始啟動條件，該熔融製程之狀態模式係使製程輸入(其包括供應該攪拌器之電力)與該製程之至少一種狀態相關；進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化，其包括根據該最佳化問題並使用該初始啟動條件以測定該製程之狀態；根據該最佳化的結果，以決定用於供應該攪拌器之電力的控制訊號之參考值；使用該控制訊號以控制供應該攪拌器之電力；收集能反映該熔融製程之至少一個製程變數的測量數據；根據該狀態模式、該經測定之先前狀態和該經測定之先前控制訊號，測定該製程之目前狀態；根據該測量數據並使用狀態觀測器，測定該製程經修正之目前狀態；根據該最佳化問題並使用該經修正的目前狀態作為該最佳化之啟動條件，進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化；在該製程期間重複該等上述步驟直到達成該製程之所欲狀態。
    從而達到改善金屬材料之熔化作用，改善熔化作用將可增進冶金反應，且進而減少操作的週期時間。在電能和化學能上達到相當量的能量節約，且提高EAF生產力。
    根據本發明之實施例，該電弧爐包含一或多個用於熔化金屬材料的電極，該狀態模式之製程輸入進一步包括供應電極的電力，且該測定參考值之步驟進一步包括根據該最佳化的結果測定用於供應電力給該等電極之控制訊號的參考值，且該使用步驟進一步包括使用該用於供應電力給電極之經測定之控制訊號，以控制供應電極的電力。
    根據本發明之進一步實施例，該電弧爐包括注入單元，該注入單元係經配置以用於供應氧氣給該熔融物，該狀態模式之製程輸入進一步包括供應該注入單元之氧氣，且該測定參考值之步驟進一步包括根據該最佳化的結果測定用於供應氧氣給該注入單元的控制訊號之參考值，且該使用步驟進一步包括使用該控制訊號以控制供應該注入單元的氧氣。
    根據本發明之進一步實施例，該電弧爐包括至少一個氣體燃燒器，該氣體燃燒器係經配置用於加熱該熔融物，該狀態模式之製程輸入進一步包括供應該氣體燃燒器之燃燒氣體，且該測定參考值之步驟進一步包括根據該最佳化的結果測定用於供應燃燒氣體給該氣體燃燒器的控制訊號之參考值，且該使用步驟進一步包括使用該控制訊號以控制供應該氣體燃燒器的燃燒氣體。
    根據本發明之進一步實施例，該電弧爐包括用於對該熔融物添加碳粉之機構，且該狀態模式之製程輸入進一步包括供應該機構之碳粉，且該測定參考值之步驟進一步包括根據該最佳化的結果測定用於供應碳粉給該機構的控制訊號之參考值，且該使用步驟進一步包括使用該控制訊號以控制供應該機構之碳粉。
    藉由該用於控制電弧爐中之熔融製程的控制系統亦能獲得本發明目的，該控制系統之特徵在於包括攪拌控制單元，該攪拌控制單元與該攪拌器之電力供應單元操作性連接，藉以控制回應用於供應該攪拌器之電力的控制值的該電力供應，及至少一個感測器，該至少一個感測器係經配置以測量供應該攪拌器的電力。該控制系統進一步包括處理單元，該處理單元係經配置以自該經配置用於測量供應該攪拌器之電力的至少一個感測器接收與該等製程變數相關的測量數據，且根據預先界定之最佳化問題，該最佳化問題包括該熔融製程之狀態模式、易受該狀態模式影響的損耗函數及初始啟動條件，該熔融製程之狀態模式係使製程輸入(其包括供應攪拌器的電力)與該製程之至少一個狀態相關，進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化。該處理單元經進一步配置以根據該最佳化問題並使用該初始啟動條件以測定該製程之狀態，且該處理單元係經配置以進行下述步驟：根據該最佳化的結果決定用於供應電力給該攪拌器的控制訊號之參考值；提供該等參考值給該攪拌器控制單元以控制該金屬材料之攪拌；收集能反映該熔融製程之至少一個製程變數的測量數據；根據該狀態模式、該經測定之先前狀態和該經測定之先前控制訊號以測定該製程之目前狀態；根據該測量數據並使用狀態觀測器，測定該製程經修正之目前狀態；根據該最佳化問題並使用該經修正的目前狀態作為該最佳化之啟動條件，進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化；及在該製程期間重複該等上述步驟直到達成該製程之所欲狀態。
