CN113718083B - 电弧炉高效脱磷控制方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电弧炉高效脱磷控制方法和应用，涉及电弧炉炼钢技术领域。该控制方法通过针对不同生产数据(例如钢液温度)设置不同的冶炼模式，并结合所选定的冶炼模式动态调节各种工艺参数，当脱磷进程接近冶炼终点时，根据上一冶炼模式在线测量并采集的生产数据计算接近冶炼终点时的脱磷反应的平衡常数和活度积，通过判断脱磷反应的平衡常数和活度积的相对大小确定是否进入冶炼终点“回磷”抑制模式以及脱磷冶炼是否结束；该控制方法可以在电弧炉冶炼周期内，实时动态调整相关工艺参数，在保证熔池搅拌效果的同时，有效控制钢液温度变化速度，实现电弧炉钢液磷含量的实时动态调整，及时控制钢液“回磷”，从而实现电弧炉高效深度稳定脱磷。

Description

电弧炉高效脱磷控制方法和应用
技术领域
本发明涉及电弧炉炼钢技术领域，尤其是涉及一种电弧炉高效脱磷控制方法和应用。
背景技术
磷是钢液中主要的有害杂质元素，随着磷含量的增加，钢的塑性和韧性降低，使钢具有“冷脆性”。在现代电弧炉炼钢过程中，由于铁水、生铁等高磷原料被广泛应用，且电弧炉存在炉型限制，熔池搅拌强度有限，导致脱磷效果差；在冶炼末期，由于熔池温度升高会发生“回磷”现象。如何实现电弧炉钢液高效稳定脱磷已成为电弧炉生产高质量产品的难点。
对于电弧炉炼钢过程中脱磷方面的报道也很多。例如，申请号为201610312880.5、名称为《一种电弧炉炼钢脱磷方法》的中国专利公开了一种电弧炉炼钢脱磷方法，在冶炼过程中利用喷枪直接向电弧炉熔池内部输送载气～脱磷粉剂高速粉气流，提高电弧炉炼钢过程脱磷效率；申请号为201710678453.3、名称为《一种全废钢电弧炉洁净化快速冶炼方法》的中国专利提出了利用埋在电弧炉炉底侧面耐火材料内部的喷枪在不同冶炼阶段喷吹不同种类介质，加快全废钢电弧炉冶炼节奏，改善脱磷、脱氮效果的方法；申请号为201010259981.3、名称为《电炉炼钢脱磷方法》的中国专利提供了一种成本较低的电炉炼钢脱磷方法。然而，上述专利提出的技术方案仍有不足，如：上述技术方案仅能依靠取样结果判断钢液磷含量，缺少对钢液磷含量变化的实时监测手段，导致无法及时避免钢液发生“回磷”现象；在冶炼末期，缺少脱磷手段，难以实现电弧炉钢液高效稳定脱磷。
申请号为201710456056.1、名称为《一种全废钢电弧炉双联冶炼洁净钢的生产方法》的中国专利虽然公开了一种全废钢电弧炉双联冶炼洁净钢的生产方法，通过两个工位电弧炉的串联，保证脱磷过程结束后实现渣钢分离，有效避免钢液“回磷”，可以解决电弧炉冶炼过程中无法深度脱磷的问题，但是由于采用两个工位电弧炉串联的技术方案，从而使得该炼钢流程冗余，设备复杂，生产过程出现严重温降等缺陷。
有鉴于此，特提出本发明以解决上述技术问题中的至少一个。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种电弧炉高效脱磷控制方法，以改善现有技术中存在的上述技术问题。
本发明的第二目的在于提供上述电弧炉高效脱磷控制方法的应用。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
本发明提供了一种电弧炉高效脱磷控制方法，包括以下步骤：
(a)在电弧炉冶炼周期内，根据实际需要在线测量并采集以下生产数据，包括：钢液温度、钢液碳含量、钢液硅含量、供电强度、功率因数、供氧强度、喷吹石灰粉强度、流渣量和金属料加入量中的任意一种或至少两种的组合；
依据包括钢液温度在内的生产数据选择不同的冶炼模式并根据所选定的冶炼模式动态调节包括供电强度、供氧强度、喷吹石灰粉强度、流渣量、金属料加入量、供氧气源成分比例、电弧炉炉体倾动角度在内的工艺参数；
所述冶炼模式包括低温高碳冶炼模式、低温中碳冶炼模式、高碳脱磷模式、中碳脱磷模式、高碳升温模式、中碳升温模式和低碳升温模式中的任意一种或至少两种的组合；
(b)当上一冶炼模式结束进入下一冶炼模式时，重复步骤(a)，直至接近冶炼终点；
接近冶炼终点时，根据上一冶炼模式在线测量并采集的生产数据计算接近冶炼终点时的脱磷反应的平衡常数和活度积，并根据脱磷反应的平衡常数与活度积的相对大小确定脱磷冶炼是否结束：
当脱磷反应的平衡常数大于活度积时，则脱磷冶炼结束；
当脱磷反应的平衡常数小于或等于活度积时，则进入冶炼终点“回磷”抑制模式，冶炼终点“回磷”抑制模式结束后，脱磷冶炼结束。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，当在线测量并采集得到的钢液温度低于1520℃，钢液碳含量大于2.00％，选择低温高碳冶炼模式，控制钢液升温速度为5～10℃/min，所述低温高碳冶炼模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，不排出炉渣；
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～3kg/(吨钢·min)；
(d)供氧***：供氧强度为0.6～0.9Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为400～700kVA/吨钢；
优选的，当在线测量并采集得到的钢液温度低于1520℃，钢液碳含量为1.50～2.00％，选择低温中碳冶炼模式，控制钢液升温速度为5～10℃/min，所述低温中碳冶炼模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，不排出炉渣；
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～3kg/(吨钢·min)；
(d)供氧***：供氧强度为0.4～0.7Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为400～700kVA/吨钢。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，当在线测量并采集得到的钢液温度为1520～1580℃，钢液碳含量大于1.50％，选择高碳脱磷模式，控制钢液升温速度为3～8℃/min，所述高碳脱磷模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-3.0～3.0°，排出50～75wt％的炉渣；
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～5kg/(吨钢·min)；
(d)供氧***：供氧强度为0.7-1.1Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为500～800kVA/吨钢；
