直流电弧炉电弧加热废钢熔化过程数学模型及其数值模拟
电弧阻抗【8】 PVaIa表示电...
摘 要论文题目：直流电弧负载模拟及其控制方法研究学科：电力电子与电力传动作者姓名：导师姓名：答辩日期：摘 要 电弧炉负载数学模型是研究和设计电弧炉控制的前提和基础。
本文针对目前电弧炉负载数学模型存在的适用范围有限、特性不连续等缺点，在建立了分别适合大、小电流区域运行特性的数学模型的基础上，引入状态连续转换因子，将分别适合大、小电流区域运行特性的数学模型有机结合为一个整体，建立了适合全范围的数学模型，解决了目前数学模型存在的问题。
并且应用一些实际运行数据与曲线，验证了数学模型的正确性，对直流电弧炉的研究与设计具有一定的应用参考意义。
在此基础上，应用ＭＡＴＬＡＢ软件对电弧炉的电极与电流调节控制系统进行了仿真。
通过对ＰＩＤ、模糊、单神经元等控制策略的分析比较，将单神经元增益与权值的自适应调节、抗积分饱和等控制策略相结合，改进了单神经元控制器算法，可以有效抑制扰动，减少断弧、短路等现象的发生，使系统的控制效果和鲁棒性都得到增强，对电弧炉控制系统的设计也具有一定的应用参考价值。
关键词：直流电弧炉数学模型单神经元控制西安理工大学硕士学位论文 Ｔｉｔｌｅ： Ｔｈｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ＤＣ－ＥＡＦ ｌｏａｄ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｉｔｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｔｒａｔｅｇｙ Ａｕｔｈｏｒ： Ｔｕｔｏｒ： ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ＤＣ ＡＲＣ ｌｏａｄ ｉｓ ｔｈｅ ｐｒｅｍｉｓｅ ａｎｄ ｂａｓｅ ｏｆ ｉｔｓ ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｕｄｙｉｎｇ． Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｄｅｆａｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｌｉｍｉｔｅｄ ｖａｌｉｄ ｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ， ｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔａｔｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｇｅｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｌｏｗ ａｎｄ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｃｏｐｅ， ａｎｄ ｉｎｔｅｇｒａｔｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅｍ ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ｔｈｅｎ ｈａｖｉｎｇ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｔｈｅ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｗｈｏｌｅ ｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｈａｖｉｎｇ ｓｏｌｖｅｄ ｐｒｅｓｅｎｔ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ ｅｘｉｓｔｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ． Ａｐｐｌｙ ｓｏｍｅ ａｃｔｕａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｄａｔａ ａｎｄ ｃｕｒｖｅ， ｈａｖｅ ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ， ｈａｖｅ ｃｅｒｔａｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅａｎｉｎｇ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ ＤＣ ＡＲＣ Ｆｕｒｎａｃｅ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｂｏｖｅ ｓｔｕｄｙｉｎｇ， ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ＭＡＴＬＡＢ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ＤＣ ＡＲＣ Ｆｕｒｎａｃｅ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ． Ａｎａｌｙｚｅ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅ ＰＩＤ ａｎｄ ｖａｇｕｅ， ｓｉｎｇｌｅ Ｎｅｕｒｏｎ ｅｔｃ． ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ， ａｎｄ ｃｏｍｂｉｎｅ ｗｉｔｈ ｓｉｎｇｌｅ Ｎｅｕｒｏｎ ｓｅｌｆ ａｄａｐｔｉｖｅ ｇａｉｎ， ｓｅｌｆ ａｄａｐｔｉｖｅ ｒｉｇｈｔ ｖａｌｕｅ ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｉｎｔｅｇｒａｌ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｅｔｃ． ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ． Ｈａｖｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｎｇｌｅ Ｎｅｕｒｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ， ｍａｙ ｒｅｓｔｒａｉｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｔｏ ｄｉｓｔｕｒｂ， ｒｅｄｕｃｅ ｂｒｏｋｅｎ ａｒｃ ａｎｄ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｅｔｃ． ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ， ｍａｋｅ ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｆｆｅｃｔ ａｎｄ ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ ｇｅｔ ｔｏ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎ， ａｌｓｏ ｈａｖｅ ｃｅｒｔａｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ＤＣ ＡＲＣ Ｆｕｒｎａｃｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄ： Ｄｃ ａｒｃ ｆｕｒｎａｃｅ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ｍｏｄｅｌ Ｓｉｎｇｌｅ Ｎｅｕｒｏｎ ｃｏｎｔｒｌ第１章 绪论第１章绪论１．１ 引言 电弧炉炼钢具有一系列优点：（１）能灵活掌握温度。
低压直流电弧焊接过程中温度场与应力场的数值模拟
低压直流电弧焊接过程中温度场与应力场的数值模拟在工业生产中，低压直流电弧焊接已成为常用的一种焊接方式。
在焊接过程中，温度场和应力场是非常重要的参数。
通过数值模拟可以对这些参数进行预测和优化，在提高焊接质量和效率方面有着重要的作用。
首先，我们来了解一下低压直流电弧焊接的基本原理。
低压直流电弧焊接是在电流作用下将物体熔化并焊接在一起的一种方式。
电弧产生时，焊接区域温度迅速升高，形成一个高温区。
高温区内的金属熔化并与周围的金属融合，从而实现焊接目的。
在这个过程中，温度场和应力场是密切关联的。
温度场的变化会导致物体中的应力分布发生改变。
应力场的分布又会影响温度场的分布。
因此，在进行低压直流电弧焊接时，需要综合考虑温度场和应力场的影响。
数值模拟是对焊接过程中温度场和应力场进行预测和优化的常用方法。
数值模拟可以通过计算物体内部的温度和应力分布，提前判断焊接过程中可能出现的问题，并优化焊接参数，以达到最优的焊接效果。
一般来说，数值模拟有两种方法：有限元法和边界积分法。
有限元法通过将较复杂的物体划分为许多小的单元，对每个单元内部的温度和应力进行计算，再将单元之间的影响整合起来，得到整体的温度场和应力场分布。
边界积分法则先对物体表面和焊接区域的边界进行计算，再通过整合边界处的影响，计算出整体的温度场和应力场分布。
数值模拟的结果可以用来优化焊接参数，例如选择合适的焊接电流、焊接速度和焊接角度等，以减小应力集中和裂纹产生的风险。
对于焊接过程中可能出现的变形问题，也可以通过数值模拟来预测和优化。
这些预测和优化操作可以帮助人们在焊接过程中取得更好的效果。
综上所述，低压直流电弧焊接中温度场和应力场是焊接质量和效率的重要参数。
通过数值模拟，可以提前预测和优化这些参数，从而提高焊接质量和效率。
各种数值模拟方法都有其优点和适用范围。
在具体的生产中，需要综合考虑工艺条件和需求，选取合适的数值模拟方法和参数，以达到最佳效果。
磁控高效MIG焊电弧-熔滴-熔池耦合行为数值模拟研究
磁控高效MIG焊电弧-熔滴-熔池耦合行为数值模拟研究磁控高效MIG焊电弧-熔滴-熔池耦合行为数值模拟研究随着工业领域的发展，对焊接技术的要求也越来越高。
在焊接过程中，电弧-熔滴-熔池三者之间的耦合行为对焊接质量和效率有着重要影响。
因此，研究电弧-熔滴-熔池之间的耦合行为对于优化焊接工艺具有重要意义。
为了深入了解磁控高效MIG焊中电弧-熔滴-熔池之间的相互作用，我们进行了数值模拟研究。
本研究基于计算流体力学（CFD）方法，采用了OpenFOAM软件进行数值模拟，并结合了磁流体力学（MHD）模型和多相流模型，对电弧-熔滴-熔池的行为进行了细致分析。
首先，我们从电弧的形成开始。
电弧是焊接过程中产生的高温等离子体，它是通过两个电极之间的电流放电产生的。
在磁控高效MIG焊中，强磁场的作用会对电弧产生显著影响。
我们通过模拟研究了磁场对电弧的形态和稳定性的影响。
结果表明，磁场的存在可以改善电弧的稳定性，并能够控制电弧的沿焊丝流动的方向。
接下来我们研究了熔滴脱落的过程。
熔滴是由焊丝在电弧作用下熔化而形成的液态金属滴，它的脱落对焊接质量有着重要影响。
通过数值模拟，我们探究了熔滴脱落的机理和影响因素。
研究结果表明，在磁场的作用下，熔滴的脱落更加稳定，并且可以控制脱落角度和速度，从而提高焊接效率和质量。
最后，我们对熔池的行为进行了分析。
熔池是焊接过程中形成的液态金属池，它对焊接接头的形成和稳定性有着重要的影响。
我们通过模拟研究了熔池的形状、尺寸和温度分布，并探讨了磁场对熔池行为的影响。
结果表明，在磁场的作用下，熔池形状更加稳定，温度分布更加均匀，从而提高焊接质量。
