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摘要：本文通过对LF精炼炉底吹氩气的过程以及相关系统进行分析，在实际生产中氩气流量的难以控制的主要因素，同时选用分级结构模糊自适应控制系统对氩气流量进行相关的控制，结果发现，模糊自适应流量控制在较短的时间内便达到了相关的氩气流量设定值域，且无法进行调控。而常规的控制曲线经过长时间的波动，才能恢复到预期设定的值域。在实际的氩气流量控制中，模糊自适应控制效果要明显优于其他控制的实际控制效果。
关键词：氩气；LF精炼炉；氩气流量控制
1 前言
随着科学技术与经济社会的不断深入发展，每个行业都在高精尖发展。在日常建设生产过程中，人们对于钢材的规格和质量的相关要求更为严格。为此，炉外精炼已经成为钢铁厂生产中最为重要的一环，尤其是LF精炼炉应用最为广泛，而在LF精炼炉中，氩气流量控制是亦是比较重要的一个组成部分。目前的钢铁生产过程中，LF精炼炉底吹氩是一种采取流量负反馈的的常用系统。但在LF精炼炉底吹氩实际生产过程中，采用常规控制手段难以现实对氩气流量的精准控制，主要原因是通常被控制对象充满着非线性的不确定性以及系统在工作中所产生的剧烈干扰等因素影响。
2 LF精炼炉底吹氩系统概论
当钢水进入钢包之后，氩气通过钢包不断地进入钢液体中，进而形成较多的氩气泡，这些气泡在钢水中众多的氮气、氧气以及氢气相当于是一个压力几乎为零的密闭空间，为此其他气体便不断的向气泡扩散开来，随着氮气和氢气不断的增多，气泡中的压力也随之增加，进而气泡不断的上涨。但在钢液中受热膨胀的气泡仍然处于一个压力较低的水平，在其持续上浮的过程。而在气泡上升的过程中，气泡与钢液之中的杂质产生的碰撞，使得杂质本身融入到气泡之中，从而气泡将杂质也一起排除在钢液之外。为此，广泛地运用LF精炼炉底吹氩气精炼法，无论是对于减少钢液中的有害气体成分还是提升钢本身的纯度，较少杂质，其效果是十分显著的。同时，从经济的角度而言，运用此种方法生产钢材操作工艺简单、投资较少而且能在较短的时间内达到效益最大化。
在钢铁生产过程中，通常采用LF精炼炉底部增加透气砖块的方式吹进氩气进行搅拌，在氩气流量不断增大的不同时，氩气的压力也在随之增大。在这一过程中，十分容易导致钢液接触面积增大，形成钢液的二次氧化，导致钢液中产生较多的杂质与氧气，进而使得搅拌过程中搅拌能量逐渐的降低。为此，在实际过程中吹氩气搅拌起不到预期去除过多杂质的效果。而当氩气进入钢包底部时，给予氩气一定的压力，这时钢液在氩气压力的作用下会加速运动，在氩气搅拌的作用下，钢包中此时会逐渐形成一种上升的气泡柱，被加速运动的气体被喷射到系统的其他部分时，液体进入到流体中在钢包壁面上做径向传播运动。只有加速的作用下，钢液才能形成环流，在实际生产过程中，氩气的搅拌能量是衡量环流大小程度的关键因素。
通常对于钢铁厂而言，钢包相关的设计参数是固定不变的，为此钢铁的出钢量也不会发生较多的浮动。氩气入口的压力值几乎是趋于正常水平，在并没有采取LF真空处理的前提下，钢液表面的压力值也几乎是趋于正常水平。为此，在整个生产过程中能够对氩气搅拌能力大小的直接因素，是钢液自身的温度与氩气的流量。
总体而言，通过对LF精炼炉底吹氩系统的详细分析，可以发现氩气自身的压力、钢液压力与高度、透气面积等均会对氩气流量的大小产生影响，但这些影响因素均是一些无法准确度量的不确定变量，通常情况下是不可控的因素。为此，为了使得氩气流量尽可能的受到干扰，可以从算法上减少相关因素的影响。
3 底吹氩过程中氩气流量控制的简析
在分析现有生产工艺的基础上发现，在实际生产中通常普遍采用恒定压力流量来进行相关的生产操作。其次，在结合当前学者关于LF精炼炉底吹氩气的相关研究文献与生产实际经验综合分析发现，相关生产工艺的革新主要根据不同生产时期的具体需求而采用适当的搅拌方式与恒定的流量，进而达到氩气搅拌能量的最佳效果。在整个氩气搅拌能量的操作中，为了使得氩气流量的相对稳定，防止氩气出现倒流的现象而对整个生产过程产生重大的影响，需在流量阀门增设一个参数值为0.06的稳定流量包阻逆阀门。为此，在LF精炼炉底吹氩气过程中，根据介入搅拌时间的差异与不同目的需求，可以将整个过程分为三个阶段：第一，在加入合金进行微调搅拌时，此时氩气的流量相关参数是210L/min；第二，在进行加热升温搅拌之时，氩气流量参数为162L/min；第三，在进行去除杂质的搅拌阶段，氩气流量参数为45L/min。
在对稳定流量阀门以及输送管等多个流程参数进行建模分析可以得到关于氩气流量控制的数学模型：
根据相关实验的结果可知，常规的流量控制曲线上升比较快，但超出调控的范围与调控量均比较大，而且模糊自适应的实际控制时间均比较少。为此，在实际控制过程中，氩气流量很快便超过限定的值域，无法进行相关的调节操作。当氩气流量进入一个相对稳定的状态时，可以分别将不同的控制做不同的模拟控制氩气流量干扰实验。通过相关实验对比可以发现，模糊自适应流量控制在较短的时间内便达到了相关的氩气流量设定值域，且无法进行调控。而常规的控制曲线经过长时间的波动，才能恢复到预期设定的值域，而且出现了调控的可能性。
本文针对LF精炼炉底吹氩系统以及在底吹氩过程中氩气流量的控制进行了研究，常规控制与模糊控制之间均存在自身的优劣方面，针对在实际生产过程中LF精炼炉底吹氩的特点与实际生产经验分析发现，在选择模糊控制氩气流量的实际控制效果相对常规控制而言比较理想，而对LF精炼炉底吹氩系统进行系统仿真分析可以看出，系统的相关动态响应速度越快，超调范围就会越小，此时氩气的波动范围就会越小氩气处于一个相对稳定的状态，，从而实现了对氩气流量精准控制的现实目的。
参考文献
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论文作者:刘艳奎
论文发表刊物:《知识-力量》2018年9月下
论文发表时间:2018/9/27
标签：精炼炉论文; 氩气论文; 流量论文; 过程中论文; 气泡论文; 钢包论文; 值域论文; 《知识-力量》2018年9月下论文;