[發明專利]一種基于機理模型的電弧爐冶煉過程成分實時預報的方法

有效

• 申請號: 201710822977.5
• 申請日: 2017-09-13
• 公開（公告）號: CN107633124B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 楊凌志;朱榮;姜濤;李光輝;郭宇峰;王柏惠;范曉慧;黃柱成;楊永斌;張元波;李騫;陳許玲;朱忠平;彭志偉;徐斌;饒明軍;甘敏;易凌云;王超;謝鑫
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/18;G06F119/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 歐陽迪奇

1.一種基于機理模型的電弧爐冶煉過程成分實時預報的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：輸入初始入爐金屬料量與成分、爐渣量與成分；作為模型的初始計算條件；其中入爐金屬料成分包括C、Si、Mn、Fe，爐渣成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、MnO、FeO、Fe₂O₃；

步驟二：用非標準態選擇性氧化模型對輸入的初始入爐金屬料量與成分、爐渣量與成分進行計算，得到元素氧化反應的非標準態吉布斯自由能，非標準態選擇性氧化模型為：

ΔG＝ΔG^Θ+RTlnJ

其中ΔG是反應的非標準態吉布斯自由能變化量，ΔG^Θ為標準態吉布斯自由能變化量，R是熱力學常數，R＝8.314J/(mol·K)，T為反應溫度，J為活度商；

步驟三：將電弧爐內分為鋼液流動的A區和完全混勻的B區，A區與B區進行物質交換；其中B區內包括單位時間內流失的元素氧化生成的氧化物的C區，和單位時間內B區流向A區的物質交換量的D區；A區內包括單位時間內A區對B區的物質補充量的C’區，和單位時間內A區流向B區的物質交換量D’區；

則針對B區有如下反應：

[O]+[C]＝CO

2[O]+[Si]＝(SiO₂)

[O]+[Mn]＝(MnO)

[O]+[Fe]＝(FeO)

步驟四：B區成分每個周期減少量為n_Δm，則B區成分每個周期減少量n_Δm有如下對應關系：

其中m代表當反應ΔG最小時C、Si、Mn、Fe中的一種元素；且途中各區域物質的量的對應關系有C＝n_Δm，C’＝C，D＝B×k，D’＝D；

則計算區域C’、D’的成分如下：

其中，為組分i在A區中的物質的量，k為鋼液流動系數；

步驟五、計算下一周期A、B的初始值A’、B’如下：

步驟六：根據步驟二，爐渣成分MnO、SiO₂、FeO變化量表示如下：

若冶煉過程加入含有相應爐渣成分的輔料，則輔料直接進入爐渣不參與反應計算，該元素相應的氧化物增加n_Δm。

2.根據權利要求1所述的一種基于機理模型的電弧爐冶煉過程成分實時預報的方法，其特征在于，所述的步驟二包括以下計算過程：

步驟1、計算氧化反應在標準態下的吉布斯自由能改變量ΔG^Θ：

ΔG^Θ＝U+VT

其中T為溫度；U、V為線性方程系數，根據現有氧化反應資料得到；

步驟2、計算成分的摩爾分數x：任取一種金屬料或爐渣，設為組分H，則組分H的摩爾分數x_H為

其中n_H表示組分H的物質的量，n_i表示任一組分i的物質的量，m_H表示組分H的質量，m_i表示任一組分i的質量，M_H表示組分H的相對分子質量，M_i表示任一組分i的相對分子質量；

步驟3、計算成分的活度a：有

a_i＝x_if_i

則

其中f為活度系數，f_i為相應組分i的活度系數，e為相互作用系數，表示物質i對自身的相互作用系數，表示物質j對物質i的相互作用系數；

步驟4、計算化學反應的活度商J，則對于電弧爐內四個主要氧化反應：

[C]+[O]＝CO、1/2[Si]+[O]＝1/2(SiO₂)、[Mn]+[O]＝(MnO)、[Fe]+[O]＝FeO

有：

步驟5、計算主要氧化反應的非標準態吉布斯自由能改變量ΔG：

其中i＝C、Si、Mn、Fe。