直流电弧炉电弧位置控制

D0I:10.13374/j.issn1001053x.1999.06.020 第21卷第6期 北京科技大学学报 Vol,21 No.6 1999年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dee,1999 直流电弧炉电弧位置控制 魏剑平李华德 余达太 北京科技大学信息工程学院，北京100083 摘要在分析直流电弧炉三维导体布置的基础上，建立了直流电弧的偏弧模型，并以此作 为电弧位置控制的依据，针对水冷钢棒式底电极型的直流电弧炉，阐述了其电弧位置控制的 原理和系统组成，并进行了仿真研究.结果表明控制系统可以有效地纠正电弧的偏向问题并 可按设定点自由控制电弧位置. 关键词直流电弧炉：偏弧模型：电弧位置控制 分类号TP273 直流电弧炉的偏弧现象是由电弧炉内电磁 离.电弧的电流密度J的轴向分量，对电弧柱 场的分布情况决定的.在电弧炉运行过程中，布 所受的电磁力有较大影响，而电流密度J的径 置于炉体周围的母线导体流过的直流电流达 向分量J,则是电弧柱产生旋转的主要因素，轴 10~100多kA,在电弧炉内形成一个电磁场，受 向电流密度J,远大于径向电流密度J.轴向电 炉体周围环境状况和炉内复杂气氛变化的影 流密度J,为抛物线分布： 响，炉内电磁场在不断发生变化，直流电弧区的 4) (2) 电磁场对电弧本身产生的电磁力使电弧的位置 式中：I为电弧电流，”为径向坐标. 出现偏移，而且偏移的位置随着受到的电磁力 的大小发生改变.针对偏弧现象，一般采取的措 阴极电压降 石墨电极棒 施是合理布置炉子下面的汇流排和在炉底安装 电子流 特殊设计的抑制偏弧的线圈，但这些措施只能 阴极斑点 在电弧炉的建造阶段实施，电弧炉投运后，导体 电 电气轮题 (6000堡 电弧等离子体 布置是不可更改的.要从根本上来解决问题，必 (电弧等子体射流) 电弧焰 须能够在电弧炉运行过程中自由控制电弧的位 位 (电弧射流) 置4.针对底电极为4根水冷钢棒的直流电孤 钢水液面 电流方向 炉，本文提出了电弧位置闭环自动控制的方法. 阳极电压降 图1稳定电弧的形状 1直流电弧偏弧模型的建立 建立如图2所示的坐标系.图中z轴与炉体 直流电弧是1个易变形、自由度高的导体， 它的形状和电流密度分布情况对偏弧有很大的 影响.在三维的导体布置下建立偏弧模型是电 弧位置控制的基础， 稳定电弧的形状如图1所示，它的电气轮 廓半径R可以如下表示： R R-√是) 61 (1) 式中：R为阴极斑点半径，Z为至石墨阴极的距 P 图1载流导体在电弧区产生的磁场力 1999-05-2】收稿魏剑平男，30岁，博士生 的中轴线重合，炉底中心点定为坐标系原点0 *国家“八五n“九五"攻关重点课题(No.85-311-02-11-05) 圆平面S为电弧柱与钢液面C的交面.根据毕

第 21 卷 第 6 期 1 9 9 9 年 1 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u r n a l o f U n iv e r s i yt o f S e i e n e e a n d eT e h n o l o g y B e ij i n g Vb l . 2 1 N 0 . 6 D e C . 19 99 直流 电弧炉 电弧位置控制 魏剑 平 李华德 余达太 北京科技大 学信 息工程 学院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 在 分析 直流 电弧 炉三 维 导体 布置 的基 础 上 , 建立 了直流 电弧 的偏弧模型 , 并 以此作 为 电弧位置 控制 的 依据 . 针对 水冷 钢 棒式 底 电极 型 的直 流 电弧炉 , 阐述 了其 电弧位置控制的 原 理和 系统 组成 , 并进 行 了仿 真研 究 . 