CN117821744A - 一种耐候钢用于铁塔的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及合金材料制备技术领域，提出了一种耐候钢用于铁塔的制备方法，包括：将红土镍矿作为制备镍铁合金的原材料，对红土镍矿进行破碎筛分，将破碎筛分后的红土镍矿输送至回转干燥窑进行干燥处理；将焦炭作为还原剂，将石灰作为助溶剂，将干燥处理后的红土镍矿和还原剂、助溶剂输送至回转窑进行烘焙‑预还原处理；将烘焙‑预还原处理后的材料转至电弧炉中进行熔炼获取镍铁合金液，根据电弧炉进行熔炼阶段的电流密度、温度、电极电阻数据的特征分析结果实时调整电极位置，得到熔炼充分的镍铁合金液；将镍铁合金液经过精炼、铸造获取用于铁塔制备的耐候钢。本发明通过对镍铁合金熔炼阶段的电极位置进行自适应调整，提高耐候钢的制备质量。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料制备技术领域，具体涉及一种耐候钢用于铁塔的制备方法。
背景技术
电力铁塔是用于支撑和传输电力线路的重要基础设施，目前电力行业的铁塔均采用牌号为Q235、Q355以及Q420等普通碳钢，制作完成之后采用镀锌的方式进行防腐蚀处理，而镀锌过程中会消耗大量的电能和燃料，带来额外的碳排放污染，不符合双碳目标。因此，使用耐候钢作为电力铁塔的制备材料不仅可以增加电力铁塔的承载能力，且具有较为优易的耐腐蚀性能。
耐候钢的制备通常需要在普通钢材的配方中加入镍元素，提高钢材的耐腐蚀性，并保证钢材的受力，综合提高钢材的各方面物理性能和化学性能。镍铁合金常作为耐候钢的主要制备原料，RKEF(Rotary Klin Electric Furnace)回转窑干燥预还原-电炉还原熔炼是当下冶炼红土镍矿获得镍铁合金最成熟的工艺，RKEF技术中的电炉熔炼阶段负责还原金属镍与部分铁，并将镍铁与残渣分开，产生粗镍铁液，此阶段中需要严格控制电极高度，电极距离炉料过近会使得炉料表面的电流密度过大，导致能耗的增加和电极磨损，进而对环境造成较大的负面影响；电极距离炉料过远会使得炉料表面的电流密度较小，导致熔炼还原反应效率不高，造成资源的浪费。
发明内容
本发明提供一种耐候钢用于铁塔的制备方法，以解决耐候钢制备过程中电弧炉熔炼过程中电极位置不合适导致损耗增加的问题，所采用的技术方案具体如下：
本发明一个实施例提供了一种耐候钢用于铁塔的制备方法，该方法包括以下步骤：
将红土镍矿作为制备镍铁合金的原材料，将红土镍矿进行破碎和筛分；将破碎和筛分后的红土镍矿输送至回转干燥窑进行干燥处理；将干燥处理后的红土镍矿和还原剂、助溶剂混合均匀后输送至回转窑进行烘焙-预还原处理；将烘焙-预还原处理后的红土镍矿与还原煤以25～50t/h的下料速度输送至电弧炉；
根据电弧炉熔炼过程中的电弧面积数据、电极电流数据、炉温数据、电极电阻数据的数据特征对电极位置进行实时调整，通过电弧炉熔炼获取粗镍铁合金液，随后经过精炼、铸造获取用于铁塔制备的耐候钢。
优选的，所述红土镍矿中主要化学成分的质量百分比分别为：Ni镍2.6％、TFe全铁16.72％、FeO氧化亚铁0.2％、SiO2二氧化硅35.5％、CaO氧化钙0.39％、Al2O3三氧化二铝5.74％、MgO氧化镁13.39％。
优选的，所述筛分的粒度范围为：50～150nm。
优选的，所述干燥处理的温度和停止条件为：将破碎和筛分后的红土镍矿进行干燥处理时的初始温度设置为800℃，直至红土镍矿中的水分挥发量占矿物总质量的20％后停止干燥。
优选的，所述还原剂为占红土镍矿质量8％的焦炭，助溶剂为由80.40％的CaO氧化钙、11.56％的SiO2二氧化硅、4.59％的MgO氧化镁以及5.74％的Al2O3三氧化二铝组成的石灰。
优选的，所述烘焙-预还原的预热温度为750℃，还原温度为850～1000℃。
