一种提升中间包等离子加热系统功率因数的装置和方法与流程

1.本发明涉及连铸设备及工艺技术领域，特别涉及一种提升中间包等离子加热系统功率因数的装置和方法。


背景技术：

2.钢水注入中间包后，需要为注入中间包的钢水保温，以使钢水保持目标温度，不会因温度下降导致流动性差，从而影响钢水浇铸成型。
3.相关技术中，采用等离子加热装置为中间包的钢水保温。等离子加热装置中包括石墨电极，对石墨电极通电，将通电的石墨电极与钢水接触形成通路后释放等离子电弧，释放等离子电弧后需要抬升石墨电极，如此，使石墨电极既能释放等离子电弧加热钢水，又与为钢水保持一定距离不对钢水造成污染。但是，在石墨电极通电、下降、形成通路、抬升的过程中，对电流的需求不同。
4.因此，针对上述问题，急需一种提升中间包等离子加热系统功率因数的装置和方法。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种提升中间包等离子加热系统功率因数的装置和方法，能够提升中间包等离子加热系统的功率因数。
6.第一方面，本发明提供了一种提升中间包等离子加热系统功率因数的装置，包括供电单元、大功率多脉波可控整流单元、反馈单元、主控单元、升降单元和石墨电极；所述供电单元用于将高压交流电转变成低压交流电，并将低压交流电传输至所述大功率多脉波可控整流单元；所述大功率多脉波可控整流单元用于将低压交流电转变为直流电，并将直流电传输至所述石墨电极；所述石墨电极用于在通电时释放电弧，所述反馈单元用于采集反馈数据并将所述反馈数据传输至所述大功率多脉波可控整流单元，所述反馈数据为所述供电单元输出的低压交流电的电流值和所述大功率多脉波可控整流单元输出的直流电的电流值；所述主控单元用于控制所述升降单元带动所述石墨电极升降，以及用于将预设电流值输入至所述大功率多脉波可控整流单元中；所述大功率多脉波可控整流单元还用于根据所述预设电流值调整所述供电单元输出的低压交流电的电流，并根据所述反馈数据校准所述大功率多脉波可控整流单元输出的直流电的电流，使所述直流电的电流为预设电流值。
7.优选地，所述大功率多脉波可控整流单元包括整流器、整流控制器和平波电抗器，所述整流器用于将低压交流电转变为直流电，所述整流控制器用于接收所述预设电流值并根据所述预设电流值调整所述供电单元输出的低压交流电的电流，所述整流控制器还用于接收所述反馈数据，并根据所述反馈数据控制所述整流器校准输出的直流电的电流，使所
述直流电的电流为预设电流值，所述平波电抗器用于抑制整流器输出的直流电的波纹。
8.优选地，所述供电单元包括高压断路器、有载调压分接开关和变压器，所述高压断路器用于接通和断开与高压市电的连接，所述有载调压分接开关用于根据所述整流控制器发出的指令输出不同电压的高压交流电，所述变压器用于将高压交流电转变为低压交流电。
9.优选地，所述反馈单元包括交流电流互感器和直流电流传感器，所述交流电流互感器用于采集所述供电单元输出的电流值，并将所述供电单元输出的电流值输入至所述整流控制器，所述直流电流传感器用于采集所述整流器输出的电流值，并将所述整流器输出的电流值输入至所述整流控制器。
10.第二方面，本发明还提供了一种基于上述第一方面任一项所述的提升中间包等离子加热系统功率因数的装置的方法，该方法包括：利用所述供电单元输出低压交流电至所述大功率多脉波可控整流单元，所述大功率多脉波可控整流单元将低压交流电转变为直流电，并利用直流电为所述石墨电极供电；所述主控单元输入第一预设电流值至所述大功率多脉波可控整流单元，所述大功率多脉波可控整流单元调整所述供电单元输出的低压交流电，并根据所述反馈数据调整所述大功率多脉波可控整流单元输出的直流电，使直流电的电流值为第一预设电流值；利用所述主控单元控制所述升降单元带动石墨电极下降与钢水接触形成通路，所述主控单元输入第二预设电流值至所述大功率多脉波可控整流单元，所述大功率多脉波可控整流单元调整所述供电单元输出的低压交流电，并根据所述反馈数据调整所述整流单元输出的直流电，使直流电的电流值为第二预设电流值；利用所述主控单元控制所述升降单元带动石墨电极上升至预设距离，所述主控单元输入第三预设电流值至所述整流单元，所述大功率多脉波可控整流单元调整所述供电单元输出的低压交流电，并根据所述反馈数据调整所述整流单元输出的直流电，使直流电的电流值为第三预设电流值，其中，所述预设距离为石墨电极下端和钢水液面之间的距离。
