CN110991089B - 一种转炉炼钢冶炼后期碳含量预报方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种转炉炼钢冶炼后期碳含量预报方法,具体涉及钢铁冶金技术领域,该方法是在指数衰减模型的基础上进行了改进,引入了“历史脱碳曲线”、“参考脱碳曲线”、“计算脱碳曲线”的概念,不仅有效发挥了历史炉次脱碳曲线的参考价值,还充分利用了当前炉次实际脱碳曲线的特征,从而提出了一种具有更好适应性和更高准确率的冶炼后期碳含量预报的改进指数模型。
Description
【技术领域】
本发明涉及钢铁冶金技术领域,尤其涉及一种转炉炼钢冶炼后期碳含量预报方法。
【背景技术】
转炉炼钢作为当今世界最主要的炼钢方式,其产量占全球钢产量的70%以上,实现转炉自动炼钢控制因此也显得尤为重要。当前主流的转炉自动炼钢控制技术,根据检测手段的不同主要有副枪技术和烟气分析技术等。其中,副枪技术由于其接触式直接测量的特点,控制精度相对较高;而烟气分析属于间接式测量,受到的干扰因素较多,控制精度相对较低。因此,国内外的转炉自动炼钢控制技术在很长一段时间内都是以副枪***为主的,即使配备有烟气分析***的钢厂,也只将其作为辅助参考手段而不用于在线控制。但是,与副枪的单点测量不同,烟气分析具有连续测量的优点,因此,更有利于实现转炉冶炼全过程的动态控制。
目前,常见的基于烟气分析的碳含量预报模型主要有碳积分模型、三次方模型和指数衰减模型等。文献1[Continuous carbon determination in the basic oxygenprocesses.JOM,1964,16(6):508]中描述了一种碳积分模型,然而,由于实际生产中的转炉熔池初始碳含量、转炉烟气流量和成分的检测均存在一定误差,而采用积分模型将导致误差累积,导致预报碳含量偏差远大于转炉实际控制的精度要求,因此,碳积分模型一般不适用于冶炼后期及终点的碳含量预报;文献2[应用炉气分析预测转炉冶炼终点碳含量.材料与冶金学报,2007,6(1):3]中描述了一种三次方模型,在低碳区(碳含量≤0.10%)拟合精度较高,在对终点碳进行单点预测时效果较好,但外推至中高碳区域时拟合曲线发散,故一般不适用于整个冶炼后期碳含量的连续预报;文献3[Development and operation of BOFdynamic control.Blast Furn.Steel Plant,1966,54(7):595]中描述了一种指数衰减模型,用于表征转炉冶炼后期脱碳氧效率与熔池碳含量的对应关系。根据冶金原理,熔池碳的传质是转炉冶炼后期脱碳反应的限制性环节,指数衰减模型能够很好地表征转炉冶炼后期熔池碳含量变化的一般性规律。但由于实际生产中各种因素的影响,每炉次钢水冶炼的脱碳曲线都具有其独特性,因此,对于历史炉次脱碳曲线和当前炉次脱碳曲线特征的精准提取和有效利用,是决定指数衰减模型预报准确率的关键。
因此,有必要研究一种转炉炼钢冶炼后期碳含量预报方法来应对现有技术的不足,以解决或减轻上述一个或多个问题。
【发明内容】
有鉴于此,本发明提供了一种转炉炼钢冶炼后期碳含量预报方法,该方法是在指数衰减模型的基础上进行了改进,引入了“历史脱碳曲线”、“参考脱碳曲线”、“计算脱碳曲线”的概念,不仅有效发挥了历史炉次脱碳曲线的参考价值,还充分利用了当前炉次实际脱碳曲线的特征,从而提出了一种具有更好适应性和更高准确率的冶炼后期碳含量预报的改进指数模型。
一方面,本发明提供一种转炉炼钢冶炼后期碳含量预报方法,所述方法具体包括以下步骤:
S1:利用采集到的历史炉次冶炼后期的脱碳氧效率和碳含量实测数据,通过指数拟合得到“历史脱碳曲线”及其特征参数;
S2:使用当前炉次冶炼中期的最大脱碳氧效率值对“历史脱碳曲线”的相应参数进行替换,得到当前炉次的冶炼后期“参考脱碳曲线”;
S3:采用多点校正的方法,根据当前炉次冶炼至各等距离校正点时的实际脱碳量与“参考脱碳曲线”相应脱碳量的偏差值,对熔池碳含量及脱碳曲线参数进行计算与校正,进而得到“计算脱碳曲线”,并在每次计算后同步更新“计算脱碳曲线”和“参考脱碳曲线”;
S4:通过逐次迭代计算实现对“计算脱碳曲线”的校正及对冶炼后期转炉熔池碳含量的精准预报。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述S1-S3中“历史脱碳曲线”、“参考脱碳曲线”和“计算脱碳曲线”,均采用指数公式表示,具体如式(2-1)和式(2-2)所示:
