CN114637267A - 用于生产控制的物热平衡模型构建方法及生产控制方法 - Google Patents

用于生产控制的物热平衡模型构建方法及生产控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于生产控制的物热平衡模型构建方法及生产控制方法，物热平衡模型构建方法包括获取钢厂的铁水中各元素的基础数据，建立基础数据模块；基于基础数据模块，建立物料平衡基础模型和热平衡基础模型；修正基础数据模块以及物料平衡基础模型和热平衡基础模型；建立不同热量废钢比输入模块以及提温剂加入量输出模块；利用不同热量废钢比输入模块和提温剂加入量输出模块，训练物料平衡基础模型和所述热平衡基础模型，得到物热平衡模型。生产控制方法包括：获取不同热量废钢比输入量，输入至物热平衡模型，计算不同吨位转炉的不同温度废钢转入量差值；获取不平衡状态下不同废钢比输入量，输入至物热平衡模型，计算得到提温剂加入量。

Description

用于生产控制的物热平衡模型构建方法及生产控制方法
技术领域
本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种用于生产控制的物热平衡模型构建方法及生产控制方法。
背景技术
各炼钢钢厂均开展低铁耗、高废钢比的转炉冶炼工艺控制攻关。随着铁耗的不断降低，转炉热平衡不断发生变化，达到热平衡临界点后，热量不足，转炉过程因温度低喷溅严重，废钢不熔化，终点温度低，后吹比率上升，转炉倒渣次数增多，非作业时间增加，冶炼周期增加，严重影响转炉效率提升。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种用于生产控制的物热平衡模型构建方法及生产控制方法，提升转炉效率，保障了转炉炼钢的顺利生产。
本发明第一方面提供一种用于生产控制的物热平衡模型构建方法，该方法包括：获取钢厂的铁水中各元素的基础数据，建立基础数据模块；基于所述基础数据模块，建立物料平衡基础模型和热平衡基础模型；根据不同钢厂的实际炼钢条件，修正所述基础数据模块以及所述物料平衡基础模型和所述热平衡基础模型；建立不同热量废钢比输入模块以及提温剂加入量输出模块；利用所述不同热量废钢比输入模块和所述提温剂加入量输出模块，训练所述物料平衡基础模型和所述热平衡基础模型，得到训练好的物热平衡模型。
进一步的，所述基础数据至少包括钢厂的铁水中各元素的氧化量和氧化放热量、以及各元素氧化量、耗氧量和氧化产物量；所述基础数据模块至少包括铁水中各元素的氧化量模块和氧化放热量模块、以及各元素氧化量模块、耗氧量模块和氧化产物量模块。
进一步的，所述物料平衡基础模型包括多个物料输入项以及对应的多个物料输出项；所述物料输入项至少包括铁水、废钢、石灰、矿石、萤石、白云石、炉衬及氧气；所述物料输出项至少包括钢水、炉渣、炉气、烟尘、铁珠及喷溅。
进一步的，所述热平衡基础模型包括多个热输入项以及对应的多个热输出项，所述热输入项至少包括铁水物理热、元素氧化放热和成渣热、以及烟尘氧化热；所述热输出项至少包括钢水物理热、炉渣物理热、矿石分解热、烟尘物理热、炉气物理热及铁珠物理热。
进一步的，所述不同热量废钢比输入模块包括废钢加入量加权模块和不同铁钢比转炉装入量模块；其中，所述废钢加入量加权模块包括不同温度下的常规废钢量、预热废钢量及综合废钢量；所述不同铁钢比转炉装入量模块包括不同钢铁比的转炉装入量。
进一步的，所述提温剂加入量输出模块的建立方法为：建立提温剂单位提温模块，所述提温剂单位提温模块包括不同种类提温剂下各元素含量及风热量；基于所述提温剂单位提温模块，建立所述提温剂加入量输出模块。
本发明第二方面提供一种生产控制方法，该方法包括：获取不同热量废钢比输入量，输入至物热平衡模型，计算不同吨位转炉的不同温度废钢转入量差值；获取不平衡状态下不同废钢比输入量，输入至物热平衡模型，计算得到提温剂加入量。
进一步的，所述物热平衡模型的构建方法为：获取钢厂的铁水中各元素的基础数据，建立基础数据模块；基于所述基础数据模块，建立物料平衡基础模型和热平衡基础模型；根据不同钢厂的实际炼钢条件，修正所述基础数据模块以及所述物料平衡基础模型和所述热平衡基础模型；建立不同热量废钢比输入模块以及提温剂加入量输出模块；利用所述不同热量废钢比输入模块和所述提温剂加入量输出模块，训练所述物料平衡基础模型和所述热平衡基础模型，得到训练好的物热平衡模型。
