200吨LF炉精炼过程钢水温度智能预报模型研究与在线控制

摘要

随着钢铁行业的飞速发展，其自动化程度也越来越高，“一键式”炼钢已经成为现代化钢铁企业的趋势。LF钢水温度预报模型可以对精炼过程中的钢水温度进行实时预报，对于钢铁企业提高温度控制水平，降低生产成本，提升产品质量具有重要意义。
　　本文以某钢厂200吨LF炉为研究对象，在数值模拟的基础上，采用理论分析与现场调节相结合的方式，利用Visual Studio2005编制开发出LF精炼过程温度预报模型。该模型具有自动校正功能，并成功用于LF精炼实际生产的在线控制，实现了对温度的实时预报与智能控制功能。本文主要内容和结论如下:
　　(1)利用CFD软件Fluent对LF精炼过程流场进行数值模拟，研究结果表明:采用双底吹氩的钢包，随着氩气流量的增加，混匀时间逐渐变短，但气量达到600NL/min后，这种趋势开始不明显;吹开100mm厚的渣层临界氩气量在150NL/min～200NL/min之间，并且吹氩量200NL/min增加到500NL/min时，相应的渣圈直径从320mm增加到520mm。
　　(2)通过对包衬的热模拟研究发现:钢包热周转状态不同对精炼阶段钢水温降和包衬散热存在显著影响，D级钢包（在线包）包衬散热引起钢水平均温降速率约为0.7℃/min，与A级钢包（新包）相比，处理时间35min内钢水温度少降低约30℃，平均温降速率相差0.75℃/min。根据上述结果，利用origin对不同包衬热状态下的钢水温降分别进行拟合，得到钢水温降随精炼时间的表达式为:ΔTlining=a+bt-ct2+ dt3-et4式中:a，b，c，d，e为与钢包包衬的热状态相关的常数。
　　(3)根据数值模拟的结果，对不同吹氩流量下钢水的裸露面积进行拟合，获得了钢水的裸露面积随吹氩量变化的拟合方程，并据此计算出吹氩辐射散热造成的钢水温降速率。
　　(4)在数值模拟和生产数据统计的基础上，建立了LF炉精炼过程中钢水温度智能预报模型，该模型可根据加热档位，自动调整加热时间并上传数据;同时通过现场实测数据对模型进行验证。结果表明:精炼结束钢水预测温度与实测温度的相对误差在±5℃和±10℃内的命中率分别为82％和90％，模型预报温度与实测值吻合较好，能够满足生产要求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 LF炉精炼工艺

1．1．1 LF炉的功能和作用

1．1．2 LF精炼工艺过程

1．1．3 LF精炼自动控制模型及其应用概况

1．2 LF精炼温度预报模型研究方法及现状

1．2．1 LF精炼温度预报模型研究方法

1．2．2 LF温度预报模型的研究现状

1．3 LF温度预报与控制模型的意义及本文研究内容

1．3．1 LF温度预报与控制模型的意义

1．3．2 本文的主要研究内容

第2章 LF精炼过程钢液流动的数值模拟

2．1 模型的建立

2．1．1 基本假设

2．1．2 流动基本方程

2．1．3 氩气泡内径的确定

2．1．4 流场初始条件和边界条件

2．2 数值模拟方案

2．3 数学模型求解

2．3．1 网格的划分

2．3．2 求解方法

2．4 结果与分析

2．4．1 流场分析

2．4．2 混匀时间分析

2．4．3 吹开渣层分析

2．5 本章小结

第3章 LF精炼过程影响钢水温度的因素分析

3．1 精炼过程能量守恒定律

3．2 电极对钢水温度的影响

3．3 包衬散热引起的热损失

3．4 渣层引起的热损失

3．5 吹氩引起的热损失

3．6 合金和渣料的热效应

3．7 本章小结

第4章 LF温度模型与自动控制系统

4．1 温度控制模型的建立

4．1．1 温度控制模型的结构

4．1．2 模型的智能校正功能

4．2 模型的在线控制系统

4．2．1 离线仿真模型

4．2．2 在线模型

4．2．3 自动控制实现

4．3 模型的验证与应用

4．3．1 温度预报模型的验证

4．3．2 温度控制模型的验证

第5章 结论

参考文献

致谢

文中包含图、表、公式及文献