    第1圖圖示一種電弧爐，該電弧爐以下稱為EAF且該EAF可為直流EAF或交流EAF，該EAF係經配置以用於熔化金屬材料(例如，廢金屬)，且於開始進行該熔融製程之前，已先將金屬材料裝入EAF中。該EAF進一步包括一或多個電極、一容器(使用伸縮式頂蓋遮蓋該容器，且一或多個石墨電極穿過該頂蓋而進入該爐內)和與該等電極操作性連接的電力供應系統。於該EAF容器的外表面上(較佳在底表面上)配置至少一個用於電磁攪拌該EAF1中之熔融金屬的設備。
    電力供應系統與該攪拌器操作性連接。與該等電極操作性連接的電力供應系統及與該攪拌器操作性連接的電力供應系統可為兩個獨立的電力供應系統，但亦可為用於兩種目的的同一個系統。至少一個控制單元包含硬體、一或多個記憶單元、一或多個處理單元(即，處理器)和軟體，且該至少一個控制單元與該電力供應系統操作性連接，藉以控制攪拌器的操作。配置用於控制攪拌動作和該等電極的該至少一個控制單元係操作性連接至該電力供應系統，且該至少一個控制單元亦可連接至該電力供應系統以控制該等電極的操作，然而也可配置供此目的使用的獨立控制系統。
    該EAF操作的開頭係將廢金屬(scrap metal)裝入該爐中，並在爐內開始進行熔化作業。使該等電極降於廢金屬上並產生電弧而開始熔化廢金屬。該操作的此第一部分係選用較低電壓，以保護該爐的頂蓋和爐壁避免遭受來自電弧之過量的熱和損害。一旦該等電極觸及該爐底部處的重金屬熔融物(heavy melt)且熔渣阻擋電弧時，可提高電壓並稍微升高該等電極，從而延長電弧且提高供應該熔融物的電力。此做法能更快形成金屬熔池，而減少冶煉時間(tap-to-tap time)。注入單元配置在該EAF壁面或底部中以用於將氧注入該熔融金屬。一或多個氣體燃燒器配置在EAF內以提供額外的化學熱給位於該EAF內部的廢金屬和熔融金屬。兩種製程皆加速廢金屬熔化。在該EAF中亦配置用於將碳注入熔融金屬中的裝置。所配置的攪拌器係用於使熔融金屬加速，而將進一步加速該廢金屬的熔化作用和冶煉時間。
    整合式EAF控制的發明概念係藉著將攪拌控制、氧氣注入單元(例如，氧吹管)之控制、氣體燃燒器控制、排氣控制(off-gas control)和電極之電力供應控制全部整合成為一控制方案的方式而控制EAF。
    假設初始狀態是在t=0時於EAF中裝入金屬材料(即，廢金屬)(x1、x2，等等)，且藉著如以下函數解出該最佳化問題，可決定0ttf時之該製程輸入u的參考值。
    (損耗函數)
    若x(k+1)=f s (x(k),u(k),d(k)) (該熔融製程之狀態模式)
    x(t f )=x f (結束條件/結束狀態)
    x(0)=x 0 (啟動條件/初始狀態)

    藉著解出上述問題，該製程將可有利地在最短的可能時間內從初始狀態x(0)變成所欲的結束狀態，其中該初始狀態x(0)如同任何狀態般通常是一向量(vector)。因此，當該金屬材料開始熔化之時定為最佳製程輸入。對於該熔融製程期間的每個瞬時t k ，係將該適當之製程輸入u(t k )應用於該製程。由於未使用源自該實際電弧爐(EAF)的反饋，故此方法係仰賴該製程之狀態模式(該狀態模式使該製程輸入(例如供應給攪拌器或電極的電力、氧氣流、燃燒氣體流或注入的碳)與該製程之至少一種狀態x相關)、易受該狀態模式影響的損耗函數及初始啟動條件。一旦界定該初始啟動條件x 0 ，使用該初始啟動條件進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化，其包括根據上述之最佳化問題以測定該製程之狀態。
    提供可取得之一或多個製程變數的測量值，藉由根據該一或多個製程變數的測量值進行預估而可獲得與該熔融製程之目前狀態相關的資訊，以容許以規律或不規律的時程(interval)重複進行上述步驟，直到達到該熔融製程的所欲狀態。在一實施例中，每個時程的步驟如下：
