CN103388054B - 一种在线控制lf精炼过程钢水温度的系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种在线控制LF精炼过程钢水温度的系统及方法，属于冶金过程的生产与控制技术领域，系统：包括信息采集模块、加热判断模块、电极加热升温模块、钢包包衬散热模块、添加合金判断模块、合金热效应模块、添加渣料判断模块、渣料热效应模块、氩气吹开渣层判断模块、钢水辐射散热模块、氩气吸热模块、渣层散热模块、温度计算模块、温度校正判断模块、温度校正模块、温度预报模块、温度控制模块。方法：在线控制LF精炼过程钢水温度是通过计算LF精炼过程的加热升温和散热降温过程所引起的钢水温度变化量后，获得钢水的实时温度，并通过调节加热时间控制加热过程，使钢水的实时温度达到钢水的目标温度，且控制在LF精炼现场允许的控制精度范围内。

Description

一种在线控制LF精炼过程钢水温度的系统及方法

技术领域

本发明属于冶金过程的生产与控制技术领域，具体涉及一种在线控制LF精炼过程钢水温度的系统及方法。

背景技术

LF（LADLE FURNACE）钢包精炼炉，是各大钢厂常用的精炼设备，其在初炼炉与连铸工位之间起到了很好的调整生产节奏的作用，并具备调节钢水温度，强化脱硫，白渣精炼，合金微调四大独特的冶金功能。LF精炼炉是转炉出钢以后唯一能提高钢水温度的精炼工位，而钢水温度又是影响连铸过程的顺行与成品质量的关键因素，因此很多冶金工作者对LF精炼过程的温度预报进行了研究。

目前现场实际生产中，操作工都是通过一次性热电偶来获取LF精炼过程的钢水温度，由于LF精炼过程周期较长，而且对温度的控制又是主要任务，所以在一个冶炼周期内都会测几次温度，这样不仅增加了生产成本，而且只能获取该时刻的温度，由于现场因素较为复杂，这样并不利于精确控制LF的出站温度。

建立LF精炼过程温度预报模型的方法，主要包括机理模型，统计回归模型和神经元网络模型三种方法。

上述三种方法中，统计回归模型主要就是通过大量历史数据来总结预报值与相关已知条件之间的关系，这种方式稳定性较差，LF精炼过程影响钢水温度的因素又比较多，所以该种方法并不适用；而神经元网络模型学习迭代次数较多，时间较长，不利于现场的实际应用；机理模型是通过尽可能准确的数学方程来控制过程机理，并通过不同的初始条件和边界条件来求解机理方程，最终建立LF精炼过程的钢水温度预报模型。现有技术中有一些LF精炼过程的钢水温度预报模型，例如：宝钢一炼钢厂300t钢包钢水温度预报模型[D]，镇江江苏大学，2005；LF炉精炼过程钢水温度预报技术[J]，东北大学学报，2002,23（3）：247-250；基于AdaBoost混合模型的LF炉钢水终点软测量[J]，仪器仪表学报，2008，29（3）：662-667；这些模型均存在所述问题。

目前冶金学者对该部分内容的研究也很多，大多都局限在离线模型的阶段，很少有能够实现在线预报并指导现场生产的温度模型。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种在线控制LF精炼过程钢水温度的系统及方法。

本发明的技术方案一种在线控制LF精炼过程钢水温度的系统，包括：

信息采集模块：用来采集LF精炼过程中对应钢种、炉号、钢水重量、渣层厚度、渣层表面积、现场合金的添加量、合金的入炉温度、现场渣料的添加量、渣料的入炉温度、临界氩量、实时底吹氩量、电极的电流值、电极的电压值、电极加热档位、电极加热效率、精炼起始时间、精炼时间、环境温度、吹入氩气的初始温度、吹开渣层钢水裸露面积、根据现场工艺要求设定的加热时间、钢水目标温度、钢水初始温度及现场测得的钢水温度；

加热判断模块：根据信息采集模块采集到的电极的电流值，判断钢水是否正在加热，若电极的电流大于0时，则钢水正在加热，此时传递指令给电极加热升温模块，若电极的电流为0则钢水不在加热，此时传递指令给温度计算模块；

电极加热升温模块：根据信息采集模块采集到的钢水重量、钢水初始温度、根据现场工艺要求设定的加热时间和电极加热效率，计算电极的各加热档位加热到钢水目标温度所需要的时间，将加热到钢水目标温度所需时间小于根据现场工艺要求设定的加热时间的各档位进行排序，控制电极调整到该排序中最高的加热档位进行加热，并计算现场电极加热过程引起的钢水温度的变化量；

钢包包衬散热模块：根据信息采集模块采集到的精炼时间，计算钢包包衬散热引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块；

添加合金判断模块：根据信息采集模块采集到的合金的添加量信息，判断该时刻现场是否向钢水中添加了合金，是，则传递指令给合金热效应模块，否，则传递指令给温度计算模块；

合金热效应模块：根据信息采集模块采集到的合金入炉温度、合金添加量、钢水初始温度及钢水重量，计算添加的合金的热效应引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块；

添加渣料判断模块：根据信息采集模块采集到的渣料添加量信息，判断该时刻现场是否向钢水中添加了渣料，是，则传递指令给渣料热效应模块，否，则传递指令给温度计算模块；

渣料热效应模块：根据信息采集模块采集到的渣料入炉温度、渣料添加量、钢水温度及钢水的重量，计算添加的渣料的热效应引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块；

氩气吹开渣层判断模块：根据信息采集模块采集到的临界氩量与实时底吹氩量，判断底吹氩气是否吹开了渣层，若实时底吹氩量大于临界氩量，表示底吹氩气吹开渣层，则传递指令给钢水辐射散热模块，若实时底吹氩量小于临界氩量，表示底吹氩气未吹开渣层，系统传递指令给氩气吸热模块；

钢水辐射散热模块，根据信息采集模块采集到的环境温度、吹开渣层钢水裸露面积、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算底吹氩气吹开渣层时裸露钢水的辐射散热引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块；

