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[硕士论文] 刘兴旺
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:我国钢铁行业发展迅速,烧结机向大型化发展的趋势明显。烧结机的就地改造投资少、见效快,但多局限于小幅加宽台车或者延长烧结长度,技术水平提高不大。基于市场竞争力和经济价值的考虑,开发一种结构紧凑、能适应较小厂房就地改造的大型烧结机是非常有必要的。
  本文以压缩烧结机尺寸、提高烧结机性能为出发点,结合场地的实际情况,实现了烧结机的最大选型,在初步确定几何参数和运行参数后对烧结机的各零部件展开设计计算,结合项目的设计需求,参考已存在的成熟结构,同时融合作者本人从事烧结机设计以来的经验完成了此次设计。
  本课题是莱芜瑞德机械有限公司与山西星原钢铁集团的合作项目,对传统烧结机结构做了大量改进,引入了多种新技术、新材料,极大地提高了烧结机的使用性能,降低了运行成本,实际使用效果明显,并为进一步的优化设计提供了宝贵依据。本次设计还采用Solidworks的Simulation模块对关键零部件进行了有限元分析计算,通过有限元分析计算对设备进行优化设计,达到缩短开发周期的目的。
[硕士论文] 李盛楠
电气工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着连铸工业的快速发展,对铸坯表面质量的要求也日益提高,连铸结晶器作为生产工艺流程中的重要设备,实现对结晶器振动位移的精确控制能够提高产品质量。本课题以某研究院出口印尼的方坯连铸设备中的结晶器振动控制系统为研究对象,设计满足结晶器振动精度指标的控制方案。
  本文围绕结晶器振动控制系统进行研究,首先根据结晶器振动装置的结构和液压伺服系统的工作原理,结合结晶器主要液压元件的参数,推导出阀控液压缸的传递函数,从而搭建液压伺服系统的数学模型,并分析非正弦振动的特点与优势;其次在分析模糊控制和预测控制原理的基础上,针对现有控制系统存在位移跟踪延迟和振幅精度低的问题,融合传统PID控制、模糊控制和预测控制设计了预测模糊PID控制器,控制结晶器的运行工艺参数;论文又研究了结晶器振动控制系统的硬件配置,设计了下位机PLC控制程序以及上位机监控界面,并编写PLC程序,其中预测模糊控制功能通过量化、模糊化和反模糊程序实现。
  论文采用MATLAB/Simulink对设计的预测模糊PID控制器的控制性能进行了仿真验证。通过数据仿真表明预测模糊PID控制器的响应快速性和控制精度优于PID控制器和模糊自适应PID控制器,设计的控制系统具有较好的控制效果和较强的实用性,满足方坯连铸项目的工艺要求。
[硕士论文] 周焱
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:二次冷却对连铸坯质量有重要影响,高温铸坯受到的冷却强度与铸坯表面水蒸汽膜的更新率有密切关系,与水滴是否有效穿透蒸汽膜界面直接相关,并受水滴大小和速度的影响。随着高速连铸技术的发展,对连铸坯的二次冷却的要求也越来越高,如何进一步优化现有二冷气水雾化喷嘴,获得更加均匀的、强烈的冷却效果具有非常重要的意义。
  本文建立了喷嘴喷淋实验台,设计了一种安装于喷嘴内部的加速环装置。通过实验,研究了工艺参数对改进前后气水雾化喷嘴的液滴速度、大小及分布的影响;利用数值模拟方法,研究了不同工况条件下喷嘴内部及喷口处水的速度和体积分布。论文主要结论如下:
  (1)随进气压力的增大,喷嘴喷口处的液相体积分数显著降低,喷淋的雾化效果更好,喷口处液相速度明显增大,喷淋水速度增大;
  (2)随进水压力的增大,喷嘴喷口处的液相体积分数明显增大,喷淋的雾化效果变差,喷口处液相速度逐渐减小,喷淋水速度减小;
  (3)在气水雾化喷嘴气路上安装加速环装置,与喷嘴改进前相比,相同工况条件下,改进后喷嘴内空气流对水流的冲击和加速作用更加强烈,气水混合更为均匀;
  (4)改进前喷嘴在扇形切口两侧区域的液相体积分数和液相速度均波动较大,改进后喷嘴有效地改善了喷口处液相体积分数的均匀性及液相速度的稳定性。
[硕士论文] 晏远志
机械工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:钒是一种重要的战略资源,广泛应用于各个领域,从石煤中提取V2O5是获得钒的重要途径。圆盘造球机和布料机是石煤提钒制球工艺阶段的重要设备。由于造球机的稳定性将直接影响矿球生产的质量与产量,布料机布料的均匀性在后续焙烧过程中具有重要意义,因此有必要对造球机和布料机进行动态性能分析和结构改进优化保证制球工艺顺利进行。本课题以石煤提钒制球工艺阶段的造球机和布料机为研究对象,具体研究内容如下:
  (1)通过对造球机的悬臂转子系统进行静力学分析,获取其应力和静刚度情况,结果表明,当前建立转子系统模型在相应载荷工况下其强度、静刚度都满足性能要求,说明可以对转子系统结构进行一定的优化,在满足性能要求的前提下,进行轻量化设计。
