基于底枪的AOD炉及转炉碳含量控制系统

• 作 者: 潘昊天
• 出 处: 长春工业大学
• 发表日期: 2019年09期
• 关键词: 氩氧精炼法 内模控制 推理控制 数学模型 碳含量控制

冶金行业是国家基础行业,为保证铬铁质量、缩短冶炼时间、降低复吹率,需进一步研究冶炼过程。而铁水碳含量是冶金生产中最重要的参数之一,是制定生产工艺的目标参数,研究终点碳含量的控制策略意义重大。本文以低碳铬铁冶炼生产过程为具体研究对象,对冶炼过程机理进行深入分析,建立低碳铬铁生产过程数学模型,对冶炼过程和冶炼终点碳含量的控制策略进行研究,基于以上目标本文完成的主要研究内容如下:1.本文介绍的氩氧精炼铁合金工艺,是在电弧炉中溶化高碳铬铁后,直接将其兑入AOD炉吹炼,氧气从顶部高压枪吹入铁水,其脱碳速度快,冶炼时间短,可提高生产能力。不同比例的氧、氩混合气体通过底枪控制吹入炉内,降低了一氧化碳的分压,保证了脱碳速率,实现降碳保铬的目的。2.研究了供气速度、氧化反应速度等参数的耦合关系,建立了供氧速率与铁水脱碳速度之间的数学模型。采用灰色系统建模方法,建立了供氩速率与铁水脱碳速度之间的数学模型。本模型可与基础级自动化配合进行脱碳全过程的供氧流量自动控制,根据模型运算结果及时调整供氧流量,提高了终点碳含量的命中率,避免了铁水中铬的过氧化,使之获得较好的脱碳效果。3.基于碳含量可检测性,研究设计了碳含量内模控制策略。内模控制解决了其输出可测,而扰动不可测的问题。通过建立过程模型,设计控制器,完成对铁水碳含量的控制。4.由于碳含量在线检测设备价格昂贵,并且对环境要求非常苛刻,在实际应用中内模控制策略目前并不适用,针对此问题,研究设计了碳含量推理控制器。基于估计模型,选用氧气流量作为二次输出量,铁水碳含量作为主要输出量,设计了估计器和推理控制器。5.最后,采用MATLAB仿真分析了推理控制和内模控制的动静态性能。仿真结果表明,在碳含量设定值为0.5%,滤波器时间常数为800时,内模控制调节时间为40分钟,冶炼时间为76分钟,无论模型是否存在误差,系统都是稳态无差的。而推理控制调节时间为40分钟,冶炼时间为76分钟,当模型准确时,系统是稳态无差的,当模型失配时,系统最大偏差为0.11%,亦能满足实际工程需要,且节省了昂贵的碳含量在线检测设备。最后设计实现了基于DCS系统的AOD炉终点碳控制系统。