氩气吸热模块，根据信息采集模块采集到的吹入氩气的初始温度、实时底吹氩量、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算钢水底吹氩气未吹开渣层时氩气吸热引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块；

渣层散热模块，根据信息采集模块采集到的渣层表面积、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算渣层表面散热引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块；

温度计算模块：根据电极加热升温模块计算出的现场电极加热过程引起的钢水温度的变化量、钢包包衬散热模块计算出的钢包包衬散热引起的钢水温度的变化量、合金热效应模块计算出的添加合金的热效应引起的钢水温度的变化量、渣料热效应模块计算出的添加渣料的热效应引起的钢水温度的变化量、钢水辐射散热模块计算出的底吹氩气吹开渣层时裸露钢水的辐射散热引起的钢水温度的变化量、氩气吸热模块计算出的钢水底吹氩气未吹开渣层时氩气吸热引起的钢水温度的变化量和渣层散热模块计算出的渣层表面散热引起的钢水温度的变化量，计算出LF精炼过程中钢水的实时温度，并将该实时温度分别传递给温度校正判断模块和温度预报模块；

温度校正判断模块：设定温度校正规则，计算该时刻现场测得的钢水温度值与温度计算模块得到的钢水实时温度值之间的温度差值，根据校正规则和该温度差值判断是否需要对温度计算模块计算得到的钢水实时温度进行校正，是，则将现场测得的钢水温度值传至温度校正模块，否，则将温度计算模块得到的钢水实时温度值传至温度预报模块；

温度校正模块：对钢水实时温度进行校正，并将校正后的钢水实时温度值传至温度预报模块；

温度预报模块：预报LF精炼过程钢水的实时温度，并将该实时温度值传至温度控制模块；

温度控制模块：根据信息采集模块采集到的LF精炼过程钢水目标温度、此时刻的加热档位及温度预报模块预报的LF精炼过程钢水的实时温度值，重新计算加热时间，继续调整电极加热升温模块的加热过程。

本发明一种在线控制LF精炼过程钢水温度的方法包括如下步骤：

步骤1：采集LF精炼过程的初始信息；

LF精炼过程的初始信息包括采集LF精炼过程中对应钢种、炉号、钢水重量、渣层厚度、渣层表面积、现场合金的添加量、合金的入炉温度、现场渣料的添加量、渣料的入炉温度、临界氩量、实时底吹氩量、电极的电流值、电极的电压值、电极加热档位、电极加热效率、精炼起始时间、精炼时间、环境温度、吹入氩气的初始温度、吹开渣层钢水裸露面积、根据现场工艺要求设定的加热时间、钢水目标温度、钢水初始温度及现场测得的钢水温度；

步骤2：确定现场电极加热过程引起的钢水温度的变化量、确定钢包包衬散热引起的钢水温度的变化量、确定添加合金的热效应引起的钢水温度的变化量、确定添加渣料的热效应引起的钢水温度的变化量、确定底吹氩气吹开渣层时裸露钢水的辐射散热引起的钢水温度的变化量、确定钢水底吹氩气未吹开渣层时氩气吸热引起的钢水温度的变化量和确定渣层表面散热引起的钢水温度的变化量；

步骤2-1：确定电极加热引起的钢水温度变化量；

步骤2-1-1：根据步骤1采集到的电极的电流值，判断钢水是否在加热，若电极的电流值大于0，则钢水在加热，执行步骤2-1-2，若电极的电流值为0，则钢水不在加热，执行步骤3；

步骤2-1-2：根据步骤1采集到的钢水重量、钢水初始温度、根据现场工艺要求设定的加热时间和电极加热效率，计算电极加热引起的钢水温度变化量；

根据钢水初始温度与根据现场工艺要求设定的加热时间，自动选择LF精炼过程的电极加热档位及加热时间，电极加热档位共11档，即1档至11档。电极的11个档位将钢水加热到目标温度所需的加热时间通过式（1）计算，加热档位通过式（2）选择，在分别计算出电极的11个档位加热到钢水目标温度所需的时间后，在满足式（2）的所有档位中，选择其中最高的加热档位进行加热，

t_heat,i＝(T_aim-T₀)(ΔT_rise,i-ΔT_drop)                 （1）

t_heat,i＜Δt                      （2）

式中：

T₀为钢水入站测温值，℃；T_aim为电极加热要达到的钢水目标温度，℃；ΔT_rise,i为i档位加热的平均升温速率，℃/s；ΔT_drop为平均温降速率，℃/s；t_heat,i为用i档将钢水加热到目标温度所需的时间，s；i为电极加热档位，包括1档至11档；Δt为根据现场工艺要求设定的加热时间，s；

步骤2-2：根据步骤1采集到的精炼时间，计算钢包包衬散热引起的钢水温度变化量；

步骤2-3：确定添加合金的热效应引起的钢水温度的变化量；

步骤2-3-1：根据步骤1采集到的合金添加量信息判断该时刻现场是否添加了合金，是，则执行步骤2-3-2，否，则执行步骤3；

步骤2-3-2：根据步骤1采集到的合金入炉温度、合金添加量、钢水温度及钢水重量，计算现场添加合金的热效应引起的钢水温度的变化量；

步骤2-4：确定添加渣料的热效应引起的钢水温度的变化量；

步骤2-4-1：根据步骤1采集到的渣料添加量信息，判断该时刻现场是否添加了渣料，是，则执行步骤2-4-2，否，则转去执行步骤3；

步骤2-4-2：根据步骤1采集到的渣料入炉温度、渣料添加量、钢水温度及钢水的重量，计算添加渣料的热效应引起的钢水温度的变化量；

步骤2-5：确定底吹氩热损引起的钢水温度的变化量；

步骤2-5-1：根据步骤1采集到的临界氩量与实时底吹氩量，判断底吹氩气是否吹开渣层，若实时底吹氩量大于临界氩量，表示底吹氩气吹开渣层，则执行步骤2-5-2，若实时底吹氩量小于临界氩量，表示底吹氩气未吹开渣层，则执行步骤2-5-3；