  (2)经过对转子系统进行动力学分析,发现系统第四阶固有频率与齿轮的啮合频率比较接近,且在X方向动刚度较差。这表明转子系统的结构设计有待改进,需要通过改变转子系统结构的固有频率,使其低阶固有频率偏离齿轮的啮合频率,防止产生共振;并确定盘体为优化目标。
  (3)借助灵敏度分析找出盘体的合适参数设计变量,使用ANSYS Workbench中DOE优化得出5种优化结果,并利用基于熵权的模糊物元分析法作为评价模型,获得盘体的最优设计方案。优化结果表明,在减轻盘体质量与保证转子系统强度和静刚度的前提下,能够改善转子系统的动态性能。通过对优化前后进行可靠性分析,评价了优化方案的有效性。
  (4)针对当前布料机的布料效果,提出布料不均匀问题,由此设计出新的能实现均匀布料的结构,并对新布料机结构进行静动态分析,结果表明U型连接板是整机的薄弱部件需要对其进行结构优化。在对其进行形状优化的基础上进行了基于粒子群算法的尺寸优化后,对布料机性能进行对比分析,结果表明U型连接板优化后虽然质量增加少许,但布料机整机结构的刚度和强度均得到了显著提高;与此同时其动态性能也得到了提升。
[硕士论文] 杨西男
光学工程 安徽大学 2018(学位年度)
摘要:随着自动化生产技术的不断发展,社会各行各业都迈入了自动化的行列,钢铁行业也不例外。向先进生产方式进化的过程也伴随着新技术的诞生,在钢铁产业中就出现了许多提高钢铁产量和质量的炉外精炼技术。其中LF炉外精炼技术的发明就大大刺激了钢铁产业向精细化炼钢的方向发展。
  LF精炼过程中,温度的控制十分的关键。达不到指定的温度所炼出的钢坯达不到连铸的要求,超过指定的温度不仅会影响钢坯的质量,而且也浪费了大量的电力资源。由于LF炉外精炼过程不是真空环境下进行的,采取了埋弧渣的方式来隔绝空气来起到脱气、脱杂质的目的,钢水被渣料覆盖。所以,采用辐射法测温很难直接监测到炉内钢水温度。目前,LF炉内温度监测还是以人工热电偶的方式。这样,不仅耗费了大量的人力物力,也影响了精炼过程的进度。所以,本论文针对LF炉的具体情况,进行了LF炉内钢水温度在线监测系统的开发研究。本论文工作针对LF炉的具体情况,做出了关于温度监测的如下工作:
  1)分析了比色测温的原理及其相对热电偶测温的优势及不足。提出了利用能量守恒定律计算钢包精炼炉内温度的方法。分析、探究了利用能量守恒定律和比色测温法结合的炉内温度监测方法的实现途径。
  2)对炉外精炼技术基本原理、经济效益以及需要解决问题进行简要说明。
  3)监测LF炉内温度变化。采用非接触式温度测量方法中的比色法对目标进行了聚类分析,确定钢水温度;采用PLC技术引入炉内来料成分、温度、质量参量以及加电、吹氩、喂丝、排气风速等操作参数,利用能量守恒法推导通电过程中观察不到钢水液面时的温度,监测热处理过程。保证测量精度的同时,为提高热处理产品质量提供保障,实现节能降耗的目标;对过程中加电、吹氩、喂丝等操作工艺进行指导,保证更高的热效率,进一步提高钢液质量;
  4)建立数据库,实现远程访问。检测过程中每炉钢水的温度、质量等信息将通过SQL Server数据库的形式存储起来,放到服务器中,方便对精炼过程中各种参数的分析。
[硕士论文] 常文俊
流体机械及工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:钢包的保温性对精炼处理和连铸工艺、生产流程管理以及钢包寿命有着重要的影响,轻质化直接影响钢厂冶炼节奏的加快和钢包的扩容。“超保温”、“长寿化”、“轻质化”成为当代钢包发展的主题。单一研究钢包保温性能和钢包长寿化、轻质化的文献较多,但作为一体化研究,尤其是相互影响的研究较少,对钢铁行业的发展及新工艺的发展起不到很好的促进,因此有必要进行深入化的研究。
  本文以传统钢包为研究对象,基于传统钢包壳的温度测量和有限元软件对钢包内衬的结构和材料的物性参数进行分析和优化,实现钢包的超保温、轻质化、长寿化。本文的主要研究内容如下:
  (1)基于传统钢包分析钢包的保温、轻质、长寿三个性能主要影响因素,分析对比得出性能相互影响规律,为后续研究提供理论基础。
  (2)基于对传统钢包的温度场仿真和钢包壳的温度测量实验,掌握了钢包温度水平和分布情况,验证传统钢包模型建立的有效性,接着对钢包内衬材料的物性参数进行分析模拟对比,得到新型钢包的初步内衬的结构和物性参数。
  (3)针对新型钢包内衬结构,对其进行多场的耦合分析。实验结果表明新型钢包的外壳温度和温降都比传统钢包的低,说明钢包的保温性能有所提升,从应力云图看出新型的应力分布比较均匀,平均应力较传统的低,从侧面上也说明了钢包的寿命也有所延长,流场的分析也为钢包的长寿化提供一些理论分析基础。
  (4)钢包寿命的研究,首先对钢包壳进行疲劳分析,然后利用神经网络对钢包的内衬厚度进行预测,以此可以较为准确的了解钢包内衬的损耗情况,较传统经验估计和运行调整更能合理的延长钢包的使用寿命。
[硕士论文] 田儒来
