加压电渣重熔装备与工艺技术开发

加压电渣重熔是目前工业化制备高氮钢和高氮合金最为有效的生产路线,是当今电渣冶金领域的研究热点和前沿技术。介绍了加压电渣重熔成套设备、工艺技术发展和主要产品特点。对当前加压电渣炉装备中氮化合金加料系统和水-气动态平衡系统等核心部件进行综述;针对加压电渣重熔生产中的工艺难点,阐述了氮化合金增氮和气相增氮技术的机理和方法、新型高效发热精炼重熔渣系开发及元素精准控制等新工艺技术发展。近年来,随着国内新建的系列国产化中试规模加压电渣炉的应用和系列高氮钢产品的成功研制,我国在加压电渣重熔成套装备的自主研制和工艺技术开发上取得的较大突破,并逐步向国际先进水平迈进。同时,深入开展工业级加压电渣重熔成套装备的自主研制和工艺技术研发,保障我国航空、航天和军工等领域高端高品质特殊钢和特种合金等急需的关键材料制备,是我国发展现代电渣冶金技术的重要方向。

我国特种冶金产品、技术和装备的最新进展与展望

航空航天、能源、石油化工、船舶、轨道交通、新能源汽车、节能环保、电子信息等领域的高端装备产业发展强劲,对特殊钢和特种合金材料的质量和性能提出了更高的要求,需求量激增。因此,最近十几年我国特种冶金行业得到了快速的发展。首先,分析和总结了我国上述高端装备制造用超高强度钢、高温合金、耐蚀合金、耐热钢、特种不锈钢、高性能轴承钢、工模具钢以及精密合金等的新需求。其次,分析了传统特种冶金流程和几种特冶新流程的发展现状与趋势,重点强调了与转炉/电弧炉炼钢流程相结合可以为电渣重熔和真空电弧重熔提供高洁净的自耗电极,也可以为真空感应炉提供纯净原材料,用连铸坯作为自耗电极的抽锭式电渣重熔后接轧制工艺的电渣短流程可以显著提升生产效率和降低生产成本。同时,也简要介绍了高氮不锈钢冶炼的双联工艺和工模具钢的粉末冶金和喷射成形工艺流程。再次,分析和总结了我国特种冶金产业发展现状,以及新技术和新装备的进展情况。最后,对未来十年我国特种冶金的技术发展提出了建议和展望。

真空电弧重熔GH984G合金多物理场耦合行为的数值模拟

利用Fluent软件建立模型,模拟研究了2.8 kA和3.3 kA电流条件对真空电弧重熔过程中多物理场耦合行为的影响,并对铸锭枝晶间距进行模拟和实验测定研究.结果表明:随着时间的增加,铸锭逐渐凝固,同时熔池变深;随着电流的增大,电流密度、磁场强度、焦耳热、洛伦兹力、流场和温度场等数值均增大,熔池也变深;一次枝晶间距和二次枝晶间距从铸锭中心到铸锭边缘不断减小,并且电流的增大使同一位置的一次枝晶间距和二次枝晶间距均增大.

电力市场中按比例分配原则的证明及其推广

利用网络理论 ,对按比例分配原则作出了理论证明并将其推广 ,从而按用户实际使用线路的情况公平合理地收取费用和快速准确地确定各发电机与负荷对输电线路的实际使用程度有了理论依据 。

电渣重熔过程的数值模拟

以电渣重熔电极、渣池和铸锭为研究对象，建立了电渣重熔体系三维准稳态数学模型．利用商业软件ANSYS得到了电渣重熔过程的电磁场、流场与温度场．计算结果表明，在电极和钢锭内，电流主要集中在外表面，在渣池内主要集中在电极角部；由于电流密度分布不同导致的电磁力和焦耳热及冷却条件共同影响渣池内流场和温度场；随着熔速的增加，熔池深度和两相区最大宽度增加；本工况下，700～800kg／h的熔速将对应一个最短的局部凝固时间．

电渣重熔过程渣池流场的数学模拟

建立了电渣重熔体系下三维准稳态的数学模型,利用ANSYS商业软件对电渣重熔体系渣池流场进行了模拟计算,考虑了电磁力和由结晶器壁冷却引起的浮力共同作用的因素.计算结果表明,当电磁力占据主导地位时产生逆时针环流;当浮力占据主导地位时产生顺时针环流.对于本工况下,渣池的计算流速范围为0~0.12 m/s,最大值位于渣池内体系对称轴中部,计算的流场速度分布特征结果与物理模拟结果相符.并以此为基础,对一些假想工况下的情况作了模拟,考察了重熔电流、填充比和电极端部形状对重熔体系内渣池流场的影响.

