收藏本站
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。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20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
11 张喆君;新型电弧炉开发的现况[J];特殊钢;1997年05期
12 李京社,武骏,王雅娜,孙彦辉,王冬雷,李士琦;智能炼钢电弧炉技术[J];特殊钢;1999年06期
13 阎奎兴,阎立懿;现代电弧炉炉型及其炉体结构设计[J];铸造;1999年11期
14 刘希诚,孙阳,冯乃祥;电弧炉碳热还原制取二硼化钛[J];广东有色金属学报;1999年01期
15 花皑;K-ES型电弧炉在意大利沙里兆钢厂投入运行[J];工业加热;2000年06期
16 李绪宝,孟兆生,刘茂文;莱钢50tUHP电弧炉相关技术的应用[J];特殊钢;2001年01期
17 阎立懿;电弧炉炼钢的历史及发展前景[J];工业加热;2001年05期
18 ;特钢公司电弧炉水冷母线保护攻关成功[J];本钢技术;2001年09期
19 西安电炉研究所行业室标准组;HX系列三相炼钢电弧炉技术条件(供样机试制用)[J];工业加热;1974年03期
20 毕梦熊;电弧炉电极用抗氧化涂料——赛拉康(CERACON)[J];江西冶金;1988年01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
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
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978