    A)收集或接收能反映該熔融製程之至少一個製程變數的測量值y(t k )；
    B)根據該狀態模式、該已決定之先前狀態(tk-1)、該已決定之先前控制訊號u(t k-1 )及該至少一個製程變數的測量值y(t k )，以預測的方式決定該製程之目前狀態。可使用狀態觀測器(例如，移動式水平估計器或擴展式卡耳曼濾波器)測定該熔融製程之目前狀態(tk)的預估。
    C)使用該經預估之目前狀態(tk)作為該最佳化之啟動條件以解決在時間及/或能量損耗方面的上述最佳化問題。此最佳化之結果將為當t k t t f 時之控制訊號(製程輸入)u(t)的參考值。將所獲得之參考值u(t k )中的第一控制訊號用於該製程中。
    D)根據該熔融製程之最佳化的結果，決定該製程輸入(ux)之控制訊號的參考值；
    E)使用該控制訊號以控制該製程輸入(ux)且從而控制該熔融製程；且
    F)於該製程期間重複進行此程序(步驟A至E)，直到達到該製程之所欲狀態x(tf)。在各次互動時以該預估狀態(t k )取代該初始狀態x0。因此，在每次互動中，係將設定為初始狀態。
    一旦達到該製程之所欲狀態，使該熔融金屬離開電弧爐(EAF)以進行進一步處理，例如進行連續成形製程(continuous casting process)。
    下表列出可接受控制的電弧爐之製程輸入和製程變數。
    下表列出製程變數之實例。
    若製程變數d(t)為已知之時間函數，將能計算用於使該熔融製程之能量或時間電力損耗最小化的控制變數u(t)之值。
    在模式預測控制(MPC)/反饋的情況下，即當使用移動式水平估計器時，製程變數之實例d(k)為可測量的訊號，該等可測量之訊號會影響該製程但未於最佳化時決定該該等可測量之訊號。此種訊號可例如是與熔融製程相關之可測量的干擾。
    該製程之目前狀態的實例係下表列出狀態之至少一個。
    通常，與EAF技術相關的節能方法可分為兩種，例如冶金製程改進，例如供應氧氣、預熱廢金屬、後期燃燒(post combustion)及攪拌底部氣體，或使EAF製程和作業自動化，例如電極調控或熔化控制(melt down control)。
    EAF熔渣的主要成分為源自鋼鐵與注入之氧氣燃燒後生成的氧化鐵。隨後在熱狀態下，將碳(以焦炭或煤的形式)注入至此熔渣層中，使碳與氧化鐵反應以生成金屬鐵和一氧化碳氣體(該一氧化碳氣體會使熔渣成為泡沫狀)，而容許更大的熱效率及較佳的電弧穩定度和電效率。一旦達到平熔池條件(flat bath condition)，即熔渣完全熔化，進行精煉作業以檢查和修正該鋼鐵之化學成分並加熱該熔融物使溫度高於該熔融物之凝固溫度以準備出鋼。於該平熔池中加入更多造渣劑(slag former)並吹入更多氧，以燒除諸如矽、硫、磷、鋁、錳和鈣之雜質，且將該等雜質之氧化物移至熔渣中。由於此等元素對於氧具有較大的親和性，故先燒除此等元素之後，方進行碳的去除。對氧之親和性比鐵差的金屬(例如，鎳和銅)無法藉由氧化反應而去除，且僅能透過熔渣化學成分控制該等金屬，例如引入直接還原鐵和生鐵。泡沫狀熔渣保留在該爐內且經常溢出該爐而從爐渣門湧出並進入渣坑中。
    以另一種方式表達時，本發明概念提供一種控制於電弧爐中之熔融製程之方法，其中該方法包含以下步驟：i)接收與該熔融製程相關之至少一個製程變數的測量數據；ii)根據該熔融製程之先前狀態、先前製程輸入及該測量數據，測定該熔融製程之目前狀態；iii)決定使所欲製程性質最小化的目前製程輸入，其中該決定包括：對於所有許可之製程輸入並利用與該熔融製程之目前狀態和該熔融製程之所欲結束狀態相關的限制條件，使該所欲製程性質最小化；且iv)根據該目前製程輸入以控制該熔融製程。
    較佳重復(即，重複循環)上述步驟，直到該熔融製程之目前狀態等於或實質等於該熔融製程之所欲結束狀態。
    在實施例中，每分鐘進行一次步驟i~步驟iv的重複循環。亦可設想在該熔融週期期間，採用較長的間隔時間(例如，每隔五分鐘、每隔十分鐘或僅在極少數情況下)進行步驟i~步驟iv的重複循環。