优选的，当在线测量并采集得到的钢液温度为1520～1580℃，钢液碳含量为1.00～1.50％，选择中碳脱磷模式，控制钢液升温速度为3～8℃/min，所述中碳脱磷模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-3.0～3.0°，排出50～75wt％的炉渣；
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～5kg/(吨钢·min)；
(d)供氧***：供氧强度为0.5～0.9Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为500～800kVA/吨钢。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，当在线测量并采集得到的钢液温度在1580℃～出钢温度之间，钢液碳含量大于1.00％，选择高碳升温模式，控制钢液升温速度为10～50℃/min，所述高碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，排出0～25wt％的炉渣；
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉；
(d)供氧***：供氧强度为1.1～1.4Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为600～800kVA/吨钢；
优选的，当在线测量并采集得到的钢液温度在1580℃～出钢温度之间，钢液碳含量为0.50～1.00％，选择中碳升温模式，控制钢液升温速度为10～50℃/min，所述中碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，排出0～25wt％的炉渣；
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉；
(d)供氧***：供氧强度为0.8～1.2Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为700～900kVA/吨钢；
优选的，当在线测量并采集得到的钢液温度在1580℃～出钢温度之间，钢液碳含量为成分限值～0.50％，选择低碳升温模式，控制钢液升温速度为10～50℃/min，所述低碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，排出0～25wt％的炉渣；
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉；
(d)供氧***：供氧强度为0.3～0.8Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为800～1000kVA/吨钢。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，根据上一冶炼模式在线测量并采集的生产数据并结合以下公式(1)-(10)，计算钢液预测温度，当钢液预测温度大于1600℃，在线测量得到的钢液碳含量小于0.15％时，表示接近冶炼终点；
Figure BDA0003247067590000051
Figure BDA0003247067590000052
E·3.6＝ΔTSteel·CSteel·WSteel (3)
Figure BDA0003247067590000061
wCaO＝(w′Cao·W′Slag·(1+w％Slag)+∫mCaO·qCaOdt)/Wslag (5)
Figure BDA0003247067590000062
Figure BDA0003247067590000063
Figure BDA0003247067590000064
Figure BDA0003247067590000065
Figure BDA0003247067590000066
其中，公式(1)-(10)中，ΔO2Fe为与铁元素反应的氧气量，Nm3；
qO2为供氧强度，Nm3/(吨钢·min)；
[Si]为钢液硅含量，％；
[C]为钢液碳含量，％；
MSi、MC、MO、MFe、MP分别为元素Si、C、O、Fe和P的相对原子质量，分别取28g/mol、12g/mol、16g/mol、56g/mol和30g/mol；
E为单位时间内电弧炉能量输入强度，kWh；
ηEl与ηchem分别为电能与化学能的热效率，分别取0.80与0.75；
SEl为供电强度，kVA；
Figure BDA0003247067590000067
为功率因数；
Esi、Ec和EFe分别为Si、C与Fe氧化的发热量，分别取8.94kWh/mol、2.55kWh/mol与6.58kWh/mol；
Tsteel为钢液温度，K；
TMetal为金属料的温度，K；
CMetal为金属料的比热容kJ·kg-1·K-1；
WMetal为金属料的加入量，t；
Csteel为钢液的比热容，取0.837kJ·kg-1·K-1；
Wsteel为电弧炉内钢液的总重量，t；
ΔTsteel为预测钢液温度变化量，K；
W'slag与Wslag分别为上一阶段与当前炉内渣量，t；
w％Slag为流渣量，％；
qCaO为喷吹石灰粉强度，kg/(吨钢·min)；
mCaO为石灰粉中CaO含量，％；
wcao、wsio2、wFeo、w4cao.p2o5分别为当前阶段钢渣中CaO、SiO2、FeO和4CaO·P2O5的质量分数，％；
w'cao、w'sio2、w'Feo、w'4cao.p2o5分别为上一阶段钢渣中CaO、SiO2、FeO和4CaO·P2O5的质量分数，％；
KP为平衡常数；
Q为活度积；
[P]为钢液磷含量，％。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，根据计算得到的钢液预测温度并结合公式(1)-(10)，计算脱磷反应的平衡常数和活度积。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，所述冶炼终点“回磷”抑制模式的控制方法如下：
(a)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-0.5～0.5°，不排出炉渣；
(b)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～3kg/(吨钢·min)；
(c)供氧***：供氧强度为0.4～0.8Nm3/(吨钢·min)；
(d)供电***：停止向电弧炉供电。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，加入的金属料包括废钢、铁水、生铁或直接还原铁；