进一步的，所述不同热量废钢比输入量包括常温25℃废钢比输入量、预热700℃废钢比输入量以及常温25℃与预热700℃之间任意温度的废钢比输入量；将常温25℃废钢比输入量、预热700℃废钢比输入量以及常温25℃与预热700℃之间任意温度的废钢比输入量均输入至物热平衡模型，计算得到不同吨位转炉的不同温度废钢转入量差值。
进一步的，所述不平衡状态下不同废钢比输入量为常温25℃废钢与预热500℃废钢相同加入量，不同铁水比；将常温25℃废钢与预热500℃废钢相同加入量和不同铁水比输入至物热平衡模型，计算得到对应的提温剂加入量。
上述的物热平衡模型构建方法所构建的物热平衡模型可以进行单独常温废钢和不同预热温度废钢或不同搭配组合废钢、不同铁水比、不同吨位转炉的任何搭配组合进行计算，输出模块可直接得出对应的提温剂加入量结果；上述的物热平衡模型构建方法所构建的物热平衡模型方便快捷，适用广泛，可根据实际生产数据进行模型修正计算，为现场实际生产进行可靠指导；该物热平衡模型可应用于实际生产，可实现更高质量的指导实际生产，为不同热量高废钢比的稳定生产、技术指标提升和降本增效提供有力的基础保障，为炼钢协同高质量发展做出应有的积极贡献。
附图说明
为了说明而非限制的目的，现在将根据本发明的优选实施例、特别是参考附图来描述本发明，其中：
图1是本发明一实施例提供的用于生产控制的物热平衡模型构建方法的流程图；
图2是本发明另一实施例提供的生产控制方法的流程图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
图1是本发明一实施例提供的用于生产控制的物热平衡模型构建方法的流程图。该物热平衡模型构建方法通过建立基础数据模块、建立物料平衡基础模型和热平衡基础模型、修正物料平衡基础模型和热平衡基础模型、建立不同热量废钢比输入模块、以及建立提温剂加入量输出模块，利用不同热量废钢比输入模块和提温剂加入量输出模块对物料平衡基础模型和热平衡基础模型进行训练，得到训练后的物料平衡基础模型和热平衡基础模型。
请参阅图1，该物热平衡模型构建方法包括以下步骤：
S100，获取钢厂的铁水中各元素的基础数据，建立基础数据模块。
在本实施例中，所述基础数据包括钢厂的铁水中各元素的氧化量(见表1)和氧化放热量(见表2)、以及各元素氧化量、耗氧量和氧化产物量(见表3)等基础数据。所述基础数据模块包括铁水中各元素的氧化量模块和氧化放热量模块、以及各元素氧化量模块、耗氧量模块和氧化产物量模块等。
表1铁水中各元素的氧化量/Kg
Figure BDA0003549610190000041
表2铁水中各元素氧化放热
Figure BDA0003549610190000042
Figure BDA0003549610190000051
表3各元素氧化量、耗氧量及氧化产物量
Figure BDA0003549610190000052
如表1、表2和表3所示，获取钢厂的铁水中各元素的氧化量和氧化放热量、以及各元素氧化量、耗氧量和氧化产物量等基础数据，建立铁水中各元素的氧化量模块和氧化放热量模块、以及各元素氧化量模块、耗氧量模块和氧化产物量模块等，能够用于实现物料平衡基础模型和热平衡基础模型的自动修正。
S200，基于基础数据模块，建立物料平衡基础模型和热平衡基础模型。
具体地，步骤S200的具体实现步骤如下：
S201，基于基础数据模块，建立物料平衡基础模型。
在本实施例中，物料平衡基础模型如表4所示，该物料平衡基础模型包括多个物料输入项和多个物料输出项，物料输入项包括铁水、废钢、石灰、矿石、萤石、白云石、炉衬、氧气等；物料输出项包括钢水、炉渣、炉气、烟尘、铁珠、喷溅等；将物料输入项输入至物料平衡基础模型，即可自动计算物料输出项。
表4物料平衡表
Figure BDA0003549610190000061
S202，基于基础数据模块，建立热平衡基础模型。
在本实施例中，热平衡基础模型如表5所示，该热平衡基础模型包括多个热输入项和多个热输出项，热输入项包括铁水物理热、元素氧化放热和成渣热、烟尘氧化热等；热输出项包括钢水物理热、炉渣物理热、矿石分解热、烟尘物理热、炉气物理热、铁珠物理热等；将热输入项输入至热平衡基础模型，即可自动计算热输出项。
表5热平衡表
Figure BDA0003549610190000062