步骤2-5-2：根据步骤1采集到的环境温度、吹开渣层钢水裸露面积、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算底吹氩气吹开渣层时，裸露部分钢水辐射散热引起的钢水温度变化量；

步骤2-5-3：根据步骤1采集到的吹入氩气的初始温度、实时底吹氩量、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算底吹氩气未吹开渣层时，氩气吸热引起的钢水温度的变化量；

步骤2-6：根据步骤1采集到的渣层表面积、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算渣层散热引起的钢水温度的变化量；

步骤3：根据步骤2计算得到的各个钢水温度的变化量，计算出钢水的实时温度值；

步骤4：计算步骤3得到的钢水实时温度值与该时刻现场测得的钢水温度值之差，根据温度校正规则，判断步骤3计算出的钢水实时温度是否需要校正，是，则根据温度校正规则校正，校正后的温度即为钢水实时温度，否，则执行步骤5；

所述的温度校正规则如下：

a.现场首次测量钢水温度后的3min之内，若有新的钢水温度测量值，则按照新的钢水温度测量值进行校正，即将新的钢水温度测量值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度；否则，将该时刻计算出的钢水实时温度值作为LF精炼过程钢水的实时温度；

b.若现场首次测量钢水温度后的第二次测温值与计算出的钢水实时温度值相差超过5℃，则按照第二次测温值进行校正，即将第二次的测温值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度输出；否则，将该时刻计算出的钢水实时温度值作为LF精炼过程钢水的实时温度输出；

c.LF精炼过程中，若现场不间隔连续两次测量钢水温度，且两次测温值的温差在5℃以内，则将计算出的钢水实时温度值与后一次测温值进行比较：若两者的温度偏差在5℃以内，则将该时刻计算出的钢水实时温度值作为LF精炼过程钢水的实时温度输出；否则，将后一次的测温值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度输出；

d.LF精炼过程中，若现场间隔超过3min连续两次测量钢水温度，且计算出的钢水实时温度值与第一次测温值的偏差为△T_i，计算出的钢水实时温度值与第二次测温值的偏差为△T_i+1；若ΔT_i<5℃时且5℃<ΔT_i+1<20℃，则将计算出的钢水实时温度值按第二次测温值进行校正，即将第二次测温值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度输出；若若ΔT_i<5℃时且ΔT_i+1>20℃，则认为第二次测温值不准确，不进行校正；若△T_i>5℃且|△T_i+1-△T_i|<5℃，则计算出的实时温度值按第二次测温值进行校正，即将第二次测温值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度输出；若△T_i>5℃且|△T_i+1-△T_i|>5℃，则认为第二次测温值不准确，则不进行校正；

步骤5：获得LF精炼过程钢水的实时温度；

步骤6：根据步骤1采集到的钢水目标温度，在电极加热时间结束前3min判断步骤5获得的钢水实时温度是否达到钢水目标温度，是，则电极加热过程结束，否，则执行步骤7；

步骤7：根据步骤1采集到的钢水目标温度、此时刻的加热档位及步骤5获得的钢水实时温度，重新计算采用该时刻的加热档位加热到钢水目标温度所需要的时间，继续加热；

由于现场因素较为复杂，且ΔT_rise,i和ΔT_drop都是取的平均值，加之现场加热过程各档位的电流电压也不稳定，所以在通过式（1）确定的t_heat,i时间内，钢水温度未必能达到预计温度，所以在加热时间达到t_heat,i的前3min，系统会根据步骤5获得的钢水实时温度，重新计算加热时间t_heat,i，并对剩余加热时间进行调整，以便达到按照步骤2-1-2计算的加热档位，并在调整后的加热时间内，实现步骤8。

步骤8：将钢水加热到目标温度，且控制在LF精炼现场允许的控制精度范围内。

有益效果：LF精炼过程中可以自动选择加热的档位和加热时间，并且可以实时的预测精炼过程中的钢水温度，从而有效的达到了减少了现场测温次数、降低了生产成本、降低了操作人员的劳动强度、提高了LF温度控制精度的效果。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的在线控制LF精炼过程钢水温度的系统结构示意图；

图2为本发明一种实施方式的在线控制LF精炼过程钢水温度的方法流程图；

图3为本发明一种实施方式钢包包衬单元格的划分示意图，其中，（a）为钢包包衬的包壁单元格划分示意图，（b）为钢包包衬的包底单元格的划分示意图；

图4为本发明一种实施方式电极的不同加热档位加热时包衬散热导致钢水温降随时间变化的拟合曲线图；

图5为本发明一种实施方式不同钢包类型在非加热状态下，包衬散热导致的钢水温降随时间变化的拟合曲线图；

图6为本发明一种实施方式模型中选择包衬散热导致的钢水温降的计算方式的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式作详细说明。

如图1所示，本实施方式的在线控制LF精炼过程钢水温度的系统包括：

信息采集模块1：用来采集LF精炼过程中对应钢种、炉号、钢水重量、渣层厚度、渣层表面积、现场合金的添加量、合金的入炉温度、现场渣料的添加量、渣料的入炉温度、临界氩量、实时底吹氩量、电极的电流值、电极的电压值、电极加热档位、电极加热效率、精炼起始时间、精炼时间、环境温度、吹入氩气的初始温度、吹开渣层钢水裸露面积、根据现场工艺要求设定的加热时间、钢水目标温度、钢水初始温度及现场测得的钢水温度；其中现场合金的添加量、渣料的添加量是通过基础自动化系统采集的，其中合金的添加量和渣料的添加量指的是添加的多少；

加热判断模块2：根据信息采集模块1采集到的电极的电流值，判断钢水是否正在加热，若电极的电流大于0时，则钢水正在加热，此时传递指令给电极加热升温模块3，若电极的电流为0则钢水不在加热，此时传递指令给温度计算模块13；

电极加热升温模块3：根据信息采集模块1采集到的钢水重量、钢水初始温度、根据现场工艺要求设定的加热时间和电极加热效率，计算电极的各加热档位加热到钢水目标温度所需要的时间，将加热到钢水目标温度所需时间小于根据现场工艺要求设定的加热时间的各档位进行排序，控制电极调整到该排序中最高的加热档位进行加热，并计算现场电极加热过程引起的钢水温度的变化量；