优选的，供氧气源采用O2或O2-CO2混合气，O2-CO2混合气中CO2体积流量比例为0～100％；
优选的，所喷吹的石灰粉的粒径＜2.0mm。
进一步的，在本发明上述技术方案的基础之上，所述电弧炉高效脱磷控制方法适用于公称容量为50～300t的电弧炉。
本发明还提供了上述电弧炉高效脱磷控制方法在炼钢领域中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明提供了一种电弧炉高效脱磷控制方法，通过针对不同生产数据(例如钢液温度)设置不同的冶炼模式，并结合所选定的冶炼模式动态调节包括供电强度、供氧强度、喷吹石灰粉强度、流渣量、金属料加入量、供氧气源成分比例、电弧炉炉体倾动角度等在内的工艺参数，当脱磷进程接近冶炼终点时，根据上一冶炼模式在线测量并采集的生产数据计算接近冶炼终点时的脱磷反应的平衡常数和活度积，依据冶金热力学原理判断脱磷反应的平衡常数和活度积的相对大小确定是否进入冶炼终点“回磷”抑制模式以及脱磷冶炼是否结束。
该电弧炉高效脱磷控制方法可以在电弧炉冶炼周期内，实时动态调整相关工艺参数，在保证熔池搅拌效果的同时，有效控制钢液温度变化速度，实现电弧炉钢液磷含量的实时动态调整，及时控制钢液“回磷”，从而实现电弧炉高效深度稳定脱磷。
(2)本发明还提供了上述电弧炉高效脱磷控制方法的应用，鉴于上述电弧炉高效脱磷控制方法所具有的优势，使得其在炼钢领域中具有良好的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。
图1为本发明提供的一种实施方式下的电弧炉高效脱磷控制方法所采用的设备示意图；
图2为本发明实施例1对应的工艺操作图；
图3为本发明实施例2对应的工艺操作图；
图4为本发明对比例1对应的工艺操作图。
图标：1-在线测温设备；2-钢液成分在线测量设备；3-冶炼控制***；4-加料***；5-炉体倾动***；6-喷粉***；7-供氧***；8-供电***。
具体实施方式
下面将结合实施方式和实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施方式和实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
根据本发明的第一个方面，提供了一种电弧炉高效脱磷控制方法，包括以下步骤：
(a)在电弧炉冶炼周期内，根据实际需要在线测量并采集以下生产数据，包括：钢液温度、钢液碳含量、钢液硅含量、供电强度、功率因数、供氧强度、喷吹石灰粉强度、流渣量和金属料加入量中的任意一种或至少两种的组合；
依据包括钢液温度在内的生产数据选择不同的冶炼模式，并根据所选定的冶炼模式动态调节包括供电强度、供氧强度、喷吹石灰粉强度、流渣量、金属料加入量、供氧气源成分比例、电弧炉炉体倾动角度在内的工艺参数；
所述冶炼模式包括低温高碳冶炼模式、低温中碳冶炼模式、高碳脱磷模式、中碳脱磷模式、高碳升温模式、中碳升温模式和低碳升温模式中的任意一种或至少两种的组合；
(b)当上一冶炼模式结束进入下一冶炼模式时，重复步骤(a)，直至接近冶炼终点；
接近冶炼终点时，根据上一冶炼模式在线测量并采集的生产数据计算接近冶炼终点时的脱磷反应的平衡常数和活度积，并根据脱磷反应的平衡常数与活度积的相对大小确定脱磷冶炼是否结束：
当脱磷反应的平衡常数大于活度积时，则脱磷冶炼结束；
当脱磷反应的平衡常数小于或等于活度积时，则进入冶炼终点“回磷”抑制模式，冶炼终点“回磷”抑制模式结束后，脱磷冶炼结束。
本发明中，当上一冶炼模式结束进入下一冶炼模式时，重复步骤(a)，是指当上一冶炼模式结束后，重复步骤(a)以进入下一冶炼模式。例如，当上一冶炼模式为低温高碳冶炼模式，采用低温高碳冶炼模式结束后，即可根据实际需要在线测量并采集以下生产数据，包括：钢液温度、钢液碳含量、钢液硅含量、供电强度、功率因数、供氧强度、喷吹石灰粉强度、流渣量和金属料加入量中的任意一种或至少两种的组合，依据包括钢液温度在内的生产数据选择不同的冶炼模式，如当钢液温度在内的生产数据正好符合高碳脱磷模式时，即可采用高碳脱磷模式，根据高碳脱磷模式的控制方法对包括供电强度、供氧强度、喷吹石灰粉强度、流渣量、金属料加入量、供氧气源成分比例、电弧炉炉体倾动角度在内的工艺参数进行动态调节。以此类推，在冶炼周期内，可根据实际工艺进程选择不同的冶炼模式。
当某一冶炼模式(例如低碳升温模式)结束后，接近冶炼终点时，即可停止重复步骤(a)，根据上一冶炼模式(例如低碳升温模式)在线测量并采集的生产数据计算接近冶炼终点时的脱磷反应的平衡常数和活度积，并根据脱磷反应的平衡常数与活度积的相对大小确定脱磷冶炼是否结束。
根据冶金热力学原理，当脱磷反应的平衡常数大于活度积时，则表示脱磷反应正向进行，当脱磷反应的平衡常数等于活度积时，脱磷反应达到平衡，脱磷反应的平衡常数小于活度积时，则表示发生“回磷”现象。为防止“回磷”现象的产生，故当脱磷反应的平衡常数小于或等于活度积时，选择进入冶炼终点“回磷”抑制模式，该模式可对“回磷”现象产生抑制作用，从而实现电弧炉高效深度稳定脱磷。
本发明提供的电弧炉高效脱磷控制方法，主要是从温度对脱磷反应的动力学及热力学条件影响出发，根据钢液温度在一定温度范围内(例如1520～1580℃)有利于脱磷反应进行，钢液温度在一定温度(例如1580℃)以上可能会发生“回磷”的技术原理，设计针对不同生产数据(钢液温度)成分状况的冶炼模式，并结合所选定的冶炼模式动态调节包括供电强度、供氧强度、喷吹石灰粉强度、流渣量、金属料加入量、供氧气源成分比例、电弧炉炉体倾动角度等在内的工艺参数，当脱磷进程接近冶炼终点时，根据上一冶炼模式在线测量并采集的生产数据计算接近冶炼终点时的脱磷反应的平衡常数和活度积，依据冶金热力学原理判断脱磷反应的平衡常数和活度积的相对大小确定是否进入冶炼终点“回磷”抑制模式以及脱磷冶炼是否结束。
该电弧炉高效脱磷控制方法可以在电弧炉冶炼周期内，实时动态调整相关工艺参数，在保证熔池搅拌效果的同时，有效控制钢液温度变化速度，实现电弧炉钢液磷含量的实时动态调整，及时控制钢液“回磷”，从而实现电弧炉高效深度稳定脱磷。
主要根据包括钢液温度以及碳含量在内的生产数据选择不同的冶炼模式。
作为本发明的一种可选实施方式，当在线测量并采集得到的钢液温度低于1520℃，钢液碳含量大于2.00％，选择低温高碳冶炼模式，控制钢液升温速度为5～10℃/min，低温高碳冶炼模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，不排出炉渣；
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～3kg/(吨钢·min)；
(d)供氧***：供氧强度为0.6～0.9Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为400～700kVA/吨钢。
