專(zhuān)利名稱(chēng)：氧氬脫碳轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度和終點(diǎn)碳控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生產(chǎn)不同鋼種的冶金爐外精煉技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氧氬脫碳
轉(zhuǎn)爐(AOD)終點(diǎn)溫度和終點(diǎn)碳控制方法。
背景技術(shù)：
氧氬脫碳轉(zhuǎn)爐(AOD)工藝的基本原理是，在常壓下向鋼液吹氧脫碳的同時(shí) 加入氫氣或氮?dú)?，降低一氧化碳分壓以?shí)現(xiàn)去碳保鉻。AOD冶煉中，終點(diǎn)碳和終 點(diǎn)溫度的命中率是影響AOD冶煉的關(guān)鍵。只有控制好終點(diǎn)碳和終點(diǎn)溫度，才能提 高爐齡，減少鉻的損失。
目前，大多數(shù)AOD工廠(chǎng)中對(duì)于終點(diǎn)碳控制， 一般借助于經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行預(yù)測(cè)， 并通過(guò)取樣分析加以確定，終點(diǎn)溫度往往取決于終點(diǎn)碳和多次搖爐測(cè)溫確定。由于 不能做到通過(guò)吹氣量和氣體比例的調(diào)整控制，因此其自動(dòng)化程度低，經(jīng)驗(yàn)操作的因 素大，容易造成工藝不穩(wěn)定，不但浪費(fèi)氣體，而且降低了鉻的回收率，爐襯損耗嚴(yán) 重，爐齡下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種氧氬脫碳轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度和終點(diǎn)碳控制方法，它解決 了目前AOD終點(diǎn)碳控制和終點(diǎn)溫度確定的自動(dòng)化程度低，容易造成工藝不穩(wěn)定， 不能提高鉻回收率，以及不利于轉(zhuǎn)爐維護(hù)的問(wèn)題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下
一種氧氬脫碳轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度和終點(diǎn)碳控制方法，其特征在于，建立終點(diǎn)碳及 終點(diǎn)溫度控制數(shù)學(xué)模型，建模分為下列步驟-
(a) 從基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)Ll中讀取初始條件下AOD爐中鋼水的C、 Mn、 Si、 Cr、 Ni、 P化學(xué)成分以及初始爐況的溫度；
(b) 根據(jù)通過(guò)L1檢測(cè)出的數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化L2的數(shù)學(xué)模型，利用最小
5二乘法依次求出反應(yīng)速度常數(shù)Ki、鋼液中各組分的活性系數(shù)Fi、渣液向反應(yīng)時(shí)鋼水中各組元的傳質(zhì)系數(shù)Ni、平衡常數(shù)Kco、 Kcr2o3、 Ksio2，根據(jù)此時(shí)的爐況、原料成分、溫度條件因素，將此工況計(jì)算出的Ki、 Fi、 Ni、 Kco、 Kcr2o3、 Ksio2值寫(xiě)入L2中的數(shù)據(jù)庫(kù)，如果在L2的數(shù)據(jù)庫(kù)中已存有相同或相似工況，則從L2的數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)入，不需要重新計(jì)算；
(c) 根據(jù)L2中的模型求出反應(yīng)表面單位時(shí)間的直接氧化放熱；
(d) 根據(jù)爐內(nèi)的熱量衡，求出&時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)鋼水溫度變化及鋼水中各個(gè)元素的濃度變化；
(e) 根據(jù)通過(guò)L1檢測(cè)出的數(shù)據(jù)和L2的數(shù)學(xué)模型，利用最小二乘法依次求出鋼水諸成分的傳質(zhì)速率J，并且存入L2數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備以后調(diào)用；
(f) 求出&步長(zhǎng)后鋼液各組元的濃度值，此時(shí)由人機(jī)界面監(jiān)控，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，則該生產(chǎn)過(guò)程結(jié)束。
