CN102277468A - Lf精炼炉钢水温度实时测报方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种LF精炼炉钢水温度实时测报方法，属于LF精炼炉钢水测温技术领域。该方法利用现有LF精炼炉计算系统读取钢水重量和炉次处理时的现有参数，并定时测量钢水的测量温度，炉次处理开始时，先实时计算钢水自然温降系数，再按设定间隔时间实时计算钢水在非测温时间段的计算温度；或者在第二次测温以后，先计算钢水的自然温降补偿系数，再实时计算每次测温时刻的计算温度，分别以非测温时间段的计算温度和测量温度或每次测温前一次的计算温度作为实时测报钢水温度并输出到现有LF精炼炉计算系统。该方法由于动态计算自然温降系数，而且进一步引入自然温降补偿系数以弥补钢水自然温降系数的偏差，从而相比现有技术可以获得更精确的实时钢水温度。

Description

LF精炼炉钢水温度实时测报方法

技术领域

本发明涉及一种对LF精炼炉内钢水温度进行实时测报的方法，属于LF精炼炉钢水测温技术领域。

背景技术

在炼钢LF(ladle furnace)精炼炉加热处理过程中，对电极加热的控制主要体现在钢水的温度控制，通过实时获取的钢水温度可以计算出到达目标温度所需的电耗，根据电耗得到在当前加热档位下使钢水到达目标温度所需要的电极加热时间，经计算机控制PLC调整电极加热时间，从而防止钢水温度过高或过低。为了在加热过程中实时了解钢水温度，一般采用测温探头来测量钢水的温度，由于测温探头只能用一次，因此势必要使用多个测温探头以实现测量钢水温度。但测温探头较贵(价格至少100多元/个)，造成生产成本较高。为此业界大多利用计算机实时计算钢水的温度，其方法一般是：先获取钢水的初始温度，在处理开始后实时监控影响钢水温度变化的各个因素，并根据各个因素的数据变化，计算出各自吸/放热的温度，从而推算出当前钢水的温度。但由于处理过程中影响钢水温度变化的因素也比较多，如：底吹氩吸热、化渣吸热、合金加入后吸/放热、加热升温、钢水的自然温降、钢包自身的状态等；而现有计算机实时计算钢水温度的方法往往不能全面考虑影响钢水温度变化的各种因素，因此的实时得出的钢水温度准确性较差，精度不高。

近几年来，国内的一些工厂、大学和科研院所也竞相开展了有关LF精炼炉钢水温度计算测报的研究工作，但所开发的钢水温度计算测报方法得到的温度与实际温度偏差较大，实时测报结果不太理想，难以为生产现场所采用。相关文献有：一、武拥军、姜周华、姜茂发、龚伟、战东平所写的《LF炉精炼过程钢水温度预报模型》(中国分类号：TF7692文献标识码：A文章编号：10010963(2002)02000904)，该文献以钢水和炉渣为研究体系，通过对LF炉精炼过程中能量收入和损失的系统分析，根据体系的能量平衡规律推导出LF炉精炼过程钢水的升温速率数学模型，其中包壁的传热(包括侧壁和包底)分别采用圆柱坐标下和直角坐标下的一维非稳态导热微分方程及其初始条件和第三类边界条件来描述，用有限差分方法求解，并编制成计算机模型，用于精炼过程钢水温度预报；二、王安娜，陶子玉，姜茂发，田慧欣，张丽娜所写的《基于PSO和BP网络的LF炉钢水温度智能预测》(中图分类号：TP206文献标识码：A)，该文献研究将粒子群优化算法与BP神经网络相结合，建立新的钢水终点温度预报模型.确定加热功率、初始温度、精炼时间等8个影响钢水终点温度的主要因素作为神经网络的输入量，用粒子群优化算法优化神经网络参数，改善神经网络温度预测模型的收敛性能。以上两篇文献都没有考虑到在钢水处理过程中钢包自身吸热导致钢水通过钢包向外界扩散温度的系数(称为自然温降系数)随时间而变化的因素，采用了固定自然温降系数来计算，而钢包温度与钢包温度达到平衡之前自然温降系数是一个变化的值，故导致计算测报得到的钢水温度与实际温度之间的温度偏差比较大，命中率一般为偏差在±5度范围内80％，难以用于对电极加热时间的控制。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提出一种在LF炉精炼处理过程中能够高准确性地实时测报钢水温度的方法，从而在减少测温探头消耗的同时又能对电极加热时间进行更精确的控制。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种LF精炼炉钢水温度实时测报方法，包括以下步骤：