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:烧结布料过程是烧结生产的关键,布料质量直接影响着着成品烧结矿的产量和质量。烧结布料要求混合料在料层内水平方向均匀分布,高度方向偏析分布。好的布料效果有助于提高料层的透气性,降低燃料消耗,提高成品烧结矿的产量和质量。为实现混合料在料层水平方向的均匀分布,已开发出了梭式布料机、活页式闸门等多种设备提高混合料在烧结台车上水平方向的均匀分布。
  本文以国内某钢厂130m2烧结机烧结布料系统为对象,针对烧结生产中出现的混合料仓粘料问题,采用离散单元法对烧结生产中混合料仓内粘料对烧结布料均匀性的影响进行了研究。为确保仿真布料模型研究与实际烧结布料过程相一致,本文对烧结混合料的物性参数采用实验-仿真相结合的方式进行标定。通过模拟实际生产中的布料过程与现场取样相结合的方式验证了布料模型的可靠性。
  研究发现,粘料会改变料仓内的料面形状,从而对混合料的横向分布产生影响。不同类型的粘料对料仓内混合料的横向分布影响不同,当粘料发生在料仓混合料下落面中段位置时,能提高混合料分布的均匀性。分析发现烧结台车上混合料的横向分布特征与混合料仓内类似,偏析布料器对混合料横向偏析的影响较小。
  对无挡板、传统平板型挡料板和V型挡料板三种模式的布料效果进行了数值模拟研究,发现传统平板型挡料板和V型挡料板对于改善烧结布料均匀性都具有较好的效果。相对于现在无挡板情况,挡料板能基本消除料仓内料面不平现象,消除料仓内混合料的横向偏析。
[硕士论文] 卢海彪
冶金工程 武汉科技大学 2018(学位年度)
摘要:连铸过程中,通常采用浸入式水口吹入氩气以防止水口堵塞,而氩气泡进入液态保护渣会导致其发生乳化,且液态保护渣流动和传热行为的好坏会直接影响铸坯质量。为此,本文建立结晶器钢液-液态保护渣流动、传热耦合数学模型,采用VOF模型、离散相方程研究不同工艺参数下液态保护渣的流动和传热行为,研究结果为优化工艺参数提供理论依据。论文主要结论如下:
  (1)液渣在钢液作用下形成两个涡流,且涡流中心位于理想液渣中心面附近,钢液在钢渣界面的冲击点位于距离水口中心500-600mm区域;
  (2)吹氩使液态保护渣整体温度升高,且分布更均匀,有利于保护渣的熔化,在不吹氩情况下,钢渣界面处最高温度为1793.08K,最大速度为0.113m/s,当吹氩量为8L/min时,钢渣界面处最高温度为1794.84K,最大速度为0.118m/s,综合考虑可得,拉速为1.2m/min,水口倾角为15°,浸入深度为160mm,较优吹氩量为4L/min;
  (3)随着拉坯速度的增大,不吹氩时,结晶器钢渣界面、理想液渣中心面和液渣近上表面处液态保护渣整体速度和温度均增大,而在吹氩条件下,液态保护渣在水口出口附近的流速减小,温度降低,而在结晶器窄面区域的流速增大,温度升高;
  (4)随着水口倾角、浸入深度的增大,不吹氩时,液态保护渣温度不断降低,在钢渣界面和液渣近上表面的液渣速度减小,但在理想液渣中心面速度有所增大,而在吹氩条件下,液态保护渣速度和温度均不断减小,但分布更均匀;
  (5)随着过热度的增大,不吹氩时,液态保护渣整体温度均增大,但速度不断降低;而吹氩下,液态保护渣温度升高,在结晶器窄面附近,液渣速度呈减小趋势,靠近水口附近,液渣速度不断增大;
  (6)吹氩条件下,较大的吹氩量,较小的拉坯速度、水口倾角、水口浸入深度和过热度均使结晶器宽面到水口的狭小区域出现结冷钢现象。
[硕士论文] 祝宏帅
材料科学与工程 河北科技大学 2017(学位年度)
摘要:本论文为克服传统锂云母提锂工艺能耗高、设备要求高、环保性差、锂提取率低、工艺流程冗长等缺点,提出了一种在常压下采用湿法冶金,从锂云母中选择性浸提锂的新方法。
  本论文以液固反应缩核模型为基础,在333~363K温度范围内采用盐酸溶液对于从锂云母中浸提锂的过程进行了动力学研究。此项研究指出该浸取过程受固膜扩散控制,表观活化能高达42.79kJ/mol。为了协助锂的浸出,将氟化钠引入系统。当氟化钠的添加量为矿物中总铝摩尔量的0.5倍时,锂的浸出过程仍然受固膜扩散控制,但表观活化能降至28.10kJ/mol,锂比较容易浸出。通过条件实验研究了浸出过程各参数对锂浸出率的影响。实验结果表明,氟化钠加入量、反应温度和盐酸浓度对锂浸出率的影响较大,而反应时间、液固质量比对锂浸出率的影响相对较小。当盐酸浓度为24wt.%,液固质量比为3.0:1时,锂的浸出率为99.56%,但浸出液中氟、铝含量较高。锂云母的晶体结构被彻底破坏,浸出渣物相为SiO2、NaAlSi3O8。
