[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

本發明公開了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，本發明以電弧爐煉鋼過程主要元素氧化反應行為的原理為基礎，結合熔池攪拌的動力學條件，對電弧爐熔池區域進行劃分，使用循環運算的方法對熔池主要成分的含量進行計算，為電弧爐煉鋼過程成分的實時預報提供了一個理論的直接方法。

技術領域

本發明屬于電弧爐煉鋼領域，特別涉及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。

背景技術

電弧爐煉鋼的過程中，要根據熔池的元素成分來對鋼液進行成分、溫度的調整以達到出鋼要求。實際鋼鐵企業生產過程中，這種對熔池成分的控制是根據工人的經驗判斷結合終點控制來實現的，不直觀。由于電弧爐煉鋼流程短、節奏快，通常忽視過程成分控制，同時缺乏一個冶煉過程中成分預判的直觀方法作為支撐。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供一種可以在電弧爐煉鋼過程中實時計算成分變化的預報模型。

為了實現上述技術目的，本發明的技術方案是，

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，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

[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：