第１５卷第３期电工技术学报２０００年６月用于电压波动研究的电弧炉的模型和仿真
ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｌｌＡｒｃＦｕｒｎａｃｅｆｏｒ
ＶｏｌｔａｇｅＦｌｕｃｔｕａｔｉｏｎＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ
祁碧茹（国家电力公司动力经济研究中心１００７６１）
肖湘宁（华北电力大学１０００８５）
ＱｉＢｉｒｕ（ＳＰＰｏｗｅｒＥｃｏｎｏｍｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ１００７６１Ｃｈｉｎａ）
Ｘｉａｏ蕊∞鲫ｌｌｇ（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ乙ｎｉｖ∞ｉｔｙ１０００８５Ｃｈｉｉｌａ）
摘要建立了电弧炉改进的三相非线性时变电弧阻拭模型。它是在电弧电压一电流随机特睦的基础上，根据实际电弧炉负荷条件建立的。仿真结果表明，本文所提出的模型适用于电弧炉供电系统的电压波动的研究，可以代替传统的线陛电弧电压模型。本文用ＭＡＴＬＡＢ软件实现了电弧炉模型的仿真，给出了电弧电压与电流波形，供电系统中的主要母线的电压波形图。
关键词：电弧炉电压波动负荷模型Ｉ、ＬＩＴＬ４Ｂ
ＡｂｓｔｒａｃｔＡｎｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ．１１０１１一ｌｉｎｅａｒ．ｔｌｍｅ－ｖａｒｉａｎｔａｒｃｆｕｍａｃｅｍｏｄｅｌｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｍｏｄｅ．ｉｓｂａｓｅｄｏｎｐｉｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒａｎｄａｅｔｕａｌａｒｅｆｕｍａｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ＴｈｅｍｏｄｅｌＣａｌｔｂｅｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｉｎｃｌｕｄｉｎｇａＩｃｆｕｒｎａｃｅａｎｄｃａｎｔａｋｅｔｈｅｐｌｏｃｅｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｌｉｎｅａｒｅｌｅｃｔｒｉｃａｒｃｖｏｌｔａｇｅｎｘｘｔｅｌ．Ｔｈｅ
ｐａｐｅｒｐｒｅｚ－，ｅｎｔｓｄｙｎａｍｉｃｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｍＢａｎｄｍａｉｎｂｕｓｂａｒｖｏｌｔａｇｅｗａｖｅｆｏｍａｓ．ｏｂｔａｉｎｅｄｈｖＭＡⅡＡＢｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡｒｃｆｕｉＴｌａｃｅＶｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎＬｏａｄｍｏｄｅｌＭＡＴＬｇ，Ｂ
１引言
炼钢电弧炉是电力系统各类波动性负荷中对电压波动影响最大的负荷。电压波动是由于电弧炉负荷消耗的有功和无功的快速变化引起的：无论从电压质量的评估，还是提出有效的抑制闪变的措施，都必须首先建立电弧炉负荷的模型。
与以往的单相线性电弧炉模型不同，本文尝试建立了改进三相非线性时变电弧电阻模型。这个模型是在对实际。一ｉ特性曲线分段线性化的基础上，根据电弧炉负荷消耗的功率，计算出时变电弧电阻的幅值：等效电弧电阻作为随机函数连续变化。一旦建立了表示电弧变化的模型，就可以评估不同供电系统中，由于电弧炉运行造成电压波动的结果。
目前电弧炉负荷模型的仿真主要是在电磁暂态程序（ＥＭＴＰ）环境下进行。ＥＭＴＰ是用来仿真非常短暂的电力系统电磁暂态过程的软件，所阻对于电弧炉模型的仿真，它的缺点是仿真时间有限和难于建立控制环节。
本文在ＭＡＴＬ４Ｂ环境下，对改进的三相电弧炉模型进行了仿真，它不仅可以在较宽的时间范围内仿真，而且可以方便地建立电弧炉控制环节。本文选用电弧阻抗不同的时变规则代替弧长不同的时变规则，从而实现电压波动的仿真。动态负荷模型考虑了周期性变化规则的电弧阻抗。
邓碧茹女．１９６９年生．工程师，现主要从事电能质量和电网经济方面的研究工作。－ｇ相宁男．１９５３年生．教授．现主要从事电力电子技术和电能质量方面的研究。
ＱｉＢｉｒｌｌｗ鹅ｂ咖ｉｎ
１９６９．Ｅｎ画ｎｅ盯，Ｓｈｅｉｓｍａｉｎｌｙ∞鳓耐ｉｎｐｏｗｅｒｑＬＩａｌｉ峥ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｐＤｗｅ‘印ｄｅｅｏｎｏｍｌｅｒｅｓｅａｒｃｈ． 万方数据
1电弧炉炼钢车间的设计方案 1.1电炉车间生产能力计算 1.1.1电炉容量和座数的确定 在进行电炉炉型设计之前首先要确定电弧炉的容量和座数，它主要与车间的生产规模，冶炼周期，作业率有关。 在同一车间，所选电炉容量的类型一般认为不超过两种为宜。座数也不宜过多，一般设置一座或两座电炉。为了确定电炉的容量和座数，首先要估算每次出岗量q ： y G q a ητ8760= 式中 G a —车间产品方案中确定的年产量，80万t ； τ—冶炼周期，55min=0.917h ； η—作业率，年日历天数 年作业天数=η×100% 本设计取90%； Y —良坯收得率，连铸一般95%~98%,本设计取98%； 带入数据计算得 q=95.0t 。 根据估算出的每次出钢量选取HX 2-100系列一座，以下是主要技术性能： 1.1.2电炉车间生产技术指标 （1）产量指标 年产量80万t ； 小时出钢量： （2）质量指标 钢坯合格率 98%; (3) 作业率指标