1)利用现有LF精炼炉计算系统读取炉次处理的钢水重量G_钢水并

实时读取以下步骤所需的炉次处理现有参数，同时由操作人员间隔测量钢水温度得到每次测量的测量温度T_测量并输入现有LF精炼炉计算系统，所述炉次处理现有参数是：

t_平衡---钢水和钢包之间温度达到平衡所需的时间，

t_处理---从炉次处理开始到当前的时间间隔，

t_间隔---最近两次测温之间的时间间隔，

t₁---在最近一次对钢水测温以后所累计的时间，

t_吹氩---在最近一次对钢水测温以后所累计的底吹氩的时间，

W_有功---在最近一次对钢水测温以后电极加热过程中所消耗的累计有功电耗，

G_al、G_si、G_c、G_mn、G_cr、G_alloy(kg)---在最近一次对钢水测温以后加入铝合金、硅合金、碳线、锰合金、铬合金和其它合金的累计重量，

(℃/kg/t)---分别是加入每千克铝合金、硅合金、碳线、锰合金、铬合金和其它合金使吨钢温度改变的系数，

λ_加热---电极加热的加热效率，

γ_吹氩---吹氩温降系数，

α、β-----中间系数；

2)在炉次处理开始时，按下式实时计算钢水的自然温降系数γ_自然，当t_处理＜＝t_平衡时，γ_自然＝γ_max-γ_平衡×t_处理/t_平衡，当t_处理＞t_平衡时，γ_自然＝γ_平衡，

γ_max---钢水的最大自然温降系数，

γ_平衡---当钢包和钢水温度达到平衡时钢水的平衡自然温降系数；

3)按设定间隔时间使用下式实时计算钢水在每次测温后的第一计 算温度T₁，

以所述第一计算温度T₁和测量温度T_测量作为实时测报钢水温度并实时输出。

上述技术方案的改进是：所述第3)步骤以第二次测温时间点为界，在第二次测温前，实时计算钢水的_{第一计算温度}T₁；在第二次测 温后，按下式实时计算钢水的第二计算温度T₂，

γ_补偿---钢水的自然温降补偿系数，按下式计算

γ_补偿＝(T-T_测量)×t_间隔，

T---每次测温前一次的计算温度，其中，第二次测温前的计算温 度T是第二次测温前一次的第一计算温度T₁，第二次测温后的计算温 度T是新一次测温前一次的第二计算温度T₂；

以所述第一计算温度T₁和第二计算温度T₂作为实时测报钢水温 度并实时输出。

本发明的LF精炼炉钢水温度实时测报方法在实时测报钢水温度过程中，不仅考虑了每次测温所得不同测量温度T_测量数值的输入，而且实时追踪并输入钢水温度达到平衡之前自然温降系数的动态数值，相比现有LF精炼炉钢水温度测报过程只采用一次钢水初始测温的测量温 度和一个固定自然温降系数，可以降低实时测报钢水温度与实际钢水温度之间的偏差，从而获得更准确的实时测报钢水温度。不仅如此，本发明的方法还进一步考虑了在实际炉次处理过程中，往往钢包使用次数等因素影响着钢水自然温降系数，并使计算得到的钢水自然温降 系数存在一定的偏差；通过创造性地引入自然温降补偿系数来弥补实时计算中钢水自然温降系数的偏差，实现实时调节补偿自然温降系数γ_自然，从而缩小实时测报钢水温度与实际钢水温度之间的偏差及获得更精确的实时测报钢水温度，进而有利于对电极加热时间的控制。

需要说明的是，本发明的方法不仅含有算式计算的过程，而且在现有计算过程的基础上，加入动态参数及对参数的动态控制过程，并与人为测量形成互动，从而形成脱离一般计算的可控钢水温度实时测报过程。

附图说明

下面结合附图对本发明的LF精炼炉钢水温度实时测报方法作进一步说明。

图1是本发明实施例一的LF精炼炉钢水温度实时测报方法的流程图。

图2是本发明实施例二的LF精炼炉钢水温度实时测报方法的流程图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的LF精炼炉钢水温度实时测报方法，其流程如图1所示，包括以下步骤：