总之，本研究通过数值模拟研究了磁控高效MIG焊中电弧-熔滴-熔池之间的耦合行为。
结果表明，磁场的存在可以改善电弧的稳定性、控制熔滴脱落和熔池形状，从而提高焊接质量和效率。
本研究对于优化磁控高效MIG焊的工艺参数具有重要的借鉴意义，为进一步提升焊接技术水平提供了理论依据综上所述，本研究通过模拟研究了磁场对电弧、熔滴和熔池行为的影响，并发现磁场的存在可以显著改善焊接过程中的稳定性和控制性。
基于数学模型的出钢温度预报数值模拟
基 于数 学模 型 的 出钢 温度 预报数 值 模拟
赵 玉 贵 ， 张 明金
（ １． 安徽 博 微 广 成 科 技 有 限公 司 ， 合肥 ２ ３ ０ ０ ８ ８； ２ ． 安徽 省 安 福 置 业 有 限公 司 ， 合肥 ２ ３ ０ ０ ０ １ ）
ｓ ｌ ａ ｂ ｓ ｈ ｅ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ５ － ｚ ｏ ｎ ｅ ｗａ ｌ ｋ ｉ ｎ ｇ ｂ ｅ ａ ｍ ｔ ｙ ｐ ｅ ｏ ｆ ｒ ｅ － ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｆ ｕ ｒ ｎ ａ ｃ ｅ ｗ ａ ｓ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ； ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｏｒ ｆ ｄ ｉ ｓ ｃ ｒ ｉ ｍｉ ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ； ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｎ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｅ ｄ ａ ｃ ｏ ｍｐ ｕ ｔ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏｒ ｆ ｓ ｌ ｂ ａ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ． Ｕｓ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｂ ｌ ａ ｃ ｋ ｂ ｏ ｘ
国际上对加热炉建模 的研究始 于 ２ ０世 纪 ７ ０ 年代 ， 盛于２ ０世 纪 ８ ０年 代 ． 国 内从 ２ ０世 纪 ８ ０年
的钢 坯温 度 分 布 的前 提 下 ， 实 现最 小 钢 坯表 面 烧 损
和最 少 能耗 的 经济 指标 『 １ １ 。随着 计算 机 技 术 的快 速 发展 ． 加 热 炉数 学模 型 的 在线 应用 成 为 现实 ｌ ２ 卅。本
H型钢坯加热炉加热过程数学模型建模方法
H型钢坯加热炉加热过程数学模型建模方法引言在钢铁生产过程中，钢坯的加热过程是非常重要的一步。
H型钢坯作为一种重要的结构钢材，在加热过程中的温度控制对最终产品的质量和性能有着重要影响。
为了实现更有效的温度控制，数学模型的建立在工程实践中发挥着关键作用。
本文将介绍H型钢坯加热炉加热过程数学模型的建模方法。
一、加热过程的基本原理H型钢坯在加热过程中的温度变化受多种因素的影响，包括初始温度、环境温度、加热炉工艺参数（如加热功率、加热时间等）、传热方式等。
其中，传热方式可以分为传导、对流和辐射传热。
1. 传导传热H型钢坯在加热过程中，与加热炉炉墙和其他钢坯之间通过接触面进行热传导。
传导传热的速度与接触面积、接触面温度差、导热系数等有关。
2. 对流传热在加热炉内，空气对钢坯进行对流传热。
对流传热的速度与气流速度、空气密度、炉内温度差等有关。
3. 辐射传热加热炉内的燃烧产生高温气体，通过辐射传热直接向钢坯表面传递能量。
二、数学模型的建立为了描述H型钢坯在加热炉中的温度变化，可以建立数学模型。
数学模型是通过建立各种物理参数之间的关系，以数学方式表达出加热过程中的各个变量之间的关系。
1. 能量守恒方程H型钢坯在加热过程中的能量变化满足能量守恒定律。
能量守恒方程可以表示为：\[ Q_{in} - Q_{out} = mc\frac{{dT}}{{dt}} \]其中，\( Q_{in} \)表示进入钢坯的热量，\( Q_{out} \)表示从钢坯中输出的热量，\( m \)表示钢坯的质量，\( c \)表示钢坯的比热容，\( \frac{{dT}}{{dt}} \)表示钢坯的温度变化率。
2. 传热方程传热方程描述了钢坯与周围环境之间的传热过程。
传热方程可以表示为：\[ Q_{conduction} + Q_{convection} + Q_{radiation} = 0 \]其中，\( Q_{conduction} \)、\( Q_{convection} \)和\( Q_{radiation} \)分别表示通过传导、对流和辐射传热进入钢坯的热量，它们之和应该为零。
科技成果——电炉过程控制模型
科技成果——电炉过程控制模型成果简介电炉过程控制模型是指导电炉冶炼过程中工艺操作的控制依据，目的在于监视、预测并控制冶炼过程，以保证在最佳时间内完成炉次过程并获得目标钢水量、目标温度和目标成分。
同时为了实现随着生产过程不断逼近实际工艺，本模型能对已生产的数据进行统计优化从而不断修正模型参数，使模型系统具有一定的自学习和自辩识功能。
电炉过程控制模型包括冶金模型、热模型和统计模型。
冶金模型以物料平衡为基础，主要确定电炉冶炼过程与质量平衡相关的熔池状态和过程控制变量，内容涉及：辅材用量计算、钢水量计算、补吹氧量计算与合金加入量计算等。
热模型以热平衡为基础，主要确定当前原料条件和操作条件下，电炉炉内各种类型的物料（包括固态物料和液体物料）当前已经获得的热焓状态和熔池温度状态。