作为本发明的一种可选实施方式，当在线测量并采集得到的钢液温度低于1520℃，钢液碳含量为1.50～2.00％(例如1.50％、1.60％、1.70％、1.8％、1.9％或2.0％)，选择低温中碳冶炼模式，控制钢液升温速度为5～10℃/min，所述低温中碳冶炼模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，不排出炉渣；
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～3kg/(吨钢·min)；
(d)供氧***：供氧强度为0.4～0.7Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为400～700kVA/吨钢。
作为本发明的一种可选实施方式，当在线测量并采集得到的钢液温度为1520～1580℃，钢液碳含量大于1.50％，选择高碳脱磷模式，控制钢液升温速度为3～8℃/min，高碳脱磷模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-3.0～3.0°，排出50～75wt％的炉渣；
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～5kg/(吨钢·min)；
(d)供氧***：供氧强度为0.7-1.1Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为500～800kVA/吨钢。
作为本发明的一种可选实施方式，当在线测量并采集得到的钢液温度为1520～1580℃，钢液碳含量为1.00～1.50％，选择中碳脱磷模式，控制钢液升温速度为3～8℃/min，所述中碳脱磷模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-3.0～3.0°，排出50～75wt％的炉渣；
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～5kg/(吨钢·min)；
(d)供氧***：供氧强度为0.5～0.9Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为500～800kVA/吨钢。
作为本发明的一种可选实施方式，当在线测量并采集得到的钢液温度在1580℃～出钢温度之间，钢液碳含量大于1.00％，选择高碳升温模式，控制钢液升温速度为10～50℃/min，所述高碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，排出0～25wt％的炉渣；
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉；
(d)供氧***：供氧强度为1.1～1.4Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为600～800kVA/吨钢。
作为本发明的一种可选实施方式，当在线测量并采集得到的钢液温度在1580℃～出钢温度之间，钢液碳含量为0.50～1.00％，选择中碳升温模式，控制钢液升温速度为10～50℃/min，所述中碳升温模式控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，排出0～25wt％的炉渣；
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉；
(d)供氧***：供氧强度为0.8～1.2Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为700～900kVA/吨钢。
作为本发明的一种可选实施方式，当在线测量并采集得到的钢液温度在1580℃～出钢温度之间，钢液碳含量为成分限值～0.50％，选择低碳升温模式，控制钢液升温速度为10～50℃/min，所述低碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，排出0～25wt％的炉渣；
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉；
(d)供氧***：供氧强度为0.3～0.8Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为800～1000kVA/吨钢。
作为本发明的一种可选实施方式，根据上一冶炼模式在线测量并采集的生产数据并结合以下公式(1)-(10)，计算钢液预测温度，当钢液预测温度大于1600℃，在线测量得到的钢液碳含量小于0.15％时，表示接近冶炼终点；
Figure BDA0003247067590000141
Figure BDA0003247067590000142
E·3.6＝ΔTSteel·CSteel·WSteel (3)
Figure BDA0003247067590000151
wCaO＝(w′Cao·W′Slag·(1+w％Slag)+∫mCaO·qCaOdt)/WSlag (5)
Figure BDA0003247067590000152
Figure BDA0003247067590000153
Figure BDA0003247067590000154
Figure BDA0003247067590000155
Figure BDA0003247067590000156
其中，公式(1)-(10)中，ΔO2Fe为与铁元素反应的氧气量，Nm3；
qO2为供氧强度，Nm3/(吨钢·min)；
[Si]为钢液硅含量，％；
[C]为钢液碳含量，％；
MSi、MC、MO、MFe、MP分别为元素Si、C、O、Fe和P的相对原子质量，
分别取28g/mol、12g/mol、16g/mol、56g/mol和30g/mol；
E为单位时间内电弧炉能量输入强度，kWh；
ηEl与ηchem分别为电能与化学能的热效率，分别取0.80与0.75；
SEl为供电强度，kVA；
Figure BDA0003247067590000157
为功率因数；
Esi、Ec和EFe分别为Si、C与Fe氧化的发热量，分别取8.94kWh/mol、2.55kWh/mol与6.58kWh/mol；
Tsteel为钢液温度，K；
TMetal为金属料的温度，K；
CMetal为金属料的比热容kJ·kg-1·K-1；
WMetal为金属料的加入量，t；
Csteel为钢液的比热容，取0.837kJ·kg-1·K-1；
Wsteel为电弧炉内钢液的总重量，t；
ΔTsteel为预测钢液温度变化量，K；
W'slag与Wslag分别为上一阶段与当前炉内渣量，t；
w％Slag为流渣量，％；
