[发明专利]一种中间包电磁加热钢水升温控制方法

说明书

本发明公开了一种中间包电磁加热钢水升温控制方法，针对钢水注入中间包的初始阶段，钢水温度与指令温度存在较大差异，而钢水升温所需的电源输出功率等级与输出侧稳定性变化成反比的问题，建立中间包电磁加热电源输出侧匹配电路与钢水负载的等效数学模型，采用基于输出电流前馈的虚拟阻尼补偿控制策略，提高了初始阶段钢水加热用电源输出功率在系统稳定范围内的功率等级，实现了钢水的快速升温，提高连铸钢材的生产效率。

技术领域

本发明涉及冶金行业中，用于连铸钢材精炼制备用中间包电磁加热钢水升温控制方法。

背景技术

在冶金行业中，中间包通道式感应加热与精炼装备是提升我国连铸钢材的品质，降低能源利用率亟需的关键装备，对于我国国民经济的发展意义重大。连铸中间包钢水加热过程是连铸钢材生产过程中的重要环节，该环节的主要问题是控温与精炼。连铸实践表明，低过热度的恒温浇注对稳定操作和改善铸坯质量起着重要的作用，有助于提高钢材的生产品质。在钢水从粗炼到精炼的过程中，钢水从粗炼包中注入精炼中间包中，由于注入过程存在一定的热量损失，刚注入中间包中的钢水温度有可能低于精炼的指定钢水温度，因此需要对中间包中的钢水进行恒功率快速升温，提高钢材的冶炼效率。随着现代电力电子技术与功率半导体技术的发展，大功率高效率变频电源被逐渐应用到钢材感应加热技术之中，感应加热电源作为电力电子装备发展的进阶产物，可保证钢水在精炼过程中的稳定加热，而提高精炼初始阶段钢水的快速恒功率升温、保证钢水的加热效率则是本领域研究中较少考虑的问题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种中间包电磁加热钢水升温控制方法，完成对钢水精炼初始阶段的恒定大功率稳定加热过程，保证钢水在初始阶段的稳定快速升温和精炼过程中电磁加热电源的稳定可靠工作。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种中间包电磁加热钢水升温控制方法，包括以下步骤：

1)依据基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律，建立中间包电磁加热电源输出侧的电路微分方程，并进行时域下的拉普拉斯变换；

2)在中间包电磁加热电源的负载电压闭环控制器输出端加入电源输出电流与虚拟阻尼相乘的前馈量，实现对电源负载功率等级的提高。

中间包电磁加热电源输出侧的电路微分方程如下：

其中，L_f和C_f分别为中间包电磁加热电源输出侧的负载匹配电感和匹配电容；i_o为电源输出电流，u_in为电源输出电压；u_o为负载电压，u_c和i_c分别为匹配电容的电压和电流，Z_Lo为恒功率负载的等效阻抗；R_c和R_L分别为L_f和C_f的等效电阻。

中间包电磁加热电源输出侧的电路微分方程拉普拉斯变换后的表达式如下：

其中，i_o(s)，u_in(s)，u_o(s)，u_c(s)，i_c(s)分别为i_o，u_in，u_o，u_c、i_c的拉普拉斯变换。

所述电源负载功率表示如下：其中，P_o为负载功率，V_o为负载电压幅值。

虚拟阻尼R_com＝λΔR_L，其中，λ为补偿系数；ΔR_L＝R_Lsta-R_L；