合金微调站底吹自动控制策略

【摘要】根据合金微调站底吹氩的工艺特点以及对氩气流量的扰动因素，提出了底吹氩气的自动控制策略。利用动态查表得到氩气流量设定值，通过混合型模糊PID控制器对氩气流量进行智能控制。

【关键词】钢包；底吹氩；模糊控制

【中图分类号】TF704.2 【文献标识码】A 【文章编号】1672—5158（2012）08—0182-01

0.引言

合金微调站底吹系统用于对钢包进行底吹氩，利用其循环流场的特点来加速钢水介质运动，通过化学反应来减少钢水的杂质，促使钢水成分和温度均匀分布，去除有害气体，清洁钢液。底吹氩气流量的调节对整个合金微调起着重要的作用。流量过大，会穿透钢水液面产生喷溅现象；流量过小，钢水合金微调时间加长。为了取得好的合金微调效果，必须保证底吹氩气的平稳均匀。

1.工艺流程

在钢包车开到吹氩位前开始钢包空包、满包称重，系统根据空包与满包的重量计算出钢水的重量。钢水称重后钢包车开到吹氩位测温、取样，然后开到加顶渣位加顶渣。加顶渣结束后钢包车开到吹氩位进行底吹氩气、喂铝线和合金微调，然后测温、取样。如果温度不满足工艺要求就要加废钢，然后测温、取样，直到温度满足工艺要求；如果温度满足而成分不满足工艺要求就再喂铝线和合金微调，然后测温、取样，直到成分满足工艺要求；如果温度、成分满足工艺要求就进行软吹。软吹结束后钢包车开到起吊位。

2.控制策略

2.1 底吹系统分析

底吹控制系统主要由高压底吹阀、底吹切断阀和底吹调节阀等组成，其中，被控量是吹入钢包的氩气流量。气源压力、钢水高度（与钢水重量有关）、透气面积（与钢水温度有关）、钢渣高度等因素对底吹氩气流量影响较大，这些因素具有不确定性和不可控性，用常规的控制策略实现对被控量进行自动、精确控制十分困难，只能通过控制方式的调整来减小它们对氩气流量的扰动。

2.2 控制器设计

模糊控制是建立在模糊集合模糊逻辑的基础上的一种智能控制方法，它是根据操作者的经验总结出的控制规则。控制器的设计主要包括两部分：一是建立查询表，将查询表存放到计算机中。在实时控制时，通过查找查询表得到相应的控制量设定值。二是将设定值作为混合型模糊PID控制器的输入值，通过混合型模糊PID控制器对控制量进行控制。其流量控制结构图如图2-2所示。

混合型模糊PID控制器是由一个常规积分控制器和一个二维模糊控制器相并联而成的。模糊控制器采用二维模糊控制器结构形式，它是以偏差E和偏差变化率为输入语句变量，具有类似于常规PD控制器的作用，有可能获得良好的动态特性，但无法消除静态误差。为了改善模糊控制器的稳态性能，引入模糊积分。常规PI控制器输出为和二维模糊控制器输出控制量相叠加，作为混合型模糊PID控制器的总输出，即U=+，可使系统成为无差模糊控制系统。建立模糊控制规则的基本思想：当误差大或较大时，选择控制量以尽快消除误差为主，而当误差较小时，选择控制量要注意防止超调，以系统的稳定性为主要出发点。

2.3 模糊控制的实现

根据钢水重量、钢渣重量、钢水温度、气源压力与氩气流量、压力以及吹氩时间的关系，结合操作经验总结出控制规则，建立流量控制查询表，并将查询表存放在计算机中，在底吹过程中进行动态查询，得到控制量设定值R与各阶段的吹氩时间。由于吹氩是靠具有一定压力和流量的氩气来实现的，压力的大小受流量影响，它们之间存在耦合关系，本系统是进行调节流量，如果压力大，可能发生堵塞现象，系统就自动切换旁路用高压吹氩，若在20秒内未吹开，再报警。

在开始运行时，自动启动高压旁路，待透气砖吹通后，自动切换到调节回路上来进行流量调节。在进行底吹流量自动调节时，分别以钢水温度、钢水成分是否符合要求作为状态判断的依据，然后根据过程状态和检测到压力、流量数值采用相应的模糊控制器参数集。

3.结束语

通过查表，实现自动设定流量值，避免了由于操作人员的熟练程度差异等不利因素的影响。混合型模糊PID控制器具有较好的动态和静态特性、抗干扰能力强、鲁棒性强等特点。

参考文献

[1]陶永华，尹怡欣，葛芦生著.新型PID控制及其应用[M].北京：机械工业出版社，1998

[2]韩建军，李士琦，吴龙.钢包底吹氩搅拌特性[J].北京科技大学学报，2011（9）

[3]李江，魏文晖.优化钢包吹氩系统的生产实践及研究[J].武汉科技大学学报（自然科学版），2002（3）

作者简介

周金美（1976-），男，安徽马鞍山人，工程师，硕士研究生，主要从事自动化系统设计编程等工作。