本發(fā)明屬于鋼鐵冶金，具體涉及一種夾雜物在熔渣中溶解時間的預(yù)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、鋼中的非金屬夾雜物是影響鋼潔凈化的主要因素之一，去除鋼中夾雜物是潔凈鋼生產(chǎn)的難點之一。由于精煉渣具有吸附作用，夾雜物在上浮到鋼-渣界面時會被精煉渣吸附從而被去除。因此，通過合適的精煉工藝，采用適宜的精煉渣系可有效控制鋼液中的非金屬夾雜物的成分和數(shù)量。

2、高溫共聚焦顯微鏡可以在高溫條件下對物理化學(xué)現(xiàn)象進行原位觀察，在夾雜物控制領(lǐng)域主要應(yīng)用于研究夾雜物的溶解、碰撞和長大等行為。通過高溫共聚焦原位觀測精煉渣對夾雜物的吸附過程，能夠明確夾雜物在渣中的溶解速率和原理，有助于調(diào)整和設(shè)計精煉渣成分，為提高精煉效率提供指導(dǎo)。

3、夾雜物在渣中的溶解過程受多種因素影響。夾雜物顆粒在精煉渣中的溶解速度和完全溶解時間常采用渣中夾雜物飽和濃度差和渣的粘度(δc/η)進行表征。隨著δc/η值的增加，夾雜物的溶解時間減少。渣中夾雜物飽和濃度差越大，粘度越小，越有利于渣中夾雜物的溶解。但是δc/η未考慮夾雜物尺寸對其溶解的影響，很難用δc/η來準(zhǔn)確表征所有夾雜物的溶解過程。精煉渣中夾雜物容量(zh)和無量綱溶解速率(ry)的概念表征夾雜物在渣中的溶解過程，不僅考慮渣的理化性質(zhì)，也同樣考慮夾雜物尺寸的影響。此外，zh數(shù)和ry數(shù)均為無量綱數(shù)，可以更準(zhǔn)確的評定物理現(xiàn)象進行的程度。

4、在精煉過程中，當(dāng)使用鋁脫氧時，脫氧產(chǎn)物為氧化鋁夾雜物，鋼包中耐火材料被鋼液侵蝕生成鎂鋁尖晶石夾雜物，而鈣處理后會產(chǎn)生鈣鋁酸鹽類夾雜物，所以鋼中可能存在氧化鋁、鎂鋁尖晶石和鈣鋁酸鹽三類夾雜物。因此，基于精煉渣中夾雜物容量(zh)和無量綱溶解速率(ry)概念建立一種預(yù)測氧化鋁、鈣鋁酸鹽和鎂鋁尖晶石夾雜物在熔渣中溶解時間的模型與方法很有必要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種夾雜物在熔渣中溶解時間的預(yù)測方法及系統(tǒng)，通過建立了不同尺寸不同種類夾雜物在不同成分渣中溶解的預(yù)測模型，可為調(diào)整和設(shè)計精煉渣成分，為提高精煉效率提供指導(dǎo)。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

3、一種夾雜物在熔渣中溶解時間的預(yù)測方法，包括以下步驟：

4、獲取預(yù)熔渣中待預(yù)測的夾雜物，其中，所述預(yù)熔渣包括：按成分配比制備實驗渣，并使用預(yù)設(shè)高溫設(shè)備對所述實驗渣預(yù)熔，所述夾雜物包括：氧化鋁、鈣鋁酸鹽和鎂鋁尖晶石顆粒；

5、將所述夾雜物和所述預(yù)熔渣按預(yù)定的放置方法放入預(yù)設(shè)的高溫共聚焦顯微鏡內(nèi)，獲得所述夾雜物的溶解速率和不同時刻所述夾雜物的尺寸，并進行數(shù)據(jù)擬合；

6、根據(jù)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果，建立不同夾雜物溶解的預(yù)測模型；

7、將待預(yù)測的夾雜物輸入所述不同夾雜物溶解的預(yù)測模型，獲得不同尺寸不同種類夾雜物在不同成分渣中溶解的時間。

8、優(yōu)選的，實驗渣堿度cao/sio2為5.0，cao/al2o3為1.4，組成以鋁脫氧鋼現(xiàn)行生產(chǎn)工藝精煉過程中使用的精煉渣為基礎(chǔ)而進行制備，并在渣中添加0％、3％和6％mgo含量。

9、優(yōu)選的，將所述夾雜物和所述預(yù)熔渣按預(yù)定的放置方法放入預(yù)設(shè)的高溫共聚焦顯微鏡內(nèi)包括：

10、夾雜物顆粒被放置在pt坩堝中預(yù)熔渣表面，在氬氣氣氛中進行加熱，并通過熱電偶進行測量和控制加熱溫度，其中，加熱溫度為1500℃，加熱過程中先加熱至加熱溫度以下50℃，再升溫至加熱溫度。