qCaO为喷吹石灰粉强度，kg/(吨钢·min)；
mCaO为石灰粉中CaO含量，％；
wcao、wsio2、wFeo、w4cao.p2o5分别为当前阶段钢渣中CaO、SiO2、FeO和4CaO·P2O5的质量分数，％；
w'cao、w'sio2、w'Feo、w'4cao.p2o5分别为上一阶段钢渣中CaO、SiO2、FeO和4CaO·P2O5的质量分数，％；
KP为平衡常数；
Q为活度积；
[P]为钢液磷含量，％。
作为本发明的一种可选实施方式，根据计算得到的钢液预测温度并结合公式(1)-(10)，计算脱磷反应的平衡常数和活度积。
作为本发明的一种可选实施方式，冶炼终点“回磷”抑制模式的控制方法如下：
(a)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-0.5～0.5°，不排出炉渣；
(b)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～3kg/(吨钢·min)；
(c)供氧***：供氧强度为0.4～0.8Nm3/(吨钢·min)；
(d)供电***：停止向电弧炉供电。
作为本发明的一种可选实施方式，加入的金属料包括废钢、铁水、生铁或直接还原铁。
作为本发明的一种可选实施方式，供氧气源采用O2或O2-CO2混合气，O2-CO2混合气中CO2体积流量比例为0～100％；
作为本发明的一种可选实施方式，所喷吹的石灰粉的粒径＜2.0mm。
作为本发明的一种可选实施方式，在本发明上述技术方案的基础之上，所述电弧炉高效脱磷控制方法适用于公称容量为50～300t的电弧炉。
作为本发明的一种可选实施方式，上述电弧炉高效脱磷控制方法所采用的设备包括在线测温设备1、钢液成分在线测量设备2、冶炼控制***3、加料***4、炉体倾动***5、喷粉***6、供氧***7和供电***8，如图1所示。
其中，在线测温设备1主要用于实时测量炉内钢液的温度，钢液成分在线测量设备2主要用于实时测量炉内钢液的成分，在线测温设备1以及钢液成分在线测量设备2所测量的结果反馈给冶炼控制***3，冶炼控制***3通过对结果分析从而选择对应的冶炼模式，冶炼控制***3并根据不同冶炼模式的要求可以直接控制电弧炉的加料***4、炉体倾动***5、喷粉***6、供氧***7与供电***8以对包括供电强度、供氧强度、喷吹石灰粉强度、流渣量、金属料加入量、供氧气源成分比例、电弧炉炉体倾动角度在内的工艺参数进行动态调节。
需要说明的是，上述电弧炉高效脱磷控制方法所采用的设备均为本领域的常用设备，设备的具体结构以及连接关系此处不再赘述。
根据本发明的第二个方面，还提供了上述电弧炉高效脱磷控制方法在炼钢领域中的应用。
鉴于上述电弧炉高效脱磷控制方法所具有的优势，使得其在炼钢领域中具有良好的应用前景。
下面结合具体实施例和对比例，对本发明作进一步说明。
实施例1
针对100t顶加料电弧炉，变压器容量为70MVA，采用50％铁水比冶炼，配置2支喷枪与4支氧枪，出钢温度＞1630℃，终点钢液碳含量限制为＜0.10％，磷含量限制为＜0.010％的脱磷工艺，本实施例提供了一种电弧炉高效脱磷控制方法，具体工艺操作见图2，包括以下步骤：
(1)在电弧炉冶炼周期0-15min，根据实际需要在线测量并采集以下生产数据：钢液温度和钢液碳含量，钢液温度低于1520℃，钢液碳含量大于2.00％，故选择应用低温高碳冶炼模式，低温高碳冶炼模式的控制方法如下：
(a)加料***：向炉内加入55t废钢，55t铁水。
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°(以出渣侧为正)；不排出炉渣。
(c)喷粉***：不喷吹石灰粉。
(d)供氧***：供氧强度为0.8Nm3/(吨钢·min)，气源为O2。
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为550kVA/吨钢。
应用低温高碳冶炼模式，钢液升温速度为5～10℃/min；
低温高碳冶炼模式结束后，在线测量并采集得到的钢液温度为1521℃，钢液碳含量为2.20％，钢液磷含量为0.030％。
(2)在电弧炉冶炼周期15-30min，在线测量并采集得到的钢液温度为1521℃，在1520～1580℃之间，钢液碳含量为2.20％，选择应用高碳脱磷模式，高碳脱磷模式的控制方法如下：
(a)加料***：停止向电弧炉中加入金属料。
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-3.0～3.0°(以出渣侧为正)；排出70wt％的炉渣。
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为2kg/(吨钢·min)。
(d)供氧***：供氧强度为0.8Nm3/(吨钢·min)，气源为O2。
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为600kVA/吨钢。
应用高碳脱磷模式，钢液升温速度为3～8℃/min；高碳脱磷模式结束后，在线测量并采集得到的钢液温度为1581℃，钢液碳含量为1.60％，钢液磷含量为0.008％。
(3)在电弧炉冶炼周期30-35min，在线测量并采集得到的钢液温度为1581℃，在1580～1630℃之间，钢液碳含量大于1.00％，选择应用高碳升温模式，高碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：停止向电弧炉中加入金属料。
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°(以出渣侧为正)；排出5wt％的炉渣。
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉。
(d)供氧***：供氧强度为1.2Nm3/(吨钢·min)，气源为O2。
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为700kVA/吨钢。
应用高碳升温模式，钢液升温速度为3～10℃/min；高碳升温模式结束后，在线测量并采集得到的钢液温度为1600℃，钢液碳含量为0.99％，钢液磷含量为0.008％。
(4)在电弧炉冶炼周期35-40min，在线测量并采集得到的钢液温度在1580～1630℃之间，钢液碳含量为0.50～1.00％，选择应用中碳升温模式，中碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：停止向电弧炉中加入金属料。
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°(以出渣侧为正)；排出5wt％的炉渣。