钢包包衬散热模块4：根据信息采集模块1采集到的精炼时间，计算钢包包衬散热引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块13；

添加合金判断模块5：根据信息采集模块1采集到的合金的添加量信息，判断该时刻现场是否向钢水中添加了合金，是，则传递指令给合金热效应模块6，否，则传递指令给温度计算模块13；

合金热效应模块6：根据信息采集模块1采集到的合金入炉温度、合金添加量、钢水初始温度及钢水重量，计算添加的合金的热效应引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块13；

添加渣料判断模块7：根据信息采集模块1采集到的渣料添加量信息，判断该时刻现场是否向钢水中添加了渣料，是，则传递指令给渣料热效应模块8，否，则传递指令给温度计算模块13；

渣料热效应模块8：根据信息采集模块1采集到的渣料入炉温度、渣料添加量、钢水温度及钢水的重量，计算添加的渣料的热效应引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块13；

氩气吹开渣层判断模块9：根据信息采集模块1采集到的临界氩量与实时底吹氩量，判断底吹氩气是否吹开了渣层，若实时底吹氩量大于临界氩量，表示底吹氩气吹开渣层，则传递指令给钢水辐射散热模块10，若实时底吹氩量小于临界氩量，表示底吹氩气未吹开渣层，系统传递指令给氩气吸热模块11；

钢水辐射散热模块10，根据信息采集模块1采集到的环境温度、吹开渣层钢水裸露面积、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算底吹氩气吹开渣层时裸露钢水的辐射散热引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块13；

氩气吸热模块11，根据信息采集模块1采集到的吹入氩气的初始温度、实时底吹氩量、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算钢水底吹氩气未吹开渣层时氩气吸热引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块13；

渣层散热模块12，根据信息采集模块1采集到的渣层表面积、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算渣层表面散热引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块13；

温度计算模块13：根据电极加热升温模块3计算出的现场电极加热过程引起的钢水温度的变化量、钢包包衬散热模块4计算出的钢包包衬散热引起的钢水温度的变化量、合金热效应模块6计算出的添加合金的热效应引起的钢水温度的变化量、渣料热效应模块8计算出的添加渣料的热效应引起的钢水温度的变化量、钢水辐射散热模块10计算出的底吹氩气吹开渣层时裸露钢水的辐射散热引起的钢水温度的变化量、氩气吸热模块11计算出的钢水底吹氩气未吹开渣层时氩气吸热引起的钢水温度的变化量和渣层散热模块12计算出的渣层表面散热引起的钢水温度的变化量，计算出LF精炼过程中钢水的实时温度，并将该实时温度分别传递给温度校正判断模块14和温度预报模块16；

温度校正判断模块14：设定温度校正规则，计算该时刻现场测得的钢水温度值与温度计算模块13得到的钢水实时温度值之间的温度差值，根据校正规则和该温度差值判断是否需要对温度计算模块13计算得到的钢水实时温度进行校正，是，则将现场测得的钢水温度值传至温度校正模块15，否，则将温度计算模块13得到的钢水实时温度值传至温度预报模块16；

温度校正模块15：对钢水实时温度进行校正，并将校正后的钢水实时温度值传至温度预报模块16；

温度预报模块16：预报LF精炼过程钢水的实时温度，并将该实时温度值传至温度控制模块17；

温度控制模块17：根据信息采集模块1采集到的LF精炼过程钢水目标温度、此时刻的加热档位及温度预报模块16预报的LF精炼过程钢水的实时温度值，重新计算加热时间，继续调整电极加热升温模块3的加热过程。

一种在线控制LF精炼过程钢水温度的方法，如图2所示，包括如下步骤，

步骤1：采集LF精炼过程的初始信息；

LF精炼过程的初始信息包括采集LF精炼过程中对应钢种、炉号、钢水重量、渣层厚度、渣层表面积、现场合金的添加量、合金的入炉温度、现场渣料的添加量、渣料的入炉温度、临界氩量、实时底吹氩量、电极的电流值、电极的电压值、电极加热档位、电极加热效率、精炼起始时间、精炼时间、环境温度、吹入氩气的初始温度、吹开渣层钢水裸露面积、根据现场工艺要求设定的加热时间、钢水目标温度、钢水初始温度及现场测得的钢水温度；

步骤2：确定现场电极加热过程引起的钢水温度的变化量、确定钢包包衬散热引起的钢水温度的变化量、确定添加合金的热效应引起的钢水温度的变化量、确定添加渣料的热效应引起的钢水温度的变化量、确定底吹氩气吹开渣层时裸露钢水的辐射散热引起的钢水温度的变化量、确定钢水底吹氩气未吹开渣层时氩气吸热引起的钢水温度的变化量和确定渣层表面散热引起的钢水温度的变化量；

步骤2-1：确定电极加热引起的钢水温度变化量；

步骤2-1-1：根据步骤1采集到的电极的电流值，判断钢水是否在加热，若电极的电流值大于0，则钢水在加热，执行步骤2-1-2，若电极的电流值为0，则钢水不在加热，执行步骤3；

步骤2-1-2：根据步骤1采集到的钢水重量、钢水初始温度、根据现场工艺要求设定的加热时间和电极加热效率，计算电极加热引起的钢水温度变化量；

根据钢水初始温度与根据现场工艺要求设定的加热时间，自动选择LF精炼过程的电极加热档位及加热时间，电极加热档位共11档，即1档至11档，电极的11个档位将钢水加热到目标温度所需的加热时间通过式（1）计算，加热档位通过式（2）选择，在分别计算出电极的11个档位加热到钢水目标温度所需的时间后，在满足式（2）的所有档位中，选择其中最高的加热档位进行加热，

t_heat,i＝(T_aim-T₀)(ΔT_rise,i-ΔT_drop)             （1）

t_heat,i＜Δt                    （2）

式中：

T₀为钢水入站测温值，℃；T_aim为电极加热要达到的钢水目标温度，℃；ΔT_rise,i为i档位加热的平均升温速率，℃/s；ΔT_drop为平均温降速率，℃/s；t_heat,i为用i档将钢水加热到目标温度所需的时间，s；i为电极加热档位，包括1档至11档；Δt为根据现场工艺要求设定的加热时间，即生产节奏所限制的加热时间，s；其中T_aim和Δt都需要现场操作人员根据生产节奏手动输入，也可根据钢种进行自动判别。