  为了保证了较高锂浸出率,同时降低浸出液中氟、铝的浓度,通过改变氟化钠加入量的方法改变了系统中的氟、铝摩尔比,使氟和铝在浸取阶段生成氟铝酸钠。实验结果表明,当盐酸浓度为20wt.%,液固质量比为3.0:1时,氟化钠添加量为矿物中总铝摩尔量的4.0倍时,锂的浸出率为96.20%,浸出液中铝含量降至1.6g/L、氟含量降至3.1g/L,余酸(以HCl计)为23.13g/L。高氟浸出渣物相除SiO2、NaAlSi3O8外,还产生了Na5Al3F14相。随后用碱浸法从高氟浸出渣中回收了氟化钠,实现了氟、铝分离。通过条件实验研究了氟化钠再生过程中各反应条件的影响。氢氧化钠加入量、液固质量比、反应温度、反应时间对氟化钠再生率都有较大的影响。实验结果表明,在最经济、高效的反应条件下,控制体系终点 pH值为10.0~10.5,氟化钠的再生率为92.27%,浸出液中未检出铝。终产浸出渣物相为SiO2、NaAlSi3O8、Al(OH)3,可用于生产陶瓷。
[硕士论文] 张哲娟
机械工程 河北科技大学 2017(学位年度)
摘要:机械合金化是一种新型制备合金材料的方法,其工作原理是利用磨筒和磨球的高能碰撞、冲击运动,使得两种以上金属粉末发生相变。常用的机械合金化设备有行星球磨机、搅拌球磨机、振动球磨机(振动磨),其中振动磨的研磨效率最高,对振动磨刚体及散体的动力学分析是研究振动磨工作机理的关键,对选择合适的机械合金化参数具有重要的参考价值。
  本文将以QM-3A型高速摆振球磨机为研究对象,主要从刚体和散体两方面进行动力学仿真分析,并进行初步的实验研究。首先,从刚体角度建立磨筒的运动学和动力学模型,分别运用齐次坐标变换和Lagrange方法推导六自由度动力学方程,仿真分析了磨筒的振动形态和振动轨迹,发现磨筒的运动轨迹是椭圆形摆动,磨筒截面内径向各点的振动轨迹变化较大;其次,从散体角度建立磨筒和磨球的刚散耦合模型,针对不同配比组合的偏心轴转速、偏心距,及磨球大小、个数,仿真计算磨球的平均受力、磨筒的受力以及磨球的动能,发现磨筒在低转速、高振幅以及大小磨球组合的工况下有利于机械合金化的发生;最后,利用高速摄像的方法对球碰撞的微观过程进行实验研究,提取了单球自由落体时与桌面接触、弹出等瞬间的速度和位移,据此计算了磨球的法向接触刚度,与理论计算的法向接触刚度进行对比发现,刚度数据的量级相同但有数值误差,初步探讨了实验方法的可行性。
  本文从刚体和散体两方面对振动磨进行了动力学仿真分析,为机械合金化的机械参数设置提供理论依据;并应用高速摄像进行了初步的实验研究,计算了单球的法向接触刚度。其他机械参数如装球量、球料比等,可在后面的研究中继续进行仿真分析;实验部分可以通过增加实验数据、安装力传感器来减小实验误差,并继续使用高速摄像进行微观参数研究。
[硕士论文] 钟咏雪
软件工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:热等静压机的组成较为复杂,包括气体、加热、液压、冷却等系统,设备布局占地面积大,各控制和执行元器件因安装要求较为分散,电器控制系统的可靠性和安全互锁要求是设备关注的重点。基于PLC电器控制系统的设计不仅是打破传统的电器集中控制热等静压机的模式,同时通过优化硬件组态、模块化程序设计、软件模拟仿真、动态视窗控制实现了设备多任务窗口对接、在线监测和故障处理的自动化要求,是解决复杂设备控制可靠性和安全互锁要求的工程化应用的一种手段。
  本文通过应用PLC控制设备,选择基于目前国际上通用的Profibus DP现场总线的分布式I/O模块,在Step7软件开发平台上进行硬件组态、程序设计,利用其开放式、高灵活性、高可靠性等优势,开发过程控制自动化领域的高端应用,目的是降低复杂设备系统的调试和现场布线难度,缩短设计开发周期,提高故障处理效率,并为多任务系统提供灵活机动的扩展方案。
  热等静压设备的加热系统和温度控制系统是电器控制系统的重要组成部分,本文分析介绍了热等静压设备的加热系统和温度控制系统的组成。PID控制作为最常用的控制手段,本文分析了其优点与不足,并对PID控制参数的整定方法进行了研究。
  WinCC(Windows Control Center,窗口控制中心)是西门子公司(Siemens)实现PLC与上位机之间的通讯及上位机监控画面的制作的组态软件。主要介绍如何利用WinCC建立监控画面,使监控画面根据现场实际情况动态显示。以热等静压设备的控制系统为例,介绍了使用WinCC系统的硬件配置,组态监控系统,创建动态人机界面,实现过程监控的具体步骤。
  本文结合公司多年的热等静压机电器控制系统的设计经验,对设计对象进行现场技术调研,摸底设备存在的可靠性和安全性问题,通过需求分析、系统设计,对进口热等静压设备的电器控制系统进行全面升级改造。经过现场性能、功能检测,设备电器控制系统自动化升级改造满足用户协议要求,为公司热等静压机设计规范提供了坚实的理论基础和工程应用支撑。
[硕士论文] 邢文涛
软件工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:热等静压(Hot Isostatic Pressing,简称HIP)是一种先进的烧结工艺,在密闭的压力容器中,以高压氩气(或氮气)为介质,对其中的粉末或待烧结的坯料(或零件)施加各向均匀等静压力,形成高致密度坯料(或零件)的方法。热等静压的常用工作温度1000~1800℃、工作压力100~200MPa。热等静压技术广泛应用于航空、航天、船舶、兵器、核工业等军工领域。如,飞机、航天器、大型运载火箭、导弹、雷达等关键零件的制造。