    應理解製程性質是表示例如該熔融製程之一熔融週期或熔融週期總時間內的總電力損耗量。製程性質亦可表示例如使電弧爐內之金屬約100%成為液態形式時所用的總時間。
    在該製程性質為熔融製程之總電力損耗的實施例中，可基於下述最小化問題而使該總電力損耗最小化。
    (損耗函數)
    若x(k+1)=f s (x(k),u(k),d(k)) (該熔融製程之狀態模式)
    x(t f )=x f (結束條件/結束狀態)
    x(0)=x 0 (啟動條件/初始狀態)

    較佳地，上述控制製程係經配置以產生複數個製程輸入，例如用於控制如上述各種製程參數的製程輸入u1~u5。
    此外還提供一種控制用於熔化金屬材料之控制電弧爐(EAF)中之熔融製程的控制系統，其中該控制系統包括：複數個感測器，該等感測器係配置用於感測該熔融製程的各個製程變數；及處理單元，該處理單元係經配置以用於：接收利用複數個感測器所測得的製程變數；- 根據該熔融製程的先前狀態、根據先前製程輸入及根據該測量數據，測定該熔化製程的目前狀態；- 決定使所欲製程性質最小化的目前製程輸入，其中該決定包括：對於所有許可之製程輸入並利用與該熔融製程之目前狀態和該熔融製程之所欲結束狀態相關的限制條件，使該所欲製程性質最小化；其中該控制系統係經配置以根據該目前製程輸入，控制該熔融製程。
    尤其，該控制系統控制熔融製程的製程參數。例如，可利用該用於控制電磁攪拌器的攪拌器電源供應單元8、電極電力供應單元13、氧流量控制單元16、燃燒氣體供應單元17和固態材料供應單元20控制此等參數。
    儘管較佳本發明範圍不應受限於本案所提出之實施例，但本發明範圍仍涵蓋所屬技術領域中熟悉該項技藝者已清楚理解的實施例。
    1‧‧‧電弧爐
    8‧‧‧攪拌器電力供應單元
    13‧‧‧電極電力供應單元
    16‧‧‧氧流量控制單元
    17‧‧‧燃燒氣體供應單元
    20‧‧‧固態材料供應單元
    u1‧‧‧供應攪拌器之電力
    u2‧‧‧供應電極之電力
    u3‧‧‧供應注入單元之氧氣
    u4‧‧‧供應氣體燃燒器之燃燒氣體
    u5‧‧‧供應該機構之碳粉
    藉著配合附圖閱讀上述詳細說明將可使所屬技術領域中熟悉該項技藝者更加瞭解本發明之其他特徵和優點，該等附圖如下：第1圖圖示根據本發明一實施例之電弧爐的剖面圖。
    第2圖圖示根據本發明一實施例之熔融製程的流程圖。
    第3圖係根據本發明實施例圖示可能的熔融曲線圖(melting profile)，圖中係將固態鋼(x1)和液態鋼(x2)的量及會影響EAF的該等製程輸入(u1、u2、u3、u4、u5)中之一輸入合併顯示。
    权利要求:
    Claims (15)
    [1] 一種控制於熔化金屬材料之電弧爐中之熔融製程之方法，其中該方法包括：i)接收能反映該熔融製程之至少一個製程變數的測量值；ii)根據該熔融製程之模式、該熔融製程之先前狀態、先前控制輸入及該至少一個製程變數的該等測量值，測定該熔融製程之目前狀態；iii)決定使所欲製程性質最小化的目前製程輸入，其中該決定包括：對於所有許可之製程輸入之值並利用與該熔融製程之目前狀態和該熔融製程之所欲結束狀態相關的限制條件，使該所欲製程性質最小化；iv)利用該目前製程輸入以控制該熔融製程；及v)重複步驟i)至步驟iv)直到獲得該熔融製程的所欲結束狀態。
    [2] 如申請專利範圍第1項之方法，該方法包含利用該目前製程輸入以控制電磁攪拌器。
    [3] 如申請專利範圍第1項或第2項之方法，該方法包含利用該目前製程輸入以控制電極電力供應單元(13)、氧氣流動控制單元(16)、燃燒器氣體供應單元(17)及固體材料供應單元(20)。