1)利用现有LF精炼炉计算系统读取炉次处理的钢水重量G_钢水(吨/t)并实时读取以下步骤所需的炉次处理现有参数，同时由操作人员间隔(可以定时也可以不定时)测量钢水温度得到每次测量的测量温 度T_测量(℃)并输入现有LF精炼炉计算系统，炉次处理现有参数是：

t_平衡(min)---钢水和钢包之间温度达到平衡所需的时间(经验值)，

t_处理(min)---从炉次处理开始到当前的时间间隔(由现有LF精炼炉计算系统实时读取，随着时间的推移一直在增加，直到处理结束才停止计时)，

t_间隔(min)---最近两次测温之间的时间间隔(由现有LF精炼炉计算系统实时读取)，

t₁(min)---在最近一次对钢水测温以后所累计的时间(由现有LF精炼炉计算系统实时读取)，

t_吹氩(min)---在最近一次对钢水测温以后所累计的底吹氩的时间(由现有LF精炼炉计算系统实时读取)，

W_有功(Kwh)---在最近一次对钢水测温以后电极加热过程中所消耗的累计有功电耗(由现有LF精炼炉计算系统实时读取)，

G_al、G_si、G_c、G_mn、G_cr、G_alloy(kg)---在最近一次对钢水测温以后加入铝合金、硅合金、碳线、锰合金、铬合金和其它合金的累计重量(由现有LF精炼炉计算系统实时读取)，

(℃/kg/t)---分别为加入每千克铝合金、硅合金、碳线、锰合金、铬合金和其它合金使吨钢温度改变的系数(经验值)，本实施例的取值如下表：

λ_加热(℃/Kwh/t)---电极加热的加热效率(固定值)，

γ_吹氩(℃/min/t)---吹氩温降系数(经验值)，本实施例的取值是2.1(℃/min/t)，

α、β-----在对历史数据进行分析过程中通过反馈计算得出的中间系数(经验值)，本实施例的α取值是0.225，β取值是0.9823。

2)在炉次处理开始时，按下式实时计算钢水的自然温降系数γ_自然，当t_处理＜＝t_平衡时，γ_自然＝γ_max-γ_平衡×t_处理/t_平衡，当t_处理＞t_平衡时，γ_自然＝γ_平衡，其中：

γ_max(℃/min)---钢水的最大自然温降系数(经验值)，

γ_平衡(℃/min)---当钢包和钢水温度达到平衡时钢水的平衡自然 温降系数(经验值)。

由于钢包温度比钢水温度低几百摄氏度，因此钢包需要吸收钢水的一部分热量来使两者之间的温度达到一个平衡，并稳定的向外界扩散温度，在这个平衡过程中钢水的自然温降系数γ_自然是从一个不固定的值变为一个固定值，即自然温降系数γ_自然是实时变化的。在计算过程中，以炉次处理开始时钢水的自然温降系数γ_自然为钢水的最大自然 温降系数γ_max，以钢包和钢水温度达到平衡后钢水的自然温降系数γ_自然为钢水的平衡自然温降系数γ_平衡，最大自然温降系数γ_max和平衡 自然温降系数γ_平衡均是经验值。随着时间的推移，分成两种情况：一、当t_处理＜＝t_平衡时，自然温降系数γ_自然根据上式计算；二、当t_处理＞t_平衡时，则采用平衡自然温降系数γ_平衡作为自然温降系数γ_自然。

3)按设定间隔时间使用下式实时计算钢水在每次测温后的第一计 算温度T₁，本实施例设定间隔时间是10秒，

以所述第一计算温度T₁和测量温度T_测量作为实时测报钢水温度并实时输出。

以上计算过程可以利用现有LF精炼炉计算系统完成。

显然，本实施例第3)步骤的设定间隔时间可以是其他时间数值。

实施例二

本实施例的LF精炼炉钢水温度实时测报方法是在实施例一基础上的改进，其流程如图2所示，除与实施例一相同以外所不同的是：所述第3)步骤以第二次测温时间点为界，在第二次测温前，实时计算钢水的第一计算温度T₁；在第二次测温后，按下式实时计算钢水的第 二计算温度T₂，

γ_补偿---钢水的自然温降补偿系数，按下式计算

γ_补偿＝(T-T_测量)×t_间隔，

T---每次测温前一次的计算温度，其中，第二次测温前的计算温 度T是T₁之一(即第二次测温前一次的第一计算温度T₁)，第二次测 温后的计算温度T是T₂之一(即新一次测温前一次的第二计算温度T₂)；