统计模型通过收集电炉生产的各类数据，主要实现如下功能：1、对各种常用的数据进行处理和分析；2、对参数或系数的统计估计，对生产操作和运行状态的评估；3、对工艺参数、过程数据的小时、天、月变化趋势进行跟踪；4、模型预报数据与实际检测值对比，自动评价、考核相关模型的计算准确率及使用效果。
成熟程度和所需建设条件项目成熟度高，已在宝钢150吨电弧炉上成功应用；项目可移植程度高，可以根据实际生产情况，针对电弧炉类型和冶炼钢种情况，进行修正。
技术指标模型人-机接口的画面响应时间：数据刷新时间≤1秒；画面响应时间≤2秒；运行率考核：连续30天系统运行率≥99.6%；模型精度：温度预报命中率>80%；成分预报命中率>80%。
市场分析本项目适用于各类型电弧炉工艺操作的自动化改造、升级。
社会经济效益分析电弧炉工艺模型是指导电弧炉冶炼过程中工艺操作的控制依据，对提高电弧炉生产效率、缩短冶炼时间，降低吨钢电耗和过程操作成本具有重大的意义。
与转炉炼钢过程的控制模型相比，电弧炉过程控制模型的实现难度较大。
本模型通过理论研究和现场实践，获得了良好的精度，能给应用企业带来了显著的经济效益。
热处理过程中相变动力学的数值模拟研究
热处理过程中相变动力学的数值模拟研究热处理是一种常用的金属材料加工方法，通过控制材料的加热和冷却过程，可以改变其组织结构和性能，从而提高材料的力学性能和耐腐蚀性能。
在热处理过程中，相变动力学是一个关键的研究领域，它可以帮助我们深入了解材料的相变行为和相变机制，并且为优化热处理工艺提供指导。
近些年来，随着数值模拟技术的快速发展，越来越多的研究者开始应用数值模拟方法来研究热处理过程中的相变动力学现象。
数值模拟是利用计算机和数值计算方法对实际物理过程进行模拟和计算的一种方法。
在热处理过程中，数值模拟可以通过建立热传导方程、质量守恒方程和能量守恒方程等数学模型，来模拟材料的加热和冷却过程，并预测材料的相变行为。
首先，数值模拟可以帮助我们研究材料的加热过程。
在热处理过程中，材料通常需要在高温环境下进行加热，以改变其组织结构。
数值模拟可以通过求解热传导方程，来模拟材料的温度分布和温度变化过程。
通过数值模拟，我们可以了解材料的加热速度、温度分布和热传导性能等因素对相变行为的影响，从而优化加热工艺，提高相变效率。
其次，数值模拟还可以帮助我们研究材料的冷却过程。
在热处理过程中，材料通常需要在适当的冷却速率下进行冷却，以稳定和固定其新的组织结构。
数值模拟可以通过求解热传导方程和质量守恒方程，来模拟材料的冷却过程和相变行为。
通过数值模拟，我们可以了解不同冷却速率对相变产物和组织结构的影响，从而选择合适的冷却条件，使得材料的性能得到最优化。
此外，数值模拟还可以帮助我们研究材料的相变动力学行为。
相变动力学是研究材料相变速率与温度、时间和组织结构之间关系的学科。
数值模拟可以通过建立热传导方程、质量守恒方程和能量守恒方程等数学模型，来模拟材料的相变过程和相变动力学行为。
通过数值模拟，我们可以了解相变的起始温度、相变速率和相变路径等关键参数，从而指导热处理工艺的优化和相变行为的控制。
在进行热处理过程中的数值模拟研究时，我们需要考虑以下几个关键因素。
交直流电弧炉电能质量特性对比分析
１ 前言 钢铁行业是碳排放重点领域，在“双碳”目标驱动下，
钢铁行业低碳转型迫在眉睫。２０２０年 １２月 ３１日，国家工 信部发布了《关 于 推 动 钢 铁 工 业 高 质 量 发 展 的 指 导 意 见 （征求意见稿）》。《意见》提出，更好发挥电弧炉短流程炼 钢企业绿色低碳、市场调节的作用，有序引导电弧炉短流 程炼钢 发 展。预 计 到 ２０２５年，电 炉 炼 钢 占 比 将 超 过 １５％，电弧炉炼钢将迎来新的发展契机，绿色化和智能化 是电弧炉炼钢技术的未来发展趋势［１］。
电抗器可用于调节交流电弧炉的运行功率因数、降低投运
时的励磁涌流等。直流电弧炉电极通过直流电抗器、晶闸 管全控桥整流器、整流变压器连接到中压配电网［７］，交流
电弧炉和直流电弧炉的基本构成如图 １所示。
DCL
B
C
电弧炉是一种典型的非线性冲击负荷，冶炼过程中引 起电网电压波动和闪变、三相不平衡、电压畸变等电能质 量问题，降低配电网电能质量运行水平，增加冶炼损耗，降
低冶炼质量［２，３］。近年来，随着大容量整流器件的快速发 展，直流电弧炉的可靠性和稳定性得到提升，因其在吨钢 电耗、电极损耗、噪音等方面的优势，直流电弧炉再次受到 钢铁行业的重视，２０２１年石钢投运了 ２台 １３０吨直流电弧 炉，运行情况良好。直流电弧炉在电路拓扑、控制原理及 电能质量特性等方面与交流电弧炉存在显著差异，研究学 者对交流电弧炉电能质量特性及其治理技术开展了广泛 而深入的研究［４，５］，但对直流电弧炉电能质量特性及治理 技术的研究较少。本文结合交、直流电弧炉的冶炼工艺、 供电架构及控制原理，基于实测运行数据，对交流电弧炉 和直流电弧炉的功率特性、闪变特性、谐波特性和不平衡 特性进行了对比分析，揭示了大容量交直流电弧炉的电能
电弧炉氧化法炼钢基本工艺过程
电弧炉氧化法炼钢基本工艺过程电弧炉氧化法炼钢基本工艺过程一、引言电弧炉氧化法炼钢是一种常见的钢铁冶炼工艺，通过高温电弧和氧化反应，将生铁或废钢中的杂质氧化除去，从而得到高质量的钢铁产品。
本文将深入探讨电弧炉氧化法炼钢的基本工艺过程，以便读者更全面地了解这一重要的工业技术。
二、电弧炉氧化法炼钢的基本工艺过程1. 原料准备在进行电弧炉氧化法炼钢之前，首先需要准备原料。
通常情况下，原料包括废钢、生铁、废钢与生铁的混合物等。
这些原料需要经过严格的筛选和清洗，以去除杂质，并保证原料的质量达到工艺要求。
2. 熔化过程将准备好的原料装入电弧炉中，通过电弧加热原料，使之达到熔化状态。
在此过程中，控制炉温、电极位置和电弧强度等参数非常关键，以确保原料充分熔化，同时避免过度燃烧和能量损失。
3. 氧化反应一旦原料达到熔化状态，需要向炉内注入氧气。
氧气与炉内的杂质和有害物质发生氧化反应，将它们转化为气态或固态氧化物，然后通过炉顶排放出去。
