收藏本站
《上海大学》 2003年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

炼钢电弧炉全程动态模型与仿真研究

李青  
【摘要】:中国在新世纪中的一项重要任务是用信息化带动工业化,用高新技术改造传统产业,其中包括以计算机和信息技术为基础的过程模型和控制技术的应用。钢铁冶金是典型的传统工业,但在历经了近四十年脱胎换骨般的变革与发展之后,钢铁业已发生了巨大的进步,其中之一就是以高效节能为特征的炼钢短流程的兴起,现代电弧炉炼钢已成为世界公认的两大炼钢方法之一。随着电弧炉炼钢技术迅速发展的步伐,围绕电弧炉过程各环节的数学模型及模拟仿真技术的开发和应用研究也在不断深入和完善。 现代电弧炉炼钢过程可抽象地描述为多变量、非线性、动态的、耦合系统。本文在分析各类模型特点的基础上,选定与过程操作变量及过程特征变化相适应的动态模型作为研究目标,并依据国内大型电弧炉操作的基本状况和对冶炼过程特征分析的需要,选定了模型主要的输入、输出变量和参数。数学建模中,将实际电弧炉的冶炼过程概括地划分为几个主要的反应区域——氧流冲击凹坑处的气-液界面反应区、钢-渣界面反应区、熔池中固-液界面反应区、炉渣中碳粉-炉渣反应区以及炉气反应区。在已有的各类单元模型基础上,通过借鉴、修正和转化将各反应区描述纳入本模型系统,并依据冶金反应热、动力学原理,开发电弧炉冶炼过程所特有的反应模型。 作者参加了重点实验室与宝钢合作研究项目中电弧炉渣况音平监测和运行数据采集系统的研制、现场安装、调试运行等工作。基于电弧炉渣况音平监测系统,结合已有电弧炉过程预测和诊断程序对电弧传热特性和音平检测信息间的相关性进行研究,获取定量的关系式,从而为过程模拟提供了重要的输入参数。数据采集系统动态地记录操作过程的主要参数,为模型的计算、调试与验证提供必要的基础和依据。 本文首先以国内100T超高功率交流电弧炉在热调试中典型炉次的中后期反应过程作为对象进行了模拟计算,对模型相关参数进行了初步验证和调整,并以此为基础扩展到对国内150T超高功率直流电弧炉在热装铁水冶炼模式下的全过程进行数值模拟。计算结果表明:上述模型既可应用于全废钢操作模式下的后期过程,也可模拟高铁水比、留钢操作模式下的全过程。当以成分相对误差绝对值≤30%,温度误差的绝对值≤25K为命中的评判依据时,模型对终点钢液成分中碳、锰、磷、硫及钢液温度的预报命中率分别为44%、61%、44%、78%和37%。由于采用了简化的废钢熔化模型,使钢液温度的变化过程与实际还存在某些偏差。为此,作者对电弧加热下废钢的熔化过程作了进一步研究。 摘要 根据实际电弧炉废钢熔化过程难于观察的特点,在建模之前首先进行了物理 模拟研究,为建模和模型的检验提供必要的信息和依据。依据几何相似和比功率 相近的原则,通过特制的小型电弧炉和电极移动控制装置,以金属锡块作为废钢 的模拟替代物,以直流弧焊电源作为模拟电源,对直流电弧加热下废钢料堆形态 和分布变化过程进行再现和观察分析。 在直流电弧炉操作现场的观察研究和实验室热态模拟实验的基础上,对电弧 加热的废钢熔化过程中进行了描述,对电弧为核心的加热体的传热、废钢熔化过 程的潜热效应、穿井及电极的移动、塌料以及熔化的钢液对废钢的填充等过程作 了特定的假设和处理,建立了圆柱坐标下二维轴对称非稳态传热过程的废钢熔化 模型。采用控制容积积分法获得传热控制方程的求解代数方程,并通过交替方向 线迭代的Ganss一seidel算法进行求解。模型计算表明:电弧区温度分布特征与已 有的研究结果接近,废钢中井区边界尺寸变化和穿井时间与设定值基本一致。炉 内温度分布特征,尤其是金属物料区温度分布的变化能与熔化过程的变化相符。 在不同炉渣遮蔽效果下,废钢的熔化过程及电弧对钢液的加热效率能与己有的研 究结果相一致。 在上述工作的基础上,进一步将两维非稳态的废钢熔化模型和过程动态模型 进行了祸合。计算表明:祸合的模型对终点钢液温度的预报命中率由37%提高到 83%,获得显著改善。现阶段的模型在离线的条件下,已能达到对冶炼的全过程 进行动态仿真和预报的目的,从而为过程分析和技术经济评估以及操作流程的优 化提供了理论依据。该模型稍加完善也可用于过程实时在线分析预报和过程自动 控制。
【学位授予单位】:上海大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TF748