Figure BDA0003549610190000071
S300，根据不同钢厂的实际炼钢条件，修正基础数据模块以及物料平衡基础模型和热平衡基础模型。
在本实施例中，可根据不同钢厂的实际炼钢条件对基础数据模块以及物料平衡基础模型和热平衡基础模型进行修改，使物料平衡基础模型和热平衡基础模型符合目标钢厂的实际炼钢过程，实现物料平衡基础模型和热平衡基础模型变化的准确。
S400，建立不同热量废钢比输入模块。
在本实施例中，所述不同热量废钢比输入模块包括废钢加入量加权模块和不同铁钢比转炉装入量模块。其中，废钢加入量加权模块包括不同温度下的常规废钢量、预热废钢量及综合废钢量。不同铁钢比转炉装入量模块包括不同钢铁比的转炉装入量。
S500，建立提温剂加入量输出模块。
在本实施例中，步骤S500的具体实现方式为：
S501，建立提温剂单位提温模块。
在本实施例中，提温剂单位提温模块见表6，该提温剂单位提温模块包括不同种类提温剂下各元素含量及风热量。其中，提温剂包括FeSi、碳化硅、块煤、焦炭、硅碳球等。
表6提温剂单位提温模块
Figure BDA0003549610190000072
Figure BDA0003549610190000081
S502，建立提温剂加入量输出模块。
在本实施例中，提温剂加入量输出模块如表7所示。基于提温剂单位提温模块，建立提温剂加入量输出模块。
表7提温剂加入量输出模块
Figure BDA0003549610190000082
Figure BDA0003549610190000091
提温剂单位提温模块和提温剂加入量输出模块均可根据实际生产应用情况添加其它提温剂种类进行计算和提温剂加入量数据自动生成。
提温剂加入量输出模块可进行提温剂的无限搭配组合，进行现场容易实现的任何方案设定，从而更好的服务于现场实际生产。
S600，利用不同热量废钢比输入模块和提温剂加入量输出模块，训练物料平衡基础模型和热平衡基础模型，得到训练好的物热平衡模型。
建立不同热量废钢比输入模块和提温剂加入量输出模块后，利用不同热量废钢比输入模块和提温剂加入量输出模块来训练物料平衡基础模型和热平衡基础模型，从而得到训练好的物料平衡基础模型和热平衡基础模型，将训练好的物料平衡基础模型和热平衡基础模型作为物热平衡模型。
上述的物热平衡模型构建方法，通过建立基础数据模块、建立物料平衡基础模型和热平衡基础模型、修正物料平衡基础模型和热平衡基础模型、建立不同热量废钢比输入模块、以及建立提温剂加入量输出模块，利用不同热量废钢比输入模块和提温剂加入量输出模块对物料平衡基础模型和热平衡基础模型进行训练，得到训练好的物热平衡模型，将不同热量废钢比输入至训练好的物热平衡模型，即可计算得到提温剂加入量。
上述的物热平衡模型构建方法所构建的物热平衡模型可以进行单独常温废钢和不同预热温度废钢或不同搭配组合废钢、不同铁水比、不同吨位转炉的任何搭配组合进行计算，输出模块可直接得出对应的提温剂加入量结果；上述的物热平衡模型构建方法所构建的物热平衡模型方便快捷，适用广泛，可根据实际生产数据进行模型修正计算，为现场实际生产进行可靠指导；该物热平衡模型可应用于实际生产，可实现更高质量的指导实际生产，为不同热量高废钢比的稳定生产、技术指标提升和降本增效提供有力的基础保障，为炼钢协同高质量发展做出应有的积极贡献。
图2是本发明另一实施例提供的生产控制方法的流程图。该生产控制方法可以利用物热平衡模型计算不同吨位转炉的不同温度废钢转入量差值和提温剂加入量，为现场实际生产进行可靠指导。
请参阅图2，该生产控制方法包括以下步骤：
S700，获取不同热量废钢比输入量，输入至物热平衡模型，计算不同吨位转炉的不同温度废钢转入量差值。
在本实施例中，所述不同热量废钢比输入量包括不同温度下，不同种类废钢加入量和铁水比。物热平衡模型包括物料平衡基础模型和热平衡基础模型。将不同热量废钢比输入量输入至物热平衡模型，计算得到不同吨位转炉的不同温度废钢转入量差值。
在本实施例中，步骤S100的具体实现方式为：
(1)获取常温25℃废钢比输入量，输入至物热平衡模型，计算不同铁钢比和转炉装入量。
表8常温25℃废钢比输入量表
种类 重量/kg 温度/℃
常规废钢 14.779 25
预热废钢 0.00 700
综合废钢 14.779 25
表9不同铁钢比和转炉装入量表
Figure BDA0003549610190000101