电极加热是LF精炼过程中获取热量的最直接有效的手段，因此需要准确计算电极加热对钢水温度的影响。主要是在加热过程中，根据不同的加热档位的升温效率，计算该时刻传入钢液中的热量，为钢水温度预报模块提供相关信息。电极加热导致的钢水温度的变化量采用下式计算。

${\mathrm{\&Delta;T}}_{\mathrm{ab}}=\frac{3\&CenterDot;U_{\mathrm{\&phi;}}\&CenterDot;I\&CenterDot;\cos \mathrm{\&phi;}\&CenterDot;{\mathrm{\&eta;}}_E\&CenterDot;{\mathrm{\&eta;}}_{\mathrm{arc}}}{c_{\mathrm{st}}\&CenterDot;m_{\mathrm{st}}}=\frac{3\&CenterDot;U_{\mathrm{\&phi;}}\&CenterDot;I}{c_{\mathrm{st}}\&CenterDot;m_{\mathrm{st}}}\&CenterDot;\mathrm{\&eta;}---\left(3\right)$

式中：

U_Φ：LF变压器相电压，V；I：每相的电极(电弧)电流，A；cosφ：功率因数；η_E：电效率；η_arc：电弧传热系数；c_st：钢水比热容，J/(kg·℃)；m_st：钢水重量，kg；η：总的电极加热效率；

步骤2-2：根据步骤1采集到的精炼时间，计算钢包包衬散热引起的钢水温度变化量；

在影响LF温度预报结果的因素中，包衬散热是最主要的部分，而相对于其他因素对钢水温度的影响，可以直接采用理论计算公式计算而言，包衬散热对钢水温度的影响则较为复杂。

包衬散热计算主要是根据不同的钢包类型（包括在线包、离线包、新包）、不同的钢水入站温度、是否处在加热阶段及加热档位等条件下选择不同的包衬散热导致的钢水温度变化量的计算公式，如式（4）所示,该公式是通过建立钢包传热的数学模型获取的，

ΔT_lin＝b+c·t+d·t²+e·t³+f·t⁴                    （4）

式中：

ΔT_lin为包衬散热导致的钢水温度变化量；t为精炼时间，min；b、c、d、e、f均为常数且根据钢包类型、钢水入站温度及精炼过程是否在加热及加热的档位选取不同的值。

本实施方式采用建立钢包传热的数学模型的方法，并采用有限差分法求解钢包传热的差分方程，通过控制不同的边界条件和初始条件，最终求解出每个时间节点，不同类型的钢包、在不同加热档位下钢包包衬的温度分布，并拟合出各种条件下包衬散热导致的钢水温降曲线。模型的建立过程如下所述：

（1）首先将圆锥型钢包简化成直筒圆柱型以利于应用柱坐标计算包衬的温度分布；

（2）如图3（a）所示，以△t为时间步长，以△r为空间步长，△s为包底的空间步长，对包衬进行单元格的划分，其中节点数用1，2，3，…，n来表示；

（3）热传导方程

包壁的热传导方程为： $\frac{1}{a}\&CenterDot;\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;t}=\frac{{\&PartialD;}^{2}T}{{\&PartialD;r}^2}+\frac{1}{r}\&CenterDot;\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;r}---\left(5\right)$

包底的热传导方程为： $\frac{1}{a}\&CenterDot;\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;t}=\frac{{\&PartialD;}^{2}T}{{\&PartialD;s}^2}---\left(6\right)$

（4）包壁的边界条件：

内侧边界节点处： $2\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;r_1\&CenterDot;{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{st}}\&CenterDot;(T_{\mathrm{st}}-T)=2\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;r_1\&CenterDot;\mathrm{\&lambda;}\&CenterDot;\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;r}+Q_1---\left(7\right)$

外壳边界节点处： $-\mathrm{\&lambda;}\&CenterDot;\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;r}=\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;(T-T_{\mathrm{en}})+Q_2---\left(8\right)$

式中：

Q₁、Q₂分别表示包壁内侧和包壁外壳边界节点在单位时间内的蓄热量；α_st为钢水的对流换热系数；α为钢包外壳与外界环境的对流换热系数；r₁为钢包内径；λ为钢包内壁材料的导热系数；T_st为钢水温度，℃；T为在包壁内侧边界节点的方程里就代表内侧边界节点的温度，在外壳边界节点的方程里就代表外壳边界节点的温度；T_en为大气温度。

（5）包底的边界条件：

内侧边界节点处： ${\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{st}}\&CenterDot;(T_{\mathrm{st}}-T)=-\mathrm{\&lambda;}\&CenterDot;\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;s}+Q_3---\left(9\right)$

外壳边界节点处： $-\mathrm{\&lambda;}\&CenterDot;\frac{\&PartialD;T}{\&PartialD;s}=\mathrm{\&alpha;}(T-T_{\mathrm{en}})+Q_4---\left(10\right)$

式中：

Q₃、Q₄分别为包底内侧和外壳边界节点在单位时间内的蓄热量。

（6）包壁温度的初始化：

假设在钢包经过接钢、盛刚、小平台吹氩处理、最后钢包吊到LF处理位这一系列过程之后，已经达到一个相对稳定的状态，因此这里采用稳态计算包衬的初始温度。

不同耐火材料包壁的交界面处的初始温度：

T₁＝T_st                           （11）

$T_{j+1}=T_j-\frac{\ln (R_{j+1}/R_j)/{\mathrm{\&lambda;}}_j}{\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}\ln (R_{k+1}/R_k)/{\mathrm{\&lambda;}}_k}\&CenterDot;(T_1-T_{\mathrm{wb}})---\left(12\right)$