R=α+βeγ·C (2-1)
式(2-1)和式(2-2)中,R表示实时的脱碳氧效率,单位:kg/m3;α表示炉次的最大脱碳氧效率,单位:kg/m3;C表示转炉熔池的实时碳含量,单位:%;C0表示转炉熔池的极限碳含量,单位:%;β、γ为与脱碳氧效率相关的系数。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述S1中得到“历史脱碳曲线”的具体步骤如下:
S11:通过实测方式采集部分历史炉次冶炼后期的脱碳氧效率R及其对应的熔池碳含量实测值C;
S12:以指数函数式(2-1)为拟合函数,对上述采集到的历史炉次数据进行拟合,得到α、β、γ的拟合值αi、βi、γi,然后通过式(2-2)计算得到C0的值;
S13:将拟合得到的αi、βi、γi值代入式(2-1)中,得到一条以熔池C含量为横坐标以脱碳氧效率R为纵坐标的“历史脱碳曲线”,如式(3-1)所示,该“历史脱碳曲线”通过极限脱碳点(C0,0);
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述S2中得到当前炉次冶炼后期“参考脱碳曲线”的具体步骤如下:
S21:取当前炉次冶炼中期脱碳氧效率的最大值作为当前炉次的最大脱碳氧效率αi,当前炉次冶炼中期为脱碳高峰期;
S22:将αj代入式(3-1)中并替换αi,即得到当前炉冶炼后期的“参考脱碳曲线”,如式(4-1)所示:
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述S3中得到当前炉次冶炼后期“计算脱碳曲线”的具体步骤如下:
S311:冶炼后期R值呈持续下降趋势,当R值降低至0.95αj时,作为校正起始点,所述校正起始点为第1校正点;当R值降低至0.70αj、0.45αj、...(1.2-0.25n)αj时,分别作为第2、3、...、n校正点,各校正点之间的距离ΔR相等,如式(5-1)所示:
ΔR=R1-R2=R2-R3=...=R(n-1)-Rn
(5-1)
S312:将R1=0.95αj,R2=0.70αj分别代入式(4-1),求解得到C1、C2,则“参考脱碳曲线”脱碳量为(C1-C2);
进而得到“计算脱碳曲线”,如式(5-5)所示:
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述S3中同步更新“计算脱碳曲线”和“参考脱碳曲线”的具体步骤如下:
S321:使用式(5-5)替代式(4-1)使之成为新的“参考脱碳曲线”,将R2=0.70αj,R3=0.45αj分别代入该式,求解得到C2、C3,则“参考脱碳曲线”脱碳量为(C2-C3);
进而得到校正后的“计算脱碳曲线”,如式(6-4)所示:
S324:将校正后的“计算脱碳曲线”作为下一次计算的“参考脱碳曲线”,即在每次计算中对“计算脱碳曲线”和“参考脱碳曲线”进行了同步更新。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述S4中通过迭代计算实现对“计算脱碳曲线”的逐次校正及对冶炼后期熔池碳含量的精准预报的具体步骤如下:
S41:根据S3中方法进行迭代计算,逐次递推到第n个校正点,得到经过(n-1)次迭代计算后的“计算脱碳曲线”,如式(7-1)所示:
S42:在每次得到新的“计算脱碳曲线”之前,根据上一次的“计算脱碳曲线”公式,实时计算熔池的碳含量值,直至达到终点碳含量目标为止。
如上所述的方面和任一可能的实现方式,进一步提供一种实现方式,所述S42中得到新的“计算脱碳曲线”之前为R到达下一校正点之前,所述S42中上一次的“计算脱碳曲线”同时也为本次的“参考脱碳曲线”。
与现有技术相比,本发明可以获得包括以下技术效果:
(1)考虑实际工况的影响,将熔池极限碳含量C0也作为指数模型的拟合参数,而非直接设定为实验值0.02%或由热力学平衡计算得到的其他固定值,可以获得更贴近实际的“历史脱碳曲线”及对应的指数模型特征参数。
(2)采用“等距离多点校正”算法结合“参考脱碳曲线”与“计算脱碳曲线”同步更新的改进算法,既有效发挥了历史炉次脱碳曲线的参考价值,又充分利用了当前炉次实际脱碳曲线的特征,从而获得更高的计算准确度。本专利提出的改进指数模型预测终点碳偏差±0.02%以内的命中率达到90%以上。
