電渣重熔(Electroslag Remelting,簡稱ESR)是電渣冶金技術(shù)的一個重要分支,生產(chǎn)的鑄件純凈度高、結(jié)構(gòu)致密、成分均勻、性能優(yōu)良。電渣重熔系統(tǒng)是一個非線性的復雜系統(tǒng),隨著電渣重熔技術(shù)的發(fā)展和重熔鋼需求量的增長,完善數(shù)學模型和優(yōu)化控制方法十分必要。為此,本文對電渣重熔過程建立較完整的數(shù)學模型,通過仿真對模型進行PID控制和模糊PID控制的效果驗證,并開發(fā)電渣重熔仿真系統(tǒng)實驗平臺。本文以最典型的單相單極電渣爐為研究對象,學習和研究電渣重熔的基本原理和工藝流程,分析了熔渣、溫度、金屬熔池等重要因素對重熔過程的影響。對系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)進行定量分析,包括渣池電阻、系統(tǒng)供電、渣池傳熱、結(jié)晶器冷卻水、電極熔化、極間距,確定各個環(huán)節(jié)的數(shù)學模型,并根據(jù)數(shù)學關(guān)系將各個環(huán)節(jié)串聯(lián)起來,建立以熔煉電流為控制目標的電渣重熔系統(tǒng)整體模型。在此基礎(chǔ)上探討比對不同的控制方法的控制效果。應用PID控制方法、模糊PID控制方法,分別對電渣重熔系統(tǒng)進行控制,并比較二者在電渣重熔生產(chǎn)過程中的控制效果。經(jīng)過選擇合適的比例、積分、微分參數(shù),PID控制器可以對電渣重熔過程進行較為理想的控制,然而由于普通PID控制器的三個參數(shù)均固定,所以在不同熔煉階段和不同生產(chǎn)條件下,控制效果仍待提高。模糊PID控制器在熔煉過程中動態(tài)地整定PID參數(shù),使得PID參數(shù)在整個熔煉過程中始終適用于系統(tǒng)當前特性,因此有整體控制效果平穩(wěn)、對不同階段適應性好、能夠適應生產(chǎn)條件變化的優(yōu)點。通過MATLAB進行仿真分析,驗證了模糊PID控制方法的有效性。本文開發(fā)了電渣重熔仿真實驗平臺,對系統(tǒng)模型和控制方法進行具體運用。仿真系統(tǒng)以模塊化形式搭建,包括系統(tǒng)主界面、控制算法模塊、被控對象模塊、仿真動畫模塊。其中,系統(tǒng)主界面為WinForm窗體程序,功能完整、兼容性好、易于操作;控制算法模塊和被控對象模塊通過MATLAB以M文件形式開發(fā),通過deploytool命令打包生成.dll可執(zhí)行文件,并由主界面以函數(shù)形式調(diào)用,靈活性高,便于實驗者升級擴展:仿真動畫模塊通過Unity 3D開發(fā),通過Socket通信方式與主界面連接,可以與主界面在同一服務(wù)器或分處不同服務(wù)器,畫面友好,能夠直觀展現(xiàn)電渣重熔生產(chǎn)過程。實驗平臺為實驗者提供了綜合性的實驗對象,便于研究電渣重熔的工藝和探討控制算法的效果。
【學位單位】：東北大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TP273.4;TF142
【部分圖文】：

下而上的順序結(jié)晶，促使結(jié)晶方向更趨于軸向，渣殼還使鑄錠的表面光滑，提高了鑄錠逡逑的質(zhì)量。逡逑電渣重熔生產(chǎn)的流程如圖１．２所示。生產(chǎn)時，首先由小車載著水冷結(jié)晶器開入生產(chǎn)逡逑場地；然后調(diào)整橫臂，使其上夾持的自耗電極對準結(jié)晶器中心，橫臂下降至結(jié)晶器內(nèi)啟逡逑動化渣；化渣完成后進入最重要的穩(wěn)定重熔期，自耗電極受熱熔化，同時熔化后滴落于逡逑結(jié)晶器中的液態(tài)金屬在冷卻水作用下逐漸凝固結(jié)晶；對于抽錠式電渣爐，前一根電極熔逡逑—２邋—逡逑

圖２．１電渣重熔過程的電流變化逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｃｕｒｒｅｎｔ邋ｃｈａｎｇｉｎｇ邋ｏｆ邋ｅｌｅｃｔｒｏｓｌａｇ邋ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ逡逑

東北大學碩士學位論文邐第２章電渣重熔過程分析與的形狀與電極熔化速度和結(jié)晶器內(nèi)金屬結(jié)晶的速度有著密切的關(guān)系。逡逑當電極下降速度快時（電流增加），金屬熔池的深度隨電極下降速度的增加而變深，這時候結(jié)晶過程受到結(jié)晶器周圍冷卻水的影響明顯，金屬的結(jié)晶方向趨向于徑則生產(chǎn)的鋼錠質(zhì)量一般，不能達到理想效果。逡逑當電極下降速度慢時（電流減小），金屬熔池的深度隨電極下降速度的減小而變淺，這時候結(jié)晶鋼錠和金屬熔池的整體溫度分布較為均勻，結(jié)晶過程受到低水盤水及下方溫度較低鋼錠的影響明顯，金屬的結(jié)晶方向趨向于軸向，提高了鋼錠的表量。然而如果電極下降速度過慢，會導致浪費電能，大大提高生產(chǎn)成本。逡逑２．３。逡逑

【參考文獻】

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本文編號：2829982