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
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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:。