精炼炉底吹氩过程的优化控制系统

摘要

随着现代科学技术的发展和工业的发展，人们对钢的质量（如钢的纯净度）、使用性能、炼钢生产率及成本等方面，都提出了越来越高的要求。电弧炉炼钢已经不能满足要求了，因此精炼炉底吹氩技术得到了发展。目前国内的底吹氩基本都是手动操作，工人凭借工作经验来控制流量，这样就增加了失误率并且降低了工作效率。这种落后的监控和管理机制远不能适应生产和科技发展的要求，因此精炼炉底吹氩优化控制系统的研究将非常重要。 本文首先介绍了论文的选题背景、底吹氩技术的国内外发展和现状，对精炼炉底吹氩的工艺、原理、以及功能进行了概述，并分析了吹氩与夹杂物去除的基本规律。接着利用物理模拟的方法进行精炼炉底吹氩的水模型实验，考察在不同的吹氩量、不同的底吹氩透气砖数目及其不同的布置方式下，确定底吹氩搅拌效果较好，混匀时间较短的工艺参数，用于指导实际生产。对先前的所得到的300包氩气流量数据进行分析处理，并利用MATLAB中的曲线拟合工具箱cftool进行曲线拟合，最终得出底吹氩控制系统的实际优化曲线，以及它的数学模型。进而进行控制算法的研究；最后是底吹氩控制系统的硬件选型和软件设计。 设计精炼炉底吹氩供气控制系统，以保证氩气流量能够按照设定值平稳的吹入钢包。首先利用测试法对其建立数学模型，但是考虑到现场许多的干扰因素，底吹氩供气控制系统模型不易精确确定。所以只有采用合理、有效的控制系统设计，才能最大程度的体现底吹氩智能控制系统的优势，即精确与稳定的特点。主要步骤是编写控制算法和控制程序，利用MATLAB软件中的Simulink作为仿真工具，通过计算机仿真给出控制效果。采用组态王和MATLAB动态数据交换实现模糊控制的方法对PID的参数进行在线调整，增强系统对不确定性因素的适应性，来实现对底吹氩供气系统的控制，最终取得了比较理想的控制效果。此外本系统具有良好的人机界面，主要包括主画面、实时曲线画面、历史曲线画面、报表画面与报警画面等几部分，能对各种监控参数进行动态管理和报表自动生成及打印，而且运行灵活，能够很容易的进行改、扩建。 计算机仿真研究和实验应用表明，实现了底吹氩的实时监测与动态管理，提高了底吹氩的自动化监控水平。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题背景

1.2底吹氩技术的发展与现状

1.2.1 国外发展和现状

1.2.2 国内展和现状

1.3论文的主要研究内容

第2章精炼炉底吹氩系统的分析

2.1精炼炉底吹氩系统

2.1.1精炼炉底吹氩工艺概述

2.1.2精炼炉底吹氩阶段过程

2.1.3精炼炉底吹氩的工作原理

2.1.4精炼炉底吹氩的功能

2.2精炼炉底吹氩系统中对夹杂物去除的研究

2.2.1钢液流动对去除夹杂物的影响

2.2.2去除夹杂物的基本原理

2.3本章小结

第3章 优化吹炼工艺参数的水模实验研究

3.1前人的水模型实验研究的介绍

3.2精炼炉底吹氩过程的物理模拟

3.3精炼炉底吹氩水模型的建立

3.3.1 原型与模型的主要工艺参数

3.3.2模拟介质的选择

3.4精炼炉底吹氩混匀过程的水模型研究

3.4.1 实验目的

3.4.2实验原理

3.4.3实验评价指标

3.4.4实验方案

3.4.5实验数据记录与分析

3.4.6实验结论

3.5精炼炉底吹氩卷渣现象的水模型研究

3.5.1卷渣现象的介绍

3.5.2实验目的

3.5.3实验原理

3.5.4 实验方案

3.5.5实验评价指标

3.5.6实验数据记录分析

3.5.7实验结论

3.6本章小结

第4章精炼炉底吹氩历史流量数据的优化研究

4.1数据分析

4.1.1数据分析的重要性

4.1.2数据分析方法的介绍

4.1.3氩气流量数据分析

4.2 曲线拟合

4.2.1 曲线拟合的介绍

4.2.2 曲线拟合的过程

4.3本章小结

第5章精炼炉底吹氩控制策略的研究

5.1测试法建立底吹氩系统的数学模型

5.2传统控制和智能控制的介绍

5.3 PID控制和模糊PID控制的介绍

5.4精炼炉底吹氩控制方案及实现

5.5精炼炉底吹氩控制系统的仿真

5.5.1 MATLAB和SIMULINK概述

5.5.2 FUZZY—PID控制系统仿真

5.6本章小结

第6章底吹氩供气控制系统实现

6.1底吹氩供气控制系统整体结构

6.2底吹氩供气控制系统的硬件设计

6.2.1.传感器选用的基本原则

6.2.2流量计的选型

6.2.3压力传感器的选型

6.2.4执行机构的选型

6.3基于组态王的底吹氩供气系统监控程序设计

6.3.1监控软件介绍

6.3.2底吹氩供气控制系统实现的功能

6.3.3底吹氩监控界面的组成及功能实现

6.4底吹氩供气系统控制算法的实现

6.4.1动态数据(DDE)交换的概念

6.4.2组态王中的DDE设置

6.4.3 MATLAB作为客户机的应用

6.4.4 MATLAB的DDE传输程序设计

6.4.5底吹氩实时控制效果对比

6.5本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致 谢