作业率：90% (4)材料消耗指标 a金属材料消耗 一般为废钢、返回废钢、合金料于脱氧合金。 b炼钢扶住材料消耗 石灰、以及其他造渣材料和脱氧粉剂。 c耐火材料消耗 主要用于炉衬的各种耐火砖以及钢包的耐火材料。 d其它原材料消耗 电极和工具材料。 e动力热力消耗指标 主要为电能和各种气体和燃油等。车间设计产品大纲见下表： （5）连铸生产技术指标 连铸比 铸坯成坯率 连铸收得率 （6）生产的钢种：主要生产Q215，年产量80万吨，连铸坯尺寸选取200×200mm方坯； 1.2 电炉车间设计方案 1.2.1电炉炼钢车间设计与建设的基础材料 （1）建厂条件 1）各种原料的供应条件，特别是钢铁材料来源； 2）产品销售对象及其对产品质量的要求； 3）水电资源情况，所在地区的产品加工，配件制作的协作条件； 4）交通运输条件，水路运输及地区公铁路的现状与发展计划； 5）当地气象，地质条件； 6）环境保护的要求； 在上述各项主要建厂条件之中，原材料条件对于工艺设计的关系尤为密切重要。 （2）工艺制度 确定工艺制度是整个工艺设计的基本方案，是设备选择，工艺布置等一系列问题的设计基础。确定工艺制度的主要依据是产品大纲所规定的钢种，生产规模，原材料条件以及后步工序的设计方案。 1）冶炼方法：利用超高功率电弧炉进行单渣冶炼，然后进行炉外精炼； 2）浇注方法：采用全连铸； 3）连铸坯的冷却处理与精整：铸坯在冷床上冷却并精整； 4）在技术或产量方面应留有一定的余地。 1.2.2电炉炼钢车间的组成
普通电弧炉的一般设计与电极升降控制
摘要： 为了提高所熔炼速度和钢水的质量、减少电能及电极的消耗量、保证维持规定的电气工作条件，使设备获得较高的生产率。从电弧炉的一般设计概况，到电弧炉电极的升降控制。系统了解电弧炉中存在的缺点与不足。通过分析，更好的提高电气控制的稳定性，提高电网提高熔炼速度。 关键词：电弧炉、短网电流、电极升降。
目录 一、电弧炉的简介及特点 1.电弧炉简介 2.电弧炉特点 二、电弧炉的一般设计 1.电弧炉组成部分 2.炉体设计 3.变压器设计 4.短网电流的计算 5.电极直径计算 6.电极升降计算 7.其他相关参数 三、电极升降自动控制 1.调节器的组成及工作原理 2.调节器的结构原理 四、小结 五、参考文献
一、电弧炉的简介及特点 1.电弧炉简介 电弧炉是利用电极间电弧产生的热能冶炼金属的一种设备。电弧炉炼钢就是靠电极与炉料之间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金。 现代化炼钢电弧炉均为直接加热、炉底不导电式电炉。该电炉按直接加热金属的原理工作，电弧发生在每一电极与炉料之间，
己熔化的金属则形成负荷的中心点。 2.电弧炉的特点 电弧炉进行冶炼，电弧炉是一个多变量、非线性、大滞后、强藕合、时变、随机干扰较强的系统，使得系统电极位置、电弧长度、电弧电流以及系统功率很难保持最佳工作状态。电极升降调节系统是电弧炉的重要组成部分，其工作性能的好坏直接影响钢的产量、质量和能源消耗。在电弧炉冶炼过程中，三相交流电弧炉的电力负载是不稳定的、不对称的；无功冲击及闪变；产生谐波电流。 电弧炉的整个炼钢过程一般分为熔化期、氧化期、还原期三个时期，由于各个时期所完成的任务不同，因而相应地对冶炼温度和功率的要求也不同。 （熔化期）开始熔化阶段，固体炉料熔化，能量需求最大。 （氧化期）初精炼及加热阶段。 （还原期）精炼期，此阶段输入能量只需平衡热损耗。 在废钢冶炼时电弧炉的工作特性为：
高阻抗电弧炉的设计特点和应用 引言高阻抗电弧炉是一种高效率的新型炼钢炉，它具有一系列突出的优点：能大幅度地降低电能和电极消耗、能显著地减少对供电电网的短路冲击和谐波污染。 高阻抗电弧炉吸取了近25年来出现的所有电弧炉炼钢新技术，再加上泡沫渣的成功应用，使得一直发展缓慢的交流电弧炉在电弧稳定性、效率和对电网短路冲击减少方面均可同直流电弧炉相媲美。 本文介绍了带饱和电抗器和固定电抗器的高阻抗电弧炉。前者具有高超的伏安特性，使短路电流很小，基本上达到了恒电流电弧炉特性。 1 高阻抗电弧炉的供电电源1．1 对供电可靠性的要求电弧炉属于热加工设备，如果中途停电，会造成很大的损失：使电耗和原材料增加，使产品质量下降，甚至造成整炉钢水报废，炉子越大损失越大。根据有关规范规定，电弧炉属于二级负荷。 对于炉子容量在50t及以上的电弧炉通常由两路独立高压电源供电，炉容较小的可由一路高压电源供电。 1．2 公共供电点的确定电弧炉的公共供电点系指其与电力系统相连接的供电点，并接有其他用户负荷。对公共供电点的要求主要考虑以下因素： 1）供电变压器容量要能适应电弧炉负荷特性的要求； 2）由电弧炉负荷引起的公共供电点的电压波动和电压闪变值、以及谐波电流值不得超过国标GBl4549-93中的允许值； 3）由电弧炉负荷引起的公共供电点的电压不对称度不得超过2％。 电弧炉的公共供电点有两种情况，其一是电弧炉系统直接与电力系统相连接；其二是电弧炉系统通过企业总变电所与电力系统相连接。电弧炉一般不由车间变电所供电。 当电弧炉由企业总变电所母线供电时，为了防止对其他负荷供电质量产生不良影响，一般要求供电变压器的容量为电炉变压器容量的2．5倍以上。当不能满足此要求时，或增大供电变压器容量；或采用专用中间变压器供电，这需要经过技术经济比较来确定。 当采用专用中间变压器供电时，该变压器容量的选择，应与电炉变压器经常过负荷运行状
电弧炉电极升降系统的建模 及其自适应控制 摘要 电弧炉炼钢是一个典型的非线性、时变性、随机性等特征融为一体的工业过程，它的能量输入主要是通过控制电极升降的调节系统来完成的；在电弧炉炼钢的整个过程中，电极调节系统是整个系统高效运转的核心环节之一，其调节的效果对炼钢过程降低能耗、缩短冶炼时间、提高效率具有重要意义。因此电极调节系统的控制方法成为电弧炉控制研究的主要对象，控制电极的升降，就控制了电极与炉料间的电弧长度，进而就控制了电弧产生电流的大小，达到控制冶炼功率的目的。本文首先建立了电弧和电极系统的模型，然后讨探讨了电弧炉电极调节系统的控制问题。 针对电弧炉冶炼的工艺特点，根据能量守恒定律和相关的电弧物理知识，以电弧电导作为状态变量，电弧瞬时电流和弧长作为输入量，建立一个用非线性微分方程描述的交流电弧炉电弧时域模型，并做了相应的仿真分析；将供电系统与电弧模型相结合，建立了电弧炉电气系统模型；然后建立了液压系统模型，通过液压缸活塞位移与电弧长度之间的关系，将液压系统模型与电气系统模型相连接，构建了电极系统模型，并通过计算机仿真说明了其工作原理及特性。 结合电弧炉炼钢工艺对控制系统的要求，并确定了电极调节系统的恒阻抗控制策略之后，将建立好的电极系统模型作为被控对象进行传统的PID控制。针对PID控制器控制电极系统的不足，设计了模型参考自适应控制器，并通过仿真验证了这种控制方法的正确性和有效性。 关键词：电弧炉；电极调节系统；PID控制；模型参考自适应；仿真