11、優(yōu)選的，獲得所述夾雜物的溶解速率和不同時刻所述夾雜物的尺寸包括：

12、使用imagej測量溶解過程中不同時刻夾雜物顆粒的面積，并根據(jù)粒子面積計算粒子的等效圓直徑；

13、根據(jù)夾雜物的溶解時間和等效直徑計算夾雜物的溶解速率，其中，溶解時間包括：當(dāng)高溫共聚焦顯微鏡內(nèi)的溫度到達加熱溫度后計時開始，當(dāng)夾雜物完全溶解時計時結(jié)束。

14、優(yōu)選的，將待預(yù)測的夾雜物輸入所述不同夾雜物溶解的預(yù)測模型，獲得不同尺寸不同種類夾雜物在不同成分渣中溶解的時間包括：

15、使用精煉渣中夾雜物容量zh和無量綱溶解速率ry分別表征精煉渣中夾雜物的溶解能力與溶解速率和渣的理化性質(zhì)與夾雜物尺寸的關(guān)系；

16、根據(jù)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果，得到zh數(shù)和ry數(shù)之間的指數(shù)關(guān)系；

17、利用zh數(shù)與ry數(shù)之間的指數(shù)關(guān)系，得到精煉渣中mgo含量與擬合參數(shù)之間的關(guān)系；

18、根據(jù)精煉渣中mgo含量與擬合參數(shù)之間的關(guān)系，得到熔渣中mgo含量與ry數(shù)的關(guān)系；

19、根據(jù)熔渣中mgo含量與ry數(shù)的關(guān)系，預(yù)測不同mgo濃度的精煉渣中不同尺寸的多種夾雜物的溶解時間。

20、優(yōu)選的，使用精煉渣中夾雜物容量zh和無量綱溶解速率ry分別表征精煉渣中夾雜物的溶解能力與溶解速率和渣的理化性質(zhì)與夾雜物尺寸的關(guān)系包括：

21、

22、

23、式中，g為重力加速度，m/s2；ρslag渣為精煉渣的密度，kg/m3；csaturation為渣中夾雜物的飽和質(zhì)量，％；c為精煉渣中夾雜物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％；νslag為精煉渣中夾雜物的運動粘度，m2/s；ηslag為動力粘度，kg/(m·s)；dp,0為夾雜物顆粒的初始直徑，m；為夾雜物溶解速率，m3/s。

24、優(yōu)選的，zh數(shù)和ry數(shù)之間的指數(shù)關(guān)系包括：

25、ry＝a·zhn；

26、式中，a為擬合系數(shù)；n為擬合指數(shù)。

27、優(yōu)選的，熔渣中mgo含量與ry數(shù)的關(guān)系包括：

28、

29、式中，τ是夾雜物在精煉渣中完全溶解的時間，s；r是夾雜物的初始半徑，m。

30、本發(fā)明還公開了一種夾雜物在熔渣中溶解時間的預(yù)測系統(tǒng)，包括：獲取模塊、計算模塊、構(gòu)建模塊和預(yù)測模塊；

31、所述獲取模塊用于獲取預(yù)熔渣中待預(yù)測的夾雜物，其中，所述預(yù)熔渣包括：按成分配比制備實驗渣，并使用預(yù)設(shè)高溫設(shè)備對所述實驗渣預(yù)熔，所述夾雜物包括：氧化鋁、鈣鋁酸鹽和鎂鋁尖晶石顆粒；

32、所述計算模塊用于計算模塊將所述夾雜物和所述預(yù)熔渣按預(yù)定的放置方法放入預(yù)設(shè)的高溫共聚焦顯微鏡內(nèi)，獲得所述夾雜物的溶解速率和不同時刻所述夾雜物的尺寸，并進行數(shù)據(jù)擬合；

33、所述構(gòu)建模塊用于根據(jù)數(shù)據(jù)擬合結(jié)果，建立不同夾雜物溶解的預(yù)測模型；

34、所述預(yù)測模塊用于將待預(yù)測的夾雜物輸入所述不同夾雜物溶解的預(yù)測模型，獲得不同尺寸不同種類夾雜物在不同成分渣中溶解的時間。

35、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

36、本發(fā)明方法為探索不同種類的夾雜物在熔渣中溶解提供了一種新的研究方法，(1)本發(fā)明方法采用高溫共聚焦設(shè)備，設(shè)計模擬多種夾雜物在熔渣中的溶解實驗，原位觀察夾雜物在熔渣中的溶解過程；(2)本發(fā)明方法采用精煉渣中夾雜物容量(zh)和無量綱溶解速率(ry)的概念分別表征精煉渣中夾雜物的溶解能力與溶解速率和渣的理化性質(zhì)與夾雜物尺寸的關(guān)系；(3)本發(fā)明方法實驗數(shù)據(jù)擬合建立了不同尺寸的多種夾雜物在不同熔渣中溶解的預(yù)測模型。本發(fā)明可為調(diào)整和設(shè)計精煉渣成分，為提高精煉效率提供指導(dǎo)。