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(tǒng)進行分析，在實際生產(chǎn)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(tǒng)對氬氣流量進行相關的控制，結果發(fā)現(xiàn)，模糊自適應流量控制在較短的時間內(nèi)便達到了相關的氬氣流量設定值域，且無法進行調(diào)控。而常規(guī)的控制曲線經(jīng)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(yōu)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(tǒng)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(xù)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(chǎn)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(jīng)濟的角度而言，運用此種方法生產(chǎn)鋼材操作工藝簡單、投資較少而且能在較短的時間內(nèi)達到效益最大化。

在鋼鐵生產(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)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(huán)流，在實際生產(chǎn)過程中，氬氣的攪拌能量是衡量環(huán)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(tǒng)的詳細分析，可以發(fā)現(xiàn)氬氣自身的壓力、鋼液壓力與高度、透氣面積等均會對氬氣流量的大小產(chǎn)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(xiàn)有生產(chǎn)工藝的基礎上發(fā)現(xiàn)，在實際生產(chǎn)中通常普遍采用恒定壓力流量來進行相關的生產(chǎn)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(chǎn)實際經(jīng)驗綜合分析發(fā)現(xiàn)，相關生產(chǎn)工藝的革新主要根據(jù)不同生產(chǎn)時期的具體需求而采用適當?shù)臄嚢璺绞脚c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(wěn)定，防止氬氣出現(xiàn)倒流的現(xiàn)象而對整個生產(chǎn)過程產(chǎn)生重大的影響，需在流量閥門增設一個參數(shù)值為006的穩(wěn)定流量包阻逆閥門。為此，在LF精煉爐底吹氬氣過程中，根據(jù)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(diào)攪拌時，此時氬氣的流量相關參數(shù)是210L/min；第二，在進行加熱升溫攪拌之時，氬氣流量參數(shù)為162L/min；第三，在進行去除雜質的攪拌階段，氬氣流量參數(shù)為45L/min。

在對穩(wěn)定流量閥門以及輸送管等多個流程參數(shù)進行建模分析可以得到關于氬氣流量控制的數(shù)學模型：G（s）=120.60s+1e.10.8s，同時通過LF精煉爐底吹氬系統(tǒng)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(jù)當前LF精煉爐底吹氬系統(tǒng)所呈現(xiàn)出的實際狀態(tài)，進一步的采用相關的模糊控制參數(shù)進行運算。通常而言，第二階段加溫時氬氣流量的參數(shù)應設定在162L/min，采用模糊參數(shù)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(shù)參數(shù)滿足正態(tài)分布函數(shù)，則可以進一步的推出自適應調(diào)整級采用的模糊控制方程為：

P=ai+n（1.a）i。

根據(jù)相關實驗的結果可知，常規(guī)的流量控制曲線上升比較快，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(diào)節(jié)操作。當氬氣流量進入一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)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(fā)現(xiàn)，模糊自適應流量控制在較短的時間內(nèi)便達到了相關的氬氣流量設定值域，且無法進行調(diào)控。而常規(guī)的控制曲線經(jīng)過長時間的波動，才能恢復到預期設定的值域，而且出現(xiàn)了調(diào)控的可能性。

本文針對LF精煉爐底吹氬系統(tǒng)以及在底吹氬過程中氬氣流量的控制進行了研究，常規(guī)控制與模糊控制之間均存在自身的優(yōu)劣方面，針對在實際生產(chǎn)過程中LF精煉爐底吹氬的特點與實際生產(chǎn)經(jīng)驗分析發(fā)現(xiàn)，在選擇模糊控制氬氣流量的實際控制效果相對常規(guī)控制而言比較理想，而對LF精煉爐底吹氬系統(tǒng)進行系統(tǒng)仿真分析可以看出，系統(tǒng)的相關動態(tài)響應速度越快，超調(diào)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(wěn)定的狀態(tài)，從而實現(xiàn)了對氬氣流量精準控制的現(xiàn)實目的。

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