第一章绪论 1.1问题叙述 近现代炼钢方法主要有转炉炼钢法、平炉炼钢法和电炉炼钢法等。电弧炉炼钢越来越被广泛应用的同时，也逐渐成为最普遍的炼钢方法。 工业上通常所说的电炉炼钢，主要是指电弧炉(Electric Arc Furnace，简称EAF)炼钢，其他类型的电炉如感应电炉、电渣炉等所炼的钢数量较少。交流电弧炉炼钢是采用三相电极和待冶炼炉料(废钢铁)间放电产生的电弧，使电能在弧光中转变为热能，并借助辐射和电弧的直接作用加热并熔化废钢铁、金属和炉渣，冶炼出各种成分的钢和合金的一种炼钢方法。 电弧炉炼钢过程的能量输入主要是通过电极调节系统来完成的，电极调节的效果对电弧炉炼钢过程降低能耗、缩短冶炼时间、提高冶炼效率具有重要意义。控制电极升降实现控制电极与炉料间的电弧长度，就控制了电弧产生电流的大小，达到控制冶炼功率的目的。通过建立有效的电极调节系统的数学模型，分析交流电弧的非线性特点可以设计出针对性更强、性能更好的电极控制器。 1.2国内外研究现状 电弧炉炼钢过程是一个典型的具有非线性、时变性、随机特征的工业控制过程，因此，电弧炉炼钢的过程控制受到了众多研究者的关注。而电弧炉炼钢过程的控制主要通过电极调节系统来完成输入电功率、降低能耗、缩短冶炼时间等控制目标，同时，电极调节器的调节性能及调节过程对电网电压波动的大小也产生十分重要的影响。 在60至70年代人们对电弧炉模型知之甚少，只能采用基于线性电弧阻抗的控制策略。80年代以后，Nadira R. (1988)、Gu X.-y.、Bao Y.-a(1987)等人研究了考虑电弧炉主电路非线性作用的自适应控制方法，提出了电极位置控制系统的构成，并讨论了计算机实现技术。90年代以来，美、意、英等西方主要国家纷纷投入大量力量进行电弧炉炼钢过程智能控制的研究。智能电弧炉代表了电弧炉炼钢的发展方向，是目前最先进的技术。
五矿<湖南）铁合金有限责任公司103#硅锰合金冶炼炉优化控制系统 方 案 设 计 说 明 书 中南大学信息科学与工程学院 二○一○年三月
一、开发背景 五矿<湖南）铁合金集团有限公司103#10000KV A矿热炉主要用于熔炼硅锰合金和碳锰合金，整个生产系统由炉体、供电变压器及保护系统、配加料系统、电极卷扬升降控制系统、电极压放子系统和炉体水冷系统等组成。目前，配加料子系统采用了计算机自动控制；电极压放子系统依靠人工凭经验综合考虑炉况、二次电压、一次电流、熔炼时间等因素，输入控制信号给PLC，由PLC来完成电极的定长压放；电极升降是依靠人工凭经验综合考虑二次电压、一次电流及炉盖温度等因素进行调节；供电变压器二次侧电压等级靠人工根据炉况和电压、电流、功率等因素凭经验进行调整。这种靠人工凭经验来控制冶炼过程的方法难以保证矿热炉稳定持续地工作在最佳工作范围内，调节过程相对滞后、工人操作强度大、工作效率低，容易出现电极烧结不好、耗电量大、炉况不稳定等问题，难以保证产品的产量和质量。 二、设计要求 针对五矿<湖南）铁合金集团有限公司103#矿热炉熔炼过程控制自动水平低下带来的各种问题，通过现场调研和与工艺技术人员交流沟通，结合生产的实际需要，搭建103#矿热炉优化控制系统，以达到如下目标：1．通过建立电极位置模型，在线检测电极的升降量和压放量，实现电极自动升降和自动压放；并通过采用合理的算法，计算电极长度及其位置，控制电极处于最优位置区域内，使三相有功功率平衡度在原有基础上提高2-3%，提高功率因数。 2．通过建立实时数据库，实时采集熔炼过程数据，实现整个矿热炉控制系统的运行监视、事故报警与记录、统计分析和报表打印、日常生产
毕业设计说明书 设计题目：100吨交流电弧炉炼钢车间设计 学 号：_________________________ 姓 名：_________________________ 专 业 班 级：_________________________ 李龙 冶金技术2班 0929302245 2012 年 05月20号
毕业设计说明书................................................................................................................... - 1 -文献综述. (2) 1.3现代电弧炉炼钢技术 (5) 1.4电弧炉炼钢的发展趋势 (6) 1.5电弧炉装备技术未来的创新发展 (6) 1.5.2我国正进人电炉炼钢高速发展时期 (7) 3.4.1、炉料入炉 (13) 第四章建设所选电弧炉炼钢工程的必要性和可行性分析 (13) 电弧炉车间设计 (18) 1.1电炉车间计算 (18) 11..1电炉容量和座数的确定 (18) 1.1.2电炉车间生产技术指标 (18) 参考文献.................................................................................................................................................. 致谢..........................................................................................................................................................