结 果表 明控制系统 可 以有 效地纠 正电弧的偏 向问题并 可 按设 定点 自由控制 电弧位 置 . 关键 词 直 流 电弧 炉 ; 偏 弧 模型 ; 电弧位 置 控制 分类 号 T P 2 73 直流 电弧炉 的偏 弧现象 是 由 电弧炉 内电磁 场的分布情 况决定 的 . 在 电弧炉 运行过程 中 , 布 置 于 炉体 周 围的母 线 导 体 流过 的直 流 电流 达 10 一 1 0 0 多 kA , 在 电弧炉 内形成一 个 电磁场 , 受 炉体 周 围环 境 状 况和 炉 内复 杂气 氛 变 化 的影 响 , 炉 内 电磁场在不 断发生变化 , 直流 电弧区 的 电磁 场对 电弧 本身产生 的电磁 力使 电弧 的位置 出现偏移 , 而 且偏移 的 位 置随着受 到的 电磁力 的大 小发 生改变 . 针对偏弧现象 , 一 般采取 的措 施是合 理布置 炉 子下 面 的汇流排和 在炉底安装 特 殊设计 的抑制 偏弧 的 线 圈 . 但这 些措施只 能 在 电弧炉 的建 造阶段实施 , 电弧炉投运后 , 导体 布置 是不 可更改 的 . 要 从根本上来解决 问题 , 必 须能够在 电弧 炉运 行过程中 自由控 制电弧的位 置 〔, , ” . 针 对底 电极 为 4 根 水冷 钢 棒 的直流 电弧 炉 , 本文 提 出 了 电 弧位 置 闭环 自动 控制 的方法 . 离 . 电弧的 电流密度 J 的轴 向分量 zJ 对 电弧 柱 所 受的电磁力有较 大影 响 , 而 电流密度 J 的径 向分量 诱 则是电弧柱产生 旋转 的主要因 素 , 轴 向电流密度 大远大于径 向电流密度 沂 . 轴 向 电 流密度 丈 为抛物线分布 : 21 ` . 尸 、 J , = - , 孟丁! 1 一一共 犷 . 兀才《万、 八牙, ( 2 ) 式 中 : I 为 电弧 电流 , ; 为径 向坐标 . 人 卜 「 1 直流 电弧偏弧模型 的建立 直流 电弧 是 1 个 易变 形 、 自由度高的导体 , 它 的形 状和 电流密 度分布情况对偏弧有很大 的 影 响 . 在 三维 的导 体布 置 下 建立偏 弧模型 是 电 弧位置 控 制的 基础 . 稳定 电弧 的形 状如 图 1 所示 {3] , 它 的 电气 轮 廓半径 尺 : 可 以如下 表 示 : 图 1 稳 定 电弧 的形状 建立如图 2 所示 的坐标 系 . 图中: 轴与炉体 * : 一 * 。 ! 卜福) ( ` , 式 中 : R 。 为阴 极斑点 半径 , Z 为至 石 墨 阴极 的 距 19 9 9 一 05 一 21 收稿 魏剑 平 男 , 30 岁 , 博 士生 * 国家 “ 八五 ” “ 九 五 ” 攻 关 重点课 题 (N o 名 5 一 3 1 1 一 0 2 一 1 1 一 0 5 ) 图 1 载流导 体在 电弧区产生的磁场 力 的 中轴线 重合 , 炉底 中心 点 定为坐标系 原点 0 . 圆平面 S 为 电弧 柱与钢液 面 C 的交面 . 根据 毕 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1999. 06. 020

Vol.21 No.6 魏剑平等：直流电弧炉位置控制 ·581 奥一萨伐尔定律，电流为1的空间任意位置载 昆-eos9cos (3) 流导体P(,,),P(x2,y,z)在圆平面S上任 式中：k为炉壳的弱磁系数，取0.5：4为真空导 一点P(x,,z)处产生的磁感应强度B。