式中：

j=1，2，3；即四层包壁组成的中间的三个交界点；T_j为j节点处的温度，℃；T_j+1为j+1节点处的温度，℃；Rj为j节点处的半径，m；Rj+1为j+1节点处的半径，m；λ_j为第j层包壁材料的导热系数，w/(m，℃)；T₁为包衬内壁的温度，℃；T_wb为钢包到达LF处理位时钢包外壁的温度，℃；k=1，2，3，4，5；R_k为包壁节点k处的半径，m；R_k+1为包壁节点k+1处的半径，m；λ_k为k层包壁材料的导热系数。

同种材料第k层包壁内节点i的初始温度：

$T_i=T_k-\frac{\ln (R_k/R_i)}{\ln (R_k/R_{k+1})}\&CenterDot;(T_k-T_{k+1})---\left(13\right)$

式中：

T_i为节点i处包壁的温度；R_i为节点i处的半径，m；R_k为第k层包壁的半径，m；R_k+1为第k+1层包壁的半径，m；T_k、T_k+1分别表示第k层包壁左侧节点处的温度及包壁右侧节点处的温度。

（7）包底温度的初始化：

不同耐火材料包壁的交界面处的初始温度T₁：

T₁＝T_st                                    （14）

$T_{j+1}=T_j-\frac{(s_{j+1}-s_j)/{\mathrm{\&lambda;}}_j}{\underset{k=1}{\overset{5}{\mathrm{\&Sigma;}}}(s_{k+1}-s_k)/{\mathrm{\&lambda;}}_k}\&CenterDot;(T_1-T_{\mathrm{wb}})---\left(15\right)$

式中，

S_j表示j节点处包底的厚度；S_j+1表示j节点处包底的厚度；S_k表示k节点处包底的厚度；S_k+1表示k+1节点处包底的厚度。

同种材料包壁的内部节点的初始温度，如第k层包壁内节点i的温度：

$T_i=T_k-\frac{s_i-s_k}{s_{k+1}-s_k}\&CenterDot;(T_k-T_{k+1})---\left(16\right)$

式中：

S_i示i点处包底的厚度。

上述建立钢包传热的数学模型涉及的相关参数，如表1所示。

表1建立钢包传热的数学模型涉及的相关参数

（8）钢包到达LF处理位时钢包外壁温度的确定：

现场使用的钢包大致可以分为在线包，离线包和新包三种，现场采用红外热成像仪对某钢厂不同类型的钢包到达LF工位时的外壁温度进行了测量，并按照现场人员的建议，最后分别将在线包到站时的外壁温度，离线包到站时的外壁温度和新包到站时的外壁温度分别定为375.3℃，335.3℃和291.8℃。

（9）钢水温度的确定：

由于本实施方式要建立的是能够在线运行并能够实时预测钢水温度的系统，因此不能将整个包衬传热的数学模型耦合到LF整体的模型中，这样会导致计算时间过长，稳定性无法保证，所以根据现场经验，将钢水入站温度以1540℃，1560℃，1580℃和1600℃四个温度为节点分为四段进行分别求解钢水温度，如图6所示：若钢水入站温度小于1550℃按照1540℃求解钢水温度、若钢水入站温度大于1550℃小于1570℃按照1560℃求解钢水温度、若钢水入站温度大于1570℃小于1590℃按照1580℃求解钢水温度、若钢水入站温度大于1590℃按照1600℃求解钢水温度。求解过程中根据加热时不同档位的平均升温速率来对钢水温度进行控制，非加热阶段则通过平均温降速率来控制钢水温度，

按上述方法建立传热的差分方程，并最终求解出在任一条件下的任一时间节点包衬的温度分布，并利用下式求得钢水在单位时间内通过包衬损失的热量Q。

                                              （17）

$Q=Q_1+Q_2+Q_3+Q_4$

$={\mathrm{\&lambda;}}_1\frac{T_{1,\mathrm{bi}}^0-T_{2,\mathrm{bi}}^0}{\mathrm{\&Delta;r}}\&CenterDot;2\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;r_1\&CenterDot;h_{\mathrm{st}}+c_1\&CenterDot;{\mathrm{\&rho;}}_1\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;r_1\&CenterDot;h_{\mathrm{st}}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;r}\&CenterDot;(T_{1,\mathrm{bi}}^{\mathrm{\&Delta;t}}-T_{1,\mathrm{bi}}^0)+{\mathrm{\&lambda;}}_1\frac{T_{1,\mathrm{di}}^0-T_{2,\mathrm{di}}^0}{\mathrm{\&Delta;s}}\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;{r_1}^2+c_1\&CenterDot;{\mathrm{\&rho;}}_1\&CenterDot;\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;{r_1}^2\&CenterDot;\frac{\mathrm{\&Delta;r}}{2}\&CenterDot;(T_{1,\mathrm{di}}^{\mathrm{\&Delta;t}}-T_{1,\mathrm{di}}^0)$

式中：

Q表示钢水通过包衬损失的总热量，J；Q₁、Q₃分别表示包壁节点1向节点2传输的热量和包底节点1向节点2传输的热量，J；Q₂、Q₄分别表示包壁节点1在单位时间内的蓄热量和包底节点1在单位时间内的蓄热量，J；表示包壁节点1在0时刻的温度，℃；表示包壁节点2在0时刻的温度℃；h_st表示钢水的导热系数；表示Δt时刻包壁节点1的温度，℃；表示包底节点1在0时刻的温度，℃；表示包底节点2在0时刻的温度℃；表示Δt时刻包底节点1的温度，℃；c₁为包壁节点1的比热容，J/（kg·K）；ρ₁为包壁节点1的密度，kg/m³。

在获取到单位时间内钢水通过包衬损失的热量以后，通过式（18）计算出单位时间内包衬散热导致的钢水温度的变化量ΔT_lin。

${\mathrm{\&Delta;T}}_{\mathrm{lin}}=\frac{Q}{m_{\mathrm{st}}{c}_{\mathrm{st}}}---\left(18\right)$