11.优选地，在所述使直流电的电流为第三预设电流值之后，还包括：根据所述中间包中钢水的重量，实时计算所述中间包的液面高度；根据所述中间包的液面高度移动所述石墨电极，使所述石墨电极的下端点和所述钢水之间的距离始终保持为所述预设距离。
12.优选地，所述根据所述中间包中钢水的重量，实时计算所述中间包的液面高度，包括：根据所述中间包的内腔尺寸和所述钢水的密度，建立所述中间包中钢水的重量与液面高度的关系式；实时获取所述中间包中钢水的重量，根据所述钢水的重量和所述关系式，实时计算加热过程中所述钢水的液面高度。
13.优选地，所述根据所述中间包的内腔尺寸和所述钢水的密度，建立所述中间包中钢水的重量与液面高度的关系式，包括：根据所述中间包的内腔尺寸，建立所述钢水的体积与液面高度的第一方程式；根据所述钢水的密度，建立所述钢水的体积与重量的第二方程式；根据所述第一方程式和所述第二方程式，确定所述中间包中钢水的重量与液面高
度的关系式。
14.优选地，所述第一方程式为：其中，v为所述钢水的体积，h为所述钢水的液面高度，为所述中间包的内腔的底部长度，为所述中间包的内腔的底部宽度，为所述中间包的内腔长度方向上的包壁倾角，为所述中间包的内腔宽度方向上的包壁倾角。
15.优选地，所述中间包中钢水的重量与液面高度的关系式为：其中，m为所述中间包中钢水的重量，为所述钢水的密度，h为所述钢水的液面高度，为所述中间包的内腔的底部长度，为所述中间包的内腔的底部宽度，为所述中间包的内腔长度方向上的包壁倾角，为所述中间包的内腔宽度方向上的包壁倾角。
16.优选地，所述根据所述中间包的液面高度移动所述石墨电极，包括：确定所述石墨电极的消耗量，根据所述中间包的液面高度和所述石墨电极的消耗量移动所述石墨电极。
17.优选地，所述确定所述石墨电极的消耗量，包括：根据所述石墨电极的材质、所述石墨电极的直径和所述石墨电极的工作电流制定对应的消耗速度关系数据库；根据当前所述石墨电极的材质、直径和工作电流，以及所述消耗速度关系数据库确定当前石墨电极的消耗速度。
18.本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：在本发明中，在利用石墨电极释放的电弧加热中间包中的钢水的过程中，根据石墨电极对电流的不同需求，设置不同的预设电流值，预设电流值既能满足石墨电极对电流的需求，又不会浪费电能，如此设置，使中间包等离子加热系统的功率因数可达0.95，热效率不低于0.8。
19.在本发明中，反馈单元用于采集反馈数据，反馈数据包括供电单元输出的低压交流电的电流值和大功率多脉波可控整流单元输出的直流电的电流值，大功率多脉波可控整流单元用于根据预设电流值调整供电单元输出的交流电，并根据所述反馈数据校准所述大功率多脉波可控整流单元输出的直流电的电流，使所述直流电的电流为预设电流值。具体地，大功率多脉波可控整流单元接收到预设电流值，然后根据预设电流值调整供电单元输出的交流电，使交流电的电流接近预设电流值，交流电经过大功率多脉波可控整流单元输出为直流电，反馈单元采集反馈数据并将反馈数据传输至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元根据反馈数据校准输出的直流电的电流值，使电流值等于预设电流。
20.在本发明中，因为大功率多脉波可控整流单元输出的直流电来自于供电单元输出
的交流电，所以改变交流电的电流就能改变直流电的电流，大功率多脉波可控整流单元通过反馈单元采集的反馈数据对大功率多脉波可控整流单元输出的直流电进行校准，使其输出的直流电的电流值始终保持为预设电流值不变。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1是本发明实施例提供的一种提高中间包等离子加热系统功率因数的装置的结构示意图；图2是本发明实施例提供的一种中间包结构的正视图；图3是本发明实施例提供的一种中间包结构的侧视图；图4是本发明实施例提供的一种提高中间包等离子加热系统功率因数的方法的流程图；图5是本发明实施例提供的另一种提高中间包等离子加热系统功率因数的方法的流程图；图中：1-供电单元；11-高压断路器；12-有载调压分接开关；13-变压器；2-大功率多脉波可控整流单元；21-整流器；22-整流控制器；23-平波电抗器；3-反馈单元；31-交流电流互感器；32-直流电流传感器；4-主控单元；5-升降单元；6-石墨电极。