的方向由 磁率；”，0,02，由以下各式确定： 右手定则来进行确定，它的模为： r=v(x-x)+(y-y)+(z-z)sine (4) 0,=cos-i (x-x(x2-x)+(y-vi)(v2-vi)+(z-z)(z2-zi) (x-x)+V-y)+(z-z)x/x:-x)+v:-y)+(z-z (5) 02=cos-1 (x-xx1-x2)+y-21-y2+(z-zz1-z) √x,-xP+y2-yP+(a-z×Vx2-x)+6-y+(a-zJ (6) 对于过P点且垂直于圆平面S的载流元段 电弧的辐射传热只有很小的影响作用，这是分 ,△h而言，磁感应强度B,的分量B和Bm将引 析电弧的偏向位置的主要依据， 起平行于S面的电磁力.作用在单位长度（△h=1) 对于有4根水冷钢棒底电极的直流电弧炉， 载流元上的电磁力： 每根底电极都有单独的供电系统，在保证总输 在x方向f=-iBy=-jdr·Bpm (7) 入功率不变的情况下，流经每根底电极母线的 在y方向f=-ip·By=j,dsB (8) 电流可单独控制，不同的电流分配制度可以对 空间布置的所有载流导体在P点产生的磁 炉内电磁场的分布产生不同的影响，进而改变 感应强度和磁场力可按矢量叠加原理求得.这 施加于直流电弧柱上的电磁力，达到控制电弧 样，促使电弧柱偏移的电磁力为： 位置的目的，电流分配制度是由当前电弧位置 F=dJ∬irB,ds (9) 及各段底电极母线对电弧区电磁场的贡献来决 电弧柱在偏移的同时受到等离子体射流冲 定的.图3是电弧位置闭环控制系统的方框图 量所产生的恢复力的矫正，它的大小为： 电流分布 电弧位置设定 底电极电流分布 →直流电弧炉 Ra=装叫贤a受 (10) 控制系统 式中：1为电弧弧长，I为电弧电流，R为石墨电 Smith预测控制 壁 极内电流通路的曲率半径，R为石墨电极半径， 公 a为偏弧角度. 当电弧柱所受的电磁力和恢复力达到平衡 底电极电流 壁温分布曲线 炉壁温度 水冷炉壁 时，电弧柱就停留在某1个平衡点.当外加磁场 分布计算」 分析及偏弧计算 分布描述 温度检测 由于某种原因发生变化时，电弧柱会偏离原来 图3。电弧位置闭环控制系统 的平衡位置而到达1个新的平衡点，电弧柱的 平衡方程为： 3仿真研究结果 F+F恢x=0 (11) 如图4所示，将炉体横截面视为圆形，以配 在炉底导体位置确定的情况下，每根底电 电室到除尘孔的直线为横轴，出钢口到除渣口 极的配电母线对直流电弧产生的电磁力都可以 的直线为纵轴建立平面坐标系.若a点为电弧 依据上述模型计算出来，据此可制定底电极电 在钢液表面的着弧点：α为偏转方位角度，其变 流分配制度. 化范围为-180°≤a≤180°：d为偏移量，d的变化 范围为0≤d≤6.3m,6.3m为水冷炉壁内径；B为 2电弧位置控制系统的原理和构造 偏弧角. 在电弧炉运行的过程中，电弧的位置无法 温度分布曲线的初始模拟值如图5.图6为 直接测量，可以测出水冷炉壁的温度变化曲线， 经过8个测量周期后(4min)的温度分布曲线. 通过分析当前和历史的炉壁温度曲线而间接得 图7为l6个测量周期后(8min)的温度分布曲线， 到电弧的位置.直流电弧发生偏转后，其电弧火 已满足温差要求.电弧位置控制过程中，偏向角 焰以一定的反射角度射向炉壁，从而导致炉壁 的变化情况如图8所示，电弧偏移量的变化情 的热负荷不均，形成热点和冷点.电弧火焰的对 况如图9所示，纠偏前后电流分配制度如图10 流传热是形成炉壁热负荷不均匀的主要因素， 所示

V b l . 2 1 N o . 6 魏 剑平 等 : 直 流 电弧 炉位 置控 制 、 一 镖 ( c o s 0 1 +c 。 S良, ( 3 ) u 。 