LF精炼炉底吹氩过程的建模与优化

论文摘要

底吹氩技术因其具有强搅拌力、均匀成份和温度、加快化学反应和去除夹杂等良好的冶金效果而成为LF精炼炉精炼过程中关键工艺环节之一。目前LF精炼炉底吹氩技术存在吹氩制度不够明确、全程吹氩压力无调节、调节欠准确、调整范围有限等诸多缺陷。基于针对吹氩效果的LF精炼炉底吹氩水力模型实验的研究和分析,本文建立了关于底吹氩搅拌特性、混合特性、影响反应速度特性和去除夹杂特性的数学模型,并在此基础上对LF精炼炉底吹氩传统工艺进行研究和分析,进而制定了明确的LF精炼炉底吹氩制度。然后,引入多目标优化的思想,根据吹氩制度中各个阶段的冶金目的不同,将所建立的数学模型作为目标函数,对吹氩参数进行优化,获得优化吹氩制度。最后,为了验证本文的数学模型和与之相对应的优化吹氩制度的有效性,进行了仿真研究。主要内容如下：(1)在LF精炼炉底吹氩水力模型实验研究和分析的基础上,建立了关于底吹氩搅拌特性、混合特性、影响反应速度特性和去除夹杂特性的数学模型,并给予理论的证明和分析。(2)针对目前LF精炼炉底吹氩制度存在诸多缺陷,通过对LF精炼炉底吹氩传统工艺的研究和分析,制定了明确的LF精炼炉底吹氩制度,即根据吹氩制度中各个阶段的冶金目的不同,进行分阶段的寻优。利用基于底吹搅拌效果建立的数学模型作为优化目标,将多目标优化的思想引入底吹氩制度中,给出了理论上优化的底吹氩制度。(3)基于已经制定的底吹氩制度,根据实际LF精炼炉的参数,进行仿真和冶金效果的分析。仿真结论表明基于LF精炼炉底吹氩搅拌效果数学模型得到的优化底吹氩制度在保持原有底吹氩制度的基础上,获得了更好的冶金效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 LF精炼炉底吹氩技术
• 1.1.1 LF精炼炉底吹氩技术
• 1.1.2 LF精炼炉底吹氩原理
• 1.1.3 LF精炼炉底吹氩对钢水精炼的意义和作用
• 1.2 LF精炼炉底吹氩的发展和现状
• 1.2.1 国外发展与现状
• 1.2.2 国内发展与现状
• 1.3 LF精炼炉底吹氩过程建模与优化的研究现状和意义
• 1.4 本论文的主要工作
• 第二章 LF精炼炉底吹氩的数学建模
• 2.1 LF精炼炉底吹氩的数学建模
• 2.1.1 数学建模的方法和意义
• 2.1.2 LF精炼炉底吹氩的数学建模
• 2.2 LF精炼炉底吹氩气的搅拌效果的研究
• 2.2.1 水模型实验的研究方法
• 2.2.2 模拟实验
• 2.2.3 影响LF精炼炉底吹氩搅拌效果的分析
• 2.3 LF精炼炉底吹氩搅拌强度的数学模型
• 2.3.1 LF精炼炉底吹氩搅拌特性
• 2.3.2 LF精炼炉底吹氩搅拌强度的数学模型
• 2.4 LF精炼炉底吹氩混合特性的数学模型
• 2.4.1 LF精炼炉底吹氩混合特性
• 2.4.2 混合时间与搅拌功率的关系
• 2.4.3 湍流循环模型
• 2.4.4 简单循环模型
• 2.5 LF精炼炉底吹氩影响反应速度的数学模型
• 2.5.1 LF精炼炉底吹氩影响反应速度特性
• 2.5.2 反应速度常数与搅拌功率的关系
• 2.5.3 LF精炼炉底吹氩反应速度的数学模型
• 2.6 LF精炼炉底吹氩去除夹杂物的数学模型
• 2.6.1 钢液流动对去除夹杂物的影响
• 2.6.2 气泡去除钢液中的夹杂物过程的理论分析
• 2.6.3 LF精炼炉底吹氩去除夹杂物的效率的数学模型
• 2.7 本章小结
• 第三章 LF精炼炉底吹氩制度的优化
• 3.1 LF精炼炉底吹氩制度的优化
• 3.1.1 多目标优化的简介
• 3.2 LF精炼炉底吹氩制度
• 3.2.1 LF精炼炉底吹氩的工艺概述
• 3.2.2 LF炼炉底吹氩制度
• 3.3 LF精炼炉底吹氩制度的优化
• 3.3.1 LF精炼炉底吹氩制度的制定
• 3.3.2 LF精炼炉底吹氩制度的优化
• 3.3.3 LF精炼炉底吹氩制度的优化流程
• 3.4 本章小结
• 第四章 仿真结果
• 4.1 LF精炼炉底吹氩工艺方式和参数的选取
• 4.1.1 LF精炼炉底吹氩工艺方式的选取
• 4.1.2 LF精炼炉底吹氩参数的选取
• 4.2 LF精炼炉底吹氩制度优化仿真结果
• 4.2.1 仿真结果
• 4.2.2 LF精炼炉底吹氩的冶金效果
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文