这个过程是电弧炉氧化法炼钢的核心步骤，能够有效去除硫、磷等有害元素，提高钢铁的质量。
4. 合金添加根据产品要求，可以向炉内添加合金元素，如锰、铬、镍等，以调整钢的成分和性能，并提高其品质。
5. 流化处理经过氧化反应和合金添加后，需要对炉内的钢液进行流化处理。
这一步骤可以通过机械振动或气体吹扫等方式实现，有助于去除气泡和夹杂物，提高钢液的纯度和均匀度。
6. 浇铸成型在钢液达到理想状态后，可以进行浇铸成型。
将钢液倒入模具中，凝固成型，得到成品钢铁产品，如钢板、钢管等。
三、总结与回顾电弧炉氧化法炼钢是一种高效、灵活的冶炼工艺，能够通过氧化反应和流化处理等步骤，有效去除杂质，提高钢的质量。
该工艺还可以利用废钢资源，实现循环利用，对环保具有重要意义。
然而，电弧炉氧化法炼钢也面临能耗高、设备投资大的挑战，需要不断优化工艺流程，降低生产成本。
四、个人观点与理解电弧炉氧化法炼钢是一种技术含量较高的工艺，对操作者的经验和技能要求较高。
直流等离子电弧炉工作原理
直流等离子电弧炉工作原理
直流等离子电弧炉是一种利用高温等离子体加热和熔化金属的设备。
其工作原理如下：
1. 电弧放电：通过电极引出的电流在两极之间形成电弧，电弧产生的高温等离子体加热和熔化了金属。
2. 等离子体形成：电弧放电产生的高温等离子体在炉膛内形成，等离子体的温度可达到几千度甚至更高。
3. 等离子体传热：等离子体通过辐射、对流和传导等方式将热量传递给金属，使金属加热和熔化。
4. 金属熔化：金属在高温等离子体的作用下逐渐熔化，形成液态金属。
5. 熔池混合：炉膛内的液态金属在等离子体的作用下不断混合，使金属成分均匀。
6. 熔池升降：炉膛内的熔池通过升降机构控制其高度，以便进行不同的处理和操作。
7. 熔池冷却：炉膛内的熔池通过冷却系统进行冷却，使其凝固成所需的形状和尺寸。
总之，直流等离子电弧炉利用电弧放电产生高温等离子体，通过等离子体传热和熔池混合等过程使金属加热和熔化，从而实现金属加工和冶炼。
超高功率废钢预热型直流电弧炉物料优化计算模型
超高功率废钢预热型直流电弧炉物料优化计算模型
朱立光;李港湾;郑亚旭;杨琰丽;郭志红;霍彦朋;丁志军;王波
【期刊名称】《河北冶金》
【年(卷),期】2022()6
【摘要】为实现废钢预热型超高功率电弧炉各种钢铁料的合理配比,以配料成本最低为目标,建立了配料和合金化优化模型。
同时,为了优化冶炼参数和各项消耗指标,对物料平衡和热平衡进行了计算。
物料平衡计算结果显示,金属收得率为96.4%,等效石灰消耗量为34.1 kg/t钢,与实际生产指标相符;根据实际冶炼平均总电耗为360 kW·h/t钢进行的热量平衡计算结果显示,熔化期的热量损失占全部热量损失的80%以上,主要原因是电弧辐射散热太多。
通过提前造泡沫渣埋弧加热减少辐射散热,以及调整竖井内废钢的布料方式使高温烟气与废钢充分换热,提高废钢预热温度,可将电耗控制在340 kW·h/t钢以下。
【总页数】7页(P7-13)
【作者】朱立光;李港湾;郑亚旭;杨琰丽;郭志红;霍彦朋;丁志军;王波
【作者单位】河北科技大学材料科学与工程学院;河北省材料近净成形技术重点实验室;河北科技大学信息科学与工程学院;河钢集团石钢公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG142.1
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电弧炉炼钢毕业设计
电弧炉炼钢毕业设计电弧炉炼钢毕业设计概述电弧炉炼钢是一种常见的钢铁冶炼方法，它利用高温电弧将废钢或原料加热至熔化状态，再通过冶炼反应使其达到所需的化学成分和物理性能。
本文将探讨电弧炉炼钢的工艺流程、设备及其在钢铁行业中的应用。
工艺流程电弧炉炼钢的工艺流程主要包括预处理、熔炼和精炼三个阶段。
首先，废钢或原料经过预处理，包括切割、分类和清洁等步骤，以确保炉料的质量和均匀性。
接下来，将炉料放入电弧炉中，通过电极产生高温电弧，将炉料加热至熔化状态。
在熔炼过程中，可以根据需要添加合金元素和脱氧剂等，以调整钢的化学成分和性能。
最后，通过精炼操作，去除炉中的杂质和气体，使钢水达到所需的纯净度和均匀性。
设备电弧炉是电弧炼钢的核心设备，它由炉体、电极和电源等部分组成。
炉体通常采用耐火材料构建，以承受高温和化学侵蚀。
电极是通过电流引导电弧产生热量的部分，通常由碳电极或钢电极组成。
电源则提供电能供电弧产生。
此外，电弧炉还配备了底吹氧气和喷吹煤粉等设备，以进一步调节炉内气氛和化学反应。
应用电弧炉炼钢在钢铁行业中有广泛的应用。
首先，它可以利用废钢和回收材料进行冶炼，实现资源的再利用和环境的保护。
其次，电弧炉炼钢具有灵活性强、生产周期短等优点，适用于小批量、多品种的钢铁生产。
此外，电弧炉还可以通过调整冶炼条件，生产出各种特殊钢和合金钢，满足不同行业对材料性能的需求。
因此，电弧炉炼钢在汽车制造、船舶建造、机械制造等行业中得到广泛应用。
挑战与展望尽管电弧炉炼钢有很多优点，但也面临一些挑战。
首先，电弧炉炼钢的能耗较高，需要大量的电能供应。
其次，电弧炉冶炼过程中产生的烟尘和废气对环境造成一定的污染。
因此，如何提高电弧炉的能效和减少环境污染是当前的研究重点。
未来，随着科技的不断进步，电弧炉炼钢技术将不断发展。
一方面，将出现更高效、更节能的电弧炉设备，以降低能耗和提高生产效率。
另一方面，将研发更环保的冶炼工艺，减少废气和废水的排放。
此外，随着新材料和新工艺的不断涌现，电弧炉炼钢将在钢铁行业中发挥更重要的作用。
SteelUniversity电炉模拟指南
6.1.1 用户界面........................................................................................................... 6 6.2 加入废钢.........................................................................................................................7