为真空 导 (4(5(6 奥 一 萨伐尔定律 ` 4, , 电流为 I 的空 间任意位 置 载 流导体 尸 1 x( 1 , yl , lz) , 几 x( 2 , 儿 , z) 在 圆平面 S 上任 一点 尸x( , y ,习处 产生 的磁 感应强度 凡 的方 向由 右手 定则来进行确定 , 它 的模 为 : 式 中 : k 为炉壳 的弱磁 系数 , 取 .0 5 ; 磁率 ; : , 0 1 , 氏 , 由 以下 各式确 定 : r 一 了x( 1一 x ) , + 妙 1 一少) 2+ ( z , 一 z ) , s i n o l 、少、了.. x( 一x , ) x( 2 一x l +) 伽一 1 ) x( l 一 x ) , + y( 1一夕) , + (z , 一 z ) , x x( 一 x Z )x( 1一 x Z ) 十妙一沙) x( 2一 x) 2+ 伽 2 一y ) 2+ (z 2 一 )z , 、 厂刃 1 +) (z 一 l)z 怀, , 1 ) 1 : . _ , (x 2 一x , ) 2+ 妙 2一 1 ) , + ( 2 2 一 2 1 ) , 、 一沙+) (z 一 )z l(z 一几 ) x( 2 一 xl ) 2+ 妙 2 一yl ) 2+ =(z 一 lz ) , z `卜. 了、 ! 、 8 : = e o s 一 ` 氏= e o s 一 , 对于过 尸 点且 垂 直于 圆平面 S 的载流 元段 协h 而 言 , 磁感应强度 凡 的分量 凡 和 凡 将引 起平行于 S 面的电磁力 . 作用在单位长度(△h = 1) 载流元上 的电磁力 : 在 x 方向 关= 一 今坳 夕= 一ds · 凡 ( 7) 在夕方 向 芳= 一 纷坳 声 ’=Jz · ds · 凡 ( 8) 空间布置 的所有载流导体在尸 点产生 的磁 感应强度和磁场力可 按矢量 叠 加原理 求得 . 这 样 , 促使电弧 柱偏移的电磁 力为 : 凡 = 丈dz 价 · 艺凡ds ( 9 ) 电弧柱在偏移的同时受到等离子 体射 流冲 量所产生的恢复力的矫正 , 它的大小为 : , u n l L , ( SR . a 、 凡 盆 = 专鉴 · · 号ln 号笋t a n普 } ( 10 ) , 二 4兀 R “ ` L R 。 ` 一 ` Z J 式中 : l 为电弧弧长 , aI 为电弧 电流 , R 为石墨 电 极内电流通路的曲率半径 , R 。 为石 墨 电极半径 , a 为偏弧角度 . 当电弧柱所受的电磁力和 恢 复力达到平衡 时 , 电弧柱就停 留在某 1 个平衡点 . 当外加磁场 由于某种原因发生 变化时 , 电弧柱会偏离原来 的平衡位置而到达 1 个新 的平衡点 . 电弧柱的 平衡方程为 : 几 + 凡复 = 0 ( 11 ) 在炉底导体位置 确定的情况 下 , 每根底 电 极 的配 电母线对直流 电弧 产生 的电磁力都可 以 依据上 述模型计算 出来 , 据此可 制定底 电极 电 流分配 制度 . 2 电弧位置控制系统的原理和构造 在 电弧炉运行 的过 程 中 , 电弧 的位置 无法 直接测 量 , 可 以测 出水冷炉 壁 的温度变化 曲线 , 通过 分析当前和历 史的炉壁温度 曲线而 间接得 到 电弧的位置 . 直流 电弧发生 偏转后 , 其 电弧 火 焰 以一 定 的反射角度射 向炉壁 , 从而 导致炉壁 的热负荷不均 , 形 成热点和 冷点 . 电弧火焰 的对 流传热是形 成 炉壁 热 负荷不 均匀 的主 要 因 素 , 电弧 的辐射 传热只 有 很小 的影响作用 , 这是分 析 电弧 的偏 向位置 的主 要依据 . 对于 有 4 根水冷钢棒底 电极 的直流 电弧炉 , 每根底 电极都有单独 的供 电系统 , 在保证 总输 入功率 不 变 的情况 下 , 流经 每根底 电极母线 的 电流可 单独控制 , 不 同 的 电流分配制度 可 以对 炉 内电 磁 场 的分布产 生 不 同 的影 响 , 进 而 改 变 施加于 直流 电弧柱 上的 电磁力 , 达到控 制 电弧 位置 的 目的 . 电流分配 制度是 由 当前 电弧 位置 及各段底 电极母 线对 电弧区 电磁 场 的贡献来决 定 的 . 图 3 是 电弧位置 闭环控制 系统 的 方框 图 . 