具体实施方式
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用
于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
26.如图1所示，第一方面，本发明提供了一种提升中间包等离子加热系统功率因数的装置，包括供电单元1、大功率多脉波可控整流单元2、反馈单元3、主控单元4、升降单元5和石墨电极6；供电单元1用于将高压交流电转变成低压交流电，并将低压交流电传输至大功率多脉波可控整流单元2；大功率多脉波可控整流单元2用于将低压交流电转变为直流电，并将直流电传输至石墨电极6；石墨电极6用于在通电时释放电弧，反馈单元3用于采集反馈数据并将反馈数据传输至大功率多脉波可控整流单元2，反馈数据为供电单元1输出的低压交流电的电流值和大功率多脉波可控整流单元2输出的直流电的电流值；主控单元4用于控制升降单元5带动石墨电极6升降，以及用于将预设电流值输入至大功率多脉波可控整流单元2中；大功率多脉波可控整流单元2还用于根据预设电流值调整供电单元1输出的低压交流电的电流，并根据反馈数据校准大功率多脉波可控整流单元2输出的直流电的电流，使直流电的电流为预设电流值。
27.在本发明中，在利用石墨电极6释放的电弧加热中间包中的钢水的过程中，根据石墨电极6对电流的不同需求，设置不同的预设电流值，预设电流值既能满足石墨电极6对电流的需求，又不会浪费电能，如此设置，使中间包等离子加热系统的功率因数可达0.95，热效率不低于0.8。
28.在本发明中，反馈单元3用于采集反馈数据，反馈数据包括供电单元1输出的低压交流电的电流值和大功率多脉波可控整流单元2输出的直流电的电流值，大功率多脉波可控整流单元2用于根据预设电流值调整供电单元1输出的交流电，并根据所述反馈数据校准所述大功率多脉波可控整流单元2输出的直流电的电流，使所述直流电的电流为预设电流值。具体地，大功率多脉波可控整流单元2接收到预设电流值，然后根据预设电流值调整供电单元1输出的交流电，使交流电的电流接近预设电流值，交流电经过大功率多脉波可控整流单元2输出为直流电，反馈单元3采集反馈数据并将反馈数据传输至大功率多脉波可控整流单元2，大功率多脉波可控整流单元2根据反馈数据校准输出的直流电的电流值，使电流值等于预设电流。
29.在本发明中，因为大功率多脉波可控整流单元2输出的直流电来自于供电单元1输
出的交流电，所以改变交流电的电流就能改变直流电的电流，大功率多脉波可控整流单元2通过反馈单元3采集的反馈数据对大功率多脉波可控整流单元2输出的直流电进行校准，使其输出的直流电的电流值始终保持为预设电流值不变。
30.根据一些优选的实施方式，大功率多脉波可控整流单元2包括整流器21、整流控制器22和平波电抗器23，整流器21用于将低压交流电转变为直流电，整流控制器22用于接收预设电流值并根据预设电流值调整供电单元1输出的低压交流电的电流，整流控制器22还用于接收反馈数据，并根据反馈数据控制整流器21校准输出的直流电的电流，使直流电的电流为预设电流值，平波电抗器23用于抑制整流器21输出的直流电的波纹。
31.在本发明中，整流器21用于将低压交流电转变为直流电，整流控制器22用于接收预设电流值并根据预设电流值调整供电单元1输出的低压交流电的电流，整流控制器22还用于接收反馈数据，并根据反馈数据控制整流器21校准输出的直流电的电流，具体地，整流器21通过pi调节，使直流电的电流为预设电流值，平波电抗器23用于抑制整流器21输出的直流电的波纹。
32.需要说明的是，整流器21包括可控硅，通过调整可控硅的控制角来控制输出的直流电的电流值，控制角越大，输出的电流越小，控制角越小，输出的电流越大。