    [4] 一種控制於熔化金屬材料之電弧爐(EAF)中之熔融製程之方法，該電弧爐包含用於攪拌熔融物的電磁攪拌器(EMS)，該方法之特徵在於包含：界定最佳化問題，該最佳化問題包括該熔融製程之狀態模式、易受該狀態模式影響的損耗函數及初始啟動條件，該熔融製程之狀態模式係使製程輸入(其包括供應該攪拌器之電力u1)與該製程之至少一種狀態(x)相關；進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化，其包括根據該最佳化問題並使用該初始啟動條件以測定該製程之狀態；根據該最佳化的結果，決定用於供應該攪拌器之該電力(u1)的控制訊號之參考值；使用該控制訊號以控制供應該攪拌器之該電力(u1)；收集能反映該熔融製程之至少一個製程變數(y1至y6)的測量數據；根據該狀態模式、該經測定之先前狀態和該經測定之先前控制訊號，測定該製程之目前狀態(x)；根據該測量數據並使用狀態觀測器，測定該製程經修正之目前狀態；根據該最佳化問題並使用該經修正的目前狀態作為該最佳化之啟動條件，進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化；在該製程期間重複該等上述步驟直到達成該製程之所欲狀態。
    [5] 如申請專利範圍第4項之方法，其中該電弧爐包含一或多個用於熔化金屬材料的電極，且該製程輸入進一步包括供應該電弧爐之電極的電力，且該測定參考值之步驟進一步包括根據該最佳化的結果測定用於供應電極之電力(u2)的控制訊號之參考值；且該使用步驟進一步包括使用用於供應電極之該電力(u2)的該經測定之控制訊號以控制供應該電極之該電力。
    [6] 如申請專利範圍第4項之方法，其中該電弧爐包含安裝於壁面或底部之注入單元，該等注入單元係配置用於供應氧氣給該熔融物，且該狀態模式之製程輸入進一步包括供應該等注入單元之氧氣(u3)；且該測定參考值之步驟進一步包括根據該最佳化的結果測定用於供應該等注入單元之該氧氣(u3)的控制訊號之參考值；且該使用步驟進一步包括使用該控制訊號以控制供應該等注入單元之該氧氣(u3)。
    [7] 如申請專利範圍第4至6項中任一項之方法，其中該電弧爐包含至少一個配置用於加熱該熔融物的氣體燃燒器，且該狀態模式之製程輸入進一步包括供應該氣體燃燒器之燃燒氣體(u4)；且該測定參考值之步驟進一步包括根據該最佳化的結果測定用於供應該氣體燃燒器之該燃燒氣體(u4)的控制訊號之參考值；且該使用步驟進一步包括使用該控制訊號以控制供應該氣體燃燒器之該燃燒氣體(u4)。
    [8] 如申請專利範圍第4至6項中任一項之方法，其中該電弧爐包含用於對該熔融物添加碳粉之機構，且該狀態模式之製程輸入進一步包括供應該機構之碳粉(u5)；且該測定參考值之步驟進一步包括根據該最佳化的結果測定用於供應該機構之該碳粉(u5)的控制訊號之參考值；且該使用步驟進一步包括使用該控制訊號以控制供應該機構之該碳粉(u5)。
    [9] 如申請專利範圍第4至6項中任一項之方法，其中該至少一個製程變數(y)反映該熔融製程之溫度。
    [10] 如申請專利範圍第4至6項中任一項之方法，其中該至少一個製程變數(y1至y6)係下述之至少一者：- 源自該電弧爐之煙道氣體的溫度；- 該攪拌器之冷卻水的溫度；- 源自該電弧爐之冷卻水的溫度；- 源自該電弧爐之煙道氣體的濃度；及- 熔融溫度。
    [11] 一種控制於熔化金屬材料之電弧爐(EAF)中之熔融製程之控制系統，該電弧爐包含用於攪拌該熔融物的電磁攪拌器(EMS)和配置用於供應電力(u1)給該攪拌器的電力供應單元，該控制系統之特徵在於包含：- 攪拌器控制單元，其與該攪拌器之該電力供應單元操作性連接，藉以控制回應用於供應該攪拌器之該電力的控制值的該電力供應(u1)；- 至少一個感測器，其係配置用於測量供應該攪拌器的電力，- 處理單元，其係經配置以自該經配置用於測量供應該攪拌器之該電力(u1)的至少一個感測器接收與該等製程變數相關的測量數據，且：- 根據預先界定之最佳化問題，該最佳化問題包括該熔融製程之狀態模式、易受該狀態模式影響的損耗函數及初始啟動條件，該熔融製程之狀態模式係使製程輸入(其包括供應該攪拌器之電力u1)與該製程之至少一個狀態相關，進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化；- 