以所述第一计算温度T₁和第二计算温度T₂作为实时测报钢水温 度并实时输出。

以上计算过程可以利用现有LF精炼炉计算系统完成。

在实际炉次处理过程中，往往钢包使用次数等因素影响着钢水的自然温降系数γ_自然，所以利用上述算式得到的钢水自然温降系数γ_自然也存在一定的偏差，为了在实际计算中弥补这部分偏差，创造性地人为引入自然温降补偿系数γ_补偿来弥补钢水自然温降系数γ_自然的偏差。在初始测温以后的每次测温(不包括初始测温)时，实时比较每次测 温前一次的计算温度T与测量温度T_测量之间的偏差值，实时计算出最近两次测温时间间隔内单位时间偏差量，并将该偏差量与自然温降系数相加，从而可以实时调节补偿自然温降系数γ_自然，进而缩小实时测 报钢水温度与实际钢水温度之间的偏差及提高对钢水温度实时测报的精确度。

经申请人内部实践证明，使用本实施例的LF精炼炉钢水温度实时测报方法得到的实时测报钢水温度与实际钢水温度之间偏差在±5度范围内从80％提高到了90％。而且进一步再根据实时测报钢水温度控制电极加热时间，有效提高了电极加热时间的控制精度。

本发明的LF精炼炉钢水温度实时测报方法不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种LF精炼炉钢水温度实时测报方法，其特征在于包括以下步骤：

1)利用现有LF精炼炉计算系统读取炉次处理的钢水重量G_钢水并实时读取以下步骤所需的炉次处理现有参数，同时由操作人员间隔测量钢水温度得到每次测量的测量温度T_测量并输入现有LF精炼炉计算系统，所述炉次处理现有参数是：

t_平衡---钢水和钢包之间温度达到平衡所需的时间，

t_处理---从炉次处理开始到当前的时间间隔，

t_间隔---最近两次测温之间的时间间隔，

t₁---在最近一次对钢水测温以后所累计的时间，

t_吹氩---在最近一次对钢水测温以后所累计的底吹氩的时间，

W_有功---在最近一次对钢水测温以后电极加热过程中所消耗的累计有功电耗，

G_al、G_si、G_c、G_mn、G_cr、G_alloy(kg)---在最近一次对钢水测温以后加入铝合金、硅合金、碳线、锰合金、铬合金和其它合金的累计重量，

(℃/kg/t)---分别是加入每千克铝合金、硅合金、碳线、锰合金、铬合金和其它合金使吨钢温度改变的系数，

λ_加热---电极加热的加热效率，

γ_吹氩---吹氩温降系数，

α、β-----中间系数；

2)在炉次处理开始时，按下式实时计算钢水的自然温降系数γ_自然，当t_处理＜＝t_平衡时，γ_自然＝γ_max-γ_平衡×t_处理/t_平衡，当t_处理＞t_平衡时，γ_自然＝γ_平衡，

γ_max---钢水的最大自然温降系数，

γ_平衡---当钢包和钢水温度达到平衡时钢水的平衡自然温降系数；

3)在每次测温后按设定间隔时间使用下式实时计算钢水的第一计算温度T₁，

以所述第一计算温度T₁和测量温度T_测量作为实时测报钢水温度并实时输出。

2.根据权利要求1所述LF精炼炉钢水温度实时测报方法，其特征在于：所述第3)步骤以第二次测温时间点为界，在第二次测温前，实时计算钢水的第一计算温度T₁；在第二次测温后，按下式实时计算钢水的第二计算温度T₂，

γ_补偿---钢水的自然温降补偿系数，按下式计算

γ_补偿＝(T-T_测量)×t_间隔，

T---每次测温前一次的计算温度，其中，第二次测温前的计算温度T是第二次测温前一次的第一计算温度T₁，第二次测温后的计算温度T是新一次测温前一次的第二计算温度T₂；

以所述第一计算温度T₁和第二计算温度T₂作为实时测报钢水温度并实时输出。

3.根据权利要求2所述LF精炼炉钢水温度实时测报方法，其特征在于：所述t_平衡、

γ_吹氩、α、β、γ_max和γ_平衡均是经验值，所述λ_加热是固定值，所述t_处理、t_间隔、t₁、t_吹氩、W_有功、G_al、G_si、G_c、G_mn、G_cr和G_alloy均由现有LF精炼炉计算系统实时读取。

4.根据权利要求1-3之任一所述LF精炼炉钢水温度实时测报方法，其特征在于：所述第3)步骤的设定间隔时间是10秒，所述

和

分别是-2.5℃/kg/t、-0.1℃/kg/t、3.5℃/kg/t、2℃/kg/t、3℃/kg/t和2.5℃/kg/t，所述γ_吹氩是2.1℃/min/t，所述α是0.225，所述β是0.9823。

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