33.根据一些优选的实施方式，供电单元1包括高压断路器11、有载调压分接开关12和变压器13，高压断路器11用于接通和断开与高压市电的连接，有载调压分接开关12用于根据整流控制器22发出的指令输出不同电压的高压交流电，变压器13用于将高压交流电转变为低压交流电。
34.在本发明中，高压断路器11用于接通和断开与高压市电的连接，有载调压分接开关12用于根据整流控制器22发出的指令输出不同电压的高压交流电，变压器13根据不同的高压交流电输出不同的低压交流电，因此，根据整流控制器22发出的指令，能够控制变压器13输出的交流电压，进而控制变压器13输出的交流电的电流。此外，通过反馈单元3反馈的交流电的实际电流值来验证实际电流是否接近预设电流，若实际的交流电电流值接近预设电流值，则仅需根据反馈数据中的直流电的电流值调整大功率多脉波可控整流单元2输出的直流电的电流值，使其等于预设电流值；若实际的交流电电流值和预设电流差距大，则需调整变压器13输出的电压来使实际的交流电的电流接近预设电流值，然后再根据反馈数据中的直流电的电流值调整大功率多脉波可控整流单元2输出的直流电的电流值，使其等于预设电流值。
35.根据一些优选的实施方式，反馈单元3包括交流电流互感器31和直流电流传感器32，交流电流互感器31用于采集供电单元1输出的电流值，并将供电单元1输出的电流值输入至整流控制器22，直流电流传感器32用于采集整流器21输出的电流值，并将整流器21输出的电流值输入至整流控制器22。
36.在本发明中，反馈单元3包括交流电流互感器31和直流电流传感器32，交流电流互感器31用于实时测量供电单元1输出的交流电的电流值，直流电流传感器32用于实时测量大功率多脉波可控整流单元2输出的直流电的电流值，交流电流互感器31和直流电流传感器32采集数据后将数据传输至整流控制器22。
37.如图4所示，本发明还提供了一种基于上述任一项所述的提升中间包等离子加热系统功率因数的装置的方法，该方法包括：
步骤100，利用供电单元输出低压交流电至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元将低压交流电转变为直流电，并利用直流电为石墨电极供电；步骤102，主控单元输入第一预设电流值至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元调整供电单元输出的低压交流电，并根据反馈数据调整大功率多脉波可控整流单元输出的直流电，使直流电的电流值为第一预设电流值；步骤104，利用主控单元控制升降单元带动石墨电极下降与钢水接触形成通路，主控单元输入第二预设电流值至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元调整供电单元输出的低压交流电，并根据反馈数据调整大功率多脉波可控整流单元输出的直流电，使直流电的电流值为第二预设电流值；步骤106，利用主控单元控制升降单元带动石墨电极上升至预设距离，主控单元输入第三预设电流值至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元调整供电单元输出的低压交流电，并根据反馈数据调整大功率多脉波可控整流单元输出的直流电，使直流电的电流值为第三预设电流值，其中，预设距离为石墨电极下端和钢水液面之间的距离。
38.其中，大功率多脉波可控整流单元包括整流器、整流控制器和平波电抗器，整流器用于将低压交流电转变为直流电，整流控制器用于接收预设电流值并根据预设电流值调整供电单元输出的低压交流电的电流，整流控制器还用于接收反馈数据，并根据反馈数据控制整流器校准输出的直流电的电流，使直流电的电流为预设电流值，平波电抗器用于抑制整流器输出的直流电的波纹。
39.供电单元包括高压断路器、有载调压分接开关和变压器，高压断路器用于接通和断开与高压市电的连接，有载调压分接开关用于根据整流控制器发出的指令输出不同电压的高压交流电，变压器用于将高压交流电转变为低压交流电。
