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真空自耗电弧炉熔炼时的电热计算与技术分析

真空 2007年第2期44卷 51-54页

作者：汶宏伟邹伟李平良杨磊宝鸡钛业股份有限公司陕西宝鸡721014

通过对真空自耗电弧炉熔炼时的热量计算和分析,得出了炉内平均温度。同时研究和计算了与真空自耗电弧炉主要部件有关的接触电阻问题,提出了如何降低接触电阻的方法,并得出了有效解决打弧现象的方法。对真空自耗炉的结构设计,特别是电极... 详细信息

通过对真空自耗电弧炉熔炼时的热量计算和分析,得出了炉内平均温度。同时研究和计算了与真空自耗电弧炉主要部件有关的接触电阻问题,提出了如何降低接触电阻的方法,并得出了有效解决打弧现象的方法。对真空自耗炉的结构设计,特别是电极杆等结构的设计有重要的理论和实践指导意义。

关键词：真空自耗电弧炉热流量接触电阻接触压力充氩熔炼

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真空自耗电弧炉控制系统改造设计与实现

真空自耗电弧炉控制系统改造设计与实现

作者：李宏辉西安电子科技大学

学位级别：硕士

真空自耗电弧炉是当前钛、钢及其相关合金的主力熔炼工业设备,其运行状况的好坏直接影响材料生产质量和生产安全。考虑相关金属对熔炼环境和控制的严苛要求、设备结构和工艺过程的复杂程度以及控制策略实现的难度,电弧炉的研究设计是一... 详细信息

真空自耗电弧炉是当前钛、钢及其相关合金的主力熔炼工业设备,其运行状况的好坏直接影响材料生产质量和生产安全。考虑相关金属对熔炼环境和控制的严苛要求、设备结构和工艺过程的复杂程度以及控制策略实现的难度,电弧炉的研究设计是一项非常繁杂的课题。利用包含特殊策略的自动控制技术可以控制、改良生产的整个过程。考虑国外等领先的应用技术,研究设计适应具体工程情况的电弧炉控制系统对提升目前金属加工效能有相当大的作用。在研读和对比同一领域相关知识的基础上,本文首先概述了文章后续不同方面的研究现状和趋势。以熔炼机理为核心,细致的展开叙述了设备组成、关键工艺节点及其控制特性,梳理了参数关系。深入分析了可逆调速原理,建立了直流电动机数学模型。在PID控制算法基础上,利用工程设计方法,分步详细设计了三闭环弧压控制方案,引入与实际熔速相关的前馈控制,并给出了控制规律。选用变参数PID来应对不同熔炼阶段的熔速控制。剖解了由于电压、电流耦合导致以上两个控制模式互相干扰的问题,给出了有关平缓稳定控制等的应对措施。考虑实际情况,利用Matlab/Simulink平台对三闭环控制方案进行了搭建和仿真,结果表明其具有很好的跟踪等性能。结合宝钛集团电弧炉技改项目实施情况,真空自耗电弧炉控制系统以S7-300PLC为控制核心,结合数字直流调速器、上位机、工业总线等共同组成硬件基础。搭建了核心的弧压系统硬件框架,设计了通信网络架构,并给出相关参数和具体配置方法。之后,在工艺流程的基础上,分别设计了主程序、分系统的软件算法。在Intouch组态软件中,建立了与下位机的通信,开发了系统的监控功能。实现了控制系统高精度、集中式、数字化控制。最终通过项目中设备的性能测试,验证了本文研究设计的可行性,实现了控制系统高性能的目标。

关键词：真空自耗电弧炉三闭环弧压控制前馈控制变参数PID 耦合工业总线上位机

真空自耗电弧炉数学模型的实验研究及控制策略

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真空自耗电弧炉数学模型的实验研究及控制策略

作者：杨永维重庆大学

学位级别：硕士

真空自耗电弧炉是冶炼钛及高品质合金钢的十分重要和不可替代的关键设备。随我国航空航天、国防军工及民用工业中钛及其合金的广泛应用,自主研制真空自耗电弧炉及配套的控制系统无疑具有重要的现实意义和应用价值。在与宝鸡稀有金属装... 详细信息