2.1 基本概念........................................................................................................................ 2 2.2 升温和熔化 .................................................................................................................... 2 2.3 其它操作规程 ................................................................................................................ 2 3 模拟目标.........................................................................................................3 4 模拟选择.........................................................................................................3 4.1 模拟速度........................................................................................................................ 3 4.2 目标钢种........................................................................................................................ 3 5 制定计划.........................................................................................................4 6 准备废钢.........................................................................................................5 6.1 选择废钢.........................................................................................................................5
直流电弧炉的传热
的稳 定 。
电弧 南阴极 区 （ 墨 电极端 面 附近 ）、电弧 梓 石 区 、阳极 区 （ 废钢或 钢 液表 面附 近 ）构成 。阴极 区
展 。近年 内也 相继 建设 并投 产多 台大 型直 流 电弧 炉 。直流 电弧炉 已成 为重要 的冶炼 设备 ，由于直 流 电弧所具 有 的特 征 ，直流 电 弧炉在 传热 上也 表现 出
ａ ｅｉ ｔ ｄ ｃ ｄ． ｒ ｒ ｕ ｅ ｎ ｏ Ｋｅ ｏ ｄ ： ｉ ｃ ｕ ｒ ｎ ； ｌ ｔ ｃａ ｃｆ ｒ ａ ｅ ｈ ｔ ｒ ｓｅ ｙＷ ｒ ｓ ｄ ｒ ｔ ｒｅ ｔ ｅｅ ｒ ｒ ｕ ｎ ｃ ； ｅ ａ ｆｒ ｅ ｃ ｃ ｉ ａ ｔｎ
与 交流 电弧炉相 比 ，直流 电弧 炉具 有 电极消 耗 低 、冶炼 电耗低 、电压 闪烁低 、炉 子设 备简 单等 优
ＨＥＡＴ ＴＲＡＮＳＩ Ｒ Ｎ 砸： Ｉ ＤＣ ＥＬＥＣＴＲＩ ＡＲＣ Ｃ ＦＵＲＮＡＣＥ
ＱＩ Ｏ ｉｇｗ Ａ Ｘｎ－ ｕ
（ ｈｅ Ｅ ｏ ｏ ｓＯ ｆ ｅＳ ｉａｈａ ｇＩ ｎａｄＳｅｌ ｏ ａｙ Ｓ ｉａｈ ａｇ Ｈ ｂｉ０ ０ ３ ） Ｃ ｉ ｃ ｎｍｉ ｆ ｃ， ｈ ｉ ｕｎ ｏ ｔｅＣ ｍｐ ， ｈ ｉ ｕ 、 ｅｅ， ５０ １ ｆ ｔ ｉ ｊｚ ｒ ｎ ｎ ｊｚ ｎ
冲击 几乎呈 垂直作用 ，因 而对钢 水 的推 下效 果更加
显 著 ：电弧推力决 定于 电弧 电流 的大小 （ 比于 电 正 弧 电流的平方 ），钢 液推 下 量随 电弧 电流 的增 大 而 迅速增 大 。对于大 直流 电 弧炉 的钢水 推下 作用是 不 可忽视 的 ，但 Ｆ 于它 只是 对钢 液表 面的特定 部分 ｝ １ 的作 用 ，与直流电 弧电 流引起 的对钢液 的 电磁力搅
100吨直流电弧炉冶炼技术操作规程
100吨直流电弧炉冶炼技术操作规程第三章 100吨直流电弧炉冶炼技术操作规程第⼀节留钢留渣操作⼯艺⼀、废钢配（装）料1、配料原则保证冶炼过程的顺利进⾏，达到预期的钢种质量要求。
合理⽤料，经济配料，既满⾜品种质量要求，⼜降低成本。
2、配料⽅案●需通电（1）⽆铁⽔供应时：每炉配料可根据废钢状况合理配料，配料次数为2—4料篮，⽣铁配⼊量20—40t，分批装在第⼀料篮和第⼆料篮的中下部位，⽣铁不得配在第三和第四篮料内。
（2）有铁⽔供应时：根据废钢状况，每炉配料应装2—3料篮，尽量减少加料次数，具体每篮料的装⼊量按照技术中⼼配料通知单执⾏，料型合理搭配，防⽌电炉压料。
●不通电电炉炉长根据铁⽔（重量、温度、铁⽔Si含量等）情况，参照以下配料⽅案进⾏配料：好⼀个15～20吨左右废钢料篮。
开新炉在上表基础上减少废钢5吨、增加铁⽔15吨。
换炉停炉前最后⼀炉在上表基础上减少10吨废钢、5吨铁⽔。
当铁⽔量不⾜或波动⼤时，及时调整以确保电炉出钢温度满⾜⼯艺卡要求，3、炼钢使⽤的原材料应符合第⼆章“炼钢原材料技术标准和要求”中的规定。