基于灵活输电电价的跨地区电能撮合交易模型

中国电力市场与世界上其他国家或地区的电力市场存在比较大的差异,不仅体现在价格形成机制上,还反映在要维护社会公平、促进节能减排、兼顾各利益调整等方面。近期,国家出台相关政策明确规定电网企业在跨区、跨省交易中的输电费用收取标准。跨省输电价格存在固化或在规定收取标准内浮动2种选择方式。为能满足不同的收取策略,保证交易正常有序开展,文中通过对市场出清过程中的出清准备、出清、出清结果处理等环节进行分析,确定形成能适应输电电价固化或浮动的跨地区撮合交易模型。该模型可按输电电价最小优先进行,也可按输电电价最大优先计算。最大输电电价优先方案能较好平衡不同省市的机组竞争优势。通过算例分析发现,该模型能够满足国家政策要求,同时能保证送电省灵活采取输电电价。

实验室规模和工业规模电渣重熔过程中电磁行为

电渣重熔过程中电磁现象对重熔过程和铸锭的最终质量有着直接的影响。利用数值模拟的方法研究电渣重熔过程中的电磁行为(电流密度、磁场强度、电磁力和焦耳热)。利用文献实测磁场强度验证模型,模拟结果与测量的电渣重熔渣池内的磁场强度吻合良好。研究结果表明:在工业规模电渣重熔过程中,电流的集肤效应更为明显;随着电流频率的增加,靠近电极外表面的电流密度增加;在此基础上,进一步分析实验室规模电渣重熔和工业规模电渣重熔过程的电流密度、磁场强度、电磁力和焦耳热的分布特征。

医用电子束水吸收剂量测量及其不确定度讨论

目前医用电子束水吸收剂量测量不确定度超过3%,很难满足临床治疗和医用电子加速器辐射源检定规程的要求。中国计量科学研究院采用水量热法开展了电子束辐射剂量学的研究,实现了电子束水吸收剂量绝对测量相对标准不确定度为0.35%,同时也开展了医用电子束的同质溯源工作,总结了电子束水吸收剂量测量的5个方案,相对标准不确定度包含最高的3.7%和最低的1.4%。为方便临床电子束水吸收剂量测量,给出了电离室剂量计选取、送检和使用不同校准系数的注意事项。

基于有限元电磁场分析的电渣炉结构优化

基于有限元软件,采用数值模拟的方法研究了电渣炉重熔期大电流导体产生磁场的空间分布规律.计算结果表明,磁感应强度在电极表面的分布在单导线返回电流时最大相差35.22%,双导线返回电流时最大相差13.26%,四导线返回电流时最大相差5.8%;这种磁感应强度的差别导致电极表面产生的涡流密度不均匀,进而影响电极熔化速率.从磁场对重熔工艺产生影响的角度来考虑,采用结构对称炉型可较大地减少磁场对工艺的不利影响,减少熔池内搅拌力不均匀等不利因素.分析指出,为了减少电抗造成的电能损失,消除散磁,降低电流的搅拌作用,防止出现点状偏析,同轴设计电路(同轴导电立柱、同轴电缆)将会成为电渣炉今后的发展方向.

IGBT动态电力电子开关的研制

针对动模实验室传统电磁式接触器的缺点 ,设计出一种能够由计算机或单片机控制的新型 IGBT动态电力电子开关 ,分析了该开关的结构、原理、驱动电路、保护措施等 ,并进行了动模实验 ,最后报道了该开关的前景。

适应我国电力市场改革的一种模式

西方电力供应工业(ESI)的市场化重组使我国认识到电力行业迫切需要改革和竞争。然而,随着三峡等电站的逐步建立、直流输电技术的发展、电力体制改革的深入和全国电力资源的优化配置,形成且需要统一的国家输电网;同时美国加州电力灾难揭示了电力市场环境下可靠性仍处于很重要的位置,因此很有必要构建区域电力市场(RTO)基础之上的全国性电力市场。据此,针对中国特点,提出一种全国性电力市场模型,既不同于流行的趋势,又不同于从其它地区的经验简单变化而来的模式,将有助于我国开展电力市场。