  热等静压技术经历了半个多世纪的发展,持续不断创造着奇迹,从试验室技术研究到现在渗透到各行各业。在西方发达国家,热等静压处理技术是航空发动机的钛合金、高温合金零部件强制性的工艺措施,以提高产品致密度,消除材料缺陷等。随着热等静压技术的不断发展,热等静压机朝着大规格方向发展,缩短处理周期,降低处理成本。热等静压机的均匀快速冷却(URC)技术,可以大幅度缩短HIP处理时间。热等静压机降温时间通常可以缩短80%至95%。目前,HIP处理费用大约是20年前的60%左右,推动了热等静压技术的应用和发展。
  根据我国热等静压技术的发展需求,结合典型热等静压机技术指标,主要以航空航天领域的高温合金铸件致密化处理和高温粉末—近净成型为应用目标。确定RDJ1250/2000-200.1400型热等静压机为研究目标,URC速率大于30℃/min。这也是国际上高温合金致密化处理的典型设备,装备URC系统的数量较多,便于试验数据比较。
  本文基于 Flowmaster软件的热流体系统仿真分析功能,根据技术指标、热等静压机均匀冷却原理结构和三维模型,建立数学模型(包括静态和动态模型),推导出计算公式。通过数学模型描述冷却过程,为冷却系统设计提供理论依据,并满足工程应用要求。通过仿真分析和实物验证修正数学模型,提高数学模型的计算精度。
  本文通过Solid Edge V19三维CAD软件建立热等静压机URC三维模型,以STAR-CCM+软件作为主要研究工具,建立了热等静压炉的非稳态数值仿真模型,从理论上分析了温度场和流场,研究了不同加热功率下炉内流动换热规律。
[硕士论文] 谢广超
控制科学与工程 西安石油大学 2017(学位年度)
摘要:矿热炉是铁合金行业生产的必备设备,工作时相电流达几万甚至十几万安培,目前普遍采用工频供电的方式进行生产,经炉用变压器直接降为低压后供给矿热炉内的三相电极。由此导致运行功率因数低,三相电极之间电流很难控制平衡,引起电网波形畸变,产生很大谐波,电极消耗严重,严重影响使用和效益。
  电力电子技术发展到今天,为矿热炉的低频电源供电奠定了基础,低频供电方式可以从根本上解决传统矿热炉工频供电方式存在的上述缺陷,对我国冶金行业的技术进步、实现电网的绿色化、节能减排、降低碳排放等都具有重要意义和深远影响,但受多种因素的影响,到今国内从事这方面工作的研究实在太少。
  本文受西安市科技计划—创新工程项目“矿热炉低频节能电源”(项目编号:CX13101)支持,是整体项目中的一部分,在国内首次进行矿热炉低频供电的系统性研究,详细介绍了低频矿热炉供电技术实现节能的原理,分析了国内外这一方面的研究现状,探讨了矿热炉低频电源替代传统的矿热炉工频供电方案的可行性,进而借助于电力电子技术,以晶闸管为主功率器件设计了矿热炉低频电源的主电路,以高性能高集成度的微处理器及CPLD为核心,设计了矿热炉低频电源主电路的触发电路及其保护电路,并且应用PLC S7-200系列监控整个系统的正常运行。最后对整个低频矿热炉系统的电路进行了实验调试和验证,进而对实验结果进行了分析。
[硕士论文] 黄森
动力工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:钢铁工业是国民经济的支柱产业,高炉炼铁是钢铁工业的上游主体工序。高炉炼铁的技术进步,对钢铁工业的发展和国家资源的合理利用都有着极其重要的意义。随着现代高速计算机和高效计算方法的出现,建立高炉冶炼过程模型并进行仿真计算变得可行。仿真预测得到的丰富信息,能为高炉高效生产和稳定运行起到重要的指导作用。高炉的高效稳定生产离不开对高炉的自动化监测和控制;温度和炉衬厚度作为高炉安全生产的重要指标,能够指导高炉合理化运行,确保高炉的安全和寿命。所以对高炉各个部位温度、炉衬厚度监测是高炉冶炼过程智能化控制的一个重要组成部分。
  高炉冶炼过程中炉腰位置容易出现倒V型软熔带,存在固液两相的复杂流动过程。针对此恶劣环境提出一种基于一维导热的炉温在线检测传感器。采用热态试验和数值模拟相结合的方法,对该传感器进行研究。将48cm长的传感器测杆表面包裹绝热材料使其满足严格意义的一维导热条件,传感器每隔4cm镶嵌一个压电晶体测温探头,将该测杆一端与炉衬内表面平行的埋设于炉腰位置的炉墙内(近似认为炉衬与测杆同步侵蚀)。利用超声波测距技术获取测杆被侵蚀后残存的长度,确定测温点在测杆上的具体位置。构建传感器物理模型和传感器测杆非稳态导热过程的数学模型,确定测杆的物性参数。对测杆热传递过程进行数值模拟研究,并通过相应的实验数据验证数学模型;将实验炉温度分别设定为900℃、1000℃、1100℃,达到稳态后检测测温点温度并与模拟结果对照。实验结果与模拟结果吻合度较好,验证了数学模型合理性。测杆上不同位置测温点非稳态过程的分析和响应时间分析,以及测温设备对高温的承受能力,确定了最佳测温点位置为距离炉衬内表面L=24cm处。控制热端瞬时升温、以恒定温变速率100K/h的升温速率升温,使热端温变幅度分别达到50K、80K、100K、150K、200K、300K;在该过程中获取L=24cm位置测温点的温度变化曲线图。通过不同温度曲线图拟合曲线方程,求出稳态温度并与热端温度(相当于炉衬内表面温度)对应的线性回归方程,为高炉炉腰、炉腹部位温度的及时准确预测提供理论支持。