画露爵开百石丽赢同 电流分布 } 壁温分布 曲线 图 3 分析 电 及 弧 偏 位置 弧计 闭 鹰 环控制系统 盔 3 仿真研究结果 如 图 4 所示 , 将炉体横截面视 为圆形 , 以配 电室 到除尘 孔的直线为横轴 , 出钢 口 到除渣 口 的直线 为纵 轴建立 平 面坐标系 . 若 a 点为 电 弧 在钢 液表面 的着弧点 ; a 为偏 转方位角度 , 其变 化范围为一 1 8 0 “ 簇 a 成 1 8 0 ; d 为偏移量 , d 的变化 范围为 0簇 d簇 .6 3 m , .6 3 m 为水冷炉壁 内径 ; 刀为 偏弧角 . 温度 分布 曲线 的初始模 拟值如 图 5 . 图 6 为 经 过 8 个测量周 期后 (4 m in) 的温度分 布 曲线 . 图 7 为 16 个测 量周期后 ( s m in) 的温度分布 曲线 , 已满足温差 要求 . 电弧位置 控制过程 中 , 偏 向角 的变化情况如 图 8 所示 . 电弧偏移量 的变化 情 况 如 图 9 所示 . 纠偏前 后 电流分配制 度如 图 10 所示

·582· 北京科技大学学报 1999年第6期 出钢侧 50r 着弧点 40 配电室侧 a 除尘孔侧 30 向 a 20 10 -180 -90 0 90 180 除渣侧 a/() 图4炉体内建立的坐标系 图5零时刻的温度分布曲线 60厂 60「 0 840 40 30 30 20 20 10 0 -180 -90 0 0 180 -180 -90 0 90 180 a/ a/() 图64min后的温度分布曲线 图78mi加后的温度分布曲线 20f 200r 15 150F 23.2kA 27.8kA 2.5kA 26.4kA 名0 100 22.6kA o 0.2 4 6 8 02 4 6 8 1234 1234 z/min r/min 纠偏前 纠偏后 图8偏弧角的变化情况 图9电弧偏移量的变化情况图10纠偏前后底电极电流的不同分配制度 从仿真结果看出，初始时，底电极电流均匀 优点提供了保证 分配，均为25kA,当炉况和外部条件发生变化 后，直流电弧出现偏转，电弧偏向角达到21.3°， 4结论 偏移量为181mm,此时电弧受到的总电磁力为 在三维空间内，以实际的导体布置为模型， 126N;电弧位置控制系统重新分配底电极电流 在详细分析了电弧在电弧区的受力情况下，建 后，4根底电极电流分别为22.6,26.4,23.2和27.8立了偏弧的模型，为电弧位置控制提供了依据. kA,此时直流电弧受到的电磁力接近0N,偏弧 在电弧位置控制方面，提出电弧位置控制的概 迅速得到纠正.16个测量周期后得到的温度曲线念，阐述了电弧位置控制的原理，提出了电弧位 满足了水冷炉壁的温差指标要求.由此可得出结置的控制算法，并在此基础上作了计算机仿真 论，电弧位置控制系统能够在极短时间内调整底研究.结果表明，通过重新分配底电极电流大 电极电流分配制度，迅速纠正直流电弧的偏转并小，电弧位置可以达到设定点，响应速度也非常 将电弧控制到设定位置，从根本上解决了直流电 快，电弧位置控制问题的解决必将推动我国直 弧炉偏弧现象，为最大限度地发挥直流电弧炉的 流电弧炉炼钢技术进一步向前发展

. 5 8 2 - 北 京 科 技 大 学 学 报 19 99 年 第 6 期 出钢侧 5 0 4 0 配 电室侧 除尘孔侧 g 七 3 0 2 0 1 0 9 0 180 除渣侧 炉体 内建立的坐标系 a / ( g ) 图 5 零时刻 的温度分布曲线 “盔ù 0 1甘ù. n甘 熬 ·。 60504 卯、、 30/加10 1 80 一 180 一9 0 0 90 18 0 、一n ù 1L O了 J峪、一-l 、一n ù 、 、一R 一 一 司(s) 图 6 4 m in 后的扭度分布曲线 2 00 F 留(勺 圈 , 8 m in 后的温度分布曲找 月弓.1. 1、éōó工以nUé曰nn 娓甚澎馒 一飞口任 l 5 宁、 . 