优选的，所述根据电弧炉熔炼过程中的电弧面积数据、电极电流数据、炉温数据、电极电阻数据的数据特征对电极位置进行实时调整的方法为：
将电弧炉熔炼整个过程的时间均匀划分为多个时序区间，根据每个时序区间对应的电弧面积穿越数据和电极电流数据获取每个时序区间的炉料还原充分系数；
根据每个时序区间的电极电阻数据获取每个时序区间的电极磨损因子，基于每个时序区间的炉料还原充分系数和电极磨损因子获取每个时序区间的熔炼充分持续系数；
将电弧炉熔炼过程的初始预设时间作为初始调整区间，将初始调整区间对应的所有的时序区间的熔炼充分持续系数按照时间升序顺序组成的序列作为初始熔炼充分持续系数序列，采用指数移动平均算法获取初始熔炼充分持续系数序列的熔炼充分持续系数预测值，根据初始熔炼充分持续系数序列和熔炼充分持续系数预测值获取熔炼充分持续系数序列，采用聚类算法获取熔炼充分持续系数序列的聚类结果；
将熔炼充分持续系数预测值与熔炼充分持续系数序列中所有元素均值的差值作为第一差异值；将熔炼充分持续系数序列的聚类结果中熔炼充分持续系数预测值所在聚类簇中数据的数量作为分子，将熔炼充分持续系数序列的聚类结果中另一聚类簇中数据的数量作为分母，将分子与分母的比值作为第二差异值，将第一差异值的数据映射结果与第二差异值的乘积作为电极调整指数；根据电极调整指数对电极位置进行实时调整。
优选的，所述根据每个时序区间对应的电弧面积穿越数据和电极电流数据获取每个时序区间的炉料还原充分系数的方法为：
对于电弧炉熔炼阶段的每个采集时刻，将每个采集时刻对应的电弧穿越面积数据与电极电流数据的比值作为每个采集时刻的电流密度值；将每个采集时刻的电弧穿越面积数据与每个采集时刻所在时序区间内对应的所有的电弧穿越面积数据均值的差值作为每个采集时刻的电弧面积差异值；将每个采集时刻的电极电流数据与每个采集时刻所在时序区间内对应的所有电极电流数据均值的差值作为每个采集时刻的电流差异值；
将电弧炉熔炼阶段的对应的所有电流密度值按照时间升序的顺序组成的序列作为电流密度数据序列，采用STL序列分解算法获取电流密度数据序列中每个数据对应的趋势项和周期项，将所述趋势项和周期项组成的向量作为所述每个数据的特征二元向量；
对于电弧熔炉阶段的每个时序区间，将每个时序区间内每个采集时刻对应的电弧面积差异值与电流差异值的和作为所述每个采集时刻的第一特征值，将每个时序区间内所有采集时刻对应的第一差异值的总和作为每个时序区间的第二特征值，将所述第二特征值的数据映射结果作为分子；将每个时序区间内所有采集时刻对应的电弧穿越面积数据的信息熵与所有采集时刻对应的电极电流数据的信息熵的和作为第一可信系数，将第一可信系数与预设参数的和作为分母，将分子与分母的比值作为每个时序区间的电流密度可信权重；
根据每个时序区间对应的特征二元向量和电流密度值获取每个时序区间的电流密度稳态因子，基于电流密度可信权重和电流密度稳态因子获取炉料还原充分系数。
优选的，所述根据每个时序区间对应的特征二元向量和电流密度值获取每个时序区间的电流密度稳态因子，基于电流密度可信权重和电流密度稳态因子获取炉料还原充分系数方法为：
对于电弧熔炉阶段的每个时序区间，将每个时序区间内任意两个采集时刻对应的特征二元向量的点积比作为第一稳态值，将每个时序区间内对应的所有第一稳态值的总和作为第二稳态值；将每个时序区间内所有采集时刻对应的电流密度值按照时间升序顺序组成的序列作为每个时序区间的电流密度数据序列，采用序列分割算法获取所述电流密度数据序列中的突变点，将所有所述突变点的数量的数据映射结果与第二稳态值的乘积作为分子，将所述电流密度数据序列的方差与预设参数的和作为分母，将分子与分母的比值作为每个时序区间的电流密度稳态因子；
将每个时序区间的电流密度可信权重在以每个时序区间的电流密度稳态因子为底数的指数函数中的计算结果作为每个时序区间的第一还原系数，将所述第一还原系数与每个时序区间中所有时刻对应的炉温数据的最大值的乘积作为分子；采用LOF异常检测算法获取每个时序区间中每个采集时刻对应的炉温数据的局部离群因子，将每个时序区间中对应的所有所述局部离群因子的均值与预设参数的和作为分母，将分子与分母的比值作为每个时序区间的炉料还原充分系数。