2018年8月控制工程 Aug. 2018 第25卷第8期Control Engineering of China V ol.25, No.8 文章编号：1671-7848(2018)08-1409-06 DOI: 10.14107/https://www.doczj.com/doc/a512671438.html,ki.kzgc.160491 基于NSGAⅡ算法的电弧炉优化配料模型研究 王红君1，冯国良1，赵辉1,2，岳有军1 （1. 天津理工大学复杂系统控制理论与应用重点实验室，天津300384；2.天津农学院工程技术学院，天津300384）摘要：作为电弧炉生产过程中的先行环节，配料好坏对冶炼钢种的品质和产品能耗至关 重要。模型以物料平衡、能量守恒、数学规划理论以及电弧炉冶金过程中的物理化学反应 原理为基础，在考虑一般性约束的前提下，将电弧炉生产的各工艺条件约束和有利于电弧 炉节能降耗方面的约束纳入其中，同时以最低配料成本和最低吨钢能耗为目标函数建立起 双目标数学规划模型并采用NSGAⅡ算法对模型求解，该算法同时采用了精英保存策略和 多样性保护方法，性能和效率都优于传统的进化算法并且计算较简单，保证了炉料结构在 生产中的可行性和准确性，为电弧炉配料研究提供思路。 关键词：电弧炉；炉料结构；多目标数学模型；NSGAⅡ算法 中图分类号：TP182 文献标识码：A Study on Optimized Charge Proportioning for Steel-making of EAF Based on NSGAⅡ WANG Hong-jun1, FENG Guo-liang1, ZHAO Hui1,2, YUE You-jun1 (1. Tianjin Key Laboratory of Control Theory & Applications in Complicated System, Tianjin University of Technology, Tianjin 300384, China; 2. School of Engineering and Technology, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China) Abstract: As the first step of electric arc furnace production, burden structure is vital to the quality of smelting steel and energy consumption of products. This model is based on the theories of material balance, energy conservation, the mathematical programming theory as well as physical and chemical reaction in the process of electric arc furnace production. On the premise of considering the general constraint, the model thoroughly integrates the factors of steel-making technique constraints and energy consumption constraints. Meanwhile, using the lowest cost of ingredients and minimum energy consumption of per ton steel as the objective function, a double objective mathematical programming model is established to ensure the feasibility and accuracy of the burden structure in the production of EAF. The model is solved by NSGAⅡ. This algorithm is preserved by the elite strategy and diversity protection method simultaneously, the performance and efficiency is superior to the traditional evolutionary algorithm and is easy to realize. At the same time, this model also provides ideas for the research on electric arc furnace burden structure. Key words: EAF; burden structure; multiple objective mathematical model; NSGAⅡ 1 引言 配料是电弧炉炼钢的先行重要环节，它以各种钢铁废料和造渣剂为基本入炉料，通过对炉料的合理配比达到所炼钢种的目的要求。因为配料关系到整个冶炼流程中的原料消耗和能量消耗，不合理的配料会造冶炼周期延长，电耗和设备损耗加大，并且使精炼期钢水成分调整的难度增加，更甚者会产生废品影响正常工业生产。因此，如何在保证成分要求和操作工艺的前提下，降低配料成本和能耗成为近来研究热点。 文献[1]通过建立起基于基本工艺条件约束的清晰线性规划模型，采用单纯性算法求解数学模型，基本做到配料优化；文献[2-4] 通过分析冶炼钢种的 万方数据
#硅锰合湖南）铁合金有限责任公司103五矿<金冶炼炉优化控制系统 方 案 设 计 说 明 书 中南大学信息科学与工程学院 二○一○年三月
1 / 29 一、开发背景 #10000KV A103<湖南）铁合金集团有限公司矿热炉主要用于熔炼五矿硅锰合金和碳锰合金，整个生产系统由炉体、供电变压器及保护系统、配加料系统、电极卷扬升降控制系统、电极压放子系统和炉体水冷系统等组成。目前，配加料子系统采用了计算机自动控制；电极压放子系统依靠人工凭经验综合考虑炉况、二次电压、一次电流、熔炼时间等因素，输入控制信号给PLC，由PLC来完成电极的定长压放；电 极升降是依靠人工凭经验综合考虑二次电压、一次电流及炉盖温度等因素进行调节；供电变压器二次侧电压等级靠人工根据炉况和电压、电流、功率等因素凭经验进行调整。这种靠人工凭经验来控制冶炼过程的方法难以保证矿热炉稳定持续地工作在最佳工作范围内，调节过程相对滞后、工人操作强度大、工作效率低，容易出现电极烧结不好、耗电量大、炉况不稳定等问题，难以保证产品的产量和质量。 二、设计要求 #矿热炉熔炼过程控制自动103针对五矿<湖南）铁合金集团有限公司水平低下带来的各种问题，通过现场调研和与工艺技术人员交流沟通，结#矿热炉优化控制系统，以达到如下目标：103 合生产的实际需要，搭建1．通过建立电极位置模型，在线检测电极的升降量和压放量，实现电极自动升降和自动压放；并通过采用合理的算法，计算电极长度及其位置，控制电极处于最优位置区域内，使三相有功功率平衡度在原有基础上提高2-3%，提高功率因数。 2．通过建立实时数据库，实时采集熔炼过程数据，实现整个矿热炉