尸 飞 1 0 5 0 2 6 8 r 八n l n 图 8 偏弧角的变化情况 0 2 4 6 8 r /m i n 图 9 电弧偏移量的变化情况 纠偏前 纠偏后 图 10 纠偏前后底 电极电流 的不同分配制度 从 仿真结果 看 出 , 初始 时 , 底 电极 电流均匀 分配 , 均 为 25 kA . 当 炉 况 和 外 部 条件发生 变化 后 , 直流 电弧 出现偏转 , 电弧偏 向角达到 21 . 3 “ , 偏移量 为 1 l8 m m , 此时 电弧受 到的总 电磁 力为 12 6 N ; 电弧位 置 控制系统重新 分配底 电极 电流 后 , 4 根底 电极 电流分别 为 2 2 . 6 , 2 6 . 4 , 2 3 . 2 和 2 7 . 8 kA , 此 时直流 电弧 受到 的电磁 力接近 O N , 偏弧 迅速得到纠正 . 16 个测 量周 期后得到 的温度 曲线 满足 了水冷炉壁 的温差指标要求 . 由此可得 出 结 论 , 电弧位置控制系统 能够在极短 时间 内调 整底 电极 电流分配制度 , 迅速纠正 直流 电弧的偏转并 将 电弧控制 到设定位 置 , 从根本上解 决了 直流 电 弧炉偏弧现象 , 为最大 限度地 发挥直 流 电弧炉 的 优 点提供 了保证 . 4 结论 在三 维空 间内 , 以实际 的导体布置 为模型 , 在详细 分析 了 电弧在 电弧区 的受力情况下 , 建 立 了偏弧 的模型 , 为电弧位置控制提供了依据 . 在 电 弧位置 控制方面 , 提 出电弧位置 控制 的概 念 , 阐述 了 电弧位置 控制 的原理 , 提 出 了 电弧位 置 的控制算法 , 并在此基础 上 作 了计算机仿 真 研究 . 结果表 明 , 通过重新分配底 电 极 电流 大 小 , 电弧位置可 以达到设定点 , 响应速度也非常 快 . 电弧位置控制 问题 的解决必 将 推动我 国直 流 电弧炉炼 钢技术进一 步 向前 发展

Vol.21 No.6 魏剑平等：直流电弧炉位置控制 ·583· 参考文献 Conference Proceedings,1993.209 1 Jacques Vervacke.Development of DC-electric Arc Furna- 3朱应波，宋东亮，曾昭生，等，直流电弧炉炼钢技术.北 ces with Arc Control.Metallurgical Plant and Technology 京：冶金工业出版社，1997.280 International,1994(4):63 4马信山，张济世，王平.电磁场基础。北京：清华大学出 2 Takashiba N,Takahashi K.Uniform Melting of DC Arc 版社，1995.142 Furnace by Controlling Arc Direction.Electric Furnace 5舒迪前.预测控制系统及其应用.北京：机械工业出版 杜，1996.37 Are Direction Control in DC Electric Arc Furnace Wei Jianping,Li Huade,Yu Datai Information Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT Based on analysis of three dimension layout of power conductors in DC arc furnace,a arc de- flection model is established.According to the model,the arc direction of the DC arc furnace can be control- led.The