当常温25℃废钢比输入量为常温25℃废钢14.779kg，铁水比为932kg/t时，物料平衡和热平衡处于平衡状态。
(2)获取预热700℃废钢比输入量，输入至物热平衡模型，计算不同铁钢比和转炉装入量。
表10预热700℃废钢比输入量表
种类 重量/kg 温度/℃
常规废钢 0.00 25
预热废钢 24.286 700
综合废钢 24.286 700
表11不同铁钢比转炉装入量表
Figure BDA0003549610190000111
当预热700℃废钢比输入量为预热700℃废钢24.286kg，铁水比为837kg/t时，物料平衡和热平衡处于平衡状态。
(3)获取常温25℃与预热700℃之间任意温度的废钢比输入量，输入至物热平衡模型，计算不同铁钢比和转炉装入量。
表12废钢加入量加权模块表
种类 重量/kg 温度/℃
常规废钢 9.188 25
预热废钢 9.188 700
综合废钢 18.376 362.5
表13不同铁钢比转炉装入量表
Figure BDA0003549610190000112
当常温25℃与预热700℃之间任意温度的废钢比输入量为常温25℃废钢与预热700℃之间任意温度的废钢相同加入量，铁水比为896kg/t时，物料平衡和热平衡处于平衡状态。
(4)采用三种不同温度下的废钢比输入量，输入至物热平衡模型，计算不同吨位转炉的不同温度废钢转入量差值。
以上三种情况为全部加入常温25℃废钢147.79kg、全部加入预热700℃废钢242.86kg、以及常温25℃和预热700℃相同废钢加入量的物料平衡和热平衡均处于平衡状态。表明废钢温度由25℃提高至700℃时，废钢量可增加95.07kg/t；采用常温25℃废钢与预热700℃废钢相同加入量时，废钢量可增加35.97kg/t。由此物热平衡模型可以计算出不同吨位转炉的不同温度废钢转入量差值情况，具体见下表。
表14不同温度废钢装入量差值表
Figure BDA0003549610190000121
如上表所示，得到260吨转炉-100吨转炉，废钢温度由25℃提高至700℃时，废钢量可增加25-9吨；废钢温度由25℃提高至25℃与700℃之间的一温度值(即362.5℃)时，废钢量可增加10-3吨；不同吨位转炉废钢增加量不同，但废钢吨钢增加量相同。预热废钢温度可根据实际情况进行改变，如果预热废钢预热温度变为其它温度，如500℃，那么废钢增加量也会随之而改变，可通过模型进行快速计算。
S800，获取不平衡状态下不同废钢比输入量，输入至物热平衡模型，计算得到提温剂加入量。
在本实施例中，步骤S900的具体实现方式为：
(1)采用常温25℃废钢与预热500℃废钢相同加入量，铁水比为900kg/t时，输入至物热平衡模型，计算得到提温剂加入量。
采用常温25℃废钢与预热500℃废钢相同加入量(见表15)，铁水比为900kg/t时(见表16)，物料平衡和热平衡处于非平衡状态，需要加入提温剂进行平衡，由输出模块可直接得出提温剂加入量(见表17)表15废钢加入量加权模块表
种类 重量/kg 温度/℃
常规废钢 9.000 25
预热废钢 9.000 500
综合废钢 18 262.5
表16不同铁钢比转炉装入量表
Figure BDA0003549610190000131
表17提温剂加入量输出模块
Figure BDA0003549610190000132
Figure BDA0003549610190000141
(2)采用常温25℃废钢与预热500℃废钢相同加入量，铁水比为850kg/t时，输入至物热平衡模型，计算得到提温剂加入量。
采用常温25℃废钢与预热500℃废钢相同加入量(见表18)，铁水比为850kg/t时(见表19)，物料平衡和热平衡处于非平衡状态，需要加入提温剂进行平衡，由输出模块可直接得出提温剂加入量(见表20)。
表18废钢加入量加权模块表
种类 重量/kg 温度/℃
常规废钢 11.500 25
预热废钢 11.500 500
综合废钢 23 262.5
表19不同铁钢比转炉装入量表
Figure BDA0003549610190000142
表20提温剂加入量输出模块
Figure BDA0003549610190000151
以上举例两种计算，采用常温25℃废钢与预热500℃废钢相同加入量，不同铁水比为900kg/t和850kg/t时，物热平衡模型可以直接计算出26吨钢水量的提温剂加入量结果。