目录 一、电弧炉简介及其发展趋势 (2) 二、电弧炉炉型算及变压器功率确定 (3) 1、电弧炉设计要求 (3) 2、电弧炉炉型计算 (4) 3、炉子的变压器功率及电极参数确定 (8) 三、电弧炉耐火材料的损毁机理及选择 (11) 1、炉衬损毁机理 (11) 2、炉顶用耐火材料 (12) 3、炉墙用耐火材料 (13) 4、炉底和出钢槽用耐火材料 (14) 附录 (16)
40吨电弧炉炉体设计说明书 一、电弧炉简介及其发展趋势 电弧炉是炼钢电炉的一种，也是目前世界上熔炼优质钢、特殊用途钢种的主要设备。电弧炉炼钢技术已有100年的历史，第二次世界大战后电炉炼钢才有较大发展，在最近的20年，电弧炉炼钢技术发展尤为迅速，电弧炉的应用带来了炼钢技术的革命。尽管全球粗钢年产总量的增长速度很缓慢，但以废钢为主要原料的电弧炉炼钢的产量所占的比重却在逐年上升。2001年，电弧炉炼钢占世界钢产量的40％，成为最重要的炼钢方法之一。与高炉铁水炼钢相比，其竞争优势在于投资费用和运行成本。自60年代中期提出电弧炉超高功率概念以来，电弧炉建造趋于大型化、高功率化，出现现了多种新型式的电弧炉。在发展大型电弧炉的过程中，美国曾用六支电极，由两台变压器供电，电弧炉为椭圆形。 发展大容量电炉和提高电炉自动化水平，采用大功率静止式动态补偿技术，用水冷构件代替耐火材料，炉盖第四孔直接排烟与电炉周围密封罩相连接的烟尘净化系统，炉盖第五孔机械化自动化加料系统，电炉使用还原铁比例逐渐扩大，炉外废钢预热，炉内燃料助燃，强化熔池用氧，开发底气搅拌系统和泡沫渣覆盖下的冶炼工艺，从冷却水和废气中回收热能，采用全连铸，发展纤维石墨电极和采用优质高效碱性镁碳炉衬等。 电弧炉炼钢得到迅速发展的主要原因： (1)废钢日益增多 (2)钢铁工业迅速增长。由于发电设备大型化和技术不断改进，可利煤用部分劣质粉发电，电的供应和价格比较稳定，使电炉炼钢有了比较可靠的基础。此外，电炉用废钢比高炉——转炉炼钢的能耗低。 (3)电炉趋向大型化、超高功率化，冶炼工艺化。 (4)投资少，基建速度快，基金回收速度。 (5)钢液温度、成份容易控制，品种适应性大，可冶炼多种牌号的钢，同时还能间断性生产。 电炉炼钢是世界各国生产特殊钢的主要方法，它具有一系列的优点： (1)电炉炼钢的设备投资少、基建速度快； (2)炼钢的热源来自于电弧，温度高达4000～6000℃，并直接作用于炉料，
电炉温度控制系统设计
摘要 热处理是提高金属材料及其制品质量的重要技术手段。近年来随工业的发展， 对金属材料的性能提出了更多更高的要求，因而热处理技术也向着优质、高效、节能、无公害方向发展。电阻炉是热处理生产中应用最广泛的加热设备，加热时恒温过程的测量与控制成为了关键技术，促使人们更加积极地研制热加工工业过程的温度控制器。 此设计针对处理电阻炉炉温控制系统，设计了温度检测和恒温控制系统，实现了基本控制、数据采样、实时显示温度控制器运行状态。控制器采用51 单片机作为处理器，该温度控制器具有自动检测、数据实时采集处理及控制结果显示等功能，控制的稳定性和精度上均能达到要求。满足了本次设计的技术要求。 关键词：电阻炉，温度测量与控制，单片机
目录 一、绪论 ....................................................................................................... - 1 - 1.1 选题背景........................................................................................ - 1 - 1.2 电阻炉国发展动态........................................................................... - 1 - 1.3 设计主要容 .................................................................................... - 2 - 二、温度测量系统的设计要求........................................................................... - 3 - 2.1 设计任务......................................................................................... - 3 - 2.2 系统的技术参数................................................................................ - 3 - 2.3 操作功能设计................................................................................... - 4 - 三、系统硬件设计........................................................................................... - 5 - 3.1 CPU选型........................................................................................ - 5 - 3.2 温度检测电路设计.............................................................................. - 6 - 3.2.1 温度传感器的选择..................................................................... - 6 - 3.2.1.1热电偶的测温原理 ......................................................... - 7 - 3.2.1.2 热电偶的温度补偿......................................................... - 7 - 3.2.2 炉温数据采集电路的设计.......................................................... - 8 - 3.2.2.1 MAX6675芯片.......................................................... - 8 - 3.2.2.2 MAX6675的测温原理................................................. - 9 - 3.2.2.3 MAX6675 与单片机的连接.......................................... - 10 - 3.3 输入/输出接口设计......................................................................... - 10 - 3.4 保温定时电路设计 .......................................................................... - 13 - 3.4.1 DS1302 与单片机的连接....................................................... - 13 - 3.5 温度控制电路设计............................................................................ - 14 - 系统硬件电路图...................................................................................... - 17 - 四、系统软件设计......................................................................................... - 19 - 4.1 软件总体设计 .................................................................................. - 19 - 4.2 主程序设计 ..................................................................................... - 19 - 4.3 温度检测及处理程序设计................................................................... - 20 - 4.4 按键检测程序设计............................................................................ - 23 - 4.5 显示程序设计 .................................................................................. - 25 - 4.6 输出程序设计 .................................................................................. - 27 - 4.7中值滤波 ......................................................................................... - 28 - 五、结论 ..................................................................................................... - 30 - 参考文献 ..................................................................................................... - 31 -
第１５卷第３期电工技术学报２０００年６月用于电压波动研究的电弧炉的模型和仿真 ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｌｌＡｒｃＦｕｒｎａｃｅｆｏｒ ＶｏｌｔａｇｅＦｌｕｃｔｕａｔｉｏｎＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ 祁碧茹（国家电力公司动力经济研究中心１００７６１） 肖湘宁（华北电力大学１０００８５） ＱｉＢｉｒｕ（ＳＰＰｏｗｅｒＥｃｏｎｏｍｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ１００７６１Ｃｈｉｎａ） Ｘｉａｏ蕊∞鲫ｌｌｇ（ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ乙ｎｉｖ∞ｉｔｙ１０００８５Ｃｈｉｉｌａ） 摘要建立了电弧炉改进的三相非线性时变电弧阻拭模型。它是在电弧电压一电流随机特睦的基础上，根据实际电弧炉负荷条件建立的。仿真结果表明，本文所提出的模型适用于电弧炉供电系统的电压波动的研究，可以代替传统的线陛电弧电压模型。本文用ＭＡＴＬＡＢ软件实现了电弧炉模型的仿真，给出了电弧电压与电流波形，供电系统中的主要母线的电压波形图。 关键词：电弧炉电压波动负荷模型Ｉ、ＬＩＴＬ４Ｂ ＡｂｓｔｒａｃｔＡｎｉｍｐｒｏｖｅｄｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ．１１０１１一ｌｉｎｅａｒ．ｔｌｍｅ－ｖａｒｉａｎｔａｒｃｆｕｍａｃｅｍｏｄｅｌｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅｍｏｄｅ．ｉｓｂａｓｅｄｏｎｐｉｓｔｏｃｈａｓｔｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒａｎｄａｅｔｕａｌａｒｅｆｕｍａｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．ＴｈｅｍｏｄｅｌＣａｌｔｂｅｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｎｅｔｗｏｒｋａｎｄｓｕｂｓｔａｔｉｏｎｉｎｃｌｕｄｉｎｇａＩｃｆｕｒｎａｃｅａｎｄｃａｎｔａｋｅｔｈｅｐｌｏｃｅｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｌｉｎｅａｒｅｌｅｃｔｒｉｃａｒｃｖｏｌｔａｇｅｎｘｘｔｅｌ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒｐｒｅｚ－，ｅｎｔｓｄｙｎａｍｉｃｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｖｏｌｔａｇｅａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｗａｖｅｆｏｍＢａｎｄｍａｉｎｂｕｓｂａｒｖｏｌｔａｇｅｗａｖｅｆｏｍａｓ．ｏｂｔａｉｎｅｄｈｖＭＡⅡＡＢｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡｒｃｆｕｉＴｌａｃｅＶｏｌｔａｇｅｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎＬｏａｄｍｏｄｅｌＭＡＴＬｇ，Ｂ １引言 炼钢电弧炉是电力系统各类波动性负荷中对电压波动影响最大的负荷。电压波动是由于电弧炉负荷消耗的有功和无功的快速变化引起的：无论从电压质量的评估，还是提出有效的抑制闪变的措施，都必须首先建立电弧炉负荷的模型。 与以往的单相线性电弧炉模型不同，本文尝试建立了改进三相非线性时变电弧电阻模型。这个模型是在对实际。一ｉ特性曲线分段线性化的基础上，根据电弧炉负荷消耗的功率，计算出时变电弧电阻的幅值：等效电弧电阻作为随机函数连续变化。一旦建立了表示电弧变化的模型，就可以评估不同供电系统中，由于电弧炉运行造成电压波动的结果。 目前电弧炉负荷模型的仿真主要是在电磁暂态程序（ＥＭＴＰ）环境下进行。ＥＭＴＰ是用来仿真非常短暂的电力系统电磁暂态过程的软件，所阻对于电弧炉模型的仿真，它的缺点是仿真时间有限和难于建立控制环节。 本文在ＭＡＴＬ４Ｂ环境下，对改进的三相电弧炉模型进行了仿真，它不仅可以在较宽的时间范围内仿真，而且可以方便地建立电弧炉控制环节。本文选用电弧阻抗不同的时变规则代替弧长不同的时变规则，从而实现电压波动的仿真。动态负荷模型考虑了周期性变化规则的电弧阻抗。 邓碧茹女．１９６９年生．工程师，现主要从事电能质量和电网经济方面的研究工作。－ｇ相宁男．１９５３年生．教授．现主要从事电力电子技术和电能质量方面的研究。 ＱｉＢｉｒｌｌｗ鹅ｂ咖ｉｎ １９６９．Ｅｎ画ｎｅ盯，Ｓｈｅｉｓｍａｉｎｌｙ∞鳓耐ｉｎｐｏｗｅｒｑＬＩａｌｉ峥ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｐＤｗｅ‘印ｄｅｅｏｎｏｍｌｅｒｅｓｅａｒｃｈ． 万方数据
2006 年 6 月南京
毕业设计（论文）中文摘要
目录
1 绪论 (1) 1.1 系统设计背景 (1) 1.2 设计要求与设计思路 (2) 2 电弧炉与PTI枪 (2) 2.1 电弧炉炼钢工作原理 (2) 2.2 电弧炉炼钢的发展现状 (3) 2.3 PTI枪系统组成 (3) 3 可编程控制器（PLC）简介 (7) 3.1 可编程序控制器的概述 (7) 3.2 PLC的工作原理 (7) 3.3 PLC发展现状与趋势 (8) 3.4 西门子S7-300PLC (8) 3.5 西门子STEP-7编程软件 (10) 4 碳仓系统总体设计要求 (13) 4.1 设计要求 (13) 4.2 功能要求 (15) 5 硬件设计 (16) 5.1 硬件组态 (16) 5.2 上载硬件实际组态到编程器 (16) 6 软件设计 (19) 6.1 料仓部分的程序设计 (19) 6.2 运行仓部分的程序设计 (21) 6.3 三路碳粉分配器部分的程序设计 (28) 7 程序调试 (35) 结论 (36) 致谢 (37) 参考文献 (38) 附录 A 碳仓控制系统源程序 (39)
1 绪论 据统计，目前全世界粗钢产量的30%由电炉生产，我国电炉钢也约占总钢产量的20%左右。电弧炉电气运行是电炉冶炼生产最基本的保障，它关系到冶炼工艺、
原料、电气、设备等诸多方面的问题，直接影响电炉炼钢生产的各项技术和经济指标，因此对其进行最佳化的研究意义重大，不但可保障冶炼工艺的顺行和充分发挥设备资源的作用，还能提高生产率，节能降耗。 可编程控制器是在继电器控制和计算机控制发展的基础上开发出来的，并逐渐发展成以微处理器为核心，把自动化技术，计算机技术，通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。随着微处理器、计算机、网络和数字通信技术的飞速发展，工业生产自动化控制技术已扩展到了几乎所有的工业领域。应用计算机网络技术来解决工业自动化任务已逐渐成为普通的技术。可编程序控制器是应用面最广、功能强
长春理工大学 热工课程设计说明书题目箱式电阻炉的设计 学院材料科学与工程学院 专业无机非金属材料（建筑材料）班级0706121 姓名向仕君学号18
2009 年7 月5 日 设计任务书 一、题目：箱式电阻炉的设计 二、原始数据： 电路形势：箱式电阻炉 炉膛尺寸：120 ?mm 170 260? 使用温度：1000℃ 表面温度：60℃ 电源电压：220V 三、设计要求： 1、设计认真，积极思考，独立完成，有所创新。 2、设计说明书：一份 思路清晰，论述充分；设计参数选择合理，设计计算步骤完整，结果准确；著名参考文献。 3、设计图纸：2＃图纸1—3张 图画布置合理，比例适当，图画清洁；绘图线
条类型正确，位置准确；尺寸标注正确、齐全。 摘要 本说明书重点阐述箱式电阻炉的具体设计过程。设计过程包括高温炉的简介，炉膛尺寸的确定，材料选择，电阻炉尺寸和结构设计，功率计算，供电电路的选择，电热提的尺寸确定及安装，以及热电偶使用，涉及到热量计算，功率计算，电热元件规格计算。 本设计说明书可供实验电阻和工业电阻炉的维修和设计提供理论参考导和指导。
