精炼炉氩气流量的优化设定与控制

论文摘要

钢包底吹氩技术是一种经济适用而且简单易行的炉外精炼方法,能有效地均匀钢水温度和成分,去除有害气体和夹杂物,改善钢液质量,因而在炉外精炼中得到了广泛应用。本文首先在流体力学的基础上,建立钢包内钢液流场的数学模型。运用CFD软件Fluent对150t钢包进行数值模拟,得到钢液的稳态流场和瞬态流场。通过数值仿真并结合前人的成果,对吹氩方式、钢液均混时间、钢液与电极的相互影响、夹杂物去除以及卷渣现象进行研究,得出了精炼过程中各阶段合理的氩气流量。通过对精炼炉底吹氩过程控制系统进行研究与分析,并根据机理分析建模的有关知识及数据,建立起被控对象的数学模型。在此模型的基础上,从底吹氩工艺要求和控制系统的实际情况出发,提出基于模糊控制的PID参数自整定底吹氩系统控制方案,以解决在精炼炉底吹氩过程中,由于被控对象的非线性、数学模型参数的不确定性及系统工作点的剧烈变化等因素,而引起的对被控量不能进行精确控制的缺陷。通过理论分析和仿真结果表明,应用基于模糊控制的PID参数自整定底吹氩系统控制方法在各种指标上都要优于常规PID控制方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 现代冶金工业中炉外精炼的发展概述
• 1.2 底吹氩对钢水精炼的作用和意义
• 1.3 精炼炉底吹氩的基本原理
• 1.3.1 精炼炉底吹氩的工作原理
• 1.3.2 吹氩精炼的影响因素
• 1.4 底吹氩钢液流动行为及流量优化的研究意义和方法
• 1.4.1 物理模拟的原理及研究现状
• 1.4.2 数值模拟的原理及研究现状
• 1.5 底吹氩控制系统国内外发展现状
• 1.6 课题背景及本文主要工作
• 第2章 钢包底吹氩的数学模型及数值模拟
• 2.1 多相流研究方法及模型
• 2.1.1 多相流的研究方法
• 2.1.2 多相流模型
• 2.2 钢包内钢液流动的数值模拟
• 2.2.1 数学模型的建立
• 2.2.2 数值模拟方案
• 2.2.3 模拟计算方法
• 2.3 吹氩过程数值模拟的实现及仿真结果分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 精炼炉底吹氩的优化研究
• 3.1 概述
• 3.2 精炼炉底吹流量与均混时间的关系
• 3.2.1 精炼炉底吹氩混合特性
• 3.2.2 钢液均混行为的数值仿真及数据分析
• 3.3 精炼炉工作时钢液与电极的相互影响
• 3.3.1 精炼炉底吹氩引起的熔池表面液峰波动
• 3.3.2 底吹流量对液峰高度的影响
• 3.3.3 熔池深度对液峰高度的影响
• 3.4 精炼炉吹氩去除夹杂物的研究
• 3.4.1 底吹氩生成小气泡去除钢中夹杂物
• 3.4.2 底吹氩除杂原理
• 3.4.3 非金属夹杂物去除的模型
• 3.4.4 去除钢包内夹杂物的吹氩流量研究
• 3.5 底吹氩引起的卷渣现象的研究
• 3.6 底吹氩流量曲线的设定
• 3.7 本章小结
• 第4章 精炼炉底吹氩系统的建模
• 4.1 精炼炉底吹氩控制系统结构
• 4.2 精炼炉底吹氩控制系统的建模
• 4.2.1 被控对象的分析
• 4.2.2 模型结构的确定
• 4.2.3 模型参数的辨识
• 4.3 本章小结
• 第5章 底吹氩系统的控制策略
• 5.1 几种常用控制方法分析及比较
• 5.1.1 PID控制
• 5.1.2 模糊控制理论
• 5.2 精炼炉底吹氩控制方案
• 5.2.1 模糊控制与传统PID的结合
• 5.2.2 模糊控制策略
• 5.2.3 模糊控制器的设计
• 5.3 底吹氩控制系统MATLAB仿真
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