LF爐精煉過程鋼水溫度預報模型

孫學剛

（新疆八一鋼鐵股份有限公司 第一煉鋼廠，新疆 烏魯木齊 830022）

LF爐具有投資少，功能強的特點，因此近年來被廣泛采用。LF爐主要功能是在非氧化性氣氛下，通過電弧加熱制造高堿度還原渣，并從鋼包底部吹入惰性氣體，強化精煉反應，進行鋼液的脫氧、脫硫、合金化等冶金反應，以凈化鋼液、調(diào)整鋼液溫度和合金成分、促進鋼液溫度和合金成分的均勻化，從而達到生產(chǎn)工藝和鋼種質(zhì)量的要求。

LF爐精煉過程鋼水溫度模型是建立在對LF爐精煉工藝和功能深入理解的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代自動控制技術(shù)，采用先進的算法，開發(fā)出鋼包精煉爐溫度預報模型?？梢杂行У靥岣咦詣踊?，提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度，減少生產(chǎn)成本，并獲得優(yōu)質(zhì)的鋼水。

1 LF溫度模型簡介

LF溫度模型主要有如下功能：根據(jù)鋼液溫度已有的實際測量值與采取的工藝操作，實時推定鋼液的當前溫度和預報未來時刻鋼液的溫度，并根據(jù)所預報的在標準處理時刻鋼液的溫度與目標溫度的差值計算需要的通電量。操作人員根據(jù)模型所提供的信息，可以有效的對處理過程進行控制，減少通電升溫的次數(shù)，提高處理終了溫度的命中率，同時能夠穩(wěn)定操作，縮短處理周期。

為了計算方便，將所有事件的發(fā)生時刻，如加合金與脫硫劑時刻、通電加熱開始結(jié)束時刻轉(zhuǎn)化成相對時間。相對時間即為事件的發(fā)生時間與LF爐處理開始時間的差值，如處理開始時刻即為相對時刻0，處理開始1分鐘為相對時刻1。

2 LF溫度模型的基本構(gòu)成

2.1 溫度模型的基本結(jié)構(gòu)

假定鋼液的溫度隨時間的變化函數(shù)為T(t)，T(t)包括以下幾部分：

TS：溫度的實際測量值或者是由前工序溫度計算出的鋼水的初始溫度；

TNATURAL(t)：自然溫降；

TALLOYS：合金及脫硫劑的加入對鋼液溫度的影響；

THEAT：通電加熱對鋼液溫度的影響；

TLASLEB(t)：鋼包熱狀態(tài)及冷鋼重量對鋼液溫度的影響；

TFW：喂絲對鋼液溫度的影響；

TELSE：其它因素對鋼液溫度的影響，暫時預留；

TSELF：溫度模型中自適應量，暫時預留。

2.2 初始溫度的說明

根據(jù)前工序的不同，初始溫度計算方法如下：

1）當前工序為RH時。鋼水在RH經(jīng)過一段時間的處理，鋼包吸熱基本達到飽和，隨后的溫降較小，也比較均勻，LF處理的初始溫度可用下式計算：

Torigin=Tlast-B×Δt

式中：

Tlast：RH處理最后一個溫度值；

B：前工序為RH時的溫降系數(shù)；

Δt：LF處理開始時間與前工序Tlast測溫時間間隔。

2）當前工序為LD時，初始溫度無論如何計算都不會很準確，采用下式計算：

Torigin=Tlast-A×Δt-C×ln（Δt）

A：前工序為LD時的溫降系數(shù)1；

C：前工序為LD時的溫降系數(shù)2。

根據(jù)實際數(shù)據(jù)回歸求出，或者用AIMT軟件對實際統(tǒng)計的溫度數(shù)據(jù)建模。

2.3 各個子項的具體說明

2.3.1 自然溫降

TNATURAL(t)：對實驗數(shù)據(jù)用AIMT軟件建立數(shù)學模型，通過AIMT軟件可以生成模型用的人工智能算法的子程序及相關(guān)系數(shù)，所生成的子程序與其它函數(shù)式一起進行溫度疊加計算。

2.3.2 合金及脫硫劑對鋼液溫度的影響

1）合金及脫硫劑

雖然合金及脫硫劑的加入是瞬間的，但對鋼液溫度的影響要在其后的1~3分鐘才能完全體現(xiàn)出來。

將加入的合金及脫硫劑對溫度的影響平均分配到加入時刻之后的3分鐘時間里。

其補正公式為：T(t)=T(t0)+ΔTALLOYS(t-t0)/3

式中：

t0：加入合金的時刻；

T(t)：t時刻鋼液的溫度（t0+1≤t≤t0+3）；

T(t0)：t0時刻鋼液的溫度；

ΔTALLOYS：加入合金及脫硫劑對鋼液溫度的影響。

若一次加入合金及脫硫劑大于3噸，則將加入的合金對鋼液溫度的影響平均分配到加入合金的4分鐘時間里，計算公式同上。

合金進入鋼液，鋼液的總重量增加，因此應將合金的重量考慮在內(nèi)。

2）合金及脫硫劑的溫降系數(shù)

合金與脫硫劑溫降系數(shù)如表1所示。

表1 合金的溫降系數(shù)