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 陈法政;电弧炉电极调节智能控制策略的研究[D];天津理工大学;2011年
2 王一鸣;10kV可控硅动态无功补偿装置的开发和应用[D];东南大学;2006年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李青,洪新;底吹电弧炉钢-渣反应系统钢液侧元素传质系数研究[J];包头钢铁学院学报;2001年04期
2 彭一川,罗建江,肖泽强;浸入式顶吹粉气流穿透行为的研究[J];东北大学学报;1994年03期
3 韩旭,彭一川,肖泽强;粉气流水平喷入液体中射流轨迹的研究[J];东北大学学报;1994年06期
4 刘金琨,芮树森,武振廷,姜茂发,李宝宽,赫冀成;底吹电弧炉熔池流动状态的解析[J];东北大学学报;1995年03期
5 姜茂发,李连福;电弧炉底吹搅拌混合特性的水模型研究[J];东北大学学报;1996年04期
6 韩旭,彭一川,肖泽强,翟彦博;浸入式倾斜侧吹气体在熔池中的穿透行为[J];东北大学学报;1996年04期
7 李连福,姜茂发;底吹电弧炉水模型熔池内气液综合传质系数的测定[J];东北大学学报;1996年05期
8 姜茂发,李连福;底吹条件对电弧炉熔池表面突起高度的影响[J];东北大学学报;1997年01期
9 陈伟庆,朱宪国,郑宏光,孙金良,于平;高铁水热装比电弧炉冶炼技术[J];钢铁;2001年07期
10 徐德红,于平,杨文远,王明林;大型电弧炉提高用氧量的研究[J];钢铁;2002年06期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵敬源;邱永亮;;地下建筑热工环境的数值分析研究[J];四川建筑科学研究;2005年06期
2 苏华;;水电站地下隧洞换热计算模型比较[J];四川建筑科学研究;2009年05期
3 耿继双,李万象,赵素华,王立来,原丽君,潘玲;LF精炼及后道工序钢中氮、氧含量控制技术研究[J];鞍钢技术;2004年03期
4 朱苗勇,王军,雷洪,邹俊苏,程乃良;连铸结晶器内钢水卷渣的机理与控制[J];鞍钢技术;2005年02期
5 郭大勇;关勇;贾洪明;张晓光;齐兵;;厚板坯连铸结晶器流场数值模拟[J];鞍钢技术;2006年01期
6 郭大勇;耿继双;马成;张晓军;徐光;曹亚丹;王秉喜;;有限元数值模拟在连铸中间包操作中的应用[J];鞍钢技术;2007年01期
7 齐志宇;袁兴文;李子英;董连凯;;鞍钢100t复吹转炉生产工艺实践[J];鞍钢技术;2008年02期
8 王仁贵;李伟东;孙群;;180t转炉脱碳速度分析[J];鞍钢技术;2008年03期
9 张海明;贾丽娣;张晓光;丁丽华;孙群;王荣;;板坯连铸中间包流场模拟分析[J];鞍钢技术;2009年01期
10 曹东;万雪峰;李德刚;廖相巍;赵刚;贾吉祥;;100t顶吹转炉单渣脱磷工艺的研究[J];鞍钢技术;2010年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 赵鹏;孟月东;遇鑫遥;陈龙威;江贻满;倪国华;陈明周;;直流电弧等离子体热解炉的传热分析[A];安徽新能源技术创新与产业发展博士科技论坛论文集[C];2010年
2 周思柱;陈翔;吴汉川;祝克强;黄天成;;混砂车搅拌罐流场分析方法[A];非常规油气资源勘探开发装备及应用技术研讨会论文集[C];2011年
3 杨晓利;杨玉军;张玉春;王志刚;张鹏;;渣系组成对GH2150合金电渣重熔的影响[A];第十二届中国高温合金年会论文集[C];2011年
4 韩志伟;丁小林;毛敬华;丁永立;;不锈钢板坯的空冷和缓冷效果分析[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
5 石正军;唐涛;赵晓平;;多孔介质对自流式充气影响的数值模拟[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
6 李贵;孙蓓蓓;朱壮瑞;高晔;;基于FLUENT的发动机舱内部流场数值模拟[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年