本發(fā)明利用氬氧在不銹鋼中溶解和脫離的理論、數(shù)值分析中最小二乘法理論、冶金物化理論以及大量數(shù)據(jù)，建立了終點(diǎn)碳及終點(diǎn)溫度控制數(shù)學(xué)模型，通過(guò)調(diào)整02、 Ar、 N2氣比例控制碳的最終濃度和最終溫度，達(dá)到了控制的最佳效果。在冶煉過(guò)程中，每一時(shí)間點(diǎn)上，通過(guò)模型計(jì)算尋找一個(gè)能使溫度保持一定值的條件及成本最低的氬氣和氧氣的配比和流量。按本發(fā)明的控制方法，大大地提高了AOD的爐齡，減少了鉻的吹損，所建模型的可移植性強(qiáng)。
本發(fā)明的生產(chǎn)控制主要分為基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)Ll和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化L2兩部分?；A(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1主要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的順序控制、邏輯控制及簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型計(jì)算，并按照過(guò)程控制級(jí)的控制命令進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的閉環(huán)控制。過(guò)程控制級(jí)主要負(fù)責(zé)控制和協(xié)調(diào)生產(chǎn)設(shè)備能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)的直接控制，針對(duì)生產(chǎn)任務(wù)下達(dá)生產(chǎn)目標(biāo)，通過(guò)數(shù)據(jù)模型優(yōu)化和控制生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)以及復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型計(jì)算。
本發(fā)明的模型主要用在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化L2之中，通過(guò)與基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1的通訊聯(lián)接，在鋼水冶煉過(guò)程中達(dá)到了除碳保鉻的作用。
具體實(shí)施例方式
按本發(fā)明的一種氧氬脫碳轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度和終點(diǎn)碳控制方法，建立終點(diǎn)碳及終點(diǎn)溫度控制數(shù)學(xué)模型，建模分為下列步驟(a) 從基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)Ll中讀取初始條件下AOD爐中鋼水的C、 Mn、 Si、Cr、 Ni、 P化學(xué)成分以及初始爐況的溫度。
(b) 根據(jù)通過(guò)L1檢測(cè)出的數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化L2的數(shù)學(xué)模型，利用最小二乘法依次求出反應(yīng)速度常數(shù)Ki、鋼液中各組分的活性系數(shù)Fi、渣液向反應(yīng)時(shí)鋼水中各組元的傳質(zhì)系數(shù)Ni、平衡常數(shù)Kco、 Kcr2o3、 Ksio2，根據(jù)此時(shí)的爐況、原料成分、溫度條件因素，將此工況計(jì)算出的Ki、 Fi、 Ni、 Kco、 Kcr2o3、 Ksi02值寫(xiě)入L2中的數(shù)據(jù)庫(kù)，如果在L2的數(shù)據(jù)庫(kù)中已存有相同或相似工況，則從L2的數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)入，不需要重新計(jì)算。
(c) 根據(jù)L2中的模型求出反應(yīng)表面單位時(shí)間的直接氧化放熱。
(d) 根據(jù)爐內(nèi)的熱量衡，求出"時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)鋼水溫度變化及鋼水中各個(gè)元素的濃度變化。
(e) 根據(jù)通過(guò)L1檢測(cè)出的數(shù)據(jù)和L2的數(shù)學(xué)模型，利用最小二乘法依次求出鋼水諸成分的傳質(zhì)速率J，并且存入L2數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備以后調(diào)用。
(f) 求出&步長(zhǎng)后鋼液各組元的濃度值，此時(shí)由人機(jī)界面監(jiān)控，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，則該生產(chǎn)過(guò)程結(jié)束。