2.3.3 通電加熱對溫度的影響

正常情況下計算通電加熱對鋼水溫度的影響，應根據(jù)電弧的有功功率與通電時間，計算鋼水的溫度隨時間的變化。但是三相電弧加熱由于受許多因素的影響，有功功率波動較大，上述的計算會帶來較大的誤差。本方法由過程記錄的周期信息中的累計耗電量，確定每一分鐘消耗的電量，從而計算出通電加熱對溫度的影響。單位電量使鋼水溫度的改變量見下表。

表2 單位電量使鋼水溫度的改變量

表2中的熱效率系數(shù)是根據(jù)實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)回歸求出。

2.3.4 鋼包熱狀態(tài)和冷鋼重量對溫度的影響

自然溫降中包括因鋼包及包底冷鋼的吸熱引起的鋼水溫度下降，但是自然溫降是建立在鋼包狀態(tài)出現(xiàn)概率最高的良好狀態(tài)，對于與自然溫降建立時不同的鋼包狀態(tài)，應對鋼水溫度進行補正。按照上一爐澆注結(jié)束至本爐出鋼開始時間的長短，將鋼包狀態(tài)分成六級（1、2、3、4、5、6）；根據(jù)包底冷鋼重量的多少，將包底冷鋼對溫度的影響分成五級（A、B、C、D、E）。鋼包狀態(tài)及包底冷鋼的每一個級別在計算溫降時都有相應的溫度補正標準，見表3。鋼包狀態(tài)及包底冷鋼的分級標準見表3。

表3 鋼包狀態(tài)和包底冷鋼的溫度補正標準

1）包底冷鋼的具體補正方法

LF爐通過吹氬攪拌促使鋼液成分、溫度均勻，LF爐處理開始即開始吹氬攪拌，因此包底冷鋼對處理過程溫降的影響應從第1分鐘計算，直至循環(huán)均勻。假定循環(huán)均勻需要3分鐘，并且包底冷鋼的溫度補正量平均分配到3分鐘上，則其對溫降的影響公式如下：

T(t)=T(0)+TB1×t/3（1≤t≤3）

T(t)：t時刻鋼液的溫度；

T(0)：處理開始時刻鋼液的溫度；

TB1：溫度補正量。

2）鋼包狀態(tài)的具體補正方法

LF爐處理時，鋼水已在鋼包中停留了較長的一段時間，可以認為，LF處理過程中，鋼包的吸熱比較平穩(wěn)?？偟恼f來，鋼包狀態(tài)比較好時，對處理過程中溫降影響較少。假定鋼包吸熱主要發(fā)生在前10分鐘，補正公式如下：

T(t)=T(0)+TB2×t/10（t≤10）

T(t)：t時刻鋼液的溫度；

T(0)：處理開始時刻鋼液的溫度；

TB2：溫度補正量。

2.3.5 喂絲對溫度的影響

喂絲一般持續(xù)2~4分鐘，可在喂絲結(jié)束根據(jù)喂絲量和絲線種類計算喂絲引起的總的溫降，并將這一溫降平均分配到喂絲所持續(xù)的這一段時間內(nèi)。各種絲線的溫降系數(shù)如下表所示。

表4 各種絲線的溫降系數(shù)

2.3.6 無吹氬攪拌時對自然溫降的修正

自然溫降是在有吹氬攪拌的狀態(tài)下求出的，而在LF爐的整個處理周期內(nèi)，某些時段沒有吹氬攪拌，在沒有吹氬攪拌時，鋼水散熱減慢，必須對自然溫降進行修正，沒有吹氬攪拌這段時間的自然溫降乘一修正系數(shù)。

2.4 計算達到目標溫度需要的通電量

如果溫度模型所預報的在標準處理時刻鋼液的溫度與目標溫度的差值小于0，則計算需要的通電量，公式如下：

ΔT=TNT-TAIM

TNT：所預報的在標準處理時刻鋼液的溫度；

TAIM：目標溫度；

ΔT：溫度差。

當ΔT＜0時，則需計算需要的通電量。

Q=ΔT/DHEAT/COEHEAT×WSTEEL

Q：需要的通電量（單位：kwh）；

WSTEEL：鋼液重量（單位：kwh）；

DHEAT、COEHEAT的值同表 2。

2.6 LF溫度模型啟動方式

1）事件啟動方式

當以下事件發(fā)生時，模型自動啟動進行計算，成功完成計算后，模型畫面顯示計算輸出信息與部分輸出信息，并繪制溫度預報曲線。

表5 模型啟動方式

3 結(jié)語

LF爐鋼水溫度預報模型主要應用于LF精煉過程中快速、準確地預報鋼水溫度，與精煉鋼水成分預報模型、脫硫模型、吹氬攪拌模型構(gòu)成了LF爐精煉過程控制模型，是實行LF爐精煉過程自動化控制地重要基礎(chǔ)。

［1］李晶.鋼包精煉過程中鋼水成分微調(diào)及溫度預報[J].鋼鐵研究學報，1999,11（2）：6-8.

［2］傅杰.發(fā)展我國鋼的二次精煉技術(shù)的建議[J].特殊鋼，1999,20（增刊）：23-25.