7 吴华峰;韩丽辉;王玉刚;冯根生;宋忠平;李士琦;;清洁能源炼钢实验技术的探索[A];北京市高等教育学会技术物资研究会第十届学术年会论文集[C];2008年
8 吴华峰;韩丽辉;王玉刚;李士琦;冯根生;宋忠平;;清洁能源炼钢实验技术的探索[A];北京高教学会实验室工作研究会2008年学术研讨会论文集[C];2008年
9 沈兴荣;冯学梅;蔡荣泉;;大型集装箱船桨舵干扰粘性流场的数值计算研究[A];2007年船舶力学学术会议暨《船舶力学》创刊十周年纪念学术会议论文集[C];2007年
10 许进;植仲培;李军;凌长明;;靠背式测速探头感受特性的数值模拟研究[A];节能环保 和谐发展——2007中国科协年会论文集(一)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 金炳界;铅冰铜氧压酸浸—电积提铜工艺及理论研究[D];昆明理工大学;2008年
2 何环宇;LF废渣硫赋存相及亚临界水浸出去硫研究[D];武汉科技大学;2010年
3 刘显茜;生物多孔材料非稳态收缩及其对传热传质影响研究[D];昆明理工大学;2010年
4 龚玮;皮肤选择性光热解效应与光疗及热损伤的评估方法和技术[D];福建师范大学;2010年
5 韩书谟;1100kV GIS中SF6断路器关键技术研究[D];沈阳工业大学;2010年
6 刘雪美;喷杆喷雾机风助风筒多目标优化设计[D];山东农业大学;2010年
7 许兰民;青藏铁路五道梁冻土区工程结构热扰动研究[D];北京交通大学;2011年
8 杨敏;气雾化铁—碳系合金粉体组织演化及其形成研究[D];上海大学;2010年
9 祝凯;Mg处理冶炼工艺对船板钢母材和焊接热影响区影响的研究[D];复旦大学;2011年
10 王立成;带导流筒搅拌槽中液—固—固三相流场的实验与模拟研究[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张战锋;塞流式厌氧发酵反应器物料流场的CFD模拟[D];华中农业大学;2010年
2 魏国亮;多级压气机三维流场数值模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 张哲衡;高能燃料燃烧流场的数值模拟与结构设计[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 崔广云;LED彩色打印机内部温度场的数值计算[D];大连理工大学;2010年
5 刘海朋;带有自由表面流动的N-S方程的数值解法[D];大连理工大学;2010年
6 王志涛;利用钢厂赤泥和碱厂白泥研制燃气(H_2S)脱硫剂[D];中国海洋大学;2010年
7 王晓波;基于神经网络的电弧炉电流预测模型研究[D];天津理工大学;2010年
8 刘钢;萍钢45#钢生产工艺优化研究[D];江西理工大学;2010年
9 袁红生;萍钢渣洗与LF精炼深脱硫工艺应用研究[D];江西理工大学;2010年
10 刘爱平;卧式精炼炉炉料熔化与侧吹过程数值模拟研究[D];江西理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘小河,刘康平,张成乾;电弧炉电极调节系统自适应控制的仿真研究[J];电工技术学报;1999年01期
2 郭飞;李擎;李华德;冉正云;;交流电弧炉电极智能预测建模及应用[J];电工技术学报;2007年12期
3 苏德良,孙会;大容量电弧炉对电网干扰的抑制方法研究[J];电网技术;2001年09期
4 翁利民,陈允平,舒立平;大型炼钢电弧炉对电网及自身的影响和抑制方案[J];电网技术;2004年02期
5 员卫国;炼钢电弧炉电极升降微机控制的回顾与总结[J];工业加热;2000年01期
6 雷俊红;韩星;王维新;;基于神经网络的电弧炉电极控制系统设计[J];工业加热;2007年05期
7 金伟强;李济顺;;电弧炉电极调节系统的设计[J];工业加热;2008年02期
8 刘飞跃;宋艳慧;韩星;;电弧炉电极调节器的参数优化[J];工业加热;2008年04期
9 袁文枢;高性能电弧炉电极调节控制系统[J];工业加热;1995年01期