40.反馈单元包括交流电流互感器和直流电流传感器，交流电流互感器用于采集供电单元输出的电流值，并将供电单元输出的电流值输入至整流控制器，直流电流传感器用于采集整流器输出的电流值，并将整流器输出的电流值输入至整流控制器。
41.在本发明中，利用供电单元输出低压交流电至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元将低压交流电转变为直流电，并利用直流电为石墨电极供电，主控单元输入第一预设电流值至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元调整供电单元输出的低压交流电，并根据反馈数据调整大功率多脉波可控整流单元输出的直流电，使直流电的电流值为第一预设电流值。如此设置，在石墨电极下降时，为石墨电极施加电压，此时石墨电极之间为断路，仅在石墨电极的阴极和阳极施加电压，无电流通过，将此阶段的第一预设电流值设置为额定电流的15%，无电流流动就不会产生消耗，在石墨电极下降的整个过程中，电能消耗为0。
42.需要说明的是，在石墨电极不断接近钢水时，电压的存在会使石墨电极距离钢水较近时，电阻较低，容易形成通路，通过将第一预设电流设定为额定电流的15%，使石墨电极下降过程中不会造成短路起弧时瞬间冲击过大。
43.利用主控单元控制升降单元带动石墨电极下降与钢水接触形成通路，主控单元输入第二预设电流值至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元调整供电单元输出的低压交流电，并根据反馈数据调整大功率多脉波可控整流单元输出的直流电，使
直流电的电流值为第二预设电流值。如此设置，石墨电极与钢水接触瞬间形成通路时，整流控制器控制整流器输出的电流为第二预设电流值，在输出的电流为第二预设电流值的情况下，既能顺利形成等离子电弧，又不会因电流过大造成对电网的冲击。
44.需要说明的是，可以利用电压传感器通过测量石墨电极和钢水之间的电压来判定石墨电极是否与钢水接触。通电后，在石墨电极未接触钢水时，石墨电极未形成通路，电压传感器和石墨电极并联，采集到的电压值为电源电压；控制石墨电极下降，当石墨电极和钢水接触时，形成通路，电压传感器测量的是石墨电极和钢水之间的电压，由于形成通路，电极和钢水都是导体，电压值为0，因此，电压为0时，石墨电极和钢水接触。
45.利用主控单元控制升降单元带动石墨电极上升至预设距离，主控单元输入第三预设电流值至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元调整供电单元输出的低压交流电，并根据反馈数据调整大功率多脉波可控整流单元输出的直流电，使直流电的电流值为第三预设电流值。如此设置，当石墨电极上升至预设距离后，整流控制器控制整流器输出的电流为第三预设电流值，电流为第三预设电流值时，形成的等离子电弧能在高功率因数下，具有高加热效率，直至完成钢水的加热，使中间包的钢水温度达到目标温度。
46.在本发明中，预设距离为使等离子加热系统始终保持高功率因数和高加热效率的距离，预设距离通过实验获得。
47.在利用石墨电极释放等离子电弧的过程中，整流器输出的电流会产生波动，为了避免电流频繁波动导致控制角频繁调整，设置响应时间，如设置响应时间为10s，当输出的电流持续10s偏离预设电流值时，当可控硅的控制角大于45
°
时，控制器发出指令控制有载开关进行减档，使变压器输出电压变低，当可控硅控制角小于5
°
并且直流电流值没有达到第三预设电流值时，延时10s，控制器发出指令控制有载开关进行加档。
48.需要说明的是，增大导线截面积，减少导体电阻，选用低电阻率的石墨电极，缩短功率母线的距离，可以增加系统的功率因数。
49.根据一些优选的实施方式，在使直流电的电流为第三预设电流值之后，还包括：根据中间包中钢水的重量，实时计算中间包的液面高度；根据中间包的液面高度移动石墨电极，使石墨电极的下端点和钢水之间的距离始终保持为预设距离。