真空自耗电弧炉是冶炼钛及高品质合金钢的十分重要和不可替代的关键设备。随我国航空航天、国防军工及民用工业中钛及其合金的广泛应用,自主研制真空自耗电弧炉及配套的控制系统无疑具有重要的现实意义和应用价值。在与宝鸡稀有金属装备设计研制所合作研制2吨、3吨真空自耗电弧炉自动控制系统的基础上,本文对实践工作进行了总结与提高,根据现场经验和深入研究,论文的主要内容有:以3吨真空自耗电弧炉为具体研究对象,通过对目前国内外相关领域的了解和学习,阐述了真空自耗电弧炉控制技术应用研究的现状;分析了真空自耗电弧熔炼原理,介绍了真空自耗电弧炉控制系统的组成,论述了真空自耗电弧炉工艺特征及在熔炼过程中主要参数对控制系统的影响情况,在此基础上建立了控制系统模型结构;讨论了真空自耗电弧的特性及加热原理,通过实验的方法,分析了电极材料、电弧电流、电弧电压和熔化速率对广义熔速对象的影响,拟合了电弧电流-熔化速率的广义熔速对象数学模型,并通过MATLAB中的SIMULINK工具进行了仿真。针对真空自耗电弧炉熔炼过程中强耦合、非线性、大滞后、参数时变性等诸多不利特点,分析多种控制算法,在宝鸡稀有金属装备设计研制所十多年的设计和现场操作经验基础上,完成了利用模糊推理进行PID参数在线整定的控制算法设计,实现了PID参数的在线模糊自整定。并在实验室用MATLAB软件进行了算法仿真比较。结果表明模糊自适应整定PID控制更优。根据真空自耗电弧炉控制系统的设计需求,采用西门子公司S7-400系列可编程控制器组成分布式网络体系结构的控制系统,并通过组态软件WinCC完成了监控系统的开发,大大改善了电弧炉的操作特性。

关键词：真空自耗电弧炉实验模型模糊自适应整定PID控制 PLC

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真空自耗电弧炉熔速控制策略的研究与应用

真空自耗电弧炉熔速控制策略的研究与应用

作者：张毅西安石油大学

学位级别：硕士

熔速控制是真空自耗电弧炉铸锭结晶工艺控制的关键，直接关系到产品的质量与产量。考虑到熔炼电弧的不稳定性以及弧压与弧流的强耦合性，并针对真空自耗电弧炉熔速控制大滞后、非线性的特点，提出了一种“先解耦，再控制”的熔速控制思... 详细信息

熔速控制是真空自耗电弧炉铸锭结晶工艺控制的关键，直接关系到产品的质量与产量。考虑到熔炼电弧的不稳定性以及弧压与弧流的强耦合性，并针对真空自耗电弧炉熔速控制大滞后、非线性的特点，提出了一种“先解耦，再控制”的熔速控制思想，对实现高质量、高效率的熔速控制具有很大的意义本文通过分析电弧熔炼工艺以及熔速控制相关参数，结合生产实际情况建立了熔速控制的数学模型，在分析熔炼电弧结构与静动态特性的基础上，针对弧压与弧流强耦合性的特点，确立了一种双输入双输出的解耦PID控制方案，实现对系统耦合动态补偿;同时在熔速控制模型的基础上针对熔速控制中存在的大滞后、非线性、强扰动等特点，设计出一种基于模糊PID的熔速控制器，通过推理知识库，按照控制系统的动态运行情况，使用模糊推理，完成对PID参数的自整定，达到对电弧炉熔速的高效控制，保证了真空自耗电弧炉熔炼的稳定进行。根据现场情况，对实际生产中熔炼电流与电压等参数进行数据分析，确定了该策略能有效的克服熔速控制中出现的问题，为真空自耗电弧炉熔炼系统提供高效、稳定的控制效果，有广泛的应用推广价值。

关键词：真空自耗电弧炉熔速控制解耦模糊PID

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真空自耗电弧炉无功补偿技术的研究与应用

真空自耗电弧炉无功补偿技术的研究与应用

作者：田炳西安石油大学

学位级别：硕士

真空自耗电弧炉是钛及钛合金冶炼的核心设备。电弧炉运行期间，功率因数低，谐波含量较高，严重的影响了真空自耗电弧炉的熔炼效率和运行的稳定性，对供电系统的电能质量也造成污染。因此，针对电弧炉无功功率与谐波含量变化的特点，研... 详细信息

真空自耗电弧炉是钛及钛合金冶炼的核心设备。电弧炉运行期间，功率因数低，谐波含量较高，严重的影响了真空自耗电弧炉的熔炼效率和运行的稳定性，对供电系统的电能质量也造成污染。因此，针对电弧炉无功功率与谐波含量变化的特点，研究真空自耗电弧炉无功补偿与谐波抑制技术具有十分重要的意义。本文首先对真空自耗电弧炉的设备构成和熔炼工艺进行了分析，电弧炉的熔炼一般分为起弧阶段、熔炼阶段和补缩阶段。不同的熔炼阶段，电弧炉的无功功率和谐波含量会不同，对供电系统电能质量的影响也不同。针对真空自耗电弧炉的设备和工艺特点，进行电弧炉的动态无功补偿，本文选择晶闸管投切电容器（TSC-Thyristor SwitchedCapacitor）无功补偿系统作为真空自耗电弧炉的无功补偿装置。TSC无功补偿系统由无功补偿智能控制器和补偿滤波单元两部分组成。智能控制器对经过电路处理和变换的电压、电流信号进行ADC采集，通过FFT算法计算出系统的实时参数;然后依据计算出的系统参数和控制策略来控制补偿滤波单元的投切。补偿滤波单元通过合理的参数设计，在实现对电弧炉进行无功补偿的同时，也可以对系统中部分谐波进行抑制。运行测试表明，TSC无功补偿系统不但可以有效的对真空自耗电弧炉的无功功率进行动态补偿，而且对系统的谐波也有抑制作用。降低了真空自耗电弧炉的单位产品电能消耗，提高了真空自耗电弧炉运行的稳定性，改善了电网的电能质量，具有典型的推广价值。