使⽤铁合⾦应详细了解成份并符合技术条件，按顺序加⼊前需称量。
4、所配钢铁料需准确计算，收得率按90%计算。
5、料篮装料要严格按配料单进⾏，并由作业长签字确认。
料篮装料的次序：料篮底部铺⼀层轻碎废钢，然后平稳地装⼊重型废钢；中间装⼊中型废钢；上部为⼩型废钢和轻型废钢填空。
不易导电的炉料，不允许装在料篮中央，即电极下部。
每料篮靠炉门⼝侧的废钢应装轻薄料,⼤块料应配在第⼀篮中下部，底部配⼊3～5t轻薄料。
6、料篮装料⾼度不得⾼出料篮上限线，不能装⼊超过标准的⼤块板状废钢。
若发现有爆炸物品、密封容器、有⾊⾦属等，必须拣除。
7、每次料篮装完后，应⽰明炉号以及进料的次数和次序。
8、为保证⽣产节奏，每炉装料时间不得超过规定时间，若有设备、仪器出现故障，必须及时与有关检修部门联系，并⽴即修复好。
⼆、炉体和底电极的维护及进料前的准备。
直流电弧炉工作原理
直流电弧炉工作原理直流电弧炉是一种常用于冶金和炼钢行业的设备，它能够通过电弧的高温作用将废钢、废铁和其他金属材料加热熔化，以进行再生利用或制造新的金属制品。
其工作原理是利用直流电流通过电极产生电弧，将电能转化为热能，使金属材料达到熔点。
直流电弧炉由炉体、电极系统、电源系统和控制系统等主要部分组成。
炉体通常采用水冷结构，以承受高温和强热冲击。
电极系统包括两个电极，分别为阳极和阴极，它们与电源相连并通过电弧连接，形成一个封闭的电路。
电源系统提供直流电流，通常采用大功率整流器和变压器来提供所需的高电压和大电流。
控制系统用于监控和调节电弧炉的工作参数，如电流、电压、电弧稳定性等。
当电弧炉开始工作时，通过控制系统将电源接通，电流流经阳极和阴极之间，产生电弧。
电弧的高温能够将金属材料加热至熔化点，使其变为液态。
在电弧炉中，阳极通常是被熔化的金属材料，而阴极则是固定不动的电极。
阳极上的金属材料逐渐熔化，并通过电磁力的作用被吸引到阴极上，形成液态金属池。
同时，电弧的高温还能够将废气中的杂质燃烧掉，从而净化金属材料。
直流电弧炉具有许多优点。
首先，由于电弧的高温作用，它能够加热金属材料的速度非常快，从而提高了生产效率。
其次，直流电弧炉能够对不同种类的金属材料进行加热，具有很高的灵活性。
此外，电弧炉对废钢、废铁等废料的利用率非常高，能够有效减少资源浪费，具有环保和经济的优势。
然而，直流电弧炉也存在一些问题。
首先，由于电弧的高温和强热冲击，电极和炉体的寿命较短，需要经常更换。
其次，电弧炉在工作过程中会产生大量的烟尘和废气，对环境造成污染。
此外，电弧炉的能耗较高，需要大量的电力供应。
为了提高直流电弧炉的效率和环保性，人们不断进行技术改进和创新。
例如，采用自动控制系统可以更精确地控制电弧炉的工作参数，提高加热效率和产品质量。
另外，通过改进电极和炉体的材料，可以延长设备的使用寿命。
同时，研发新型的电弧炉燃烧系统，可以减少废气的排放，实现更清洁的生产。
电弧炉炼钢
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3.碱性及酸性电弧炉
第1章 电弧炉炼钢
碱性电弧炉
酸性电弧炉
炉衬材料 MgO、CaCO3
SiO2
造渣材料 以石灰为主
以石英砂为主
特点
可有效去除有害杂质 元素P、S等，可冶炼 高级优质钢
无法去除P、S等有害杂 质，造长渣，不易散热， 保温效果好，钢水流动性 好，夹杂为酸性渣，对钢 性能有优良作用。故一般 铸造厂选酸性渣
5.2.2新车间
150t、100t地磅各一套；30t（22000）、50t（32000） EBT高功率电弧炉各1台；40t（9000）、60t（14000）LF （VD）5工位精炼炉各1台，真空机械泵2套；VC铸锭坑6 座，VC罐车2台，天车24台，最大起重200t，天车轨面高 度24m，厂房面积约4.8wm2。检验设备有美国LECO公司 氧氮氢联合分析仪和ThermoARL3400直读光谱仪 。
这几个阶段组成
① 扒补炉：快补落衬
② 装料：大小中料
③ 熔化期：穿井 大电压，小电流；熔化 大电压，大电流；末期 小电压，大电 流加吹氧。
④ 氧化期：操作加矿或吹氧或矿氧结合 目标：终点C满足要求，P低于规格一 半，温度高于出钢温度20℃，任务去气 体夹杂。
⑤ 还原期：任务调成分，S高于规格一半， 温度满足出钢要求，目标去[O]。
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第2章 电弧炉设备
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第2章 电弧炉设备
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1.电弧炉机械设备
第2章 电弧炉设备
1.2电炉炉体 炉体是电弧炉最主要的装置，它用来熔化和进行各
种冶金反应。电弧炉炉体由金属构件和耐火材料砌筑成的 炉衬两部分组成。炉体的金属构件包括炉壳、炉门、出钢 口、炉盖圈和电极密封圈。炉壳是用钢板焊接成的，其上 部有加固圈。大炉子上部往往做双层的，中间同冷却水。 供门供观察炉内情况及扒渣、取样、加料等操作，炉门口 平时用炉门掩盖。炉门一般通水冷却。小型电炉的炉门盖 需人工启闭，大炉子用压缩空气或油压机等启闭。
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1前言
众所周知，在电弧炉中，废钢是以电弧为主要热源来进行熔化的。
自直流电弧炉出现以后，直流电弧的传热机理、传热特性及偏弧现象
等一直是研究者所关
注的核心问题。
围绕此类问题，研究者们作了大量的研
究（包括物理模拟和数学模拟）。
文献[3]对直流电弧炉相关研究的历史和发展状况作了较为详细的总结。