根據該最佳化問題並使用該初始啟動條件，測定該製程之狀態，且經配置以進行下述步驟：根據該最佳化的結果，測定用於供應該攪拌器之該電力(u1)的控制訊號之參考值；提供該參考值給用於控制該金屬材料之攪拌的該攪拌器控制單元；收集能反映該熔融製程之至少一個製程變數的測量數據；根據該狀態模式、該經測定之先前狀態和該經測定之先前控制訊號，測定該製程之目前狀態；根據該測量數據並使用狀態觀測器，測定該製程經修正之目前狀態；根據該最佳化問題並使用該經修正的目前狀態作為該最佳化之啟動條件，進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化；及在該製程期間重複該等上述步驟直到達成該製程之所欲狀態。
    [12] 如申請專利範圍第11項之控制系統，其包含一或多個用於熔化金屬材料之電極和經配置用於供應電力(u2)給該等電極的電力供應單元，該控制系統之特徵在於包含：- 電極控制單元，其與該等電極之該電力供應單元操作性連接，藉以控制回應用於供應該等電極之該電力的控制值的該電力供應(u2)；- 至少一個感測器，其係配置用於測量供應該等電極的該電力(u2)；- 處理單元，其係經配置以自該經配置用於測量供應該等電極之該電力(u2)的至少一個感測器接收與該等製程變數相關的測量數據，且：- 根據預先界定之最佳化問題，該最佳化問題包括該熔融製程之狀態模式、易受該狀態模式影響的損耗函數及初始啟動條件，該熔融製程之狀態模式係使製程輸入(其包括供應該等電極之電力u2)與該製程之至少一個狀態相關，進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化；- 根據該最佳化問題並使用該初始啟動條件，測定該製程之狀態，且經配置以進行下述步驟：根據該最佳化的結果，測定用於供應該等電極之該電力(u2)的控制訊號之參考值；提供該參考值給用於控制該金屬材料之熔融的該電極控制單元。
    [13] 如申請專利範圍第11項之控制系統，其包含安裝於壁面或底部之注入單元(該等注入單元係配置用於供應氧氣給該熔融物)和配置用於供應氧氣流(u3)給該等注入單元的供應單元，該控制系統之特徵在於包含：- 流動控制單元，其與該配置用於供應氧氣流(u3)給該等注入單元的供應單元操作性連接，藉以控制回應用於供應該等注入單元之氧氣的控制值的該氧氣流；- 至少一個感測器，其係配置用於測量供應該等注入單元的該氧氣(u3)；- 處理單元，其係經配置以自該經配置用於測量供應該等注入單元之該氧氣(u3)的至少一個感測器接收與該等製程變數相關的測量數據，且：- 根據預先界定之最佳化問題，該最佳化問題包括該熔融製程之狀態模式、易受該狀態模式影響的損耗函數及初始啟動條件，該熔融製程之狀態模式係使製程輸入(其包括供應該等注入單元之氧氣u3)與該製程之至少一個狀態相關，進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化；- 根據該最佳化問題並使用該初始啟動條件，測定該製程之狀態，且經配置以進行下述步驟：根據該最佳化的結果，測定用於供應該等注入單元之該氧氣(u3)的控制訊號之參考值；提供該等參考值給該用於控制供應該等注入單元之氧氣(u3)的該流動控制單元。
    [14] 如申請專利範圍第11至13項中任一項之控制系統，其包含至少一個氣體燃燒器(該至少一個氣體燃燒器係配置用於預熱固體金屬材料、熔化固體金屬材料及加熱該熔融物)和配置用於供應燃燒氣體流(u4)給該氣體燃燒器的供應單元，該控制系統之特徵在於包含：- 流動控制單元，其與該配置用於供應燃燒氣體流(u4)給該氣體燃燒器的供應單元操作性連接，藉以控制回應用於供應該燃燒器之該燃燒氣體的控制值的該燃燒氣體流(u4)；- 至少一個感測器，其係配置用於測量供應該燃燒器的該燃燒氣體(u4)；- 