我国省级电力市场探讨

以随机生产模拟为工具，较全面地形成发电边际价格，发展了各种加权平均值，形成上网电价体系。对省级电力市场交易的模式，省调的基本职能、调度执行、考核，输电服务及其费用、技术支持进行较详细的讨论。对供电局的市场化提出建议。

电渣连铸锭表面质量的影响因素

渣皮的厚度、均匀性和力学性能是影响抽锭电渣钢锭表面质量的主要因素。薄而均匀渣皮是获得良好连铸锭表面质量的关键。文中分析了渣池电流密度分布、结晶器壁附近的热传导条件、渣成分和"高温区"温度变化等因素对渣皮厚度的影响。生产试验表明,通过控制操作温度和渣系成分获得薄而均匀的渣皮,并确保渣系具备长渣形式和适当的高温强度及塑性可得到良好表面质量的电渣连铸锭。

发展中国家建设电力市场的要素

对于发展中国家 ,尤其是亚洲国家 ,与西方发达国家相比 ,重组电力工业存在着许多重要的不同。这些差别主要表现在以下几个方面 :是否需要建立国家输电网 ,政府在处理该国民经济关键部门问题时扮演的角色 ,以及这些国家电力市场模式。并且 ,改革前原有组织结构差别也很大 ,必然影响改革方案选择。对上述部分观点进行了讨论 ,并重点讨论了输电系统结构和发电侧改革的管理问题。同时针对所有权、管理、组织结构和电力市场要素及民营等问题 ,提出了一个可供选择的方案。最后建议国内须建立全国性的电力市场机构———国家输电实体NTA。

电力市场中一种新型有效的潮流搜索策略

基于按比例分配原则 ,首先对一种新型有效的潮流搜索策略的理论基础进行详细讨论 ,并分析如何确定搜索顺序 ;其次严格推导发电机的贡献因子矩阵和负载的汲取因子矩阵 ,以形成潮流搜索策略 ;并将该法成功应用到IEEE 1 4节点试验系统 .结果表明该方法不仅可以分析实际的电力系统 ,而且首次将有功功率和无功功率耦合在一起分析发电机、线路潮流、负载功率之间的关系 。

需求侧管理成本效益最优化分析

随着电力能源结构的变化,卖方市场已逐渐被买方市场所代替。需求侧管理作为能量管理的重要技术和手段,对电力运行起到重要作用。因为它是面向用户的负荷管理,各方的协作必不可少,其中用户参与者、发起者(电力公司)和监督者(行政部门)在项目实施中都起着非常重要的作用,其间关系也尤为重要。从经济学的角度来看,三方利益都须兼顾。文中运用经济最优原理逐个分析了三方的成本效益,给出了效益模型并利用计算机仿真模型进行求解,从而得出了电力部门应采取的经济激励措施,使得三方效益最优。

基于节点电价的需求响应策略研究

针对持续增大的负荷造成峰谷差增大以及大规模新能源并网给电力系统安全、稳定运行带来的一系列问题,基于节点电价进行了需求响应策略研究。首先,建立了含风电场的最优潮流模型,并采用跟踪中心轨迹内点法进行求解。然后,以最优潮流模型中潮流方程对应的拉格朗日乘子作为节点电价,提出了两阶段负荷需求响应模型,并将该模型应用于改进的IEEE-30节点测试系统。算例表明:两阶段负荷需求响应能够降低用户侧的节点电价,减少发电侧的燃料费用,充分利用风电资源;在一定程度下,用户侧参与需求响应能够将高电价节点的负荷转向低电价节点,并且参与需求响应的容量大小决定需求响应的程度。

基于风险管理的电力市场安全服务定价

从风险管理理论与公共物品理论的角度对电力市场的安全问题进行了再认识 ,指出电力市场的安全实质是个风险性质的问题 ,可以用风险管理的方法来管理电力市场的安全 ,同时电力市场的安全服务还具有公共物品的性质 ,可以用类似社会保险的方式来统一负责提供电力市场的安全服务 ,并基于安全性与经济性的优化平衡来确定最优的安全服务价格 (保费 )。