80t电炉电极升降液压系统分析及数值模拟

论文摘要

现代冶金电炉日趋向大型化、超高功率化发展,其关键液压控制机构如电极升降工作稳定性和可靠性、控制精度和运行速度等指标对冶金电炉实现高效生产、满足生产工艺要求显得至关重要。研究大型电炉液压系统的组成、重要机构的液压系统设计和响应速度与加速度,即液压动作的快速性、灵敏度和制动速度具有很大的现实意义和实际应用价值。二重最新引进的意大利达涅利(DANIELI)公司80t电炉,在使用中发现有电极升降系统响应速度较慢的弱点,工作不稳定的特点,常有碰断电极现象发生,造成停产。论文结合80t电炉的工作状况,对电路的电极调节特征进行了分析,并对电极调节液压系统进行了仿真,论文主要完成了以下主要内容和结论:①结合实际工程经验,提出了电极调节器的设计要求,建立了三相电极调节系统电极控制的数学模型,并对电极之间的相互影响进行了分析;对调节对象放大系数、弧长非灵敏区与设备参数之间关系,以及电弧稳定的条件进行了理论分析,分析表明,调节器弧长非灵敏区与级区电压降a无关,同弧流非灵敏区成正比,并且随着炉子工作电流的减少而减少;随着短网导体感抗的增加和电炉变压器二次电压的降低而增大,此外,ΔI_h还同弧柱梯度β成反比;②对电极调节器的控制策略和控制方法进行了研究,改进了传统的PID控制,改进PID控制具有鲁棒性强、动态响应好、上升时间快、超调小的特点;对液压式电极调节系统的工作原理进行了分析,建立了液压电极调节系统工作模型。对PLC、DCS和FCS三大控制系统之间的优缺点进行了分析,对不同的电极调节控制策略,恒阻抗、恒电流、恒功率之间的差异进行了比较,采用PLC和恒阻抗作为电极调节的控制系统和控制策略;③设计了电极调节系统,详细推导了各环节的数学模型,得到电液比例阀控缸位置系统总的数学模型并绘出该系统的传递函数方框图,带入具体数据用Matlab软件对系统进行了分析,分析得到的结果说明系统的动态性能较好,能满足电炉电极升降的要求。论文的研究结论对电极调节系统的改进具有重要的指导作用,在工程中的实际应用表明可以减小电极的损坏、电能的消耗。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 电弧炉概念介绍
• 1.3 冶金电炉国内外研究现状
• 1.4 电极控制研究现状
• 1.4.1 电极控制器在电弧炉炼钢中的地位
• 1.4.2 电极控制器的发展
• 1.4.3 电弧炉电极控制方法
• 1.5 论文主要研究内容和意义
• 2 电极调节系统模型理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 电弧炉炼钢对电极调节器的要求
• 2.3 调节对象及其特征
• 2.3.1 调节对象放大系数
• 2.3.2 弧长非灵敏区与电弧炉设备参数之间关系
• 2.3.3 调节系统稳定性
• 2.3.4 调节系统开环放大系数
• 2.4 电极控制系统数学模型
• 2.4.1 电弧炉电极控制的数学模型
• 2.4.2 三相交流电极数学模型的建立
• 2.5 小结
• 3 电极调节控制系统分析设计
• 3.1 引言
• 3.2 电极调节器分析
• 3.2.1 电极调节器工作原理
• 3.2.2 液压式电极调节系统的结构
• 3.3 数字电子调节器功能分析
• 3.4 控制系统方案设计分析
• 3.4.1 控制系统的基本特点
• 3.4.2 三大控制系统之间的差异
• 3.4.3 控制系统方案选择
• 3.5 电极调节控制策略
• 3.5.1 恒阻抗调节策略
• 3.5.2 恒电流调节策略
• 3.5.3 恒功率调节策略
• 3.5.4 电极调节控制策略的比较
• 3.6 电极调节控制方法分析
• 3.6.1 PID控制
• 3.6.2 改进PID控制设计
• 3.7 小结
• 4 电炉电极升降液压系统仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 80t电炉电极升降液压系统分析
• 4.3 小结
• 5 结论及展望
• 致谢
• 参考文献