principle and construction of the direction control system are proposed.The results of simulation re- search shows that arc deflection can be quickly corrected and the arc direction can be freely controlled as re- quired. KEY WORDS DC EAF;arc deflection model;arc direction control 堂堂0堂业宜理堂蜂蜂堂堂堂堂堂的业型业e业s堂 科研成果介绍 提高硬质合金工具使用寿命的研究 硬质合金工具材料在各个工业领域中的地位日益重要，而硬质合金工具当前存在2个主要关 键问题：一是硬质合金的钴含量占有一定的分量，而钴的价格昂贵，导致合金的成本较高：二是硬 质合金工具的合金头易碎片、断裂、不耐磨等.因此提高硬质合金工具的使用寿命是人们关注的一 个重要问题. 硬质合金制造工艺、合金成分[C0含量、C含量]、碳化钨晶粒大小、粘结相结构及成分对合金 性能的影响，国内外进行了大量的、详尽的研究，而对剩余应力研究国内尚无开展.本研究就是通 过剩余应力的研究，改善合金性能，提高硬质合金工具的使用寿命， 硬质合金主要由碳化钨和金属钴所组成，钴相的热膨胀系数比碳化钨相约大3倍，因此当硬 质合金从烧结温度冷却到室温时，合金中将产生相当大的应力，这个应力叫做剩余应力，剩余应力 大大影响着硬质合金工具的使用寿命， 通过特种加工和强韧化处理将降低剩余应力，并且改变剩余应力的类型及状态，同时使硬质 合金表面层产生一定的压应力，合金的性能得到改善和提高，结果表明硬质合金的抗弯强度提高 了150~200MPa,硬质合金的冲击韧性提高了0.9J. 研究结果表明，通过特种加工和强韧化处理的硬质合金性能优于未经特种加工及处理的硬质 合金，经现场使用，硬质合金工具的使用寿命有了较大的提高，一般使用寿命提高了1~1.5倍

l V b . 2 N 1 0 . 魏剑 6平 等 : 直 流 电弧 炉位置控 制 今考 文 献 u c J a q s e V e r v e a k e . D e e v l P m o e i n o C D f 一 e l t r e e i A e F c r u m a - s e e i C t A c w r h o t n r o l . i 介 t u t g d l l l l P r n n e e e a a a a M h n o l o g y i I n e i t n r a n o i a , 199 4( 4) : 6 3 毛水“ hi b a N , Tak ah a s h i K . U n i fo n 朴 M e it i n g o f D C A cr Fu m a c e by Co in r o l li n g rA e D i r e e t i o n . E l e o tr i e F unr ac e C o n fe er n e e p r o e e e di n g s , 1 99 3 . 20 9 朱应波 , 宋东亮 , 曾昭生 ,等 . 直流 电弧炉炼钢技术 . 北 京 : 冶金工业 出版社 , 19 97 , 28 0 马信 山 , 张济世 , 王平 . 电磁场基础 . 北京 : 清华大学 出 版社 , 1 9 95 . 14 2 舒迪前 . 预测控制系统及其应用 , 北京 : 机械工业 出版 社 , 19 96 . 