引言 陶瓷工业在社会主义建设，国防科学和人民生活都占重要的地位，它不仅与人类的日常生活存在密切的关系，而且随着科学技术的发展，已经超越了日用，建筑及一般的工业用途的范围，而应用与电子，原子能等尖端材料中。 生产陶瓷中一个重要的过程就是烧结，烧成时在热工设备中进行的，这里的热工设备指的是窑炉及其附属设备。 窑炉从生产方式上分为间歇式和连续式，按电能转化为热能形式分为：电阻炉，感应炉，电弧炉，等离子炉等，在使用热源上又分为火焰式和电热式。目前，电子陶瓷，高温陶瓷及其他特种陶瓷的生产和科研处于火热期。 在实验中，使用较多的是间歇式的电阻炉。
电弧炉的机电一体化设计 摘要：科技发展的进步和经济水平的提高加快了人们的生活节奏，人们对生产力的要求也逐渐提高，尤其是电子高新技术的发展，给机械工程工业的生产提供了新方式。电弧炉作为熔炼金属的专业炼钢炉，在现代社会的工业建设中有重要地位，机电一体化设计具有智能化、绿色化和人性化等现代特征和优势，将机电一体化设计与电弧炉的应用相结合，是一项具有现代进步意义的选择。本文首先简单介绍电弧炉的控制系统，随后结合机电一体化的特征阐述两者之间的结合应用。 关键词：电弧炉；机电一体化 机电一体化控制系统融合多种技术，在人类社会进步的过程中发挥着越来越不可缺少的作用，并呈现出与各种工业技术融合发展的趋势，带来显著的经济效益和社会效益，电弧炉一直是世界炼钢工业的主要形式，在自现代自动化和智能化的发展模式下，电弧炉炼钢的优势越来越显著，冶炼周期逐渐缩短，冶炼效率显著提高，冶炼质量相应得到改善，为企业获得更多盈利，在电弧炉炼钢的过程中融入机电一体化设计，用机电一体化的控制系统操作电弧炉，将会是电弧炉应用发展的一大进步。 一、电弧炉的控制系统 1.控制器 电弧炉是指利用电极电弧产生的高温冶炼钢铁金属的电炉，操作简便，占地面积小。在电弧炉液压式电极调节系统中，电弧炉的控制器主要有模拟控制器、PLC控制器和工业计算机控制器三种。模拟控制器是最早应用在电弧炉上的控制器，价格低但控制性能不佳，主要应用在小容量电弧炉上；PLC控制器又叫可编程逻辑控制器，在目前工业领域应用广泛，是一种具有微电子处理机的数字电子处理设备，稳定性较高，但响应较慢，对大型电弧炉的智能控制难以满足。目前国内大部分电弧炉使用的还是PLC控制器，用户可以根据需要自行编辑程序以满足生产需求；工业计算机控制器作为现阶段电弧炉制造生产的发展方向，具有大型运算能力和较高的稳定性。 2.控制策略 电弧炉的控制策略分为恒电流控制、恒功率控制、恒阻抗控制三种。下图为常见的电弧炉自动控制系统示意图，进料口、加热接触和排气泄放设置主要控制送料控制、加热反应和液态金属排放三个控制阶段。 自动控制系统示意图 恒电流控制主要通过对电机升降进行控制实现稳定控制电弧电流，但这种控制方式也存在一定缺陷。在三相电流电弧炉中ＩＡ+ＩＢ+ＩＣ＝Ｏ，很容易出现误控制的短路状态。恒功率控制也存在不足之处，单向电弧功率＝电弧电压×电弧电流，在这种情况下，无论是电弧电压还是电弧电流的升高降低都会引功率变动，而电弧炉的工作特殊性决定了其外部环境和内部环境的影响因素都很多，在不确定因素的影响下极易引起操作失误，由此可见恒功率控制的不稳定性。相较而言，恒阻抗控制的稳定性就高得多，从下表1中电极移动对各参数的影响可以看电极电压上升电流电流下降阻抗上升，电极电压下降时电流升高阻抗下降，电极的升降关系与各参数之间的关系清晰明了。 表1 电极移动对参数的影响
工业硅冶炼能源节约技术的研究 5.1概述 能源安全已构成我国整体战略安全的一个极大隐患，成为经济社会发展的瓶颈。我国人均煤炭、石油、天然气资源量仅为世界平均水平的60％、10％和5％。目前，我国已成为世界第二大能源消费国和第二大石油消费国，能源供应紧张局面日趋严重[81]。 与此同时，我国也存在严重能源利用效率低的问题。近年来的快速增长在很大程度上是靠消耗大量物质资源实现的。我国单位产出的能耗和资源消耗水平明显高于国际先进水平，如火电供煤消耗高达22.5％，吨钢可比能耗高21％，水泥综合能耗高达45％。据测算，我国每创造一美元GDP所消耗的能源是美国的4.3倍，是日本的11.5倍。能源利用率仅为美国的26.9％，日本的11.5％[82]。因此，提高能源使用效率是在能源总量不变条件成为中国发展中的刻不容缓的任务。 工业硅生产是高能耗行业，平均每吨工业硅需要消耗13000KWh电以上，全国年产100万吨工业硅需要13亿KWh以上。而国外先进水平吨硅消耗量为11000KWh，我国工业硅电耗比国外先进水平高10—20%，能源节约潜力仍很大（预计年节约0.2亿KWh，相当0.1亿元）。另外，国外先进水平也不是最理想的能耗水平，我国如能在国外先进水平基础上再配以精工细作，吨硅消耗量应该在10000—11000KWh间。 我国工业硅生产能源消耗高主要是因为设计上不合理、控制水平与管理水平不高。设计上不合理体现在我国普遍使用的是6300KVA左右的小炉型（散热
大、产量低）、炉型设计上为隔热措施不严密、电路设计不合理、极心圆尺寸大小不合理等许多细节方面。控制水平不高体现在人工操作范围大、炉况稳定性差、造成因调整炉况波动费时较长而使得非生产性能耗损失大。管理水平不高体现在管理上不严、制度不健全、操作细节缺乏，造成物资或能源上的消耗浪费。 目前工业硅生产中能源节约途径主要有：1）炉型的大型化方向；2）炉型的密闭化方向；3）余热利用化方向；4）提高炉子电效率措施如改进短网结构设计、改善变压器性能、改善电参数、采用低频电源等；5）提高炉子热效率；6） 改变炉内反应机制；7）改变原料性能方向；8）采用自动控制方向；9）管理制度建设方向。由于上述诸多途径尚处于讨论阶段，形成固定技术并推广者仅有短网改进、管理制度建设上，许多技术细节缺乏，因此真正意义上可以直接使用的工业硅生产中能源节约技术还需要研究与试验。 经过多年的摸索探讨，目前我国工业硅电弧炉的电效率平均在92%以上，各种提高电效率的技术或措施也比较成熟如改进短网结构设计、使用优质导电材质、采用低压补偿技术、改善电参数等方面。但是，我国工业硅电弧炉的热效率普遍比较低，这是导致我国工业硅生产能耗高、能源利用效率低的主要原因，表5-1是我国某厂6300KVA电弧炉的热平衡分析表[21]。 表5-1 我国某厂6300KVA电弧炉的热平衡分析