  基于测厚的炉温在线检测传感器,能够由远离炉膛低温区的温度推测炉衬内表面高温区的温度,有效的对测温设备形成保护。解决了传统测温方法迟滞性的弊端,为将来建立炉温在线检测模型打下一定理论基础,为高炉智能化、自动化检测提供新的方法。
[硕士论文] 张春霞
控制工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:本课题是根据包钢新体系的建设发展规划,为了满足高炉炼铁对焦炭质量的需求,新建4x60孔JNX3-70-2型焦炉,通过对干熄炉本体的设计、锅炉汽包液位及主蒸汽温度设计、除尘系统设计,来提高熄焦后的焦炭质量,为包钢降本增效做出贡献。
  干法熄焦具有以下优点,第一:大大提高了焦炭质量;干熄焦法是用氮气冷却,红焦与冷却氮气进行热交换将焦炭温度降低,该方法能使焦炭与氮气充分接触,缓慢降温,提高焦炭转鼓强度,增大焦炭密度,改善了炼铁焦炭的稳定性,使得焦炭块度大小基本一致,此法冷却的焦炭利于高炉炼铁。第二:回收红焦热量,降低能源浪费;在干法熄焦中,与红焦热交换后的高温氮气进入锅炉,与锅炉汽包中的水再进行热交换产生蒸汽,蒸汽再送往汽轮机,用于汽轮机的发电。此法可以节省很大一部分能源。第三:减少环境污染;湿法熄焦中,焦炭和水发生反应,产生许多酚氰化合物及硫化物等污染物质,这些有害物质直接排到空气中,造成环境污染;而干熄焦是在封闭的干熄炉内冷却,产生的高温气体及粉尘易于控制,直接经一次除尘器烟道进入锅炉,不会排到大气污染环境。
  在干熄焦过程中,红焦炭由提升机从顶部装入干熄炉,冷却气体从炉底通入,在干熄炉冷却段冷却焦炭,冷焦经振动给料器、旋转密封阀排出,参与熄焦后的氮气进入锅炉与汽包中的水进行热交换产生蒸汽。锅炉产生的高温蒸汽,用于汽轮机发电。熄焦过程中产生的粉尘由除尘系统收集,最后由外运汽车拉走。
  该控制系统使用西门子公司产品,采用S7-414冗余系统,选用step7编程软件,Wincc组态软件,通过工业以太网连接CPU和工控机,采用Profibus DP线连接所有的I/O模块
  本论文主要的研究工作有:一、干熄焦本体部分,主要研究干熄炉料位的控制,通过仪表选型、控制方法的确定,最终将料位控制在工艺要求的范围内。排焦温度和排焦量的控制都是通过一个单回路PID控制系统开控制其在正常范围。二、干熄焦锅炉部分,主要研究内容有锅炉汽包液位的控制和主蒸汽温度的控制。分析给水量、蒸汽量、燃料量作用下汽包液位的动态特性,确定汽包液位的单冲量及三冲量控制方法。分析蒸汽、减温水、烟气扰动下过热蒸汽温度的动态特性,确定过热蒸汽串级控制方法。运用PID控制器将被控量控制在恒定范围,保证了设备的安全稳定运行,PID参数是根据理论研究与现场生产不断摸索的经验值。三、干熄焦除尘部分,主要设计环境除尘系统与循环气体除尘系统,分析除尘风机的启停条件,并做联锁启停,保证了设备的安全稳定运行。该控制系统已经投产运行三年,自投产以来运行稳定,符合工艺生产要求。
[硕士论文] 唐永泰
控制工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:本文介绍了近10年投产的炉容在80至210吨转炉的典型控制系统,通过对转炉生产工艺需求的分析,总结现代转炉控制系统设计的思路和调试的要点。旧有控制系统已经不适应新时期转炉生产信息化的需求,本文从自动化系统硬件平台设计、转炉倾动系统电路设计、转炉控制系统的调试三个主要方面提出新的方案并进行详细阐述。
  转炉自动化系统硬件平台通常采用PC、以太网、PLC与现场总线搭建其MES层和PCS层,比较典型的应用有西门子公司的以太网与PROFIBUS-DP方案,以及Rockwell公司的集成架构方案,分别应用于伊朗扎兰德综合炼钢厂、迁安燕山钢铁厂、青岛钢铁厂等已投产的项目中。通过对这两种典型方案研究,发现其基本满足了过去10年炼钢生产在自动化层的需求。但PCS层采用现场总线的转炉控制系统,具有总线的带宽较低、网络拓扑单一、对现场HMI支持较差等固有缺点,本次研究对这些缺点进行分析,设计了一套基于PROFINET IO系统的方案。新方案具有工业以太网的特征,具有更好的开放性,更强的信息收集能力,更强壮的网络拓扑,更好的扩展性和兼容性。其不仅可以满足转炉自动化层的需求,而且提供了信息化硬件平台。
  本文通过对倾动电机数学模型、矢量控制原理及多电机主从控制原理的研究,设计了一套基于西门子SINAMICS S120新型变频器的典型电气设备设计图。电路设计实现了柜面操作模式,以提供除网络控制外的应急操作;提供了变频器和PLC共同控制的抱闸和冷却风机电路,使倾动抱闸控制更为灵活。