当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明一个实施例提供的一种转炉炼钢冶炼后期碳含量预报方法的流程图。
【具体实施方式】
为了更好的理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。
如图1所示,本发明提供一种转炉炼钢冶炼后期碳含量预报方法,其流程步骤具体如下:
步骤1、采集历史炉次数据,通过实测方式采集部分历史炉次冶炼后期的脱碳氧效率R及其对应的熔池碳含量实测值C;
步骤2、利用采集到的历史炉次冶炼后期的脱碳氧效率和碳含量实测数据,通过指数拟合得到冶炼后期“历史脱碳曲线”及其特征参数;以指数函数式(2-1)为拟合函数,对上述采集到的历史炉次数据进行拟合,得到α、β、γ的拟合值αi、βi、γi,然后通过式(2-2)计算得到C0的值;
R=α+βeγ·C (2-1)
将拟合得到的αi、βi、γi值代入式(2-1)中,得到一条以熔池C含量为横坐标以脱碳氧效率R为纵坐标的“历史脱碳曲线”,如式(3-1)所示,该“历史脱碳曲线”通过极限脱碳点(C0,0);
式(2-1)和式(2-2)中,R表示实时的脱碳氧效率,单位:kg/m3;α表示炉次的最大脱碳氧效率,单位:kg/m3;C表示转炉熔池的实时碳含量,单位:%;C0表示转炉熔池的极限碳含量,单位:%;β、γ为与脱碳氧效率相关的系数。
步骤3、使用当前炉次冶炼中期的最大脱碳氧效率值对“历史脱碳曲线”的相应参数进行替换,得到当前炉次的冶炼后期“参考脱碳曲线”;当前炉次的冶炼后期“参考脱碳曲线”的获取步骤具体如下:
3-1:取当前炉次冶炼中期脱碳氧效率的最大值作为当前炉次的最大脱碳氧效率αi,当前炉次冶炼中期为脱碳高峰期;
3-2:将αj代入式(3-1)中并替换αi,即得到当前炉冶炼后期的“参考脱碳曲线”,如式(4-1)所示:
步骤4、采用多点校正的方法,根据当前炉次冶炼至各等距离校正点时的实际脱碳量与“参考脱碳曲线”相应脱碳量的偏差值,对熔池碳含量及脱碳曲线参数进行计算与校正,进而得到“计算脱碳曲线”,并在每次计算后同步更新“计算脱碳曲线”和“参考脱碳曲线”;
当前炉次冶炼后期“计算脱碳曲线”的具体步骤如下:
4-1冶炼后期R值呈持续下降趋势,当R值降低至0.95αj时,作为校正起始点,所述校正起始点为第1校正点;当R值降低至0.70αj、0.45αj、...(1.2-0.25n)αj时,分别作为第2、3、...、n校正点,各校正点之间的距离ΔR相等,如式(5-1)所示:
ΔR=R1-R2=R2-R3=...=R(n-1)-Rn
(5-1)
4-2:将R1=0.95αj,R2=0.70αj分别代入式(4-1),求解得到C1、C2,则“参考脱碳曲线”脱碳量为(C1-C2);
进而得到“计算脱碳曲线”,如式(5-5)所示:
同步更新“计算脱碳曲线”和“参考脱碳曲线”的具体步骤如下:
1):使用式(5-5)替代式(4-1)使之成为新的“参考脱碳曲线”,将R2=0.70αj,R3=0.45αj分别代入该式,求解得到C2、C3,则“参考脱碳曲线”脱碳量为(C2-C3);
进而得到校正后的“计算脱碳曲线”,如式(6-4)所示:
4):将校正后的“计算脱碳曲线”作为下一次计算的“参考脱碳曲线”,即在每次计算中对“计算脱碳曲线”和“参考脱碳曲线”进行了同步更新。
步骤5:通过逐次迭代计算实现对“计算脱碳曲线”的校正及对冶炼后期转炉熔池碳含量的精准预报。
通过迭代计算实现对“计算脱碳曲线”的逐次校正及对冶炼后期熔池碳含量的精准预报的具体步骤如下:
(1)步骤4中方法进行迭代计算,逐次递推到第n个校正点,得到经过(n-1)次迭代计算后的“计算脱碳曲线”,如式(7-1)所示:
(2)在每次得到新的“计算脱碳曲线”之前(即R到达下一校正点之前),根据上一次的“计算脱碳曲线”(同时也是本次的“参考脱碳曲线”)公式,实时计算熔池的碳含量值,判断预报碳含量是否达到目标值,如果达到目标值,计算结束,停止吹炼,如果未达到,继续以本次的“计算脱碳曲线”作为新的“参考脱碳曲线”,重复步骤4。
实施例1:
以某钢厂转炉冶炼终点碳含量目标为0.06%的钢种为实施载体。