优选的，所述根据每个时序区间的电极电阻数据获取每个时序区间的电极磨损因子，基于每个时序区间的炉料还原充分系数和电极磨损因子获取每个时序区间的熔炼充分持续系数的方法为：
式中，Fsi表示第i个时序区间的熔炼充分持续系数；Ewi和Fri分别表示第i个时序区间的电极磨损因子和炉料还原充分系数，exp()表示以自然常数为底数的指数函数；表示第i个时序区间对应的所有电极电阻数据中的最大值，/>表示第i个时序区间对应的所有电极电阻数据的均值；/>表示第i个时序区间中第j个采集时刻之前所有采集时刻对应的电极电阻数据的均值，/>表示第i个时序区间中第j个采集时刻之后所有采集时刻对应的电极电阻数据的均值；Ji表示第i个时序区间对应的所有电极电阻数据的数量。
本发明的有益效果是：根据镍铁合金制备过程中电炉熔炼阶段的各项数据特征获得熔炼充分持续系数，之后构建初始调整区间，通过下一时序区间的熔炼充分持续系数预测值以及熔炼充分持续系数序列的聚类结果获得电极调整指数，实现电炉熔炼阶段中的电极位置实时调整，在确保电极磨损较为轻微的基础上，保证炉料熔炼还原充分，获得更高品质的粗镍铁合金液。通过对获得的粗镍铁合金液精炼后制备出的耐候钢，其有益效果在于不仅具备更好的拉力韧性，同时有着较高的防腐性能，将其实施到电力铁塔行业，避免了传统钢材作为电力铁塔原料时，在镀锌阶段浪费大量资源以及造成大量环境污染的弊端。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例所提供的一种耐候钢用于铁塔的制备方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例所提供的初始调整区间以及移动方向的示意图；
图3为本发明一个实施例所提供的采用电炉-炉外精炼-连铸方式制备耐候钢的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。
请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种耐候钢用于铁塔的制备方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S001，获取电弧炉熔炼阶段的熔炼监测数据。
采用红土镍矿作为制备镍铁合金的原材料，通过RKEF技术处理红土镍矿获取镍铁合金的工艺流程包括：破碎筛分、干燥、焙烧-预还原、电炉熔炼以及精炼工序。
破碎筛分：将红土镍矿原料通过颚式破碎机进行粗破碎，使原料破碎成适当的颗粒大小，红土镍矿中各主要化学成分的质量百分比分别为：Ni镍2.6％、TFe全铁16.72％、FeO氧化亚铁0.2％、SiO2二氧化硅35.5％、CaO氧化钙0.39％、Al2O3三氧化二铝5.74％、MgO氧化镁13.39％；之后将破碎后的红土镍矿原料通过振动筛进行筛分，确保经过破碎筛分之后的80％红土镍矿粒度范围在50～150nm。
干燥：将破碎筛分之后的红土镍矿通过皮带输送机输送至回转干燥窑中，设置回转干燥窑的干燥温度为800℃，直至测试上述破碎筛分后的红土镍矿中的水分挥发量占矿物总质量的20％后停止干燥。
焙烧-预还原：将干燥后的红土镍矿自然冷却至室温后加入还原剂与助熔剂，混合均匀后通过皮带传输机输送至回转窑中进行焙烧-预还原处理，需要冷却的原因在于干燥后的矿石温度较高，直接进行焙烧-预还原处理可能会影响还原反应的控制以及产品质量。将加入还原剂与助熔剂之后的红土镍矿进行预热，之后进行焙烧-预还原处理，实现部分镍和铁的还原。本发明中的预热温度为750℃，焙烧预还原温度为850～1000℃，还原剂为占红土镍矿原料质量8％的焦炭，助熔剂为石灰，其化学成分由质量百分比80.40％的CaO氧化钙、11.56％的SiO2二氧化硅、4.59％的MgO氧化镁以及5.74％的Al2O3三氧化二铝组成。还原剂的作用在于还原红土镍矿中的氧化物，将其还原成金属，其次将金属离子从高氧化态还原成低氧化态，促进金属的分离与析出；助熔剂的作用在于促进红土镍矿的熔融与分项，影响熔融体系的粘度，利于金属与非金属物质的分离与析出。
