电渣重熔过程仿真与模糊控制

发布时间：2020-09-29 16:40

　　电渣重熔(Electroslag Remelting,简称ESR)是电渣冶金技术的一个重要分支,生产的铸件纯净度高、结构致密、成分均匀、性能优良。电渣重熔系统是一个非线性的复杂系统,随着电渣重熔技术的发展和重熔钢需求量的增长,完善数学模型和优化控制方法十分必要。为此,本文对电渣重熔过程建立较完整的数学模型,通过仿真对模型进行PID控制和模糊PID控制的效果验证,并开发电渣重熔仿真系统实验平台。本文以最典型的单相单极电渣炉为研究对象,学习和研究电渣重熔的基本原理和工艺流程,分析了熔渣、温度、金属熔池等重要因素对重熔过程的影响。对系统的重要环节进行定量分析,包括渣池电阻、系统供电、渣池传热、结晶器冷却水、电极熔化、极间距,确定各个环节的数学模型,并根据数学关系将各个环节串联起来,建立以熔炼电流为控制目标的电渣重熔系统整体模型。在此基础上探讨比对不同的控制方法的控制效果。应用PID控制方法、模糊PID控制方法,分别对电渣重熔系统进行控制,并比较二者在电渣重熔生产过程中的控制效果。经过选择合适的比例、积分、微分参数,PID控制器可以对电渣重熔过程进行较为理想的控制,然而由于普通PID控制器的三个参数均固定,所以在不同熔炼阶段和不同生产条件下,控制效果仍待提高。模糊PID控制器在熔炼过程中动态地整定PID参数,使得PID参数在整个熔炼过程中始终适用于系统当前特性,因此有整体控制效果平稳、对不同阶段适应性好、能够适应生产条件变化的优点。通过MATLAB进行仿真分析,验证了模糊PID控制方法的有效性。本文开发了电渣重熔仿真实验平台,对系统模型和控制方法进行具体运用。仿真系统以模块化形式搭建,包括系统主界面、控制算法模块、被控对象模块、仿真动画模块。其中,系统主界面为WinForm窗体程序,功能完整、兼容性好、易于操作;控制算法模块和被控对象模块通过MATLAB以M文件形式开发,通过deploytool命令打包生成.dll可执行文件,并由主界面以函数形式调用,灵活性高,便于实验者升级扩展:仿真动画模块通过Unity 3D开发,通过Socket通信方式与主界面连接,可以与主界面在同一服务器或分处不同服务器,画面友好,能够直观展现电渣重熔生产过程。实验平台为实验者提供了综合性的实验对象,便于研究电渣重熔的工艺和探讨控制算法的效果。
【学位单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TP273.4;TF142
【部分图文】：

系统结构图,电渣重熔,系统结构,结晶器

下而上的顺序结晶，促使结晶方向更趋于轴向，渣壳还使铸锭的表面光滑，提高了铸锭逡逑的质量。逡逑电渣重熔生产的流程如图１．２所示。生产时，首先由小车载着水冷结晶器开入生产逡逑场地；然后调整横臂，使其上夹持的自耗电极对准结晶器中心，横臂下降至结晶器内启逡逑动化渣；化渣完成后进入最重要的稳定重熔期，自耗电极受热熔化，同时熔化后滴落于逡逑结晶器中的液态金属在冷却水作用下逐渐凝固结晶；对于抽锭式电渣炉，前一根电极熔逡逑—２邋—逡逑

电渣重熔,电流变化,过程

图２．１电渣重熔过程的电流变化逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｃｈａｎｇｉｎｇ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｏｓｌａｇ邋ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ逡逑

金属熔池,结晶方向,钢锭,形状

东北大学硕士学位论文逦第２章电渣重熔过程分析与的形状与电极熔化速度和结晶器内金属结晶的速度有着密切的关系。逡逑当电极下降速度快时（电流增加），金属熔池的深度随电极下降速度的增加而变深，这时候结晶过程受到结晶器周围冷却水的影响明显，金属的结晶方向趋向于径则生产的钢锭质量一般，不能达到理想效果。逡逑当电极下降速度慢时（电流减小），金属熔池的深度随电极下降速度的减小而变浅，这时候结晶钢锭和金属熔池的整体温度分布较为均匀，结晶过程受到低水盘水及下方温度较低钢锭的影响明显，金属的结晶方向趋向于轴向，提高了钢锭的表量。然而如果电极下降速度过慢，会导致浪费电能，大大提高生产成本。逡逑２．３。逡逑

【参考文献】