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提高AOD炉炉龄的集成控制技术研究

作　者: 许红岩
导　师: 尤文
学　校: 长春工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: AOD 炉衬寿命终点控制推理控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

目前,在钢铁精炼中,氩氧精炼法(Argon Oxygen Decarburization,简称AOD法)以其生产成本低、效率高、易操作等特点已成为主流冶炼技术。但与普通冶炼炉相比,AOD炉炉龄要低很多,成为制约生产线、提高产能的技术瓶颈。故本文以AOD炉为具体的研究对象,借助热动力学理论及化学机理分析方法,采用集成控制技术,通过样机研制,力求实现集成技术在AOD炉寿命研究中的应用,从而大大提高炉体寿命。本文介绍了AOD炉护炉工艺及国内外发展现状并提出了本文的研究内容,而后对AOD炉常用的炉衬耐火材料、炉渣碱度和成分控制、预反应护墙渣控制技术等多种护炉方法做了概括性分析,并把炉衬烘烤技术、冶炼终点控制技术作为本文重点开展了下述研究工作。本文首先着重研究了炉衬烘烤技术,对AOD炉炉衬的烘烤制度及烘烤方法作了详细的分析,采用了具有节能效果的新型烘烤装置,并对其进行自动控制,从而使该烘烤装置能够较稳定的烘烤,达到较好的烘烤效果,进而提高AOD炉炉龄。其次着重研究了冶炼终点控制技术,通过调节氧气及氮气的吹入量来调节吹炼终点的碳含量和温度,使其尽快达到铁合金冶炼所要求的成分和温度,缩短冶炼时间,从而间接提高炉龄。而为了实现终点动态控制,最先要做的就是建立准确的系统参数模型。故根据精炼过程的物理和化学特性,本文以热力学理论和冶金动力学为依据,通过机理分析后,基于质量守恒定律、冶炼过程不等温、热量守恒定律以及灰色生成技术,分别建立了铁合金冶炼过程中,碳含量与供氧速率、碳含量与供氮速率、铁水温度与供氧速率、铁水温度与供氮速率之间的数学模型。并根据吉林铁合金辽阳分厂采集回来的实验数据,对模型的部分参数进行校正优化,进而提高模型精度。最后本文基于所建模型,尝试采用常规控制方法和推理控制方法来实现终点控制。以氧气作为设定值,以氮气作为不可测扰动,以铁水温度作为二次输出来间接控制主输出量铁水中碳含量,并将系统输入与输出间的关系模型通过Matlab7.0中的Simulink对其进行创建和描述。通过对仿真结果的比较分析得出：在所建模型均准确的条件下,推理控制算法在铁合金冶炼终点温度和碳含量方面的控制性能总体上要优于常规控制算法。并基于DCS建立了AOD炉铁合金冶炼电气自动控制系统,通过第一级系统处理复杂数据运算以及集中操作监视；通过第二级系统实现炉体倾动、供气、加料等各个子系统的控制。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-8
第一章绪论  8-13
  1.1 论文研究的背景及意义  8-9
  1.2 相关技术的国内外研究现状  9-11
    1.2.1 AOD炉炉龄的研究现状  9
    1.2.2 终点控制技术  9-11
  1.3 本文研究的主要内容  11-12
  1.4 本章小结  12-13
第二章提高AOD炉炉役的相关技术分析  13-28
  2.1 AOD氩氧精炼工艺概述  13-16
    2.1.1 AOD炉组成及工艺设计特点  13-14
    2.1.2 AOD炉精炼铁合金的工艺过程及原理  14-16
  2.2 AOD炉炉用耐火材料的研究  16-20
    2.2.1 常用耐火材料性能分析  16-18
    2.2.2 AOD炉所用耐火材料蚀损过程的研究和选择  18-20
  2.3 炉渣碱度和成分控制  20-24
    2.3.1 炉渣碱度对铁合金冶炼过程中脱硫、脱磷及炉衬的影响  21-22
    2.3.2 炉渣的控制  22-24
  2.4 预反应护墙渣控制技术  24-27
    2.4.1 溅渣层保护炉衬机理  24-25
    2.4.2 溅渣护炉工艺及控制技术概述  25-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章 AOD炉炉衬烘烤技术的研究  28-35
  3.1 AOD炉炉衬的烘烤制度及方法  28-30
    3.1.1 AOD炉炉衬烘烤制度的确定  28-29
    3.1.2 AOD炉炉衬烘烤方法  29-30
  3.2 蓄热式AOD炉烘烤原理  30-31
    3.2.1 高温低氧燃烧技术概述  30
    3.2.2 蓄热式AOD炉烘烤装置工作原理  30-31
  3.3 蓄热式烘烤装置  31-33
    3.3.1 蓄热室  31
    3.3.2 换向阀  31
    3.3.3 换向时间  31-32
    3.3.4 高温空气燃烧设备的自动控制  32-33
  3.4 空气、煤气双预热的节能效果  33-34
  3.5 本章小结  34-35
第四章 AOD炉铁合金冶炼终点控制及其生产过程模型的建立  35-49
  4.1 终点控制技术的研究  35
  4.2 AOD炉铁合金冶炼过程数学模型的建立  35-46
    4.2.1 铁合金冶炼过程中碳的变化速率  35-39
    4.2.2 铁合金冶炼过程中温度的变化速率  39-42
    4.2.3 铁合金冶炼过程中温度与供氮气速率之间的关系模型  42-43
    4.2.4 铁合金冶炼过程中碳含量与供氮气速率之间关系模型  43-46
  4.3 模型参数的确定  46-48
    4.3.1 直接氧化反应速度常数  46-47
    4.3.2 铁水中碳元素传质系数  47
    4.3.3 碳元素和铬元素在铁水中的活动系数  47-48
    4.3.4 平衡常数  48
    4.3.5 一氧化碳在铁水气泡中的分压  48
  4.4 本章小结  48-49
第五章 AOD炉铁合金冶炼终点生产过程推理控制策略研究  49-60
  5.1 常规控制方法控制冶炼过程分析  49-50
  5.2 推理控制结构形式推导  50-52
  5.3 推理各组成部分的作用分析  52-53
  5.4 推理控制器的设计  53-54
  5.5 模型误差对系统性能的影响分析  54-56
  5.6 控制系统仿真分析  56-59
  5.7 本章小结  59-60
第六章基于DCS的AOD炉铁合金冶炼电气自动控制系统的实现  60-68
  6.1 DCS系统配置及结构  60-62
  6.2 监控系统  62
  6.3 底枪控气系统  62-64
  6.4 顶枪控气系统  64-65
  6.5 倾动控制系统  65-66
  6.6 加料控制系统  66-67
  6.7 本章小结  67-68
第七章全文总结与展望  68-70
  7.1 总结  68-69
  7.2 展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-74
个人简介  74
攻读硕士学位期间研究成果  74-75

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