电炉熔炼：将焙烧-预还原处理之后的矿料转移至电弧炉中，电弧炉进料速度为25～50t/h，加入占热炉料重量1～16％的粒度为10～30nm的还原煤或兰炭，通过电极向矿料中通直流电，产生高温电弧对矿料进行熔炼，本发明中的电弧炉熔炼温度设置为1500～1600℃，电弧炉的变压器额定容量为12500KVA，炉壳直径7.8m，炉壳高度4.6m，炉膛直径为6.0m，炉膛深度为2.3m，电极直径(碳素电极)1.02m，电极极心圆直径为2.6±0.1m，电极铜瓦数量为8块/根，电极升降速度为0.5m/min。
通过电弧炉控制***中的监控模块获取实时电弧穿越矿料的横截面积，通过电流、温度、电阻传感器获取实时电极电流、电弧炉温度以及电极电阻数据，控制***的采集时间间隔为0.5s，为防止在数据传输过程中产生缺失现象，使用数据填充算法对获取数据中的缺失值进行填充，本发明中使用的数据填充算法为拉格朗日插值法，其有益效果为拉格朗日插值法的填充效果相对平滑，能够保持原有数据的趋势以及变化规律，方便后续的数据分析处理，实施者也可根据实际情况选择其它算法对缺失值进行填充处理，拉格朗日差值算法的具体实现过程为公知技术，不再进行赘述。
精炼工序：采用钢包精炼的处理方式脱出上述步骤中获得的粗镍铁合金液中磷、硫等杂质，提高产品品质。
至此，获取了电弧炉熔炼过程中的熔炼监测数据序列，包括电弧穿越面积序列、电极电流数据序列、炉温数据序列以及电极电阻数据序列。
步骤S002，根据熔炼监测数据中的电弧穿越面积数据和电极电流数据计算电流密度可信权重、电流密度稳定因子，根据电流密度可信权重、电流密度稳定因子获取炉料还原充分系数。
在电炉熔炼阶段，电流密度作为一个重要参数，能够直接反映红土镍矿料的熔炼状况，当电流密度数据较为稳定时，表示红土镍矿料的还原反应处于一种较为平稳的状态，此时还原反应较为充分，熔炼效率较高；当电流密度数据持续波动时，表示电弧炉中的红土镍矿料的分布不均匀，此时需及时通过控制***调整电极的高度，增强电流密度即炉料还原反应程度，避免炉料还原不彻底造成原料的浪费，同时，当电流密度变大时，电弧放电的能量密度也会增加，电弧炉内的温度也会升高，此时炉料更容易被熔炼。
在电弧炉熔炼阶段的总时长进行均匀划分，具体的，将电弧炉熔炼阶段中划分的每个区间作为电弧炉熔炼阶段的一个时序区间，所述一个时序区间的时长为1分钟。
进一步的，对于电弧炉熔炼阶段的每个采集时刻，将每个采集时刻对应的电弧穿越面积数据与电极电流数据的比值作为每个采集时刻的电流密度值；将每个采集时刻的电弧穿越面积数据与每个采集时刻所在时序区间内对应的所有的电弧穿越面积数据均值的差值作为每个采集时刻的电弧面积差异值；将每个采集时刻的电极电流数据与每个采集时刻所在时序区间内对应的所有电极电流数据均值的差值作为每个采集时刻的电流差异值；将电弧炉熔炼阶段的对应的所有电流密度值按照时间升序的顺序组成的序列作为电流密度数据序列，采用STL(Seasonal-Trend decomposition procedure based on Loess)序列分解算法获取电流密度数据序列中每个数据对应的趋势项和周期项，将所述趋势项和周期项组成的向量作为每个数据的特征二元向量。
进一步的，根据电弧面积差异值和电流差异值计算电弧炉熔炼阶段每个时序区间的电流密度可信权重，具体的计算公式如下：