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉。
(d)供氧***：供氧强度为1.0Nm3/(吨钢·min)，气源为O2。
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为700kVA/吨钢。
应用中碳升温模式，钢液升温速度为3～10℃/min；中碳升温模式结束后，在线测量并采集得到的钢液温度为1615℃，钢液碳含量为0.49％，钢液磷含量为0.008％。
(5)在电弧炉冶炼周期40-45min，在线测量并采集得到的钢液温度在1580～1630℃之间，钢液碳含量小于0.50％，选择应用低碳升温模式，低碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：停止向电弧炉中加入金属料。
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°(以出渣侧为正)；不排出炉渣。
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉。
(d)供氧***：供氧强度为0.8Nm3/(吨钢·min)，气源为O2。
(e)供电***：停止向电弧炉供电。
应用低碳升温模式，钢液升温速度为0～3℃/min；低碳升温模式结束后，认为快接近冶炼终点，根据低碳升温模式在线测量并采集的生产数据并结合公式(1)-(10)(前以述及)，计算钢液预测温度，计算得到的钢液预测温度为1628℃，大于1600℃，在线检测得到的钢液磷含量为0.008％，钢液碳含量为0.15％。
(6)在电弧炉冶炼周期45-50min，接近冶炼终点，根据公式(1)～(10)计算结果，脱磷反应的平衡常数KP等于活度积Q，钢液预测温度大于1600℃，钢液碳含量小于0.15％，应用冶炼终点“回磷”抑制模式，冶炼终点“回磷”抑制模式的控制方法如下：
(a)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-0.5～0.5°(以出渣侧为正)；不排出炉渣；
(b)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5kg/(吨钢·min)。
(c)供氧***：供氧强度为0.6Nm3/(吨钢·min)。
(d)供电***：停止向电弧炉供电。
应用冶炼终点“回磷”抑制模式结束后，在线检测得到的钢液温度为1635℃，钢液磷含量为0.008％，钢液碳含量为0.06％，出钢。
应用本实施例所提供的电弧炉高效脱磷控制方法，最终可以实现冶炼终点钢液磷含量为0.008％。
实施例2
针对70t水平连续加料电弧炉，变压器容量为60MVA，采用100％废钢冶炼，配置2支喷枪与2支氧枪，出钢温度＞1620℃，终点钢液碳含量限制为＜0.10％，磷含量限制为＜0.010％的脱磷工艺，本实施例提供了一种电弧炉高效脱磷控制方法，具体工艺操作见图3，包括以下步骤：
(1)在电弧炉冶炼周期0-15min，在线测量并采集得到的钢液温度低于1520℃，钢液碳含量为1.50～2.00％，选择应用低温中碳冶炼模式，低温中碳冶炼模式的控制方法如下：
(a)加料***：向炉内连续加入40t废钢。
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°(以出渣侧为正)；不排出炉渣。
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5kg/(吨钢·min)。
(d)供氧***：供氧强度为0.6Nm3/(吨钢·min)，气源为O2。
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为650kVA/吨钢。
应用低温中碳冶炼模式，钢液升温速度为5～10℃/min；低温中碳冶炼模式结束后，在线测量并采集得到的钢液温度为1521℃，钢液碳含量为1.30％，钢液磷含量为0.015％。
(2)在电弧炉冶炼周期15-30min，在线测量并采集得到的钢液温度为1520～1580℃之间，钢液碳含量在1.00～1.50％，，选择应用中碳脱磷模式，中碳脱磷模式的控制方法如下：
(a)加料***：向炉内连续加入40t废钢。
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-3.0～3.0°(以出渣侧为正)；排出65wt％的炉渣。
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为1.0kg/(吨钢·min)。
(d)供氧***：供氧强度为0.6Nm3/(吨钢·min)，气源为O2。
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为650kVA/吨钢。
应用中碳脱磷模式，钢液升温速度为3～8℃/min；中碳脱磷模式结束后，在线测量并采集得到的钢液温度为1583℃，钢液碳含量为0.80％，钢液磷含量为0.008％。
(3)在电弧炉冶炼周期30-40min，在线测量并采集得到的钢液温度在1580～1630℃之间，钢液碳含量为0.50～1.00％，选择应用中碳升温模式，中碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：停止向电弧炉中加入金属料。
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°(以出渣侧为正)；排出15wt％的炉渣。
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉。
(d)供氧***：供氧强度为1.0Nm3/(吨钢·min)气源为O2。
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为750kVA/吨钢。
应用中碳升温模式，钢液升温速度为3～10℃/min；中碳升温模式结束后，在线测量并采集得到的钢液温度为1619℃，钢液碳含量为0.49％，钢液磷含量为0.008％。
(4)在电弧炉冶炼周期40-45min，在线测量并采集得到的钢液温度在1580～1630℃之间，钢液碳含量为0.10～0.50％，选择应用低碳升温模式，低碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：停止向电弧炉中加入金属料。
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°(以出渣侧为正)；排出5wt％的炉渣。
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉。