50.在本发明中，通过保持石墨电极下端点与钢水之间距离为预设距离不变，预设距离保持不变能够保证电弧对钢水的加热效率保持不变，将预设距离设置为电弧对钢水的加热效率最高的距离，能够快速地将钢水温度升高至目标温度。当大包中的钢水注入中间包或中间包中的钢水输出进行浇筑时，中间包中的钢水会发生液面变化，随着钢水的液面变化，实时调整石墨电极移动，以使石墨电极下端点与钢水之间距离始终保持预设距离不变。根据中间包的重量来实时计算中间包的液面高度，令石墨电极实时跟随中间包的液面高度变化而变化，以使石墨电极下端点与钢水之间的距离始终保持预设距离不变。
51.在本发明中，通过钢水重量变化来计算液面变化的方法，能够精准灵敏地测试液面发生的高度变化，检测到液面变化的同时，即时调整石墨电极的高度，能够将石墨电极下端点与钢水之间距离精准地保持预设距离不变。
52.相关技术中，例如，公开号cn113714495a的专利公开了一种连铸中间包直流等离子电弧加热控制方法，该方法是通过采用恒压模式来动态调节电极高度，具体地：在开浇阶
段的起弧后，提升阴电极同时控制电源的输出电压逐步上升达到设定电压范围以使电弧的弧长达到设定弧长，弧长和电源的输出电压成正比并按照设定比例值进行调节；该专利设置了一个偏差范围，使调整电极后弧长在设定弧长的偏差范围之内，是为了防止由于盲目调整造成弧长变化太大，反而造成等离子加热电弧的不稳定，影响加热效果。因此，本发明提供的根据液面变化来调整石墨电极位置的方法，位置调整更加精准，加热效率更高，整个加热过程更加稳定，不会因为电路、弧长等不稳定因素影响产生误差，不会使石墨电极和钢水接触或使二者距离过远。
53.根据一些优选的实施方式，根据中间包中钢水的重量，实时计算中间包的液面高度，包括：根据中间包的内腔尺寸和钢水的密度，建立中间包中钢水的重量与液面高度的关系式；实时获取中间包中钢水的重量，根据钢水的重量和关系式，实时计算加热过程中钢水的液面高度。
54.在本发明中，随着钢水进出中间包，钢水的液面高度会发生变化，通过实时计算钢水液面的高度，实时调整石墨电极的位置，使石墨电极和钢水之间保持预设距离不变。通过建立钢水重量和液面高度的关系式，通过该关系式，能够在采集到钢水的重量后直接得出钢水的液面高度，进而根据实时液面高度调整石墨电极，使石墨电极的下端点和钢水之间的距离不变。
55.根据一些优选的实施方式，根据中间包的内腔尺寸和钢水的密度，建立中间包中钢水的重量与液面高度的关系式，包括：根据中间包的内腔尺寸，建立钢水的体积与液面高度的第一方程式；根据钢水的密度，建立钢水的体积与重量的第二方程式；根据第一方程式和第二方程式，确定中间包中钢水的重量与液面高度的关系式。
56.如图2-3所示，根据中间包的内腔尺寸，建立钢水的体积与液面高度的第一方程式；根据钢水的密度，建立钢水的体积与重量的第二方程式；根据第一方程式和第二方程式，确定中间包中钢水的重量与液面高度的关系式。
57.在本发明中，根据中间包的内腔尺寸，建立第一方程式：其中，v为所述钢水的体积，h为所述钢水的液面高度，为所述中间包的内腔的底部长度，为所述中间包的内腔的底部宽度，为所述中间包的内腔长度方向上的包壁倾角，为所述中间包的内腔宽度方向上的包壁倾角；在钢水的体积与液位高度的第一方程式中，均为已知量，其中，可以通过如下公式计算出来：
将初始液面高度代入第一方程式中，计算出初始钢水体积；建立第二方程式：其中，v为钢水的体积，m为中间包中钢水的重量，为钢水的密度。
58.然后，根据第一方程式和第二方程式，就可以确定中间包中钢水的重量与液位高度的关系式。
59.在本发明实施例中，中间包中钢水的重量与液位高度的关系式为：其中，m为中间包中钢水的重量，为钢水的密度，h为钢水的液位高度，为中间包内部的底部长度，为中间包内部的底部宽度，为中间包内部长度方向上的包壁倾角，为中间包内部宽度方向上的包壁倾角。
60.在钢水的重量与液位高度的关系式中，、均为已知量，那么就形成中间包中钢水的重量m与液位高度h的关系式。
61.在本发明的实施例中，中间包内腔的尺寸参数根据所用中间包的规格而定，具体参数值需要提前测量，本发明实施例中的中间包的形状为中间包的常规形状，中间包若是其他特殊形状，只需对应修改通过重量计算液位高度的公式即可。
62.需要说明的是，还可以通过其他方式获得钢水的液位高度，例如可以通过将激光或者微波投射到中间包钢水中，利用发射入射光与接收反射光之间的时间差，计算出钢水的液位。