式中，Cfi表示第i个时序区间的电流密度可信权重；Ai,x表示第i个时序区间中第x个采集时刻对应的电弧面积差异值，Bi,x表示第i个时序区间中第x个采集时刻对应的电流差异值，exp[]表示以自然常数为底数的指数函数，Li表示第i个时序区间中对应的所有采集时刻对应的电弧面积差异值和电流差异值的数量；表示第i个时序区间所有采集时刻对应的电弧穿越面积数据的信息熵，θi表示第i个时序区间所有采集时刻对应的电极电流数据的信息熵。
若在第i个时序区间内电弧穿越面积数据和电极电流数据的变化程度较小时，则计算得到的的值越小，同时第i个时序区间内所有采集时刻对应的电弧穿越面积数据与电极电流数据的相对变化较小时，则计算得到的/>的值越小，的值越大，即计算得到的第i个时序区间的电流密度可信权重Cfi的值越大，表示第i个时序区间内电弧穿越面积数据、电极电流的相对差异变化较小，电流密度分析的可信程度较高。
进一步的，将每个时序区间内所有采集时刻对应的电流密度值按照时间升序顺序组成的序列作为每个时序区间的电流密度数据序列，采用BG(Bernaola Galvan)序列分割算法获取所述电流密度数据序列中的突变点，根据每个时序区间对应的电流密度数据序列以及电流密度数据序列中每个数据对应的特征二元向量计算电流密度稳态因子，具体的计算公式如下：
式中，Asi表示第i个时序区间的电流密度稳态因子；fi表示第i个时序区间的电流密度数据序列中突变点的数量，exp()表示以自然常数为底数的指数函数；μi表示第i个时序区间的电流密度数据序列中所有元素的方差；和/>分别表示第i个时序区间中第c个和第d个采集时刻对应的特征二元向量，/>表示/>与/>的点积比；Ki表示第i个时序区间中所有采集时刻对应的特征二元向量的数量。
若第i个时序区间的电流密度数据序列的平稳特征较好，则计算得到的fi的值越小，exp(-fi)的值越大，μi的值越小，同时第i个时序区间内不同采集时刻对应的特征二元向量的越小，则计算得到的的值越大，计算得到的第i个时序区间的电流密度稳态因子Asi的值越大，表示第i个时序区间的相对稳定特征较好。
进一步的，当基于时序区间的电流密度变化越稳定，同时电弧炉炉温在稳定的基础上炉温越高时，电弧炉中的矿料还原反应程度越充分。进一步的，输入为电弧炉熔炼阶段每个时序区间所有采集时刻对应的炉温数据，采用LOF(Local Outlier Factor)异常检测算法获取每个时序区间所有采集时刻对应的炉温数据的局部离群因子，LOF异常检测算法为公知技术，具体过程不再赘述，根据素数局部离群因子和每个时序区间的电流密度可信权重、电流密度稳态因子计算炉料还原充分系数，具体的计算公式如下：
式中，Fri表示第i个时序区间的炉料还原充分系数；Asi和Cfi分别表示第i个时序区间的电流密度可信权重、电流密度稳态因子；表示第i个时序区间中所有采集时刻对应的炉温数据中的最大值；γi表示第i个时序区间中所有采集时刻对应的炉温数据的局部离群因子的均值。
若在第i个时序区间中所有采集时刻对应的炉温数据中最大值的数值越大且炉温异常的影响程度较小，则计算得到的的值越大，γi的值越小，同时第i个时序区间相对稳定特征较好，则计算得到的Asi的值越大，Cfi的值越大，且电流密度可信权重相对于电流密度稳态因子影响较大，则/>的值越大，计算得到的第i个时序区间的炉料还原充分系数Fri的值越大，表示第i个时序区间内炉料还原效率较高。
至此，获取了电弧炉熔炼阶段中每个时序区间的炉料还原充分系数。
步骤S003，根据熔炼数据监测数据中的电极电阻数据获取电极磨损因子，根据电极磨损因子和炉料还原充分系数计算熔炼充分持续系数，根据熔炼成分持续系数获取电极调整指数，根据电极调整指数调整电弧炉熔炼阶段的电极位置。
在镍铁合金液制备过程中，电弧长度越短时，炉料表面的电流密度越大，电弧的热量集中在更小的区域，虽然能够在一定程度上加速炉料的熔炼过程，但同时会导致电极电阻上升，加速电极的磨损，最终会影响炉料的熔炼还原，此时应该使得电极位置适当远离炉料。