  本文针对转炉控制系统PLC和传动两个方面的调试要点做出总结。以SINAMICS S120变频器为例介绍了矢量控制方式下变频器调试的过程和变频器各功能模块的设置。介绍了转炉力矩估计的方法,通过在全正力矩下单阶跃给定和正负力矩下多阶跃给定来改善转炉倾动的动态响应。介绍了发出倾动指令与松开抱闸时PLC指令和变频器相互配合的控制方法,以及倾动停止闭合抱闸时PLC指令和变频器相互配合的控制方法。最后分析了制动电阻对倾动变频器能量回馈的影响。
  通过本次研究,总结了旧有转炉控制系统设计方案存在的问题,提出了信息化转炉的新方案。总结了调试过程中的要点,对未来转炉炼钢工程提供了有益的参考。
[硕士论文] 王瑞娟
控制工程 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:虚拟拆装是依靠虚拟现实技术发展起来的一门学科技术。虽然制造业技术的发展使得工业设备的生产过程更加的智能化,但是很多场合还是需要人工操作维修。由于现实的客观条件约束,对操作人员的培训较为麻烦。虚拟拆装技术提供了一个方便操作人员了解设备机构、拆卸规范、安装规范的平台。硅铁合金的生产中,通过把持系统和升降系统来控制电极的位置是至关重要的。论文通过使用虚拟拆装技术,针对硅铁冶炼过程中对矿热炉的升降系统和把持系统的控制特点,设计了一款专门用于该设备的虚拟拆装仿真系统,方便操作培训。
  本次设计以3ds Max软件和Photoshop为基础进行模型搭建和材质优化设计,创建了关键设备的机械零件模型,使用虚拟现实软件Virtools作为拆装平台展开拆卸和安装的开发。论文主要完成以下工作:
  1.关键零件模型建立。参考零件的图纸和现场拍摄的照片,使用3ds Max制作模型,选取合的适优化方法优化模型,为模型顺畅导入Virtools提供保障。
  2.交互设计。使得拆装过程更加的人性化,不仅提高了系统的视觉效果而且为操作者的练习提供了方便。
  3.虚拟拆卸。设置Virtools场景,使导入Virtools的三维模型立体效果更加真实。使用Virtools自带的模型资源数据库获取零件的位置信息,实现零件的快速拆卸、慢速拆卸和一键拆卸的演示。
  4.虚拟安装。采用分组装配,参考设计的拆装顺序实现在3D Layout中将零件与辅助参考物体的融合,逐步完成每组的安装。
  5.零件展示。使用辅助演示和开发应用程序法两种方法实现零件的最终效果的展示。将Virtools与Access建立连接,把阵列的内容提取到数据库中,使用VS开发Windows API应用程序实现在Virtools中对零件的检索和展示。
[硕士论文] 赵芳
控制工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:在“十二五”期间,对钢铁的质量以及产量各部分提出了新的建议,要求钢铁行业以“环境友好型、资源节约型”为宗旨,而钢包精炼炉的精炼技术相对于其他的精炼技术具有质量更高、高生产量、低投资、环境好的特点,被选择为当前市场最佳的精炼设备,得到普遍的应用。在整个的冶炼过程中,电极调节系统占据重要的地位,直接影响着钢包精炼炉生产的重要指标。钢包精炼炉的电极调节系统却是一个非线性、多变量、时变系统,早期的PID、模糊控制不能取得良好的效果,影响钢包精炼炉的生产效率,因此,对钢包精炼炉的电极系统研究,对于整个钢包精炼炉的系统意义重大。
  本文选择包头炼钢厂(包头钢铁股份有限公司)的钢包精炼炉研究,以其电极调节器为研究对象,学习钢包精炼炉的生产流程,着重了解电极系统工艺设备,工艺流程、以及对电极系统的要求,研究恒电流、恒功率、恒阻抗三种电极调节方式的不同点,确定恒阻抗控制策略。早期的PID控制以及模糊控制对电极系统控制效果不理想,常常导致电极工作的不稳定,同时有生产效率不高,材料利用率低的缺点,提出FUZZY-PI复合控制器。FUZZY-PI复合控制器是由模糊控制器与PI控制器并联组成,通过控制程序进行切换。误差较大时采用模糊控制来加快响应速度;误差较小时,采用PI控制消除稳态误差,将动态性能与稳态精度两方面的性能结合,通过多模型控制方法,将动态性能与稳态精度两方面的性能完美结合,用多个线性模型逼近非线性过程,提高电极控制的性能,从而提高炼钢的效率以及质量。
  通过对FUZZY-PI复合控制与PID控制的两种控制模型的仿真图比较分析,可知FUZZY-PI复合控制器优于PID控制器,在快速性、稳态性方面的控制效果有较大提高。
  最后,为了更好的实现FUZZY-PI复合控制器的电极系统,研究了钢包精炼炉的控制结构网络图,以及上位机、下位机的配置与功能,控制系统的控制画面、下位机的硬件组态以及PLC接口的详细说明、FC功能块介绍。
[硕士论文] 刘赫轩