63.根据一些优选的实施方式，根据中间包的液面高度移动石墨电极，包括：确定石墨电极的消耗量，根据中间包的液面高度和石墨电极的消耗量移动石墨电极。
64.在本发明中，不光要考虑钢水液位高度的变化，还要考虑石墨电极的消耗。由于石墨电极在使用时，会产生电极的消耗，电极下端的消耗，势必会引起石墨电极下端点与钢水液面的距离变化，为了使石墨电极和钢水液面的距离恒定不变，需要提前确定石墨电极的消耗速度。
65.根据一些优选的实施方式，确定石墨电极的消耗量，包括：根据石墨电极的材质、石墨电极的直径和石墨电极的工作电流制定对应的消耗速
度关系数据库；根据当前石墨电极的材质、直径和工作电流，以及消耗速度关系数据库确定当前石墨电极的消耗速度。
66.在本发明实施例中，需要预先针对不同材质、不同直径和不同工作电流下的石墨电极的消耗速度制定关系数据库，包括：通过实验来制定，例如使用不同直径的石墨电极，在不同工作电流下对钢水进行加热，记录其在设定时间中，石墨电极在加热前长度与加热后长度的变化，计算出该石墨电极在不同直径和不同工作电流的消耗速度。为了防止偶然性，可以通过改变设定时间，多次测试，取平均值。
67.在本发明中，得到钢水的重量和钢水的液面高度的关系式后，根据实时液面高度和石墨电极的加热消耗长度控制石墨电极移动。
68.具体地，根据石墨电极的消耗速度，实时计算加热过程中石墨电极的消耗长度，包括：获取石墨电极的消耗速度；根据石墨电极的消耗速度，确定调整间隔；计算在调整间隔内石墨电极的消耗长度。
69.举例来说，确定的石墨电极的消耗速度为v，即单位时间内石墨电极的消耗长度，若加热时间段为t，那么在该时间段内石墨电极的消耗长度为vt。
70.需要说明的是，调整间隔即加热时间段需要根据石墨电极的消耗速度来定，若石墨电极的消耗速度比较快，那么调整间隔需要确定的比较小；若石墨电极的消耗速度比较慢，那么调整间隔可以比较大。确定好调整间隔后，计算在调整间隔内石墨电极的消耗长度。
71.最后，根据液位高度的变化以及石墨电极的消耗长度，实时调整石墨电极的高度，以使石墨电极与钢水的液面保持恒定距离，直至完成加热。
72.如图5所示，本发明实施例还提供了另一种基于任一项所述的提升中间包等离子加热系统功率因数的装置的方法，该方法包括如下步骤：步骤200，利用供电单元输出低压交流电至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元将低压交流电转变为直流电，并利用直流电为石墨电极供电；步骤202，主控单元输入第一预设电流值至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元调整供电单元输出的低压交流电，并根据反馈数据调整大功率多脉波可控整流单元输出的直流电，使直流电的电流值为第一预设电流值；步骤204，利用主控单元控制升降单元带动石墨电极下降与钢水接触形成通路，主控单元输入第二预设电流值至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元调整供电单元输出的低压交流电，并根据反馈数据调整大功率多脉波可控整流单元输出的直流电，使直流电的电流值为第二预设电流值；步骤206，利用主控单元控制升降单元带动石墨电极上升至预设距离，主控单元输入第三预设电流值至大功率多脉波可控整流单元，大功率多脉波可控整流单元调整供电单元输出的低压交流电，并根据反馈数据调整大功率多脉波可控整流单元输出的直流电，使直流电的电流值为第三预设电流值，其中，预设距离为石墨电极下端和钢水液面之间的距离。
73.步骤208，根据所述中间包的内腔尺寸和所述钢水的密度，建立所述中间包中钢水
的重量与液面高度的关系式；步骤210，实时获取所述中间包中钢水的重量，根据所述钢水的重量和所述关系式，实时计算加热过程中所述钢水的液面高度；步骤212，确定所述石墨电极的消耗量，根据所述中间包的液面高度和所述石墨电极的消耗量移动所述石墨电极，使所述石墨电极的下端点和所述钢水之间的距离始终保持为所述预设距离。
74.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。