本發(fā)明利用數(shù)學(xué)模型、最小二乘法以及生產(chǎn)實(shí)際測(cè)出的實(shí)際數(shù)據(jù)依次求出反應(yīng)速度常數(shù)、、鋼液中各組分的活性系數(shù)Fi、渣液向反應(yīng)時(shí)鋼水中各組元的傳質(zhì)系數(shù)Ni、平衡常數(shù)Kco、 Kcr2o3、 Ksio2，其數(shù)學(xué)模型分別為-
氣液界面發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)
40 + 302 ~> 202<93 + Ar4
其中。為各元素摩爾濃度，AJ7i、 △&、 AT3、 A^為反應(yīng)過(guò)程中自由能變化量， 為被分配于j元素反應(yīng)氧所占比例。各元素的質(zhì)量變化表達(dá)式為-^ = —AS
7，>
=—伊她S
淑c, 2
d, 3 印o
其中S為供氧速度，"為吹氧氣量，《為氧氣利用率，E、 F為系數(shù), 貢獻(xiàn)于e。^中c、 si、 Mn的傳質(zhì)速率的計(jì)算模型^為
其中B代表C、 Si、 Mn其中的一個(gè)元素，A、 a表示系數(shù)，i表示反應(yīng)界面， s表示鋼水，《^為平衡常數(shù)，《c、《^為傳質(zhì)系數(shù)，^為鋼水中各個(gè)元素成分的
傳質(zhì)速率。
不銹鋼鋼液中各成分濃度變化率為
『rf6 v —
100Mfl^"二 s
其中&代表C、 Si、 Mn其中的一個(gè)元素反應(yīng)的氧所占的比例，『"為供鋼量， M^代表B元素的分子量，為除了 B元素以外其它元素傳質(zhì)速率的總和。 按本發(fā)明的控制方法，建立鋼液的溫度控制的數(shù)學(xué)模型，其模型為
其中^為反應(yīng)表面單位時(shí)間的直接氧化放熱，G，為單位時(shí)間內(nèi)鋼渣反應(yīng)所供 給的熱量，"r為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)爐渣表面的輻射熱損失，^為氣體帶走的熱量， ^"為爐殼對(duì)環(huán)境散熱，2"為單位時(shí)間內(nèi)加入合金的熔化熱。
當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，上述實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明 本發(fā)明，而并非用作對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)上述實(shí) 施例的變換、變型都將落在本發(fā)明權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種氧氬脫碳轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度和終點(diǎn)碳控制方法，其特征在于，建立終點(diǎn)碳及終點(diǎn)溫度控制數(shù)學(xué)模型，建模分為下列步驟(a)從基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)L1中讀取初始條件下AOD爐中鋼水的C、Mn、Si、Cr、Ni、P化學(xué)成分以及初始爐況的溫度；(b)根據(jù)通過(guò)L1檢測(cè)出的數(shù)據(jù)和生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化L2的數(shù)學(xué)模型，利用最小二乘法依次求出反應(yīng)速度常數(shù)Ki、鋼液中各組分的活性系數(shù)Fi、渣液向反應(yīng)時(shí)鋼水中各組元的傳質(zhì)系數(shù)Ni、平衡常數(shù)Kco、Kcr2o3、Ksio2，根據(jù)此時(shí)的爐況、原料成分、溫度條件因素，將此工況計(jì)算出的Ki、Fi、Ni、Kco、Kcr2o3、Ksio2值寫(xiě)入L2中的數(shù)據(jù)庫(kù)，如果在L2的數(shù)據(jù)庫(kù)中已存有相同或相似工況，則從L2的數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)入，不需要重新計(jì)算；(c)根據(jù)L2中的模型求出反應(yīng)表面單位時(shí)間的直接氧化放熱；(d)根據(jù)爐內(nèi)的熱量衡，求出Δt時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)鋼水溫度變化及鋼水中各個(gè)元素的濃度變化；(e)根據(jù)通過(guò)L1檢測(cè)出的數(shù)據(jù)和L2的數(shù)學(xué)模型，利用最小二乘法依次求出鋼水諸成分的傳質(zhì)速率J，并且存入L2數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備以后調(diào)用；(f)求出Δt步長(zhǎng)后鋼液各組元的濃度值，此時(shí)由人機(jī)界面監(jiān)控，當(dāng)達(dá)到目標(biāo)值時(shí)，則該生產(chǎn)過(guò)程結(jié)束。