(d)供氧***：供氧强度为0.4Nm3/(吨钢·min)，气源为O2-CO2混合气，CO2比例为50％。
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为750kVA/吨钢。
应用低碳升温模式，钢液升温速度为3～10℃/min；低碳升温模式后期，认为快接近冶炼终点，根据低碳升温模式在线测量并采集的生产数据并结合公式(1)-(10)(前以述及)，计算钢液预测温度，计算得到的钢液预测温度为1632℃，大于1600℃，钢液磷含量为0.008％，钢液碳含量为0.09％。，表示达到接近冶炼终点。
再根据公式(1)～(10)计算结果，脱磷反应的平衡常数KP大于活度积Q，脱磷冶炼结束，钢液温度为1632℃，钢液磷含量为0.008％，钢液碳含量为0.09％，出钢。
应用本实施例所提供的电弧炉高效脱磷控制方法，最终可以实现冶炼终点钢液磷含量为0.008％。
对比例1
针对100t顶加料电弧炉，变压器容量为70MVA，采用50％铁水比冶炼，配置2支喷枪与4支氧枪，出钢温度＞1630℃，终点钢液碳含量限制为＜0.10％，磷含量限制为＜0.010％的脱磷工艺，本对比例提供了一种电弧炉脱磷控制方法，具体工艺操作见图4，包括以下步骤：
步骤(1)-步骤(4)与实施例1相同；
(5)在电弧炉冶炼周期40-48min，在线测量并采集得到的钢液温度在1580～1630℃之间，钢液碳含量小于0.50％，选择应用低碳升温模式，低碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：停止向电弧炉中加入金属料。
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°(以出渣侧为正)；不排出炉渣。
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉。
(d)供氧***：供氧强度为0.8Nm3/(吨钢·min)，气源为O2。
(e)供电***：停止向电弧炉供电。
应用低碳升温模式，钢液升温速度为0～3℃/min；低碳升温模式后期，认为快接近冶炼终点，根据低碳升温模式在线测量并采集的生产数据并结合公式(1)-(10)(前以述及)，计算钢液预测温度，计算得到的钢液预测温度为1628℃，大于1600℃，钢液磷含量为0.008％，钢液碳含量为0.15％，根据公式(1)～(10)计算结果，脱磷反应的平衡常数KP等于活度积Q，钢液温度在1580～1630℃之间，钢液碳含量小于0.50％，继续选择应用低碳升温模式，钢液温度为1635℃，钢液磷含量为0.010％，钢液碳含量为0.09％，出钢。
本对比例中，当脱磷反应的平衡常数KP等于活度积Q时，由于未采用冶炼终点“回磷”抑制模式，而是继续采用低碳升温模式，从而出现“回磷”现象，导致出钢的钢液磷含量反而升高，不满足脱磷工艺要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电弧炉高效脱磷控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)在电弧炉冶炼周期内，根据实际需要在线测量并采集钢液温度、钢液碳含量，以及以下生产数据，包括：钢液硅含量、供电强度、功率因数、供氧强度、喷吹石灰粉强度、流渣量和金属料加入量中的任意一种或至少两种的组合；
依据包括钢液温度在内的生产数据选择不同的冶炼模式并根据所选定的冶炼模式动态调节包括供电强度、供氧强度、喷吹石灰粉强度、流渣量、金属料加入量、供氧气源成分比例、电弧炉炉体倾动角度在内的工艺参数；
所述冶炼模式包括低温高碳冶炼模式、低温中碳冶炼模式、高碳脱磷模式、中碳脱磷模式、高碳升温模式、中碳升温模式和低碳升温模式中的任意一种或至少两种的组合；
(b)当上一冶炼模式结束进入下一冶炼模式时，重复步骤(a)，直至接近冶炼终点；
接近冶炼终点时，根据上一冶炼模式在线测量并采集的生产数据计算接近冶炼终点时的脱磷反应的平衡常数和活度积，所述活度积为Q，
Figure FDA0003517083700000011
其中，wcao、wFeo、w4cao.p2o5分别为当前阶段钢渣中CaO、FeO和4CaO·P2O5的质量分数，％；[P]为钢液磷含量，％；
并根据脱磷反应的平衡常数与活度积的相对大小确定脱磷冶炼是否结束：
当脱磷反应的平衡常数大于活度积时，则脱磷冶炼结束；
当脱磷反应的平衡常数小于或等于活度积时，则进入冶炼终点“回磷”抑制模式，冶炼终点“回磷”抑制模式结束后，脱磷冶炼结束。
2.根据权利要求1所述的电弧炉高效脱磷控制方法，其特征在于，当在线测量并采集得到的钢液温度低于1520℃，钢液碳含量大于2.00％，选择低温高碳冶炼模式，控制钢液升温速度为5～10℃/min，所述低温高碳冶炼模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，不排出炉渣；
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～3kg/(吨钢·min)；
(d)供氧***：供氧强度为0.6～0.9Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为400～700kVA/吨钢；
或，当在线测量并采集得到的钢液温度低于1520℃，钢液碳含量为1.50～2.00％，选择低温中碳冶炼模式，控制钢液升温速度为5～10℃/min，所述低温中碳冶炼模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，不排出炉渣；
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～3kg/(吨钢·min)；
(d)供氧***：供氧强度为0.4～0.7Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为400～700kVA/吨钢。
3.根据权利要求1所述的电弧炉高效脱磷控制方法，其特征在于，当在线测量并采集得到的钢液温度为1520～1580℃，钢液碳含量大于1.50％，选择高碳脱磷模式，控制钢液升温速度为3～8℃/min，所述高碳脱磷模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-3.0～3.0°，排出50～75wt％的炉渣；
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～5kg/(吨钢·min)；
(d)供氧***：供氧强度为0.7-1.1Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为500～800kVA/吨钢；