10 周王民;马戎;;电弧炉智能电极控制器的研究[J];测控技术;2007年04期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刘润藻;大型超高功率电弧炉炼钢综合节能技术研究[D];东北大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 池世春;模糊PID算法在电弧炉电极控制中的研究[D];东北大学;2005年
2 殷杰;电弧炉电极调节系统控制方法研究[D];北京机械工业学院;2005年
3 马选宏;交流电弧炉电极智能控制器研究[D];西安理工大学;2006年
4 陈龙;智能PID控制在电石炉电极调节系统中的应用研究[D];西安电子科技大学;2006年
5 史慧艳;交流钢包精炼炉电极控制方法及系统研究[D];天津大学;2005年
6 张东;LF精炼炉电极智能控制的研究及实现[D];西安科技大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 彭一川;空气水平喷入水时射流轴的轨迹[J];东北工学院学报;1986年01期
2 彭一川;倾斜侧吹气流在液相中的轨迹[J];东北工学院学报;1989年06期
3 杨继进,武振廷;炉底电极形式对直流电弧炉内熔体搅拌的影响[J];东北大学学报;1994年02期
4 韩旭,彭一川,肖泽强;倾斜侧吹气液射流在熔池中的轨迹[J];东北大学学报;1994年02期
5 刘金琨,芮树森,武振廷;底吹电弧炉均匀混合特性的实验研究[J];东北大学学报;1995年01期
6 李京社,李士琦,季淑娟,邹文正,汪达明;超高功率电弧炉炼钢工艺模型[J];钢铁;1995年03期
7 芮树森,刘金琨,武振廷,姜茂发,李宝宽,赫冀成;底吹电弧炉均匀混合特性[J];钢铁;1995年S1期
8 李士琦,林钢,李京社,武骏,苏天森,兰德年,刘润藻;以系统优化的观点看电弧炉炼钢技术的进步[J];钢铁;1996年01期
9 翁宇庆;中国钢铁的需求和发展[J];钢铁;1996年04期
10 姜茂发,李连福;电弧炉底吹搅拌技术开发的现状[J];钢铁研究;1994年05期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜宝祥;;电弧炉三相电弧功率不平衡问题的探讨[J];黑龙江冶金;1994年02期
2 吴文桂,温成荣;铁合金厂电弧炉35kV侧功率因数补偿[J];福建电力与电工;1995年01期
3 花皑;印尼克拉卡塔钢厂的新型电弧炉[J];工业加热;2000年06期
4 ;电弧炉生产不锈钢时泡沫渣成型工艺[J];世界钢铁;2009年03期
5 景德喜;;钢厂节能的新途径—利用电弧炉废气预热废钢[J];特殊钢;1983年01期
6 赵伟清;曲培迅;朱文佳;;电弧炉熔分铁钛和炼钢[J];钢铁;1984年06期
7 冯先锦;;泡沫渣改善电弧炉冶炼工艺[J];钢管;1986年02期
8 John Persson;李岩;;电弧炉的电气特性分析[J];铁合金;1990年06期
9 花恺;新型电弧炉[J];工业加热;1992年02期
10 殷宝言;电弧炉偏心底出钢十年发展[J];上海金属;1994年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 傅杰;;现代电弧炉冶炼周期综合控制理论及应用[A];2004年全国炼钢、轧钢生产技术会议文集[C];2004年
2 季柳岷;康世民;;专家系统+神经网络预估补偿智能控制在电弧炉电极控制中的应用[A];冶金自动化信息网年会论文集[C];2004年
3 陆秀令;周腊吾;;基于鉴相检测法的电弧炉谐波检测方法[A];湖南省电工技术学会第七次会员代表大会暨2004学术年会论文集[C];2004年
4 岳有军;王红君;张书军;;基于结构自适应BP网络的电弧炉电流预测模型[A];《制造业自动化与网络化制造》学术交流会论文集[C];2004年
5 F.Alzetta;E. Ruscio;A. Poloni;;达涅利FastArc~(TM)高技术电弧炉[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
6 王世宇;傅杰;李晶;王新江;李子林;段贵生;;安钢电炉流程生产高碳钢过程氮含量的控制研究[A];冶金研究中心2005年“冶金工程科学论坛”论文集[C];2005年