首先,根据步骤S1,采集50炉历史炉次冶炼后期的脱碳氧效率R及其对应的熔池碳含量实测值C,通过指数拟合方法得到αi、βi、γi、C0的值,分别为αi=1.2,βi=-1.52、γi=-8.33、C0=0.0284,则“历史脱碳曲线”表达式如下:
R=1.2-1.52×e-8.33·C
其次,根据步骤S2,对于实际冶炼炉次H-1,取该炉次冶炼中期(脱碳高峰期)最大脱碳氧效率αj=1.15kg/m3,替换αi后得到“参考脱碳曲线”表达式如下:
R=1.15-1.52×e-8.33·C
再次,根据步骤S3,分别取R=0.95αj、R=0.70αj、R=0.45αj、R=0.20αj(即实际R分别为1.09、0.81、0.52、0.23kg/m3时)为第1、2、3、4校正点。当“参考脱碳曲线”经过第1、2校正点(即R1=1.09kg/m3、R2=0.81kg/m3)时,“参考脱碳曲线”脱碳量(C1-C2)为0.2319%,实际脱碳量为0.2751%,计算得到βi=-1.48、γi=-7.53,则“计算脱碳曲线”表达式如下:
R=1.15-1.48×e-7.53·C
同时,将其作为下一次校正的“参考脱碳曲线”,即为“计算脱碳曲线”和“参考脱碳曲线”的第1次更新。
依次类推,当曲线经过第3、4校正点(即R3=0.52kg/m3、R4=0.23kg/m3)时,根据权利要求6,分别对“计算脱碳曲线”和“参考脱碳曲线”进行第2、3次更新。
最后,根据步骤S4对脱碳曲线进行逐次迭代,炉次H-1逐次更新的曲线参数见表1。当更新到第3次后,实际R降至0.1930kg/m3时,使用“计算脱碳曲线”预报碳含量为0.0600%,达到终点碳含量目标,此时停止冶炼,取样分析实际碳含量为0.0613%。
表1炉次H-1脱碳曲线逐次迭代更新参数表
注:由于实际的转炉冶炼过程为连续过程,只有在到达终点停止冶炼后才能取样分析实际C含量,因此,本方法虽然能够对冶炼后期碳含量进行连续预报,但实际效果验证以冶炼终点碳含量预报的准确性作为参考。
由表1可见,采用本发明方法预报转炉冶炼后期及终点碳含量,能够在逐次迭代更新过程使误差逐步减小,从而实现冶炼后期及终点碳含量的精准预报。
以上对本申请实施例所提供的一种转炉炼钢冶炼后期碳含量预报方法,进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本申请的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解,硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式,而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语,故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内,本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题,基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式,然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的,并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
还需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的商品或者***不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种商品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个......”限定的要素,并不排除在包括所述要素的商品或者***中还存在另外的相同要素。
应当理解,本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例,但如前所述,应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述申请构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围,则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。
