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連鑄中間包吹氬、鋼包底吹氬研究分析
點擊次數(shù)：405 發(fā)布時間：2010/7/12
精煉爐底吹氬優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究
鋼包底專業(yè)生產(chǎn)制造商（聯(lián)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(yōu)化吹煉工藝參數(shù)的水模實驗、精煉爐底吹氬歷史流量數(shù)據(jù)的優(yōu)化、精煉爐底吹氬控制策略的優(yōu)化三個方面進行底吹氬優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究。
一、引言
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)的發(fā)展，人們對鋼的質(zhì)量（如鋼的純凈度） 、使用性能、煉鋼生產(chǎn)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(jīng)不能滿足要求了，因此精煉爐底吹氬技術(shù)得到了發(fā)展。目前國內(nèi)的底吹氬基本都是手動操作，工人憑借工作經(jīng)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(jiān)控和管理機制遠(yuǎn)不能適應(yīng)生產(chǎn)和科技發(fā)展的要求，因此精煉爐底吹氬優(yōu)化控制系統(tǒng)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(chǎn)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(nèi)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(chǎn)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)。吹氬是通過透氣磚進行的，其目的在于使氬氣泡細(xì)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(jié)劑所組成的混合料壓致，并在高溫下燒結(jié)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(qū)內(nèi)產(chǎn)生由下向上的流動；當(dāng)氣泡到達(dá)頂部時就轉(zhuǎn)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(qū)內(nèi)，如此循環(huán)流動形成“環(huán)流”。氬氣攪拌有利于鋼-渣之間的化學(xué)反應(yīng)，在環(huán)流過程中，大顆粒夾雜、脫氧產(chǎn)物在流經(jīng)頂渣下部區(qū)域時傳遞進入頂渣，可以加速鋼-渣之間的物質(zhì)傳遞，利于鋼液的脫氧、脫硫反應(yīng)的進行。而且由于在這些小氣泡內(nèi)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(dāng)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(shù)從動力學(xué)來看，氬氣上浮會產(chǎn)生“氣泡泵效應(yīng)”，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(zhì)、加強傳熱、改善鋼水澆注性、排除夾雜、氣體、改善精煉爐內(nèi)氣氛等。
三、底吹氬優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究
（一）優(yōu)化吹煉工藝參數(shù)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(jù)相似原理，對原型利用相似變換轉(zhuǎn)換為實驗?zāi)Ｐ�，鋼包中流體為常物性，采用水力學(xué)模型進行冷態(tài)模擬，模擬不同工況下鋼包內(nèi)的流動特征，找出影響底吹氬工藝的因素，并確定工藝參數(shù)，用于指導(dǎo)生產(chǎn)。
水模型實驗的結(jié)果，在以混勻為精煉目的吹氬階段應(yīng)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(dá)到較好的混勻效果，且不易發(fā)生卷渣現(xiàn)象。
（二）精煉爐底吹氬歷史流量數(shù)據(jù)的優(yōu)化研究
對某鋼廠2號精煉爐300包氬氣流量數(shù)據(jù)進行分析。把這些數(shù)據(jù)放到Excel表中，一行是一包的數(shù)據(jù)，一共有300行，即三百包數(shù)據(jù)。每列代表時間，從秒、第二秒到精煉結(jié)束。通過觀察發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)有以下特點：1、每一包中一秒鐘一個數(shù)據(jù)，十秒鐘數(shù)據(jù)變化一次（即十秒鐘取一次數(shù)據(jù)放入數(shù)據(jù)庫）。一般情況下每包大概有3000個數(shù)據(jù)，也就是說每一包精煉50分鐘左右（一秒鐘一個數(shù)據(jù)）。2、每一包吹氬都是經(jīng)過了破殼、正常吹、軟吹這三個階段，因此數(shù)據(jù)隨之也發(fā)生變化。每一列的數(shù)據(jù)變化不大即各個包在同一時刻的數(shù)據(jù)變化不大。
因為所得到的數(shù)據(jù)量比較大，分析起來比較困難，所以我找出所給的300包數(shù)據(jù)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小；以后的變化率不大，所以取的時間間隔比較大）。觀察這些數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)同一秒不同鋼包的氬氣流量數(shù)據(jù)中也有一些不合理數(shù)據(jù)，其數(shù)值明顯偏離其它值。利用三個數(shù)據(jù)取舍準(zhǔn)則—即拉依達(dá)準(zhǔn)則、肖維勒準(zhǔn)則和格拉布斯準(zhǔn)則中的任何一個準(zhǔn)則，對原始觀察數(shù)據(jù)逐個進行“過濾”—即甄別，以剔除錯誤，保留合理數(shù)據(jù)，把錯誤數(shù)據(jù)排除在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，然后剩下的數(shù)據(jù)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(tǒng)的實際優(yōu)化曲線，以及它的數(shù)學(xué)模型。
（三）精煉爐底吹氬控制策略的優(yōu)化研究
在工業(yè)過程控制中，廣泛使用常規(guī)PID控制器，原因在于常規(guī)PID控制原理簡單，容易實現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)無靜差。但是，常規(guī)PID控制器存在著參數(shù)調(diào)節(jié)需要一定過程，*優(yōu)參數(shù)選取有一定麻煩以及當(dāng)系統(tǒng)中一些參數(shù)發(fā)生變化時，控制器的參數(shù)就會無法有效地對系統(tǒng)進行控制等缺點.直接的FUZZY控制相當(dāng)于PD控制，沒有積分環(huán)節(jié)，無法消除穩(wěn)態(tài)誤差，控制精度往往不高，不夠細(xì)膩，容易造成對執(zhí)行元件的過度沖擊，而控制精度的提高是通過增加規(guī)則及算法的復(fù)雜度來實現(xiàn)的，與快速可靠的要求存在矛盾，但是模糊控制器對復(fù)雜的和模型不清楚的系統(tǒng)都能進行簡單而有效的控制。所以如果把兩者結(jié)合起來，就可以構(gòu)成兼有兩者優(yōu)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(yōu)點：
1）避免隨著系統(tǒng)設(shè)定值增加，系統(tǒng)出現(xiàn)過大超調(diào)，有效抑制控制初期系統(tǒng)超調(diào)量。
鋼包底專業(yè)生產(chǎn)制造商（聯(lián)系人：姜健、電話15129267182）
