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连铸中间包吹氩、钢包底吹氩研究分析
点击次数：1436 发布时间：2010/7/12
精炼炉底吹氩优化控制系统的研究
钢包底专业生产制造商（联系人：姜健、电话15129267182）
摘 要：本文首先对精炼炉底吹氩的工艺原理、功能进行了简单概述，接着从优化吹炼工艺参数的水模实验、精炼炉底吹氩历史流量数据的优化、精炼炉底吹氩控制策略的优化三个方面进行底吹氩优化控制系统的研究。
一、引言
随着现代科学技术的发展和工业的发展，人们对钢的质量（如钢的纯净度） 、使用性能、炼钢生产率及成本等方面，都提出了越来越高的要求。电弧炉炼钢已经不能满足要求了，因此精炼炉底吹氩技术得到了发展。目前国内的底吹氩基本都是手动操作，工人凭借工作经验来控制流量，这样就增加了失误率并且降低了工作效率。这种落后的监控和管理机制远不能适应生产和科技发展的要求，因此精炼炉底吹氩优化控制系统的研究将非常重要。
二、精炼炉底吹氩的工作原理及功能
LF精炼炉是通过分布在极心圆上的3根电极产生电弧对熔池表面的钢水加热，并将热量通过渣层和熔池表面的钢水向熔池内部传递的电弧炉，如图1所示，氩气是一种惰性气体，是制氧时的一种副产品。由于在炼钢中大量使用氧气，所以比较容易获得。它在钢水中的溶解度几乎为零，且不与钢中的其它元素发生化学反应。吹氩是通过透气砖进行的，其目的在于使氩气泡细小而分散，以延缓气泡在钢水中的上升速度，提高净化效果。透气砖用耐火度很高刚玉和莫来石以及粘结剂所组成的混合料压致，并在高温下烧结而成。
在精炼时将具有一定压力的氩气通过钢包底部的多孔透气砖不断吹入熔池中，使得氩气在熔池中形成大量的小气泡。气泡因浮力作用上浮，上浮过程中将钢水抽引并使之在气液区内产生由下向上的流动；当气泡到达顶部时就转入水平方向并流向包壁；之后在包壁附近向下回流，再次在钢包中，下部被抽引至气液区内，如此循环流动形成“环流”。氩气搅拌有利于钢-渣之间的化学反应，在环流过程中，大颗粒夹杂、脱氧产物在流经顶渣下部区域时传递进入顶渣，可以加速钢-渣之间的物质传递，利于钢液的脱氧、脱硫反应的进行。而且由于在这些小气泡内钢水中的有害气体氮、氢的分压力几乎等于零，因此这些小气泡对于氮、氢来说，相当一个“真空室”。于是，溶解在钢液中的有害气体不断地向氩气泡中扩散。虽然随着氩气泡的上浮，氢和氮在氩气泡中的分压力不断增加，但又由于氩气泡在钢液中上浮时受热膨胀，体积增大，因而氢与氮的分压力仍保持较低的水平，故仍能吸收氢与氮，直到*后随氩气泡上浮溢出钢液而被去除。吹氩形成的气泡在钢液中形成相对真空，起到了对钢中气体的捕集和排除作用。钢包底吹氩技术从动力学来看，氩气上浮会产生“气泡泵效应”，会对钢液起到搅拌的作用，这样不仅提供了气象成核和夹杂颗粒碰撞的机会，有利于气体级夹杂的排除，而且提高熔池成分和温度的均匀性。
精炼炉底吹氩的功能主要包括：均匀成分、均匀温度、加速传质、加强传热、改善钢水浇注性、排除夹杂、气体、改善精炼炉内气氛等。
三、底吹氩优化控制系统的研究
（一）优化吹炼工艺参数的水模实验研究
钢包底吹氩钢液流动的物理模拟通常根据相似原理，对原型利用相似变换转换为实验模型，钢包中流体为常物性，采用水力学模型进行冷态模拟，模拟不同工况下钢包内的流动特征，找出影响底吹氩工艺的因素，并确定工艺参数，用于指导生产。
水模型实验的结果，在以混匀为精炼目的吹氩阶段应采用双透气砖180°对称布置，每一路的吹氩量控制在200L/min，这样既可以达到较好的混匀效果，且不易发生卷渣现象。
（二）精炼炉底吹氩历史流量数据的优化研究
对某钢厂2号精炼炉300包氩气流量数据进行分析。把这些数据放到Excel表中，一行是一包的数据，一共有300行，即三百包数据。每列代表时间，从秒、第二秒到精炼结束。通过观察发现这些数据有以下特点：1、每一包中一秒钟一个数据，十秒钟数据变化一次（即十秒钟取一次数据放入数据库）。一般情况下每包大概有3000个数据，也就是说每一包精炼50分钟左右（一秒钟一个数据）。2、每一包吹氩都是经过了破壳、正常吹、软吹这三个阶段，因此数据随之也发生变化。每一列的数据变化不大即各个包在同一时刻的数据变化不大。
因为所得到的数据量比较大，分析起来比较困难，所以我找出所给的300包数据中分别在第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秒的氩气流量值（每包前500秒的变化率比较大，所以取的时间间隔比较小；以后的变化率不大，所以取的时间间隔比较大）。观察这些数据，可以发现同一秒不同钢包的氩气流量数据中也有一些不合理数据，其数值明显偏离其它值。利用三个数据取舍准则—即拉依达准则、肖维勒准则和格拉布斯准则中的任何一个准则，对原始观察数据逐个进行“过滤”—即甄别，以剔除错误，保留合理数据，把错误数据排除在数据处理之前，从而有效地提高了实验的效率。*终剩下的是可靠的数据，然后剩下的数据求和取平均即得到该时刻的氩气流量的均值。*后利用MATLAB中的曲线拟合工具箱 cftool进行曲线拟合，*终得出底吹氩控制系统的实际优化曲线，以及它的数学模型。
（三）精炼炉底吹氩控制策略的优化研究
在工业过程控制中，广泛使用常规PID控制器，原因在于常规PID控制原理简单，容易实现，稳态无静差。但是，常规PID控制器存在着参数调节需要一定过程，*优参数选取有一定麻烦以及当系统中一些参数发生变化时，控制器的参数就会无法有效地对系统进行控制等缺点.直接的FUZZY控制相当于PD控制，没有积分环节，无法消除稳态误差，控制精度往往不高，不够细腻，容易造成对执行元件的过度冲击，而控制精度的提高是通过增加规则及算法的复杂度来实现的，与快速可靠的要求存在矛盾，但是模糊控制器对复杂的和模型不清楚的系统都能进行简单而有效的控制。所以如果把两者结合起来，就可以构成兼有两者优点的模糊PID（Fuzzy-PID）控制器。实验证明在相同条件下模糊PID与普通PID相比较有以下优点：
1）避免随着系统设定值增加，系统出现过大超调，有效抑制控制初期系统超调量。
钢包底专业生产制造商（联系人：姜健、电话15129267182）