Claims (2)
1.一种转炉炼钢冶炼后期碳含量预报方法,其特征在于,所述方法具体包括以下步骤:
S1:利用采集到的历史炉次冶炼后期的脱碳氧效率和碳含量实测数据,通过指数拟合得到冶炼后期“历史脱碳曲线”及其特征参数;
S2:使用当前炉次冶炼中期的最大脱碳氧效率值对“历史脱碳曲线”的相应参数进行替换,得到当前炉次的冶炼后期“参考脱碳曲线”;
S3:采用多点校正的方法,根据当前炉次冶炼至各等距离校正点时的实际脱碳量与“参考脱碳曲线”相应脱碳量的偏差值,对熔池碳含量及脱碳曲线参数进行计算与校正,进而得到“计算脱碳曲线”,并在每次计算后同步更新“计算脱碳曲线”和“参考脱碳曲线”;
S4:通过逐次迭代计算实现对“计算脱碳曲线”的校正及对冶炼后期转炉熔池碳含量的精准预报;
所述S1-S3中“历史脱碳曲线”、“参考脱碳曲线”和“计算脱碳曲线”,均采用指数公式表示,具体如式(2-1)和式(2-2)所示:
R=α+βeγ·C (2-1)
式(2-1)和式(2-2)中,R表示实时的脱碳氧效率,单位:kg/m3;α表示炉次的最大脱碳氧效率,单位:kg/m3;C表示转炉熔池的实时碳含量,单位:%;C0表示转炉熔池的极限碳含量,单位:%;β、γ为与脱碳氧效率相关的系数;
所述S1中得到“历史脱碳曲线”的具体步骤如下:
S11:通过实测方式采集部分历史炉次冶炼后期的脱碳氧效率R及其对应的熔池碳含量实测值C;
S12:以指数函数式(2-1)为拟合函数,对上述采集到的历史炉次数据进行拟合,得到α、β、γ的拟合值αi、βi、γi,然后通过式(2-2)计算得到C0的值;
S13:将拟合得到的αi、βi、γi值代入式(2-1)中,得到一条以熔池C含量为横坐标以脱碳氧效率R为纵坐标的“历史脱碳曲线”,如式(3-1)所示,该“历史脱碳曲线”通过极限脱碳点(C0,0);
所述S2中得到当前炉次冶炼后期“参考脱碳曲线”的具体步骤如下:
S21:取当前炉次冶炼中期脱碳氧效率的最大值作为当前炉次的最大脱碳氧效率αj,当前炉次冶炼中期为脱碳高峰期;
S22:将αj代入式(3-1)中并替换αi,即得到当前炉冶炼后期的“参考脱碳曲线”,如式(4-1)所示:
所述S3中得到当前炉次冶炼后期“计算脱碳曲线”的具体步骤如下:
S311:冶炼后期R值呈持续下降趋势,当R值降低至0.95αj时,作为校正起始点,所述校正起始点为第1校正点;当R值降低至0.70αj、0.45αj、…(1.2-0.25n)αj时,分别作为第2、3、…、n校正点,各校正点之间的距离ΔR相等,如式(5-1)所示:
ΔR=R1-R2=R2-R3=...=R(n-1)-Rn
(5-1)
S312:将R1=0.95αj,R2=0.70αj分别代入式(4-1),求解得到C1、C2,则“参考脱碳曲线”脱碳量为(C1-C2);
进而得到“计算脱碳曲线”,如式(5-5)所示:
所述S3中同步更新“计算脱碳曲线”和“参考脱碳曲线”的具体步骤如下:
S321:使用式(5-5)替代式(4-1)使之成为新的“参考脱碳曲线”,将R2=0.70αj,R3=0.45αj分别代入该式,求解得到C2、C3,则“参考脱碳曲线”脱碳量为(C2-C3);
进而得到校正后的“计算脱碳曲线”,如式(6-4)所示:
S324:将校正后的“计算脱碳曲线”作为下一次计算的“参考脱碳曲线”,即在每次计算中对“计算脱碳曲线”和“参考脱碳曲线”进行了同步更新;
所述S4中通过迭代计算实现对“计算脱碳曲线”的逐次校正及对冶炼后期熔池碳含量的精准预报的具体步骤如下:
S41:根据S3中方法进行迭代计算,逐次递推到第n个校正点,得到经过(n-1)次迭代计算后的“计算脱碳曲线”,如式(7-1)所示:
S42:在每次得到新的“计算脱碳曲线”之前,根据上一次的“计算脱碳曲线”公式,实时计算熔池的碳含量值,直至达到终点碳含量目标为止。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述S42中“得到新的计算脱碳曲线之前”为“R到达下一校正点之前”,所述S42中上一次的“计算脱碳曲线”同时也为本次的“参考脱碳曲线”。
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