或，当在线测量并采集得到的钢液温度为1520～1580℃，钢液碳含量为1.00～1.50％，选择中碳脱磷模式，控制钢液升温速度为3～8℃/min，所述中碳脱磷模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-3.0～3.0°，排出50～75wt％的炉渣；
(c)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～5kg/(吨钢·min)；
(d)供氧***：供氧强度为0.5～0.9Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为500～800kVA/吨钢。
4.根据权利要求1所述的电弧炉高效脱磷控制方法，其特征在于，当在线测量并采集得到的钢液温度在1580℃～出钢温度之间，钢液碳含量大于1.00％，选择高碳升温模式，控制钢液升温速度为10～50℃/min，所述高碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，排出0～25wt％的炉渣；
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉；
(d)供氧***：供氧强度为1.1～1.4Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为600～800kVA/吨钢；
或，当在线测量并采集得到的钢液温度在1580℃～出钢温度之间，钢液碳含量为0.50～1.00％，选择中碳升温模式，控制钢液升温速度为10～50℃/min，所述中碳升温模式控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，排出0～25wt％的炉渣；
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉；
(d)供氧***：供氧强度为0.8～1.2Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为700～900kVA/吨钢；
或，当在线测量并采集得到的钢液温度在1580℃～出钢温度之间，钢液碳含量为成分限值～小于0.50％，选择低碳升温模式，控制钢液升温速度为10～50℃/min，所述低碳升温模式的控制方法如下：
(a)加料***：根据实际生产工艺要求加入金属料；
(b)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-1.0～1.0°，排出0～25wt％的炉渣；
(c)喷粉***：停止喷吹石灰粉；
(d)供氧***：供氧强度为0.3～0.8Nm3/(吨钢·min)；
(e)供电***：调节电弧炉供电强度为800～1000kVA/吨钢。
5.根据权利要求1所述的电弧炉高效脱磷控制方法，其特征在于，根据上一冶炼模式在线测量并采集的生产数据并结合以下公式(1)-(10)，计算钢液预测温度，当钢液预测温度大于1600℃，在线测量得到的钢液碳含量小于0.15％时，表示接近冶炼终点；
Figure FDA0003517083700000041
Figure FDA0003517083700000042
E·3.6＝ΔTSteel·CSteel·WSteel (3)
Figure FDA0003517083700000043
wCaO＝(w′Cao·W′Slag·(1+w％Slag)+∫mCaO·qCaOdt)/WSlag (5)
Figure FDA0003517083700000051
Figure FDA0003517083700000052
Figure FDA0003517083700000053
Figure FDA0003517083700000054
Figure FDA0003517083700000055
其中，公式(1)-(10)中，ΔO2Fe为与铁元素反应的氧气量，Nm3；
qo2为供氧强度，Nm3/(吨钢.min)；
[Si]为钢液硅含量，％；
[C]为钢液碳含量，％；
MSi、MC、MO、MFe、MP分别为元素Si、C、O、Fe和P的相对原子质量，分别取28g/mol、12g/mol、16g/mol、56g/mol和30g/mol；
E为单位时间内电弧炉能量输入强度，kWh；
ηEl与ηchem分别为电能与化学能的热效率，分别取0.80与0.75；
SEl为供电强度，kVA；
Figure FDA0003517083700000056
为功率因数；
Esi、Ec和EFe分别为Si、C与Fe氧化的发热量，分别取8.94kWh/mol、2.55kWh/mol与6.58kWh/mol；
Tsteel为钢液温度，K；
TMetal为金属料的温度，K；
CMetal为金属料的比热容kJ·kg-1·K-1；
WMetal为金属料的加入量，t；
Csteel为钢液的比热容，取0.837kJ·kg-1·K-1；
Wsteel为电弧炉内钢液的总重量，t；
ΔTsteel为预测钢液温度变化量，K；
W′slag与Wslag分别为上一阶段与当前炉内渣量，t；
w％Slag为流渣量，％；
qCaO为喷吹石灰粉强度，kg/(吨钢.min)；
mCaO为石灰粉中CaO含量，％；
wcao、wsio2、wFeo、w4cao.p2o5分别为当前阶段钢渣中CaO、SiO2、FeO和4CaO·P2O5的质量分数，％；
w′cao、w′sio2、w′Feo、w′4cao.p2o5分别为上一阶段钢渣中CaO、SiO2、FeO和4CaO·P2O5的质量分数，％；
KP为平衡常数；
Q为活度积；
[P]为钢液磷含量，％。
6.根据权利要求5所述的电弧炉高效脱磷控制方法，其特征在于，根据计算得到的钢液预测温度并结合公式(1)-(10)，计算脱磷反应的平衡常数和活度积。
7.根据权利要求5所述的电弧炉高效脱磷控制方法，其特征在于，所述冶炼终点“回磷”抑制模式的控制方法如下：
(a)炉体倾动***：控制炉体倾动角度为-0.5～0.5°，不排出炉渣；
(b)喷粉***：喷吹石灰粉强度为0.5～3kg/(吨钢·min)；
(c)供氧***：供氧强度为0.4～0.8Nm3/(吨钢·min)；
(d)供电***：停止向电弧炉供电。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的电弧炉高效脱磷控制方法，其特征在于，加入的金属料包括废钢、铁水、生铁或直接还原铁。
9.根据权利要求1-7任意一项所述的电弧炉高效脱磷控制方法，其特征在于，所述电弧炉高效脱磷控制方法适用于公称容量为50～300t的电弧炉。
10.权利要求1-9任意一项所述的电弧炉高效脱磷控制方法在炼钢领域中的应用。
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