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連鑄中間包吹氬、鋼包底吹氬研究分析
點擊次數：408 發布時間：2010/7/12
精煉爐底吹氬優化控制系統的研究
鋼包底專業生產制造商（聯系人：姜健、電話15129267182）
摘 要：本文首先對精煉爐底吹氬的工藝原理、功能進行了簡單概述，接著從優化吹煉工藝參數的水模實驗、精煉爐底吹氬歷史流量數據的優化、精煉爐底吹氬控制策略的優化三個方面進行底吹氬優化控制系統的研究。
一、引言
隨著現代科學技術的發展和工業的發展，人們對鋼的質量（如鋼的純凈度） 、使用性能、煉鋼生產率及成本等方面，都提出了越來越高的要求。電弧爐煉鋼已經不能滿足要求了，因此精煉爐底吹氬技術得到了發展。目前國內的底吹氬基本都是手動操作，工人憑借工作經驗來控制流量，這樣就增加了失誤率并且降低了工作效率。這種落后的監控和管理機制遠不能適應生產和科技發展的要求，因此精煉爐底吹氬優化控制系統的研究將非常重要。
二、精煉爐底吹氬的工作原理及功能
LF精煉爐是通過分布在極心圓上的3根電極產生電弧對熔池表面的鋼水加熱，并將熱量通過渣層和熔池表面的鋼水向熔池內部傳遞的電弧爐，如圖1所示，氬氣是一種惰性氣體，是制氧時的一種副產品。由于在煉鋼中大量使用氧氣，所以比較容易獲得。它在鋼水中的溶解度幾乎為零，且不與鋼中的其它元素發生化學反應。吹氬是通過透氣磚進行的，其目的在于使氬氣泡細小而分散，以延緩氣泡在鋼水中的上升速度，提高凈化效果。透氣磚用耐火度很高剛玉和莫來石以及粘結劑所組成的混合料壓致，并在高溫下燒結而成。
在精煉時將具有一定壓力的氬氣通過鋼包底部的多孔透氣磚不斷吹入熔池中，使得氬氣在熔池中形成大量的小氣泡。氣泡因浮力作用上浮，上浮過程中將鋼水抽引并使之在氣液區內產生由下向上的流動；當氣泡到達頂部時就轉入水平方向并流向包壁；之后在包壁附近向下回流，再次在鋼包中，下部被抽引至氣液區內，如此循環流動形成“環流”。氬氣攪拌有利于鋼-渣之間的化學反應，在環流過程中，大顆粒夾雜、脫氧產物在流經頂渣下部區域時傳遞進入頂渣，可以加速鋼-渣之間的物質傳遞，利于鋼液的脫氧、脫硫反應的進行。而且由于在這些小氣泡內鋼水中的有害氣體氮、氫的分壓力幾乎等于零，因此這些小氣泡對于氮、氫來說，相當一個“真空室”。于是，溶解在鋼液中的有害氣體不斷地向氬氣泡中擴散。雖然隨著氬氣泡的上浮，氫和氮在氬氣泡中的分壓力不斷增加，但又由于氬氣泡在鋼液中上浮時受熱膨脹，體積增大，因而氫與氮的分壓力仍保持較低的水平，故仍能吸收氫與氮，直到*后隨氬氣泡上浮溢出鋼液而被去除。吹氬形成的氣泡在鋼液中形成相對真空，起到了對鋼中氣體的捕集和排除作用。鋼包底吹氬技術從動力學來看，氬氣上浮會產生“氣泡泵效應”，會對鋼液起到攪拌的作用，這樣不僅提供了氣象成核和夾雜顆粒碰撞的機會，有利于氣體級夾雜的排除，而且提高熔池成分和溫度的均勻性。
精煉爐底吹氬的功能主要包括：均勻成分、均勻溫度、加速傳質、加強傳熱、改善鋼水澆注性、排除夾雜、氣體、改善精煉爐內氣氛等。
三、底吹氬優化控制系統的研究
（一）優化吹煉工藝參數的水模實驗研究
鋼包底吹氬鋼液流動的物理模擬通常根據相似原理，對原型利用相似變換轉換為實驗模型，鋼包中流體為常物性，采用水力學模型進行冷態模擬，模擬不同工況下鋼包內的流動特征，找出影響底吹氬工藝的因素，并確定工藝參數，用于指導生產。
水模型實驗的結果，在以混勻為精煉目的吹氬階段應采用雙透氣磚180°對稱布置，每一路的吹氬量控制在200L/min，這樣既可以達到較好的混勻效果，且不易發生卷渣現象。
（二）精煉爐底吹氬歷史流量數據的優化研究
對某鋼廠2號精煉爐300包氬氣流量數據進行分析。把這些數據放到Excel表中，一行是一包的數據，一共有300行，即三百包數據。每列代表時間，從秒、第二秒到精煉結束。通過觀察發現這些數據有以下特點：1、每一包中一秒鐘一個數據，十秒鐘數據變化一次（即十秒鐘取一次數據放入數據庫）。一般情況下每包大概有3000個數據，也就是說每一包精煉50分鐘左右（一秒鐘一個數據）。2、每一包吹氬都是經過了破殼、正常吹、軟吹這三個階段，因此數據隨之也發生變化。每一列的數據變化不大即各個包在同一時刻的數據變化不大。
因為所得到的數據量比較大，分析起來比較困難，所以我找出所給的300包數據中分別在第1秒，第101秒，第201秒，第301秒，第501秒，第1001秒，第1501秒，第2001秒，第2501秒，第3001秒的氬氣流量值（每包前500秒的變化率比較大，所以取的時間間隔比較��；以后的變化率不大，所以取的時間間隔比較大）。觀察這些數據，可以發現同一秒不同鋼包的氬氣流量數據中也有一些不合理數據，其數值明顯偏離其它值。利用三個數據取舍準則—即拉依達準則、肖維勒準則和格拉布斯準則中的任何一個準則，對原始觀察數據逐個進行“過濾”—即甄別，以剔除錯誤，保留合理數據，把錯誤數據排除在數據處理之前，從而有效地提高了實驗的效率。*終剩下的是可靠的數據，然后剩下的數據求和取平均即得到該時刻的氬氣流量的均值。*后利用MATLAB中的曲線擬合工具箱 cftool進行曲線擬合，*終得出底吹氬控制系統的實際優化曲線，以及它的數學模型。
（三）精煉爐底吹氬控制策略的優化研究
在工業過程控制中，廣泛使用常規PID控制器，原因在于常規PID控制原理簡單，容易實現，穩態無靜差。但是，常規PID控制器存在著參數調節需要一定過程，*優參數選取有一定麻煩以及當系統中一些參數發生變化時，控制器的參數就會無法有效地對系統進行控制等缺點.直接的FUZZY控制相當于PD控制，沒有積分環節，無法消除穩態誤差，控制精度往往不高，不夠細膩，容易造成對執行元件的過度沖擊，而控制精度的提高是通過增加規則及算法的復雜度來實現的，與快速可靠的要求存在矛盾，但是模糊控制器對復雜的和模型不清楚的系統都能進行簡單而有效的控制。所以如果把兩者結合起來，就可以構成兼有兩者優點的模糊PID（Fuzzy-PID）控制器。實驗證明在相同條件下模糊PID與普通PID相比較有以下優點：
1）避免隨著系統設定值增加，系統出現過大超調，有效抑制控制初期系統超調量。
鋼包底專業生產制造商（聯系人：姜健、電話15129267182）