上述的生产控制方法，可以进行单独常温废钢和不同预热温度废钢或不同搭配组合废钢、不同铁水比、不同吨位转炉的任何搭配组合进行计算，可直接得出对应的提温剂加入量，可实现更高质量的指导实际生产，为不同热量高废钢比的稳定生产、技术指标提升和降本增效提供有力的基础保障，为炼钢协同高质量发展做出应有的积极贡献。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于生产控制的物热平衡模型构建方法，其特征在于，包括：
获取钢厂的铁水中各元素的基础数据，建立基础数据模块；
基于所述基础数据模块，建立物料平衡基础模型和热平衡基础模型；
根据不同钢厂的实际炼钢条件，修正所述基础数据模块以及所述物料平衡基础模型和所述热平衡基础模型；
建立不同热量废钢比输入模块以及提温剂加入量输出模块；
利用所述不同热量废钢比输入模块和所述提温剂加入量输出模块，训练所述物料平衡基础模型和所述热平衡基础模型，得到训练好的物热平衡模型。
2.根据权利要求1所述的用于生产控制的物热平衡模型构建方法，其特征在于，所述基础数据至少包括钢厂的铁水中各元素的氧化量和氧化放热量、以及各元素氧化量、耗氧量和氧化产物量；所述基础数据模块至少包括铁水中各元素的氧化量模块和氧化放热量模块、以及各元素氧化量模块、耗氧量模块和氧化产物量模块。
3.根据权利要求1所述的用于生产控制的物热平衡模型构建方法，其特征在于，所述物料平衡基础模型包括多个物料输入项以及对应的多个物料输出项；所述物料输入项至少包括铁水、废钢、石灰、矿石、萤石、白云石、炉衬及氧气；所述物料输出项至少包括钢水、炉渣、炉气、烟尘、铁珠及喷溅。
4.根据权利要求1所述的用于生产控制的物热平衡模型构建方法，其特征在于，所述热平衡基础模型包括多个热输入项以及对应的多个热输出项，所述热输入项至少包括铁水物理热、元素氧化放热和成渣热、以及烟尘氧化热；所述热输出项至少包括钢水物理热、炉渣物理热、矿石分解热、烟尘物理热、炉气物理热及铁珠物理热。
5.根据权利要求1所述的用于生产控制的物热平衡模型构建方法，其特征在于，所述不同热量废钢比输入模块包括废钢加入量加权模块和不同铁钢比转炉装入量模块；其中，所述废钢加入量加权模块包括不同温度下的常规废钢量、预热废钢量及综合废钢量；所述不同铁钢比转炉装入量模块包括不同钢铁比的转炉装入量。
6.根据权利要求1所述的用于生产控制的物热平衡模型构建方法，其特征在于，所述提温剂加入量输出模块的建立方法为：
建立提温剂单位提温模块，所述提温剂单位提温模块包括不同种类提温剂下各元素含量及风热量；
基于所述提温剂单位提温模块，建立所述提温剂加入量输出模块。
7.一种生产控制方法，其特征在于，包括：
获取不同热量废钢比输入量，输入至物热平衡模型，计算不同吨位转炉的不同温度废钢转入量差值；
获取不平衡状态下不同废钢比输入量，输入至物热平衡模型，计算得到提温剂加入量。
8.根据权利要求7所述的生产控制方法，其特征在于，所述物热平衡模型的构建方法为：
获取钢厂的铁水中各元素的基础数据，建立基础数据模块；
基于所述基础数据模块，建立物料平衡基础模型和热平衡基础模型；
根据不同钢厂的实际炼钢条件，修正所述基础数据模块以及所述物料平衡基础模型和所述热平衡基础模型；
建立不同热量废钢比输入模块以及提温剂加入量输出模块；
利用所述不同热量废钢比输入模块和所述提温剂加入量输出模块，训练所述物料平衡基础模型和所述热平衡基础模型，得到训练好的物热平衡模型。
9.根据权利要求7所述的生产控制方法，其特征在于，所述不同热量废钢比输入量包括常温25℃废钢比输入量、预热700℃废钢比输入量以及常温25℃与预热700℃之间任意温度的废钢比输入量；将常温25℃废钢比输入量、预热700℃废钢比输入量以及常温25℃与预热700℃之间任意温度的废钢比输入量均输入至物热平衡模型，计算得到不同吨位转炉的不同温度废钢转入量差值。
10.根据权利要求7所述的生产控制方法，其特征在于，所述不平衡状态下不同废钢比输入量为常温25℃废钢与预热500℃废钢相同加入量，不同铁水比；将常温25℃废钢与预热500℃废钢相同加入量和不同铁水比输入至物热平衡模型，计算得到对应的提温剂加入量。
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