控制工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着全球经济的飞速发展,高炉炼铁追求的目标也更加严格,鼓风机是高炉炼铁的核心设备,因此控制喘振的发生也势在必行。生产过程中只要喘振发生而没有及时的采取有效的控制措施,便会造成很大经济损失,同时会对鼓风机在极短时间内造成重大损害。现今计算机控制技术发展迅速,其在实现高炉鼓风机控制上也越来越被需要,计算机控制技术可以保证其能够准确快速、稳定安全、方便高效的工作。本文通过对高炉鼓风机的特点、控制系统的结构及控制方法进行了有效的分析和研究,从喘振预测、信号采集分析、控制方法、对比仿真及PLC实现,分别进行了研究和设计。这些控制方法的共同作用,使监控系统达到提高工作效率和减少能耗的控制目的,使控制的实时性、可靠性、稳定性、自动化水平得到全面的提升。使高炉的产量及效率提供了可靠性保障。
  喘振是高炉鼓风机特有的不稳定运行工况,由于温度的变化,以往传统的防喘振控制方法得不到有效的发挥,使防喘振曲线常常存在一些偏差,因此会导致防喘振阀开度得不到有效的控制,这样不仅会影响高炉鼓风机的安全稳定性,还会因为防喘振阀开度过大而造成不必要的能量浪费。通过利用神经网络进行预测喘振,大大降低了鼓风机喘振发生的概率;本文尝试的多种控制方法并进行比较,其中恒压逼近防喘振线的控制策略,较固定极限流量法和可变极限流量法提高了鼓风机的性能和效率,并且加大了有效的工作区间;放风阀开度的模糊PID控制策略,将模糊控制和PID控制相结合,使动态响应及控制精度得到了很大的提高。通过Matlab对其进行仿真实验,模糊PID控制稳态调节时间较短,响应速度较加快,超调量明显减少,控制精度及稳定性良好,对比结果明显。
  本文把恒压逼近防喘振线控制方法和模糊PID控制方法结合,从而使系统的稳定性和工作效率得到显著的提升,既消除了恒压逼近防喘振线控制带来的缺点,又消除了仅使用模糊PID控制带来的不足。最后通过博途软件对其进行组态、编程以及调试,通过观察监控画面来实现对系统的监控。
[硕士论文] 张丹丹
控制科学与工程 内蒙古科技大学 2017(学位年度)
摘要:我国能源开发利用率低,耗能水平高于世界平均水平,能源结构亟待优化。2015年我国已经探明的煤炭储量为15663.1亿吨,仅次于美国和俄罗斯,可供开采200多年。我国的二氧化碳、二氧化硫排放量相当高,据统计居世界首位。积极应对能源、环境问题,各工业、企业需做到能源开发与能源节约并举,提高能源的开发利用效率,能源的利用应从粗放型转向集约高效型,能源的配置方式应由平衡型向大范围优化转型,坚持科技创新与体制机制创新并举,激发能源可持续发展的内在动力。
  高炉是工业中最大、最复杂的单体生产设备。高炉热风炉是为高炉提供热风的装置,其以高炉煤气(高炉炼铁过程中产生的副产煤气)为燃料,空气、高炉煤气在燃烧室中混合燃烧,加热蓄热室内的格子砖,冷风经过格子砖,温度升高到一定值后送入高炉,用于高炉冶炼过程,这一系列燃烧-闷炉-送风过程将消耗大量高炉煤气。为了响应国家节能减排政策,经过对包钢高炉热风炉实际燃烧状况的研究,针对其燃耗问题,积极研发新产品,寻找新方法、新技术,以期达到降低燃耗,减少二氧化碳排放的目的。本文在课题组其他成员研究的基础上,根据高炉热风炉现场运行数据进行数据分析及建模预测,在成本及温度预测两方面说明最佳空燃比优化燃气设备燃烧过程的可行性,并将残氧-空燃比控制器嵌入到一单体仪器中,设计出一款新型燃气分析仪,拟将其用于热风炉、加热炉等燃气设备的燃烧过程,优化空气、煤气配比,使煤气高效、充分燃烧,释放出全部热量。
  基于上述研究目的,本文主要完成了以下几个工作。
  (1)对包钢高炉热风炉现场数据进行分析,深入挖掘数据间的内在联系,并建立基于BP神经网路的温度预测模型,通过预测拱顶温度、废气温度、热风温度,对比空燃比优化前后的温度曲线,验证空燃比优化的科学性和重要性;
  (2)设计一种新型热值分析仪,该分析仪将残氧修正空燃比方法嵌入其中,计算出最佳煤气燃烧区间对应的最佳残氧范围为1%~2%,氧含量检测传感器测出烟气中的残氧,当残氧偏离最佳范围时,残氧信号通过模糊控制器输出空燃比修正值,调整空气量,保证燃烧器内始终燃烧最佳,将该仪器的空燃比在线传输给热风炉,指导燃烧;
  (3)分别采用PD控制及模糊控制两种方法设计残氧-空燃比控制器,并在MATLAB SIMULINK中进行了仿真验证,比较了三种方法的控制效果。
  经统计分析知,在同等送风效果下,按一炉平均用时235.7min,四座热风炉一天共烧24炉,煤气价格按0.2元/m3计算,优化空燃比后四座热风炉一天共可节省31.44万元的煤气,这从成本上间接的提高了经济效益;根据建立的热风炉拱顶温度、废气温度、热风温度预测模型,预测优化空燃比后各温度的大小,经过对比各温度曲线知,动态优化热风炉燃烧过程的空燃比可以降低燃耗,提高热效率;SIMULINK仿真结果表明,设计的残氧-空燃比模糊控制器具有更好的控制效果,能够实现修正空燃比,优化燃烧的目的。本文完成了热风炉燃烧过程空燃比优化的验证及设计,结果表明此方法具有实际应用价值。
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