（10）数学模拟的结果

电极的不同加热档位加热时包衬散热导致钢水温降随时间变化的拟合曲线，如图4所示。由图可以看出，随着加热过程的进行，包衬散热导致的钢水温降逐渐增大。导致这一现象的主要原因是，加热过程中，在与内壁直接接触的钢水温度逐渐升高的过程中，内衬温度肯定会随之升高，导致其与相邻节点的温度梯度逐渐增大，导致散热量加大；并且根据现场的实际情况来看，加热结束以后的钢水温降速率均比加热以前的要快的多，这个现象也充分说明了上述计算结果的合理性。

不同钢包类型在非加热状态下，包衬散热导致的钢水温降随时间变化的拟合曲线，如图5所示，由图可以看出该曲线，也即包衬散热导致的钢水温降随时间的变化趋势，即随着时间的进行，钢水温降逐渐降低，因为该状态下，钢水温度逐渐降低，使钢水与内壁之间的温度梯度逐渐降低，所以钢水温降也逐渐降低。

由图5可以看出，对包衬热状态的数学计算，都只限制在30min以内，因为根据现场经验，LF炉一次性加热时间不会超过30min，而连续的静置时间也不会超过30min。

最终得出的包衬散热导致的钢水温度的变化量的计算公式形式如式（4）所示，钢包类型为在线包、1580℃的入站温度为例，列举几种情况下b、c、d、e、f的实际取值情况。

当钢水在加热状态，且加热档位介于1档和3档之间时：

ΔT_lin＝0.075+0.229×t+0.031×t²-3.2514×10^-6×t³+8.3152×10^-6×t⁴             （19）

当钢水在加热状态，且加热档位介于4档和6档之间时：

ΔT_lin＝0.056+0.202×t+0.023×t²+2.1425×10^-6×t³-3.1538×10^-6×t⁴               （20）

当钢水在加热状态，且加热档位介于7档和9档之间时：

ΔT_lin＝0.076+0.166×t+0.017×t²+7.8147×10^-6×t³-2.8142×10^-6×t⁴                （21）

当钢水在加热状态，且加热档位为10档或11档时：

ΔT_lin＝0.127+0.123×t+0.017×t²-6.427×10^-5×t³                                   （22）

当钢水处在非加热状态时：

ΔT_lin＝-0.014+1.099×t-0.043×t²+0.001×t³-0.00002×t⁴                      （30）

步骤2-3：确定添加合金的热效应引起的钢水温度的变化量；

步骤2-3-1：根据步骤1采集到的合金添加量信息判断该时刻现场是否添加了合金，是，则执行步骤2-3-2，否，则执行步骤3；

步骤2-3-2：根据步骤1采集到的合金入炉温度、合金添加量、钢水温度及钢水重量，计算现场添加合金的热效应引起的钢水温度的变化量；

精炼过程中添加的合金会对钢水的温度产生影响。合金投入钢水产生的热效应用式（24）进行计算。

Q_alloy＝Q_m-(Q_mo+Q_mf)              （24）

式中：

Q_alloy为合金投入钢水产生的热效应；Q_m为合金元素的熔化热；Q_mo为合金元素的氧化放热；Q_mf为合金元素熔解于钢水的熔解热。

Q_m、Q_mf和Q_mo分别采用下述方式计算。

Q_m＝[c_s(T_f-T₀)+ΔH_m+c_l(T_steel-T_f)]·M/M^m                     （25）

式中：

T_f、T₀、T_steel分别为合金元素的液相线温度、入炉温度和钢水温度，℃；c_s、c_l分别为合金元素的固相比热容、液相比热容，J/(kg·℃)；ΔH_m为合金元素的熔化潜热，J/mol；M为合金元素的加入量，kg；M^m为合金元素的摩尔量，kg/mol。

$Q_{\mathrm{mf}}=\frac{\mathrm{\&Delta;}{H}_{\mathrm{mf}}\&CenterDot;M}{M^m}---\left(26\right)$

式中：

ΔH_mf为合金元素的熔解热，J/mol；

$Q_{\mathrm{mo}}=\frac{\mathrm{\&Delta;}{H}_o\&CenterDot;M\&CenterDot;(1-f)}{M^m}---\left(27\right)$

式中：

ΔH_o为合金元素的氧化反应热，J/mol；f为合金元素的收得率，%。

在获取到单位时间内钢水通过现场添加合金的热效应以后，通过式（28）计算出单位时间内添加合金的热效应导致的钢水温度的变化量ΔT_alloy。

${\mathrm{\&Delta;T}}_{\mathrm{alloy}}=\frac{Q}{m_{\mathrm{st}}{c}_{\mathrm{st}}}---\left(28\right)$

步骤2-4：确定添加渣料的热效应引起的钢水温度的变化量；

步骤2-4-1：根据步骤1采集到的渣料添加量信息，判断该时刻现场是否添加了渣料，是，则执行步骤2-4-2，否，则转去执行步骤3；

步骤2-4-2：根据步骤1采集到的渣料入炉温度、渣料添加量、钢水温度及钢水的重量，计算添加渣料的热效应引起的钢水温度的变化量；

LF精炼过程中添加的渣料会对钢水的温度产生影响。渣料投入钢水产生的热效应用式（29）进行计算。

Q_slag＝m_slag·[c_slag,s·(T_slag,f-T_slag,o)+ΔH_si+c_slag,l·(T_steel-T_slag,f)]       （29）

式中：

Q_slag为渣料投入钢水产生的热效应，KJ；m_slag为渣料的加入量，kg；c_slag,s、c_slag,l分别为渣料的固相比热容、液相比热容，J/(kg·℃)；T_slag,f、T_slag,o、T_steel分别为渣料的液相线温度、入炉温度、和钢水温度，℃；ΔH_si为渣料的熔化潜热，J/kg。

