【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及仿真，尤其是一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法。
技术介绍
1、电弧炉以电能为热源，对熔炼含有易氧化元素较多的钢种极为有利。因为它的投资费用较低、冶炼质量好且碳排放低等优势，使得它在国内外冶金行业中得到广泛的应用。但电弧炉作为一种典型的非线性时变负荷，给电网电能质量带来了十分严重的影响。目前，对于电弧炉的建模并没有将实际的工艺参数与电弧炉的电能质量相联系。无法通过当前电弧炉的工艺参数直接得到当前电弧炉所引发的电能质量问题。因此，考虑引入电弧炉的工艺参数来对交流电弧炉进行建模，将电弧炉当前的工艺参数与电弧炉在此时所产生的电能质量问题建立了直接联系，通过工艺参数的变化情况预测当前的电能质量情况。
技术实现思路
1、本专利技术提出一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，能对交流电弧炉运行过程中的电能质量特性进行仿真分析。最终获得在电弧炉冶炼过程中，注氧期间电弧炉电能质量的情况。
2、本专利技术采用以下技术方案。
3、一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，所述方法包括以下步骤；
4、步骤s1、构建电弧炉内的氧气浓度实时变化曲线；
5、步骤s2、以氧气浓度变化曲线计算电子复合系数；
6、步骤s3、构建基于电子连续性方程的交流电弧炉模型；
7、步骤s4、引入氧气浓度变化，得到考虑氧气浓度的交流电弧炉模型。
8、所述方法对电弧炉炼钢过程进行建模，基于电弧的电子连续性方程，通过电弧炉内部的
9、所述考虑工艺参数的交流电弧炉模型，通过对交流电弧炉运行过程中的电能质量特性的仿真分析，获得在电弧炉冶炼过程中的电子复合系数，用于评估注氧期间电弧炉电能质量的工况。
10、步骤s1中，根据氧气增氧枪向电弧炉内注入的氧气量，将氧气的流入量与炉内氧气浓度进行换算，得到氧气注入过程的浓度曲线；
11、建模方法设定注入炉内的氧气始终被约束在炉内发生反应，则根据电弧炉出口处的测得的氧气流量和增氧枪注入的氧气构成的一系列点集，得到氧气浓度变化曲线。
12、所述步骤s1中，设定原始时刻炉内氧气浓度为空气中的氧气浓度21％。
13、所述步骤s1中，增氧枪分为炉门氧枪和炉壁碳氧枪；
14、炉门氧枪单位时间吹入的氧气量为：
15、
16、式中：-全部炉门氧枪的吹氧流量，nm3/h；
17、炉壁碳氧枪单位时间吹入的氧气量为：
18、
19、式中：-全部炉壁碳氧枪的吹氧流量，nm3/h；
20、则增氧枪单位时间内的供氧流量为：
21、δvs＝δvlms+δvyqs 公式一；
22、单位时间内喷入炉内的总的氧气浓度为：
23、
24、根据上式以及通风口处测量的氧气流量构成氧气浓度变化曲线上的部分点集，获得随时间变化的氧气浓度变化曲线x。
25、步骤s2、步骤s3中，在构建基于电子连续性方程的交流电弧炉模型时，f(l)用于反应弧长的影响，表示为：
26、
27、式中：rc为阴极斑点半径；z为电弧的轴向坐标；l为电弧弧长；
28、电弧的电气特性方程组：
29、
30、式中：σe为弧柱电导率；e为电子电荷；ne为电子密度；μe为电子迁移率，其在电弧燃烧时稳定分布，近似视为常数，取0.1131m2/(v·s)；p为弧柱压强；e为弧柱中的电场强度；a、b为经验常数；β为电子复合系数。
31、步骤s3的基于电子连续性方程的交流电弧炉模型中，电弧电压受电子密度的影响，电子密度的变化受电子复合系数β的影响；电子复合系数β体现电弧放电过程中电子的复合情况，其值与气体介质有关；在不同的气体介质中，电子的复合情况不同；
32、交流电弧炉模型中，电弧炉炼钢过程对电子复合系数β的影响只考虑氧气浓度的变化情况，根据氧气的喷入与消耗情况建立氧气浓度变化曲线来构成其与电子复合系数β之间的关系。
33、步骤s2中，将电弧炉炼钢过程中熔化期分为起弧阶段、穿井阶段、电极上升阶段和熔化末了阶段这四个阶段，电极上升阶段采用浅吹方式吹氧以加速熔化，熔化末了阶段则采取深吹方式吹氧；
34、设在未注氧的起弧阶段和穿井阶段，电弧炉内的空气成分仅为氧气和氮气，含量分别为21％及79％，在后续的电极上升阶段和熔化末了阶段，喷氧枪向电弧炉内注入氧气，在后续过程中也仅考虑氧气和氮气的含量；
35、设在炼钢过程的准中性区域，炉内一直存在氧气与炉内的元素c、p、fe、si的物质反应，氧气浓度处于动态变化；将氧气浓度变化曲线x作为输入，则近似认为认为氮气含量为(1-x)，电子复合系数简化为：
36、
37、式中：分别为氧气和氮气的电子复合系数；te为电子温度；x为炉内氧气浓度的实时变化曲线。
38、所述电弧炉的电弧环境满足局部热力学平衡条件，认为电子温度与电弧温度相等，即：te＝t，则公式七化简为：
39、
