基于爐氣分析的轉(zhuǎn)爐動態(tài)預(yù)測模型.pdf

1、當(dāng)今，頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐煉鋼法是世界煉鋼法的主流，轉(zhuǎn)爐鋼產(chǎn)量占世界鋼產(chǎn)量的70％以上。在轉(zhuǎn)爐控制方面，應(yīng)用質(zhì)譜儀對轉(zhuǎn)爐爐氣成分進(jìn)行在線檢測，從而利用爐氣分析模型對吹煉過程進(jìn)行實(shí)時預(yù)報(bào)及終點(diǎn)預(yù)測技術(shù)迅速發(fā)展，且以其分析快速、成本低廉、使用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，滿足了現(xiàn)代冶金工業(yè)節(jié)能、高效、長壽的發(fā)展要求，大有取代副槍的趨勢。 鑒于此，本文應(yīng)用冶金熱力學(xué)、動力學(xué)及傳輸原理等相關(guān)知識，從機(jī)理方面深入探討頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐吹煉過程，對熔池中各組元的氧化機(jī)理及

2、其限制環(huán)節(jié)分別進(jìn)行了討論，同時結(jié)合質(zhì)譜儀測得的爐氣成分?jǐn)?shù)據(jù)，建立了描述轉(zhuǎn)爐吹煉過程的動態(tài)預(yù)測數(shù)學(xué)模型。開發(fā)出熔池碳含量過程預(yù)測的碳積分模型和終點(diǎn)碳含量預(yù)測模型；熔池溫度預(yù)測模型；熔池中各組元氧化的氧分配比模型；爐內(nèi)氧積累量模型及據(jù)此而進(jìn)行的有關(guān)爐渣的預(yù)測等。 本文在分析爐氣成分變化與特殊爐況關(guān)系的基礎(chǔ)上，應(yīng)用建立的數(shù)學(xué)模型，對吹煉過程中熔池、爐渣各組元及溫度的變化進(jìn)行模擬計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場檢測結(jié)果進(jìn)行比較，得到如下結(jié)論。

3、 (1)爐渣返干時，爐氣中CO摩爾含量上升，CO<,2>下降；爐渣噴濺時，CO摩爾含量突降，CO<,2>微升；出現(xiàn)設(shè)備漏水時，H2摩爾含量突升。這些均可作為現(xiàn)場操作的預(yù)警信號。 (2)基于物料平衡原理，建立了對吹煉過程熔池碳含量的變化進(jìn)行動態(tài)預(yù)測的碳積分模型。為準(zhǔn)確獲得終點(diǎn)碳含量，在吹煉末期脫碳速率小于2.0kg/s時，根據(jù)不同的槍位需切換不同的終點(diǎn)碳含量預(yù)測模型。且基于碳氧積原理，分別對吹煉末期的熔池中碳和氧含量關(guān)系進(jìn)行

4、數(shù)值擬合，對1860組數(shù)據(jù)擬合的結(jié)果為w[O]=2141.23125exp(-w[C]/3.61925)+102.76371對連續(xù)爐次的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，結(jié)果為w[O]=2363.32607exp(-w[C]/0.0379813)+47.71654從對比的結(jié)果得出：由于冶煉相同鋼種的吹煉模式相似，終點(diǎn)碳氧關(guān)系便更為密切。在準(zhǔn)確預(yù)測碳含量的基礎(chǔ)上，氧含量也可由碳氧函數(shù)關(guān)系準(zhǔn)確得到。 (3)基于反應(yīng)平衡和熱平衡原理，建立了吹煉過程及終點(diǎn)

5、的熔池溫度動態(tài)預(yù)測模型。熔池溫度是碳含量和CO分壓的函數(shù)，脫碳速率的穩(wěn)定性對溫度的預(yù)測至關(guān)重要。分別驗(yàn)證了吹煉10、11、12min時切換終點(diǎn)溫度預(yù)測模型(熱平衡原理)的效果。對比確定11min時切換終點(diǎn)溫度預(yù)測模型效果最佳。 (4)在碳含量和溫度都可預(yù)測的情況下，建立基于熱力學(xué)和動力學(xué)的氧分配比模型，對熔池中各組元的變化進(jìn)行動態(tài)預(yù)測。模型的計(jì)算結(jié)果與檢測結(jié)果的對比得出： ①只要初始濃度不成數(shù)量級差別，在吹煉前期硅的氧分

6、配比最大，隨吹煉的進(jìn)行而降低，但在后期稍有上升；錳的氧分配比開始保持最低，隨著吹煉的進(jìn)行而上升；磷的氧分配比開始較低，隨著吹煉的進(jìn)行，脫硅反應(yīng)的結(jié)束而逐漸增大。三者最終的氧分配比大小取決于各自的反應(yīng)平衡條件。 ②各組元的初始濃度只改變各自氧分配比曲線的相對位置，不改變曲線的趨勢。 ③溫度的變化直接影響反應(yīng)平衡常數(shù)，由反應(yīng)平衡常數(shù)的變化間接影響氧分配比模型的計(jì)算結(jié)果。從計(jì)算結(jié)果來看，溫度對氧分配比的作用沒有初始濃度的作用顯