LF精煉爐底吹氬過(guò)程中的氬氣流量控制

李啟軍

摘 要：本文通過(guò)對(duì)LF精煉爐底吹氬氣的過(guò)程以及相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行分析，在實(shí)際生產(chǎn)中氬氣流量的難以控制的主要因素，同時(shí)選用分級(jí)結(jié)構(gòu)模糊自適應(yīng)控制系統(tǒng)對(duì)氬氣流量進(jìn)行相關(guān)的控制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，模糊自適應(yīng)流量控制在較短的時(shí)間內(nèi)便達(dá)到了相關(guān)的氬氣流量設(shè)定值域，且無(wú)法進(jìn)行調(diào)控。而常規(guī)的控制曲線(xiàn)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)，才能恢復(fù)到預(yù)期設(shè)定的值域。在實(shí)際的氬氣流量控制中，模糊自適應(yīng)控制效果要明顯優(yōu)于其他控制的實(shí)際控制效果。

關(guān)鍵詞：氬氣；LF精煉爐；氬氣流量控制

1 LF精煉爐底吹氬系統(tǒng)概論

當(dāng)鋼水進(jìn)入鋼包之后，氬氣通過(guò)鋼包不斷地進(jìn)入鋼液體中，進(jìn)而形成較多的氬氣泡，這些氣泡在鋼水中眾多的氮?dú)狻⒀鯕庖约皻錃庀喈?dāng)于是一個(gè)壓力幾乎為零的密閉空間，為此其他氣體便不斷的向氣泡擴(kuò)散開(kāi)來(lái)，隨著氮?dú)夂蜌錃獠粩嗟脑龆?，氣泡中的壓力也隨之增加，進(jìn)而氣泡不斷的上漲。但在鋼液中受熱膨脹的氣泡仍然處于一個(gè)壓力較低的水平，在其持續(xù)上浮的過(guò)程。而在氣泡上升的過(guò)程中，氣泡與鋼液之中的雜質(zhì)產(chǎn)生的碰撞，使得雜質(zhì)本身融入到氣泡之中，從而氣泡將雜質(zhì)也一起排除在鋼液之外。為此，廣泛地運(yùn)用LF精煉爐底吹氬氣精煉法，無(wú)論是對(duì)于減少鋼液中的有害氣體成分還是提升鋼本身的純度，較少雜質(zhì)，其效果是十分顯著的。同時(shí)，從經(jīng)濟(jì)的角度而言，運(yùn)用此種方法生產(chǎn)鋼材操作工藝簡(jiǎn)單、投資較少而且能在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到效益最大化。

在鋼鐵生產(chǎn)過(guò)程中，通常采用LF精煉爐底部增加透氣磚塊的方式吹進(jìn)氬氣進(jìn)行攪拌，在氬氣流量不斷增大的不同時(shí)，氬氣的壓力也在隨之增大。在這一過(guò)程中，十分容易導(dǎo)致鋼液接觸面積增大，形成鋼液的二次氧化，導(dǎo)致鋼液中產(chǎn)生較多的雜質(zhì)與氧氣，進(jìn)而使得攪拌過(guò)程中攪拌能量逐漸的降低。為此，在實(shí)際過(guò)程中吹氬氣攪拌起不到預(yù)期去除過(guò)多雜質(zhì)的效果。而當(dāng)氬氣進(jìn)入鋼包底部時(shí)，給予氬氣一定的壓力，這時(shí)鋼液在氬氣壓力的作用下會(huì)加速運(yùn)動(dòng)，在氬氣攪拌的作用下，鋼包中此時(shí)會(huì)逐漸形成一種上升的氣泡柱，被加速運(yùn)動(dòng)的氣體被噴射到系統(tǒng)的其他部分時(shí)，液體進(jìn)入到流體中在鋼包壁面上做徑向傳播運(yùn)動(dòng)。只有加速的作用下，鋼液才能形成環(huán)流，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，氬氣的攪拌能量是衡量環(huán)流大小程度的關(guān)鍵因素。

總體而言，通過(guò)對(duì)LF精煉爐底吹氬系統(tǒng)的詳細(xì)分析，可以發(fā)現(xiàn)氬氣自身的壓力、鋼液壓力與高度、透氣面積等均會(huì)對(duì)氬氣流量的大小產(chǎn)生影響，但這些影響因素均是一些無(wú)法準(zhǔn)確度量的不確定變量，通常情況下是不可控的因素。為此，為了使得氬氣流量盡可能的受到干擾，可以從算法上減少相關(guān)因素的影響。