进一步的，根据电弧炉熔炼阶段每个时序区间所有采集时刻对应的电极电阻数据计算电极磨损因子，基于电极磨损因子和炉料还原充分系数计算熔炼充分持续系数，具体的计算公式如下：
式中，Fsi表示第i个时序区间的熔炼充分持续系数；Ewi和Fri分别表示第i个时序区间的电极磨损因子和炉料还原充分系数，exp()表示以自然常数为底数的指数函数；表示第i个时序区间对应的所有电极电阻数据中的最大值，/>表示第i个时序区间对应的所有电极电阻数据的均值；/>表示第i个时序区间中第j个采集时刻之前所有采集时刻对应的电极电阻数据的均值，/>表示第i个时序区间中第j个采集时刻之后所有采集时刻对应的电极电阻数据的均值；Ji表示第i个时序区间对应的所有电极电阻数据的数量。
若在第i个时序区间内所有采集时刻对应的电极电阻数据的变化差异较大，则计算得到的的值越大，同时第i个时序区间内所有采集时刻对应的电极电阻数据呈现增益变化趋势，则计算得到的/>的值越小，/>的值越大，计算得到的第i个时序区间的电极磨损因子Ewi越大，表示第i个时序区间内电极电阻的增益变化趋势明显；同时第i个时序区间内炉料还原效率较低，则计算得到的Fri的值越小，即exp(Fri)的值越小，计算得到的第i个时序区间的熔炼充分持续系数Fsi的值越小，表示第i个时序区间内熔炼还原持续程度较高。
进一步的，将电弧炉熔炼过程的初始20分钟作为初始调整区间，将初始调整区间对应的所有的时序区间的熔炼充分持续系数按照时间升序顺序组成的序列作为初始熔炼充分持续系数序列，采用指数移动平均算法获取初始熔炼充分持续系数序列的熔炼充分持续系数预测值，所述熔炼充分持续系数预测值为初始调整区间的下一个时序区间的熔炼充分持续系数，指数移动平均算法的具体实现过程为公知技术，不再进行赘述。
进一步的，将初始熔炼充分持续系数序列中所有元素和熔炼充分持续系数预测值按照时间升序顺序组成的序列作为熔炼充分持续系数序列，采用K-means聚类算法获取熔炼充分持续系数序列的聚类结果，所述聚类结果中聚类簇的数量为2，K-means聚类算法的具体实现过程为公知技术，不再进行赘述。
进一步的，根据熔炼充分持续系数序列的聚类结果以及熔炼充分持续系数预测值计算电极调整指数。具体的，将熔炼充分持续系数预测值与熔炼充分持续系数序列中所有元素均值的差值作为第一差异值；将熔炼充分持续系数序列的聚类结果中熔炼充分持续系数预测值所在聚类簇中数据的数量作为分子，将熔炼充分持续系数序列的聚类结果中另一聚类簇中数据的数量作为分母，将分子与分母的比值作为第二差异值，将第一差异值的相反数在以自然常数为底数的指数函数中的计算结果与第二差异值的乘积作为电极调整指数；根据电极调整指数对电极位置进行实时调整。
进一步的，随着电弧炉熔炼的进行，初始调整区间根据时间推移不断进行调整，初始调整区间移动的步长为1，根据调整后的初始调整区间计算下一时序区间的电极调整指数，具体的初始调整区间以及移动方向如图2所示。设置电极位置调整幅度为0.5m，调整阈值为0.5，当电极调整指数大于调整阈值时调高电极位置，当电极调整指数小于调整阈值时电极位置不变。
至此，完成根据电极调整指数对电极位置的调整。
步骤S004，通过电弧炉熔炼获取镍铁合金液，采用电炉-炉外精炼-连铸方式制备用于铁塔制备的耐候钢。
通过精炼工序将上述步骤中获得的粗镍铁合金液进行精炼，本发明中使用钢包精炼方式将连铸机与电弧炉进行连接，采用电炉-炉外精炼-连铸方式制备耐候钢，具体的制备过程如图3所示：
步骤S1，预热，对钢包进行预热，避免冷钢包对钢液温度的降低，同时有利于钢包内残留的杂质脱除。
步骤S2，转包，将待精炼的合金液从电弧炉中转移至预热好的钢包中，之后加入普通钢液进行充分融合。
步骤S3，除氧，向钢包中的钢液吹入还原剂，去除钢液中的气体氧，减少气体夹杂物含量，本发明中的除氧还原剂为氧化铝。
