如何使用喷枪进行动态控制？

吹炼结束前根据辅助喷枪而测量吹炼末期的钢液成分（主要为含碳量、熔解氧气量）与钢液温度，并基于钢液中碳质量分数估算式与钢液温度估算式，修正作为调节量的吹入氧气量与冷却材料投入量的操作就是动态控制^[4，5]（见图3-4）。

图3-4 替补管的时间控制器

关于动态控制对象的吹炼末期的脱碳速度（含碳量的时间变化dC/dt）与氧气消耗量的关系，从实际操作数据中求得格式化的动态模型。

把采用辅助喷枪的测量后的脱碳反应分为：

①到反应面的碳（C）的到达速度是很快的，由于供给的全部氧气（O₂）被消耗在脱碳中因此脱碳速度为与供给速度成比例的高碳区域。

②到反应面的碳（C）的到达速度比氧气的到达速度慢一些，C的到达速度成为限速的，脱碳速度为与碳含有量成比例，且为减少的低碳区域。即

高碳区域：

低碳区域：

式中，C为钢液中碳含量（质量分数）；O₂为氧气消耗量（N·m³）；W_ST为液态钢重质量（t）；k₀、k₁为系数。

以上两个式子中包括了高碳领域与低碳领域且以式（3-13）的形式表现出来。

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所以，采用辅助喷枪的钢液测量时刻开始到吹炼结束时刻为止期间的氧气消耗量，由对式（3-13）的积分并以式（3-14）那样能够求得。

式中，ΔO₂为从辅助喷枪测量时刻开始到吹炼结束时为止的氧气消耗量（N·m³）；C_SL为辅助喷枪测量时的钢液碳质量分数；C_EP为终点碳质量分数；a₀、a₁为k₀、k₁的倒数。

实际上，除此之外也存在对氧气消耗量有影响的因素。也应考虑这些影响，将氧气消耗量与碳质量分数变化的关系用式（3-15）那样表示，根据对实际测试数据做多元回归分析从而求得系数a₀、a₁及g_i。

式中，W_sub为冷却剂投入量（t）；O_2sub为冷却剂中的氧气含有率（（N·m³）/t）；X_i为作业因素变量；为作业因素变量的参考值；g_i表示作业条件因素的变量对氧气消耗量的影响的系数；δ₀为反馈修正项（（N·m³）/t）。

关于钢液温度，吹炼末期的升温若考虑到脱碳反应的发热所造成的，则升温量与累积氧气量成比例。与表示氧气消耗量的式（3-15）的情况相同，关于升温量如式（3-16）那样用累积氧气量与作业因素变量的回归式表示，由多重回归分析实绩数据而求得系数b₀及h_i。

式中，T_SL为辅助喷枪测量时刻的钢液温度（℃）；T_EP为钢液的终点时刻的钢液温度（℃）；T_sub为冷却剂的冷却量（℃/t）；γ为冷却材料的冷却效率；h_i为作业条件因素的变量影响升温量的系数；δ_T为反馈修正项（℃）；b₀为系数。

在动态控制中，基于钢液中碳质量分数估算式（3-15）及钢液温度估算式（3-16），从辅助喷枪中测量出的钢液中碳质量分数C_SL、钢液温度T_SL及目标碳质量分数C_EP、目标钢液温度T_EP中，算出作为操作量的吹入氧气量ΔO₂与冷却材料投入量W_sub。

而且，关于钢液中碳质量分数估算式的参数a₀、a₁，根据排出气体的流量测量值，进行质量分析计的测量值顺序修正。另外，使用在吹炼终点测定的钢液成分、钢液温度的数据，从而修正式（3-15）、式（3-16）的反馈修正项δ₀、δ_T。

动态模型的吹炼结束时刻的碳质量分数、钢液温度的估算准确度被提高之后的结果，能够运用于吹炼的自动结束，吹炼终点时的钢液成分、钢液温度的测定省略，由于让钢液成分、钢液温度为中心，而重新吹炼并降低再吹炼率，已有从原料装入到钢液出炉为止的时间缩短的成果研究报导。