處理單元，其係經配置以自該經配置用於測量供應該燃燒器之該燃燒氣體(u4)的至少一個感測器接收與該等製程變數相關的測量數據，且：- 根據預先界定之最佳化問題，該最佳化問題包括該熔融製程之狀態模式、易受該狀態模式影響的損耗函數及初始啟動條件，該熔融製程之狀態模式係使製程輸入(其包括供應該燃燒器之燃燒氣體u4)與該製程之至少一個狀態相關，進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化；- 根據該最佳化問題並使用該初始啟動條件，測定該製程之狀態，且經配置以進行下述步驟：根據該最佳化的結果，測定用於供應該燃燒器之該燃燒氣體(u4)的控制訊號之參考值；提供該參考值給該用於控制供應該燃燒器之燃燒氣體流(u4)的該流動控制單元。
    [15] 如申請專利範圍第11至13項中任一項之控制系統，其包含至少一個用於對該熔融物添加碳粉之機構和配置用於供應碳粉流給該熔融物的供應單元，該控制系統之特徵在於包含：- 流動控制單元，其與該供應單元操作性連接(該供應單元係配置用於供應碳粉給該至少一個用於對該熔融物添加入碳粉之機構)，藉以控制回應用於供應該碳粉給該至少一個用於對該熔融物添加入碳粉之機構的控制值的該碳粉流動；- 至少一個感測器，其係配置用於測量供應該至少一個用於對該熔融物添加碳粉之機構的碳粉；- 處理單元，其係經配置以自該至少一個感測器(該至少一個感測器係經配置用於測量供應該至少一個用於對該熔融物添加碳粉之機構的碳粉)接收與該等製程變數相關的測量數據，且：- 根據預先界定之最佳化問題，該最佳化問題包括該熔融製程之狀態模式、易受該狀態模式影響的損耗函數及初始啟動條件，該熔融製程之狀態模式係使製程輸入(其包括供應該至少一個用於對該熔融物添加碳粉之機構的碳粉)與該製程之至少一個狀態相關，進行該熔融製程在時間及/或能量損耗方面的最佳化；- 根據該最佳化問題並使用該初始啟動條件，測定該製程之狀態，且經配置以進行下述步驟：根據該最佳化的結果，測定用於供應該至少一個用於對該熔融物添加碳粉之機構的碳粉的控制訊號之參考值；提供該參考值給該流動控制單元，該流動控制單元係用於控制該至少一個用於對該熔融物添加碳粉之機構的該碳粉流。
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    PREHEATING1989|Electric steelmaking to the year 2000 in the USA
    Pavlicevic et al.1996|Getting more from the DC-EAF
    同族专利:
    公开号 | 公开日
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    SU865926A1|1980-01-14|1981-09-23|Киевский Институт Автоматики Им. Хху Съезда Кпсс|Способ определени момента расплавлени шихты в дуговой электропечи|
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    US5956366A|1997-02-26|1999-09-21|Nkk Steel Engineering, Inc.|Arc furnace and method in which molten material is stirred and the arc is guided|
    US6749661B2|2000-02-10|2004-06-15|Process Technology International, Inc.|Method for melting and decarburization of iron carbon melts|
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