步骤S4，脱硫，向钢液中吹入氧、氮或其它脱硫剂，促使钢液中得了硫与脱硫剂进行反应，生成易挥发的硫化物或硫气，减少钢液中的硫含量。
步骤S5，温度控制，调整钢液温度，达到连铸要求的浇筑温度范围。
步骤S6，铸造，采用连续铸造的方式铸造耐候钢。
钢包精炼与钢材连铸技术具体的实施过程均为公知技术，不再过多赘述，实施者可根据实际情况对获取的粗镍铁合金液进行精炼，之后根据需求铸造耐候钢，将耐候钢用于铁塔的制备。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耐候钢用于铁塔的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
将红土镍矿作为制备镍铁合金的原材料，将红土镍矿进行破碎和筛分；将破碎和筛分后的红土镍矿输送至回转干燥窑进行干燥处理；将干燥处理后的红土镍矿和还原剂、助溶剂混合均匀后输送至回转窑进行烘焙-预还原处理；将烘焙-预还原处理后的红土镍矿与还原煤以25～50t/h的下料速度输送至电弧炉；
根据电弧炉熔炼过程中的电弧面积数据、电极电流数据、炉温数据、电极电阻数据的数据特征对电极位置进行实时调整，通过电弧炉熔炼获取粗镍铁合金液，随后经过精炼、铸造获取用于铁塔制备的耐候钢。
2.根据权利要求1所述的一种耐候钢用于铁塔的制备方法，其特征在于，所述红土镍矿中主要化学成分的质量百分比分别为：Ni镍2.6％、TFe全铁16.72％、FeO氧化亚铁0.2％、SiO2二氧化硅35.5％、CaO氧化钙0.39％、Al2O3三氧化二铝5.74％、MgO氧化镁13.39％。
3.根据权利要求1所述的一种耐候钢用于铁塔的制备方法，其特征在于，所述筛分的粒度范围为：50～150nm。
4.根据权利要求1所述的一种耐候钢用于铁塔的制备方法，其特征在于，所述干燥处理的温度和停止条件为：将破碎和筛分后的红土镍矿进行干燥处理时的初始温度设置为800℃，直至红土镍矿中的水分挥发量占矿物总质量的20％后停止干燥。
5.根据权利要求1所述的一种耐候钢用于铁塔的制备方法，其特征在于，所述还原剂为占红土镍矿质量8％的焦炭，助溶剂为由80.40％的CaO氧化钙、11.56％的SiO2二氧化硅、4.59％的MgO氧化镁以及5.74％的Al2O3三氧化二铝组成的石灰。
6.根据权利要求1所述的一种耐候钢用于铁塔的制备方法，其特征在于，所述烘焙-预还原的预热温度为750℃，还原温度为850～1000℃。
7.根据权利要求1所述的一种耐候钢用于铁塔的制备方法，其特征在于，所述根据电弧炉熔炼过程中的电弧面积数据、电极电流数据、炉温数据、电极电阻数据的数据特征对电极位置进行实时调整的方法为：
将电弧炉熔炼整个过程的时间均匀划分为多个时序区间，根据每个时序区间对应的电弧面积穿越数据和电极电流数据获取每个时序区间的炉料还原充分系数；
根据每个时序区间的电极电阻数据获取每个时序区间的电极磨损因子，基于每个时序区间的炉料还原充分系数和电极磨损因子获取每个时序区间的熔炼充分持续系数；
将电弧炉熔炼过程的初始预设时间作为初始调整区间，将初始调整区间对应的所有的时序区间的熔炼充分持续系数按照时间升序顺序组成的序列作为初始熔炼充分持续系数序列，采用指数移动平均算法获取初始熔炼充分持续系数序列的熔炼充分持续系数预测值，根据初始熔炼充分持续系数序列和熔炼充分持续系数预测值获取熔炼充分持续系数序列，采用聚类算法获取熔炼充分持续系数序列的聚类结果；
将熔炼充分持续系数预测值与熔炼充分持续系数序列中所有元素均值的差值作为第一差异值；将熔炼充分持续系数序列的聚类结果中熔炼充分持续系数预测值所在聚类簇中数据的数量作为分子，将熔炼充分持续系数序列的聚类结果中另一聚类簇中数据的数量作为分母，将分子与分母的比值作为第二差异值，将第一差异值的数据映射结果与第二差异值的乘积作为电极调整指数；根据电极调整指数对电极位置进行实时调整。