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氬脫碳轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度和終點(diǎn)碳控制方法，其特征 在于，利用數(shù)學(xué)模型、最小二乘法以及生產(chǎn)實(shí)際測(cè)出的實(shí)際數(shù)據(jù)依次求出反應(yīng)速度 常數(shù)、、鋼液中各組分的活性系數(shù)Fi、渣液向反應(yīng)時(shí)鋼水中各組元的傳質(zhì)系數(shù)Ni、 平衡常數(shù)Kco、 Kcr2o3、 Ksio2，其數(shù)學(xué)模型分別為氣液界面發(fā)生下列化學(xué)反應(yīng)4O + 302 — 20203 +Ar4其中。為各元素摩爾濃度，△、 at2、 a^、 a^為反應(yīng)過(guò)程中自由能變化量，A為被分配于j元素反應(yīng)氧所占比例；各元素的質(zhì)量變化表達(dá)式為救<formula>formula see original document page 3</formula>其中S為供氧速度，"為吹氧氣量，《為氧氣利用率，E、 F為系數(shù);貢獻(xiàn)于^"2^中c、 Si、 Mn的傳質(zhì)速率的計(jì)算模型人為<formula>formula see original document page 3</formula>其中B代表C、 Si、 Mn其中的一個(gè)元素，A、 a表示系數(shù)，i表示反應(yīng)界面，s表示鋼水，^^為平衡常數(shù)，Kc、《o為傳質(zhì)系數(shù)，人為鋼水中各個(gè)元素成分的傳質(zhì)速率；不銹鋼鋼液中各成分濃度變化率為<formula>formula see original document page 3</formula>其中&代表C、 Si、 Mng，的一個(gè)元素反應(yīng)的氧所占的比例，『"為供鋼量，^ 代表B元素的分子量，為除了 B元素以外其它元素傳質(zhì)速率的總和。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氧氬脫碳轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度和終點(diǎn)碳控制方法，其特征在于，建立鋼液的溫度控制的數(shù)學(xué)模型，其模型為其中2'為反應(yīng)表面單位時(shí)間的直接氧化放熱，2，為單位時(shí)間內(nèi)鋼渣反應(yīng)所供 給的熱量，G"為單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)爐渣表面的輻射熱損失，^為氣體帶走的熱量， ^"為爐殼對(duì)環(huán)境散熱，G"為單位時(shí)間內(nèi)加入合金的熔化熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氧氬脫碳轉(zhuǎn)爐終點(diǎn)溫度和終點(diǎn)碳控制方法，建立終點(diǎn)碳及終點(diǎn)溫度控制數(shù)學(xué)模型，達(dá)到了控制的最佳效果。建模步驟為(a)從基礎(chǔ)自動(dòng)化級(jí)中讀取轉(zhuǎn)爐中鋼水的C、Mn、Si、Cr、Ni、P化學(xué)成分以及初始爐況的溫度；(b)根據(jù)數(shù)據(jù)和數(shù)學(xué)模型，利用最小二乘法依次求出反應(yīng)速度常數(shù)Ki、鋼液中各組分的活性系數(shù)Fi、渣液向反應(yīng)時(shí)鋼水中各組元的傳質(zhì)系數(shù)Ni、平衡常數(shù)Kco、Kcr₂o₃、Ksio₂，根據(jù)工況計(jì)算出的各值寫(xiě)入生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化中的數(shù)據(jù)庫(kù)；(c)根據(jù)模型求出反應(yīng)表面單位時(shí)間的直接氧化放熱；(d)根據(jù)爐內(nèi)的熱量衡，求出Δt時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)鋼水溫度變化及鋼水中各個(gè)元素的濃度變化。本發(fā)明提高了爐齡，減少了鉻的吹損，達(dá)到了除碳保鉻的作用。
文檔編號(hào)C21C5/30GK101463408SQ20071017253
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2007年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者平 夏, 冰 徐, 駿 徐, 朱宏飚, 王杭美, 胡潤(rùn)鋒 申請(qǐng)人:上海寶鋼工程技術(shù)有限公司