3 7 A r C D ir e C it o n C o n t r o l i n D C E l e e t r i e A r c F u r n a e e 肠1 iJ a nP ign , iL 关八摇口么 uY D a at i nI fo mr at i on nE g i n e e r ign S e h o o l , U S T B e ij ing , B e ij i n g 10 0 0 8 3 , C h i n a A B ST R A C T B a se d on an aly s i s o f t hr e e d im en s ion lay o ut o f Po w e r e o n du e t o r s i n D C ar e if lr n a e e , a ar e d e - fl e ict on m ed e l 1 5 e sat bli hse d . A c c o r d i n g ot het m o de l , ht e ar e d i r e e it o n o f ht e D C ar e fu m a e e e an b e e o ntr o l - l e d . 仆e Pirn c iPl e an d c on s廿u c t ion o f het idr e e it on e o ntr o l s y st e m ar e Pr oP o s e d . T h e r e s u lt s o f s i mu lat i o n r e - s e acr h hs ow s ht a t acr d e if e ict on e an b e iqu e k ly e o er cet d an d ht e acr d ir e e t i o n e an b e fer e ly e o ntr o ll e d a s er - iqu er .d K E Y W O R D S D C E A卫; acr de if e ot ion m o d e l; a r c id er e t i o n e o Dtr o l 科研成果介绍 提 高硬质合金工 具使 用寿命 的研 究 硬质合金工 具材料在各个工 业领域 中的地位 日益重要 , 而硬 质合金工 具当前存在 2 个 主 要关 键问题: 一是硬质合金 的钻含量 占有一 定 的分量 , 而 钻 的价格 昂贵 , 导致合金 的成本较 高 ; 二 是硬 质合金工具的合金头易碎片 、 断裂 、 不耐磨 等 . 因此提高硬质合金 工 具的使用寿命是人们关 注 的一 个重要问题 . 硬质合金制造工 艺 、 合金成分 [ C 。 含量 、 C 含 量〕 、 碳化 钨 晶粒大 小 、 粘结相 结构及成分 对合 金 性能的影响 , 国 内外进行 了大量的 、 详 尽的研 究 , 而对剩余应力研 究国 内尚无 开 展 . 本研究就 是 通 过剩余应力的研究 , 改善合金性能 , 提 高硬质 合金工 具 的使用寿命 . 硬质合金主 要由碳化钨和金属钻 所组 成 , 钻相 的热膨 胀系数 比碳 化钨相约 大 3 倍 , 因 此 当硬 质合金从烧结温度冷却到室温 时 , 合金中将产生相 当大 的应力 , 这个应 力叫做剩余应力 . 剩余应 力 大大影 响着硬质合金 工具 的使用寿命 . 通过特种加工 和 强 韧化处理将 降低剩 余应力 , 并 且改变剩余 应力 的类 型及 状态 , 同 时使硬 质 合金表面层 产生 一定 的压 应力 , 合金 的性能得到改善和 提高 , 结果表 明硬质 合金 的抗 弯强度提 高 了 15 0 一 ZOOM Pa , 硬质合金的冲击韧 性提 高 了 0 . 9 J . 研究结果表 明 , 通过特种加工 和 强韧化处理 的硬质合金 性能优于 未经特种加 工及处 理 的硬质 合金 . 经 现场使用 , 硬质合金工 具 的使用寿命 有 了较 大的提高 , 一般 使用寿命提 高 了 1 一 1 . 5 倍