8.根据权利要求7所述的一种耐候钢用于铁塔的制备方法，其特征在于，所述根据每个时序区间对应的电弧面积穿越数据和电极电流数据获取每个时序区间的炉料还原充分系数的方法为：
对于电弧炉熔炼阶段的每个采集时刻，将每个采集时刻对应的电弧穿越面积数据与电极电流数据的比值作为每个采集时刻的电流密度值；将每个采集时刻的电弧穿越面积数据与每个采集时刻所在时序区间内对应的所有的电弧穿越面积数据均值的差值作为每个采集时刻的电弧面积差异值；将每个采集时刻的电极电流数据与每个采集时刻所在时序区间内对应的所有电极电流数据均值的差值作为每个采集时刻的电流差异值；
将电弧炉熔炼阶段的对应的所有电流密度值按照时间升序的顺序组成的序列作为电流密度数据序列，采用STL序列分解算法获取电流密度数据序列中每个数据对应的趋势项和周期项，将所述趋势项和周期项组成的向量作为所述每个数据的特征二元向量；
对于电弧熔炉阶段的每个时序区间，将每个时序区间内每个采集时刻对应的电弧面积差异值与电流差异值的和作为所述每个采集时刻的第一特征值，将每个时序区间内所有采集时刻对应的第一差异值的总和作为每个时序区间的第二特征值，将所述第二特征值的数据映射结果作为分子；将每个时序区间内所有采集时刻对应的电弧穿越面积数据的信息熵与所有采集时刻对应的电极电流数据的信息熵的和作为第一可信系数，将第一可信系数与预设参数的和作为分母，将分子与分母的比值作为每个时序区间的电流密度可信权重；
根据每个时序区间对应的特征二元向量和电流密度值获取每个时序区间的电流密度稳态因子，基于电流密度可信权重和电流密度稳态因子获取炉料还原充分系数。
9.根据权利要求8所述的一种耐候钢用于铁塔的制备方法，其特征在于，所述根据每个时序区间对应的特征二元向量和电流密度值获取每个时序区间的电流密度稳态因子，基于电流密度可信权重和电流密度稳态因子获取炉料还原充分系数方法为：
对于电弧熔炉阶段的每个时序区间，将每个时序区间内任意两个采集时刻对应的特征二元向量的点积比作为第一稳态值，将每个时序区间内对应的所有第一稳态值的总和作为第二稳态值；将每个时序区间内所有采集时刻对应的电流密度值按照时间升序顺序组成的序列作为每个时序区间的电流密度数据序列，采用序列分割算法获取所述电流密度数据序列中的突变点，将所有所述突变点的数量的数据映射结果与第二稳态值的乘积作为分子，将所述电流密度数据序列的方差与预设参数的和作为分母，将分子与分母的比值作为每个时序区间的电流密度稳态因子；
将每个时序区间的电流密度可信权重在以每个时序区间的电流密度稳态因子为底数的指数函数中的计算结果作为每个时序区间的第一还原系数，将所述第一还原系数与每个时序区间中所有时刻对应的炉温数据的最大值的乘积作为分子；采用LOF异常检测算法获取每个时序区间中每个采集时刻对应的炉温数据的局部离群因子，将每个时序区间中对应的所有所述局部离群因子的均值与预设参数的和作为分母，将分子与分母的比值作为每个时序区间的炉料还原充分系数。
10.根据权利要求7所述的一种耐候钢用于铁塔的制备方法，其特征在于，所述根据每个时序区间的电极电阻数据获取每个时序区间的电极磨损因子，基于每个时序区间的炉料还原充分系数和电极磨损因子获取每个时序区间的熔炼充分持续系数的方法为：
式中，Fsi表示第i个时序区间的熔炼充分持续系数；Ewi和Fri分别表示第i个时序区间的电极磨损因子和炉料还原充分系数，exp()表示以自然常数为底数的指数函数；表示第i个时序区间对应的所有电极电阻数据中的最大值，/>表示第i个时序区间对应的所有电极电阻数据的均值；/>表示第i个时序区间中第j个采集时刻之前所有采集时刻对应的电极电阻数据的均值，/>表示第i个时序区间中第j个采集时刻之后所有采集时刻对应的电极电阻数据的均值；
Ji表示第i个时序区间对应的所有电极电阻数据的数量。
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