针对电弧传热的数学模拟研究相对较晚，1983年J.Szekely 和J.Mckelliger 等第一次应用数学方法描述了直流电弧炉电弧区与熔池内的传热，以及对熔池的搅拌效果，并对50kA 电弧等离子的速度场、温度场、传向金属熔池的热流束、热平衡作了计算，同时考察了电弧长度对传热效果的影响。
1987年G.Baker 和J.Szekely 发表了针对实验室规模直流电弧炉内金属块与电弧等离子体接触熔化过程的数学模拟结果，并认为主要传热方式为对流，且传热量随着电流、电弧长度、气体流速的增大而增大，但是电弧传热效率随着气流速度的增大仅有微弱的增加，这是因为增加的电流和电弧的长度同时也使得电弧的辐射热损增加。
F.Qian 等建立了相近的模型，
计算结果表明，电弧长度对于电弧区温度和速度分布的影响显著，电弧区气体的速度可达到1000m/s ，对于50～60kA 、长度为25cm 电弧，其传热效率仅为27%，而基于实际过程的热平衡分析则表明电弧的热效率在55%～66%之间。
类似的还有焊接过程中电弧传热和熔池传热过程相耦合的模型研究。
该模型将电弧热源处理成特定的边界热流，熔池简化为固定的几何尺寸和形状，并采用各向异性的传导系数来评估熔池中轴向和径向两种对流方式对热量传递的影响。
电弧炉炉料的熔化是个很复杂的过程，受到多种因素的影响。
Szekely 认为处理的困难主要在于废钢料床熔化剥离过程的描述上，并指出可以从总体热平衡的角度来获得对熔化过程的近似表达。
A.H.Catillejios
则
认为困难在于熔化的钢液滴落渗透过程中对未熔化疏松介质（料堆）的热量传输机制上。
Preisman 等从总体热平衡的角度出发，提出了一个适应输入功率改变和留钢操作的经验模型，用以预报废钢的熔化时间和电能消耗，该模型的主要假设有:废钢采用平均的导热系数，忽略化学反应热，忽略废钢堆中气体的隔热作用，通过理论计算确定装入炉料的所需电耗，以及对炉气和冷却水的测量，可以对总体的热损失进行评估。
文献[2，3]基于热平衡原理，将电弧热、化学热及熔化潜热处理为等效的内热源，建立了二维非稳态的废钢熔化传热模型，并利用熔化期电耗和时间两个指标，间接验证了熔化模型的合理性，基本上反映了电弧炉的熔化过程。
直流电弧炉电弧加热废钢熔化过程数学模型及其数值模拟
李
青
（宝钢集团
上海第一钢铁有限公司技术中心，上海200431）
摘要：在详细地分析了电弧传热和废钢熔化过程的基础上，建立了完整的废钢熔化过程数学模型。
该模型可以适应不同电弧炉的不同装料制度，模拟电弧炉的穿井和塌料过程，并能在自电弧炉熔化起始直至废钢完全熔清的全阶段上进行数值模拟。
模型计算结果可以反映实际生产情况，完善后的数学模型为工艺优化及过程控制等奠定了坚实的理论基础。
关键词：直流电弧炉；废钢熔化；过程模拟中图分类号：TM924.4；TF062憲
文献标识码：A
文章编号：1002-1639(2005)04-0005-06
Mathematical Model and Numerical Modeling of Scrap Melting Process Heating by Electric Arc in DC EAF LI Qing
（T echnical Center,Shanghai No.1Iron &Steel Co.,Ltd.,Baosteel Group,Shanghai 200431,China ）
Abstract:Based on detailed analysis of heat transfer of electric arc and scrap melting process,an integrated model was estab-lished.The model could be adapted in various EAF with different charge ing the model,the full process of scrap melting from the beginning to the melt end could be simulated,including moving and boring of the electrode and collapsing of the scrap simultaneously.The calculated results concurred with practical process and experience reasonably.The improved model would provide academic base for process optimization and operation control.Key words:DC EAF ；scrap melting ；process simulation
收稿日期：2005-02-24；修回日期：2005-06-06
基金项目：上海市科学技术委员会资助项目（04R214203）作者简介：李青（1973-），男，安徽人，博士，同济大学机械
工程博士后流动站，从事钢冶炼过程数学模型及仿真研究.
前言
我国能源构成以煤为主，燃煤造成的环境污染已十分严重。
据资料估算，燃煤排放的主要大气污染物，如粉尘，SO 2，NO X ，CO 2等，总量约占整个燃料燃烧排放量的96%。
其中，燃煤排放的SO 2占各类污染源总排放量的87%，排放的粉尘占总排放量的60%，排放的NO X 占总排放量的67%，排放的CO 2占总排放量的71%。
SO 2和NO X 使酸雨的形成更加严重，CO 2使温室效应加剧。
因此，世界各国都在采取切实有效的措施控制SO 2，NO X ，CO 2的排放，其中最重要的是煤的高效低污染燃烧技术。
煤的富氧燃烧具有明显的节能与环保效益，是煤的高效
低污染燃烧技术之一。
2
Effects Analyses of Coal Oxygen-rich Combustion to Energy Saving and Environment
Abstract:
Key words:。