2 底吹氬過(guò)程中氬氣流量控制的簡(jiǎn)析

在分析現(xiàn)有生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中通常普遍采用恒定壓力流量來(lái)進(jìn)行相關(guān)的生產(chǎn)操作。其次，在結(jié)合當(dāng)前學(xué)者關(guān)于LF精煉爐底吹氬氣的相關(guān)研究文獻(xiàn)與生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)綜合分析發(fā)現(xiàn)，相關(guān)生產(chǎn)工藝的革新主要根據(jù)不同生產(chǎn)時(shí)期的具體需求而采用適當(dāng)?shù)臄嚢璺绞脚c恒定的流量，進(jìn)而達(dá)到氬氣攪拌能量的最佳效果。在整個(gè)氬氣攪拌能量的操作中，為了使得氬氣流量的相對(duì)穩(wěn)定，防止氬氣出現(xiàn)倒流的現(xiàn)象而對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生重大的影響，需在流量閥門(mén)增設(shè)一個(gè)參數(shù)值為006的穩(wěn)定流量包阻逆閥門(mén)。為此，在LF精煉爐底吹氬氣過(guò)程中，根據(jù)介入攪拌時(shí)間的差異與不同目的需求，可以將整個(gè)過(guò)程分為三個(gè)階段：第一，在加入合金進(jìn)行微調(diào)攪拌時(shí)，此時(shí)氬氣的流量相關(guān)參數(shù)是210L/min；第二，在進(jìn)行加熱升溫?cái)嚢柚畷r(shí)，氬氣流量參數(shù)為162L/min；第三，在進(jìn)行去除雜質(zhì)的攪拌階段，氬氣流量參數(shù)為45L/min。

在對(duì)穩(wěn)定流量閥門(mén)以及輸送管等多個(gè)流程參數(shù)進(jìn)行建模分析可以得到關(guān)于氬氣流量控制的數(shù)學(xué)模型：G（s）=120.60s+1e.10.8s，同時(shí)通過(guò)LF精煉爐底吹氬系統(tǒng)詳細(xì)的分析，則應(yīng)選用分級(jí)結(jié)構(gòu)模型的自適應(yīng)算法，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前LF精煉爐底吹氬系統(tǒng)所呈現(xiàn)出的實(shí)際狀態(tài)，進(jìn)一步的采用相關(guān)的模糊控制參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算。通常而言，第二階段加溫時(shí)氬氣流量的參數(shù)應(yīng)設(shè)定在162L/min，采用模糊參數(shù)控制的實(shí)際溫差的誤差范圍應(yīng)控在.300.300L/min之間，同樣的相關(guān)誤差的變化率也應(yīng)該控制在.300.300L/min之間。為此，又因相關(guān)模型函數(shù)參數(shù)滿(mǎn)足正態(tài)分布函數(shù)，則可以進(jìn)一步的推出自適應(yīng)調(diào)整級(jí)采用的模糊控制方程為：

P=ai+n（1.a）i。

根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可知，常規(guī)的流量控制曲線(xiàn)上升比較快，但超出調(diào)控的范圍與調(diào)控量均比較大，而且模糊自適應(yīng)的實(shí)際控制時(shí)間均比較少。為此，在實(shí)際控制過(guò)程中，氬氣流量很快便超過(guò)限定的值域，無(wú)法進(jìn)行相關(guān)的調(diào)節(jié)操作。當(dāng)氬氣流量進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)時(shí)，可以分別將不同的控制做不同的模擬控制氬氣流量干擾實(shí)驗(yàn)。通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，模糊自適應(yīng)流量控制在較短的時(shí)間內(nèi)便達(dá)到了相關(guān)的氬氣流量設(shè)定值域，且無(wú)法進(jìn)行調(diào)控。而常規(guī)的控制曲線(xiàn)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的波動(dòng)，才能恢復(fù)到預(yù)期設(shè)定的值域，而且出現(xiàn)了調(diào)控的可能性。

本文針對(duì)LF精煉爐底吹氬系統(tǒng)以及在底吹氬過(guò)程中氬氣流量的控制進(jìn)行了研究，常規(guī)控制與模糊控制之間均存在自身的優(yōu)劣方面，針對(duì)在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中LF精煉爐底吹氬的特點(diǎn)與實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)，在選擇模糊控制氬氣流量的實(shí)際控制效果相對(duì)常規(guī)控制而言比較理想，而對(duì)LF精煉爐底吹氬系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)仿真分析可以看出，系統(tǒng)的相關(guān)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度越快，超調(diào)范圍就會(huì)越小，此時(shí)氬氣的波動(dòng)范圍就會(huì)越小氬氣處于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)氬氣流量精準(zhǔn)控制的現(xiàn)實(shí)目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟娜，朱立光，朱新華.120t LF精煉爐生產(chǎn)工藝優(yōu)化[J].河北聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，37（02）：24.28.

[2]袁志亮，裴林，白士勇，陳立杰，楊新月.LF精煉爐脫硫研究與應(yīng)用[J].金屬加工（熱加工），2014（07）：30.31.

[3]王莉.精煉爐底吹氬氣流量的控制與優(yōu)化[D].東北大學(xué)，2012.