关键词：真空自耗电弧炉无功补偿 TSC FFT

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真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制系统研究

真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制系统研究

作者：刘昕西安石油大学

学位级别：硕士

真空自耗电弧炉是钛及其合金等稀有金属冶炼的重要设备,稳弧搅拌控制系统改善铸锭的质量,其工艺参数的控制对铸锭质量有直接影响。因此,研究真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制系统具有十分重要的意义。首先介绍了真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制... 详细信息

真空自耗电弧炉是钛及其合金等稀有金属冶炼的重要设备,稳弧搅拌控制系统改善铸锭的质量,其工艺参数的控制对铸锭质量有直接影响。因此,研究真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制系统具有十分重要的意义。首先介绍了真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制系统的组成和特点,分析电弧炉在起弧阶段、熔炼阶段和补缩阶段三个不同阶段稳弧搅拌系统的工艺特点,并提出系统控制需求。通过分析铸锭与稳弧搅拌电流的关联关系,建立SQL SEVER数据库,实现了稳弧搅拌电流的自动匹配与设定;在此基础上,针对熔炼过程中钛元素的导磁影响,分析外加纵向磁场及炉内温度场,得出稳弧搅拌电流二阶控制模型,并设计基于Fuzzy-PID控制的稳弧搅拌控制策略。采用Profibus-DP和工业以太网的多总线结构,设计了工控机(IPC)+PLC+智能仪表的集散控制系统,对熔炼过程进行自动检测与控制;通过上位组态软件开发系统人机界面,实现稳弧搅拌控制过程中的工况显示、数据显示与设定、工艺曲线、报警等功能,提高系统的可操作性。真空自耗电弧炉稳弧搅拌控制系统实际运行情况和数据分析表明,该控制系统对稳弧搅拌电流的稳定、精确控制以及改善铸锭结晶有显著效果,实现了稳弧搅拌电流正、反方向快速换向,对金属熔池均匀搅拌,使铸锭晶粒细化,改善合金化条件,提升改进了真空自耗电弧炉系统,具有推广价值。

关键词：真空自耗电弧炉稳弧搅拌电流控制 Fuzzy-PID

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真空自耗电弧炉电极控制系统研究

真空自耗电弧炉电极控制系统研究

作者：葛国秋重庆大学

学位级别：硕士

真空自耗电弧炉也称真空电弧重熔炉,是生产高质量合金例如IN718合金的关键设备。在高真空的环境中,钢锭在电弧的作用下重熔,获得的结晶均匀致密,有害气体成分大幅减少,金属机械性能大大提高。目前我国是世界上最大的合金生产与消费国之... 详细信息

真空自耗电弧炉也称真空电弧重熔炉,是生产高质量合金例如IN718合金的关键设备。在高真空的环境中,钢锭在电弧的作用下重熔,获得的结晶均匀致密,有害气体成分大幅减少,金属机械性能大大提高。目前我国是世界上最大的合金生产与消费国之一,但生产所需的真空自耗电弧炉仍主要依赖进口,自主研制真空自耗电弧炉及配套的控制系统无疑具有重要的应用价值。本文在与宝鸡稀有装备研制所合作项目-抚顺特殊钢厂2吨真空自耗炉自动控制系统设计和调试的基础上,对实践工作进行了总结与提高,在前人的研究的基础上,结合现场实际情况,做了以下工作:以真空自耗电弧炉为具体研究对象,通过目前国内外相关领域的了解和学习,总结出控制技术在真空电弧炉中应用研究的现状;详细描述了电弧炉主要设备以及焊接、起弧、熔炼、热封顶工艺原理以及在此过程中相关参数对系统的影响情况;分析了熔炼电弧的特性,结合国外研究成果和现场数据得出了电弧弧长和弧电压、弧电流之间的关系,并逐步分析了控制系统各个环节的特性,最终形成了控制系统的数学模型,并通过MATLAB中的SIMULINK工具进行了系统的仿真。针对被控对象的特点,分析多种控制算法,先通过SIMULINK进行来的算法仿真,并最终选用增益补偿PID控制算法,在此基础上,详细分析了数据采集中的数据处理、弧压控制、熔速率的计算和控制,并通过PLC编制了相关的程序使之工程化。根据真空自耗电弧炉控制系统的设计需求分析,选用西门子公司S7 400 PLC;根据相关机械和电气设计得到系统I/O统计和传感器选型,对控制系统硬件进行了配置,并通过组态软件WinCC完成了监控系统的开发,大大改善了电弧炉的操作特性。

关键词：真空自耗电弧炉电弧模型增益补偿PID控制 PLC