40、本专利技术提出了一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，属于一种用于电能质量研究的考虑氧气浓度的交流电弧炉建模方法，本专利技术基于电弧的电子连续性方程，将电弧炉的工艺参数与电弧炉建模结合起来。充分考虑了电弧炉内部的氧气浓度的变化情况与电弧放电过程中电子的复合情况之间的联系，将电弧炉的工艺参数与电弧炉建模相联系，建立考虑工艺参数的交流电弧炉模型，并对交流电弧炉运行过程中的电能质量特性进行仿真分析；最终获得在电弧炉冶炼过程中，注氧期间电弧炉电能质量的情况，即根据注氧等操作的参数反映此刻的电能质量水平。
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1.一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：所述方法对电弧炉炼钢过程进行建模，基于电弧的电子连续性方程，通过电弧炉内部的氧气浓度的变化情况与电弧放电过程中电子的复合情况之间的关联，将电弧炉的工艺参数与电弧炉建模结合，建立考虑工艺参数的交流电弧炉模型。
3.根据权利要求2所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：所述考虑工艺参数的交流电弧炉模型，通过对交流电弧炉运行过程中的电能质量特性的仿真分析，获得在电弧炉冶炼过程中的电子复合系数，用于评估注氧期间电弧炉电能质量的工况。
4.根据权利要求2所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：步骤S1中，根据氧气增氧枪向电弧炉内注入的氧气量，将氧气的流入量与炉内氧气浓度进行换算，得到氧气注入过程的浓度曲线；
5.根据权利要求4所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：所述步骤S1中，设定原始时刻炉内氧气浓度为空气中的氧气浓度21
6.根据权利要求4所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：所述步骤S1中，增氧枪分为炉门氧枪和炉壁碳氧枪；
7.根据权利要求6所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：步骤S2、步骤S3中，在构建基于电子连续性方程的交流电弧炉模型时，F(L)用于反应弧长的影响，表示为：
8.根据权利要求7所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：步骤S3的基于电子连续性方程的交流电弧炉模型中，电弧电压受电子密度的影响，电子密度的变化受电子复合系数β的影响；电子复合系数β体现电弧放电过程中电子的复合情况，其值与气体介质有关；在不同的气体介质中，电子的复合情况不同；
9.根据权利要求8所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：步骤S2中，将电弧炉炼钢过程中熔化期分为起弧阶段、穿井阶段、电极上升阶段和熔化末了阶段这四个阶段，电极上升阶段采用浅吹方式吹氧以加速熔化，熔化末了阶段则采取深吹方式吹氧；
10.根据权利要求9所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：所述电弧炉的电弧环境满足局部热力学平衡条件，认为电子温度与电弧温度相等，即：Te＝T，则公式七化简为：
...【技术特征摘要】
1.一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：所述方法对电弧炉炼钢过程进行建模，基于电弧的电子连续性方程，通过电弧炉内部的氧气浓度的变化情况与电弧放电过程中电子的复合情况之间的关联，将电弧炉的工艺参数与电弧炉建模结合，建立考虑工艺参数的交流电弧炉模型。
3.根据权利要求2所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：所述考虑工艺参数的交流电弧炉模型，通过对交流电弧炉运行过程中的电能质量特性的仿真分析，获得在电弧炉冶炼过程中的电子复合系数，用于评估注氧期间电弧炉电能质量的工况。
4.根据权利要求2所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：步骤s1中，根据氧气增氧枪向电弧炉内注入的氧气量，将氧气的流入量与炉内氧气浓度进行换算，得到氧气注入过程的浓度曲线；
5.根据权利要求4所述的一种考虑氧气工艺操作的交流电弧炉建模方法，其特征在于：所述步骤s1中，设定原始时刻炉内氧气浓度为空气中的氧气浓度21％。
6.根据权利要求4所述的一种考虑氧气工艺...
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