7 A.Michielan;G.Lavaroni;A.Fior;;ABS钢厂的DANIELI DANARC PLUS M~2电弧炉[A];1999中国钢铁年会论文集(上)[C];1999年
8 Th.Narholz;B.Villemin;;VAI FUCHS ULTIMATE——新一代电弧炉[A];2005中国钢铁年会论文集(第4卷)[C];2005年
9 刘小河;王永社;侯浩录;;用数字模型参考自适应控制算法控制电弧电极[A];冶金自动化信息网年会论文集[C];2004年
10 朱颖;刘小河;;基于L2增益的电弧炉电极调节系统鲁棒模型参考自适应控制[A];第十一届全国自动化应用技术学术交流会论文集[C];2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者白茂槐 通讯员张俊;国内首创电弧炉一次烟气喷雾冷却净化工艺[N];中国冶金报;2010年
2 徐杰;哈企业生产国内首台电弧炉节能装置投用[N];黑龙江经济报;2009年
3 朱里亚诺 法努迪 玛尔塔库仲;康斯迪&reg电弧炉在亚洲的成果与展望[N];世界金属导报;2010年
4 本报记者 张苓;解读电弧炉康斯迪工艺[N];中国冶金报;2004年
5 记者 赵晓展;我国建大型压水堆核电厂动态模型[N];工人日报;2009年
6 鲍银胜;用动态模型寻找下阶段强势股[N];江苏经济报;2004年
7 卢洪波;走进水泥金属耐磨材料[N];中国建材报;2010年
8 淮钢集团 陈延东;电弧炉喷粉冶金工艺浅谈[N];世界金属导报;2002年
9 ;电弧炉工艺技术革新[N];世界金属导报;2002年
10 记者 刘纪生 张苓 通讯员 王娟;大规格电弧炉SVC静补装置挖潜增效解难题[N];中国冶金报;2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李青;炼钢电弧炉全程动态模型与仿真研究[D];上海大学;2003年
2 刘小河;电弧炉电气系统的模型、谐波分析及电极调节系统自适应控制的研究[D];西安理工大学;2000年
3 马戎;智能控制技术在炼钢电弧炉中的应用研究[D];西北工业大学;2006年
4 袁平;电弧炉冶炼过程行进控制方法的研究与应用[D];东北大学;2006年
5 李迪;基于光纤陀螺船用捷联导航系统研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
6 田亮;单元机组非线性动态模型的研究[D];华北电力大学(河北);2005年
7 李晶;变速恒频双馈风电机组动态模型及并网控制策略的研究[D];华北电力大学(河北);2005年
8 王瑞敏;基于神经网络辨识模型的质子交换膜燃料电池系统建模与控制研究[D];上海交通大学;2008年
9 汤根土;平板状阳极支撑固体氧化物燃料电池的实验与数值模拟[D];浙江大学;2005年
10 李志勇;迭代预测控制算法及其应用研究[D];中南大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 姜宏波;掺铒光纤激光器的动态模型与仿真技术研究[D];北京交通大学;2007年
2 侯国庆;大庆移动集团客户关系维系的研究[D];天津大学;2007年
3 郝建军;基于博弈论的电厂报价的自适应模型研究[D];天津大学;2003年
4 杨伟;3.5Mt/a常减压装置减压塔建模及仿真研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
5 朱岩;基于模糊神经网络的温室自动控制研究[D];河北工业大学;2005年
6 黄明明;基于层次的模糊聚类算法[D];青岛大学;2005年
7 贺小艳;开关磁阻电机磁场有限元分析及动态特性仿真[D];太原理工大学;2007年
8 支保峰;预测控制在单元机组协调控制系统中的应用研究[D];华北电力大学(河北);2007年
9 焦克华;燃料电池观测与控制问题的研究[D];河北工业大学;2007年
10 张庆辉;多寡头动态电力市场的分析与仿真[D];青岛大学;2009年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026