硅錳鐵合金埋弧爐供電系統(tǒng)建模分析與工藝指標(biāo)預(yù)測(cè).pdf

1、硅錳鐵合金埋弧爐將高壓電能通過(guò)供電系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為熔池電弧熱能和爐料電阻熱能，以滿足鐵合金熔煉需要的熱量。供電系統(tǒng)由電爐變壓器、短網(wǎng)、三相電極、熔池電弧和爐料電阻等組成。由于電弧與爐料電阻呈現(xiàn)非線性和時(shí)變性，三相電極位置調(diào)整、電極消耗和負(fù)載耦合引起電弧和爐料電阻變化，使供電系統(tǒng)模型具有非線性、時(shí)變性、強(qiáng)耦合和不確定性的特點(diǎn)，導(dǎo)致供電系統(tǒng)精確建模非常困難。
　　 論文首先建立了硅錳鐵合金埋弧爐供電系統(tǒng)主回路計(jì)算模型，分析了不同電極控制策

2、略下電爐的不對(duì)稱負(fù)載特性和三相熔池有功功率不平衡的原因，提出了基于電源中心點(diǎn)和熔池中心點(diǎn)的三相電極有功功率在線估計(jì)算法。然后，通過(guò)對(duì)鐵合金埋弧爐熔煉工藝機(jī)理的分析，研究了基于最小二乘支持向量機(jī)的工藝指標(biāo)預(yù)測(cè)方法，并以12500KVA硅錳鐵合金埋弧爐為對(duì)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。論文主要研究工作及創(chuàng)新性成果如下:
　　 (1)針對(duì)埋弧爐三相負(fù)載不對(duì)稱、采用恒電流控制策略無(wú)法保證三相電極有功功率平衡的問(wèn)題，提出了基于電極電流比的三相電極有功

3、功率平衡控制策略。首先通過(guò)對(duì)硅錳鐵合金埋弧爐供電系統(tǒng)主回路參數(shù)計(jì)算，建立了硅錳鐵合金埋弧爐供電系統(tǒng)等效電路模型，采用牛頓法求解非線性方程組得到了埋弧爐等效電路參數(shù)，通過(guò)調(diào)節(jié)電極電流比實(shí)現(xiàn)了三相電極有功功率平衡控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法保證三相電極功率平衡精度達(dá)到±3％以內(nèi)。
　　 (2)針對(duì)埋弧爐三相電極有功功率不可測(cè)、難以實(shí)現(xiàn)三相熔池有功功率平衡的問(wèn)題，提出了基于電源中心點(diǎn)和熔池中心點(diǎn)的三相電極功率在線估計(jì)方法。通過(guò)人造電源中

4、心點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了電爐變壓器高壓側(cè)各相電壓、電流和相有功功率的在線測(cè)量。通過(guò)人造熔池中心點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了變壓器低壓側(cè)三相熔池電壓的在線測(cè)量，并基于能量守恒原理建立了硅錳鐵合金埋弧爐電極有功功率機(jī)理模型?？紤]到建模過(guò)程中各種假設(shè)引起的估計(jì)誤差較大，采用改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)理模型的誤差進(jìn)行在線修正。仿真結(jié)果表明，基于改進(jìn)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)修正的電極功率機(jī)理模型相對(duì)誤差為±5.71％，具有較高的精度。
　　 (3)針對(duì)硅錳鐵合金埋弧爐熔煉環(huán)境惡劣、合金

5、成分難以實(shí)時(shí)檢測(cè)的問(wèn)題，提出了基于自適應(yīng)遞推最小二乘支持向量機(jī)的硅錳合金成分預(yù)測(cè)方法，建立了硅錳合金成分預(yù)測(cè)模型，采用增長(zhǎng)記憶遞推算法、限定記憶遞推算法和縮減記憶遞推算法對(duì)模型進(jìn)行在線訓(xùn)練，以最小化LSSVM目標(biāo)損失函數(shù)為準(zhǔn)則自適應(yīng)調(diào)整預(yù)測(cè)模型的輸出，動(dòng)態(tài)調(diào)整模型的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，提高了模型的訓(xùn)練速度和預(yù)測(cè)精度。仿真結(jié)果表明該預(yù)測(cè)方法是有效的。
　　 (4)針對(duì)硅錳鐵合金埋弧爐熔煉過(guò)程中爐渣成分檢測(cè)滯后大、難以根據(jù)冶煉工況優(yōu)化操作參

6、數(shù)的問(wèn)題，提出了基于最小二乘支持向量機(jī)的爐渣成分預(yù)測(cè)方法。首先基于物料平衡原理建立了理想工況和特定化學(xué)反應(yīng)條件下硅錳鐵合金爐渣成分機(jī)理模型，反映了爐渣成分的變化規(guī)律。由于機(jī)理建模是對(duì)熔煉工況進(jìn)行了一定簡(jiǎn)化和假設(shè)，模型預(yù)測(cè)精度不能完全滿足工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)爐渣成分的檢測(cè)要求。然后，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的思想建立了約簡(jiǎn)最小二乘支持向量機(jī)爐渣成分預(yù)測(cè)模型和核主元分析與最小二乘支持向量機(jī)相結(jié)合的爐渣堿度預(yù)測(cè)模型。約簡(jiǎn)最小二乘支持向量機(jī)合金成分預(yù)測(cè)模型通過(guò)施密特