LF精煉爐底吹氬過程中的氬氣流量控制

李啟軍

摘 要：本文通過對LF精煉爐底吹氬氣的過程以及相關系統進行分析，在實際生產中氬氣流量的難以控制的主要因素，同時選用分級結構模糊自適應控制系統對氬氣流量進行相關的控制，結果發現，模糊自適應流量控制在較短的時間內便達到了相關的氬氣流量設定值域，且無法進行調控。而常規的控制曲線經過長時間的波動，才能恢復到預期設定的值域。在實際的氬氣流量控制中，模糊自適應控制效果要明顯優于其他控制的實際控制效果。

關鍵詞：氬氣；LF精煉爐；氬氣流量控制

1 LF精煉爐底吹氬系統概論

當鋼水進入鋼包之后，氬氣通過鋼包不斷地進入鋼液體中，進而形成較多的氬氣泡，這些氣泡在鋼水中眾多的氮氣、氧氣以及氫氣相當于是一個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散開來，隨著氮氣和氫氣不斷的增多，氣泡中的壓力也隨之增加，進而氣泡不斷的上漲。但在鋼液中受熱膨脹的氣泡仍然處于一個壓力較低的水平，在其持續上浮的過程。而在氣泡上升的過程中，氣泡與鋼液之中的雜質產生的碰撞，使得雜質本身融入到氣泡之中，從而氣泡將雜質也一起排除在鋼液之外。為此，廣泛地運用LF精煉爐底吹氬氣精煉法，無論是對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，其效果是十分顯著的。同時，從經濟的角度而言，運用此種方法生產鋼材操作工藝簡單、投資較少而且能在較短的時間內達到效益最大化。

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

總體而言，通過對LF精煉爐底吹氬系統的詳細分析，可以發現氬氣自身的壓力、鋼液壓力與高度、透氣面積等均會對氬氣流量的大小產生影響，但這些影響因素均是一些無法準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因素的影響。

2 底吹氬過程中氬氣流量控制的簡析

在分析現有生產工藝的基礎上發現，在實際生產中通常普遍采用恒定壓力流量來進行相關的生產操作。其次，在結合當前學者關于LF精煉爐底吹氬氣的相關研究文獻與生產實際經驗綜合分析發現，相關生產工藝的革新主要根據不同生產時期的具體需求而采用適當的攪拌方式與恒定的流量，進而達到氬氣攪拌能量的最佳效果。在整個氬氣攪拌能量的操作中，為了使得氬氣流量的相對穩定，防止氬氣出現倒流的現象而對整個生產過程產生重大的影響，需在流量閥門增設一個參數值為006的穩定流量包阻逆閥門。為此，在LF精煉爐底吹氬氣過程中，根據介入攪拌時間的差異與不同目的需求，可以將整個過程分為三個階段：第一，在加入合金進行微調攪拌時，此時氬氣的流量相關參數是210L/min；第二，在進行加熱升溫攪拌之時，氬氣流量參數為162L/min；第三，在進行去除雜質的攪拌階段，氬氣流量參數為45L/min。

在對穩定流量閥門以及輸送管等多個流程參數進行建模分析可以得到關于氬氣流量控制的數學模型：G（s）=120.60s+1e.10.8s，同時通過LF精煉爐底吹氬系統詳細的分析，則應選用分級結構模型的自適應算法，同時根據當前LF精煉爐底吹氬系統所呈現出的實際狀態，進一步的采用相關的模糊控制參數進行運算。通常而言，第二階段加溫時氬氣流量的參數應設定在162L/min，采用模糊參數控制的實際溫差的誤差范圍應控在.300.300L/min之間，同樣的相關誤差的變化率也應該控制在.300.300L/min之間。為此，又因相關模型函數參數滿足正態分布函數，則可以進一步的推出自適應調整級采用的模糊控制方程為：

P=ai+n（1.a）i。

根據相關實驗的結果可知，常規的流量控制曲線上升比較快，但超出調控的范圍與調控量均比較大，而且模糊自適應的實際控制時間均比較少。為此，在實際控制過程中，氬氣流量很快便超過限定的值域，無法進行相關的調節操作。當氬氣流量進入一個相對穩定的狀態時，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驗。通過相關實驗對比可以發現，模糊自適應流量控制在較短的時間內便達到了相關的氬氣流量設定值域，且無法進行調控。而常規的控制曲線經過長時間的波動，才能恢復到預期設定的值域，而且出現了調控的可能性。

本文針對LF精煉爐底吹氬系統以及在底吹氬過程中氬氣流量的控制進行了研究，常規控制與模糊控制之間均存在自身的優劣方面，針對在實際生產過程中LF精煉爐底吹氬的特點與實際生產經驗分析發現，在選擇模糊控制氬氣流量的實際控制效果相對常規控制而言比較理想，而對LF精煉爐底吹氬系統進行系統仿真分析可以看出，系統的相關動態響應速度越快，超調范圍就會越小，此時氬氣的波動范圍就會越小氬氣處于一個相對穩定的狀態，從而實現了對氬氣流量精準控制的現實目的。

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