LF精炼炉底吹氩过程中的氩气流量控制

D01：10.19392/j. cnki. 1671-7341.201903118

LF精炼炉底吹氩过程中的氩气流量控制

李启军

唐山不锈钢有限责任公司河北唐山063100

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。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 LF精炼炉底吹氩系统概论

当钢水进人钢包之后，氩气通过钢包不断地进人钢液体 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，使得杂质本身融人到气泡之中，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。而当氩气进人钢包底部时，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，液体进人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。

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。

2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130

程中，根据介人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，在加人合金进行微调搅拌时，此时氩 气的流量相关参数是210Lmm;第二，在进行加热升温搅拌之 时，氩气流量参数为162L/mm;第三，在进行去除杂质的搅拌阶 段，氩气流量参数为45Lmin。

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:G( S) a 10&，同

20.60s+1

时通过LF精炼炉底吹氩系统详细的分析，则应选用分级结构 模型的自适应算法，同时根据当前LF精炼炉底吹氩系统所呈 现出的实际状态，进一步的采用相关的模糊控制参数进行运 算。通常而言，第二阶段加温时氩气流量的参数应设定在 162Lmm，采用模糊参数控制的实际温差的误差范围应控 在-300-300L/mm之间，同样的相关误差的变化率也应该控制 在-300-300L/mm之间。为此，又因相关模型函数参数满足正 态分布函数，则可以进一步的推出自适应调整级采用的模糊控 制方程为:P=ai+n(1-a)m

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，但超出的范围与量均比较大，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 量进人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 且无法进行。而常规的控制曲线经过长时间 量设定值域，

的波动，才能恢复到预期设定的值域，而且出现了的可 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：[1]孟娜，朱立光，朱新华.120t LF精炼炉生产工艺优化 [J].河北联合大学学报（自然科学版），2015,37(02):24-28.

[2 ]袁志亮，裴林，白士勇，陈立杰，杨新月.LF精炼炉脱硫 研究与应用[J].金属加工（热加工），2014(07):30-31.

[3]王莉.精炼炉底吹氩气流量的控制与优化[D].东北大 学，2012.