在获取到单位时间内钢水通过现场添加渣料的热效应以后，通过式（30）计算出单位时间内添加渣料的热效应导致的钢水温度的变化量ΔT_slag。

${\mathrm{\&Delta;T}}_{\mathrm{slag}}=\frac{Q}{m_{\mathrm{st}}{c}_{\mathrm{st}}}---\left(30\right)$

步骤2-5：确定底吹氩热损引起的钢水温度的变化量；

现场人员根据现场的实际情况，根据使渣层表面有明显波动时的底吹氩量和临界氩量选择不同的散热计算方式，为钢水温度预报提供相应的信息。

步骤2-5-1：根据步骤1采集到的临界氩量与实时底吹氩量，判断底吹氩气是否吹开渣层，若实时底吹氩量大于临界氩量，表示底吹氩气吹开渣层，则执行步骤2-5-2，若实时底吹氩量小于临界氩量，表示底吹氩气未吹开渣层，则执行步骤2-5-3；

步骤2-5-2：根据步骤1采集到的环境温度、吹开渣层钢水裸露面积、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算底吹氩气吹开渣层时，裸露部分钢水辐射散热引起的钢水温度变化量；

吹开渣层时由斯蒂芬-波尔茨曼定律可计算出裸露部分钢水的辐射散热量Q_rad，计算公式如式（31）所示。

Q_rad＝εσ₁[(T_st+273)⁴-(T_a+273)⁴]A             （31）

式中：

Q_rad为裸露部分钢水的辐射散热量，KJ；ε为钢水黑度，取0.4；σ₁为黑体辐射常数，取5.67×10^-8W/(m²·K⁴)；T_a为环境温度，℃；T_st为钢水实时温度，℃；A为裸露面积，m²。

步骤2-5-3：步骤2-5-3：根据步骤1采集到的吹入氩气的初始温度、实时底吹氩量、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算底吹氩气未吹开渣层时，氩气吸热引起的钢水温度的变化量；

假设吹入钢水的氩气在溢出钢水表面时的温度与钢水温度相同，则氩气吸热的理论计算公式如式（32）所示。

Q_Ar＝cV_Ar(T_st-T_Ar)                  （32）

式中：

Q_Ar为氩气的吸热量，KJ；c为氩气的比热容，J/(m³·℃)；V_Ar为底吹氩量，Nm³/s；T_Ar为吹入氩气的初始温度，℃；

在获取到单位时间内钢水通过吹开渣层时裸露部分钢水的辐射散热量或者氩气吸热以后，通过式（18）计算出单位时间吹氩散热导致的钢水温度的变化量ΔT_g。

${\mathrm{\&Delta;T}}_g=\frac{Q}{m_{\mathrm{st}}{c}_{\mathrm{st}}}$

步骤2-6：根据步骤1采集到的渣层表面积、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算渣层散热引起的钢水温度的变化量；

渣面损失的热量采用式（33）计算。

Q_sur＝C_sur·ε_sl·σ₂·(T_slag+273)⁴·A            （33）

式中：

Q_sur为渣面损失的热量，KJ；C_sur为热损系数，在加热位加热时取0.4；ε_sl为炉渣黑度，模型中取0.7；σ₂为波尔茨曼常数，值为5.67×10^-8W/（m^2.K⁴）；T_slag为渣面温度，系统中用钢水温度代替渣面温度；在加热位未加热时取0.5；在等待位时取0.7；A为渣层表面积，m²。

在获取到单位时间内渣面损失的热量以后，通过式（34）计算出单位时间渣面损失的热量导致的钢水温度的变化量ΔT_sur。

${\mathrm{\&Delta;T}}_{\mathrm{sur}}=\frac{Q}{m_{\mathrm{st}}{c}_{\mathrm{st}}}---\left(34\right)$

步骤3：根据步骤2计算得到的各个钢水温度的变化量，计算出钢水的实时温度值；

根据热平衡机理预报钢水温度。钢水的实时温度按式（35）进行计算。

T_st＝T₀+ΔT_ab-ΔT_alloy-ΔT_slag-ΔT_lin-ΔT_sur-ΔT_g          （35）

式中：

T₀：钢水进站首次测温的温度值，℃；

步骤4：计算步骤3得到的钢水实时温度值与该时刻现场测得的钢水温度值之差，根据温度校正规则，判断步骤3计算出的钢水实时温度是否需要校正，是，则根据温度校正规则校正，校正后的温度即为钢水实时温度，否，则执行步骤5；

所述的温度校正规则如下：

a.现场首次测量钢水温度后的3min之内，若有新的钢水温度测量值，则按照新的钢水温度测量值进行校正，即将新的钢水温度测量值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度；否则，将该时刻计算出的钢水实时温度值作为LF精炼过程钢水的实时温度；

b.若现场首次测量钢水温度后的第二次测温值与计算出的钢水实时温度值相差超过5℃，则按照第二次测温值进行校正，即将第二次的测温值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度输出；否则，将该时刻计算出的钢水实时温度值作为LF精炼过程钢水的实时温度输出；

c.LF精炼过程中，若现场不间隔连续两次测量钢水温度，且两次测温值的温差在5℃以内，则将计算出的钢水实时温度值与后一次测温值进行比较：若两者的温度偏差在5℃以内，则将该时刻计算出的钢水实时温度值作为LF精炼过程钢水的实时温度输出；否则，将后一次的测温值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度输出；

d.LF精炼过程中，若现场间隔超过3min连续两次测量钢水温度，且计算出的钢水实时温度值与第一次测温值的偏差为△T_i，计算出的钢水实时温度值与第二次测温值的偏差为△T_i+1；若ΔT_i<5℃时且5℃<ΔT_i+1<20℃，则将计算出的钢水实时温度值按第二次测温值进行校正，即将第二次测温值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度输出；若若ΔT_i<5℃时且ΔT_i+1>20℃，则认为第二次测温值不准确，不进行校正；若△T_i>5℃且|△T_i+1-△T_i|<5℃，则计算出的实时温度值按第二次测温值进行校正，即将第二次测温值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度输出；若△T_i>5℃且|△T_i+1-△T_i|>5℃，则认为第二次测温值不准确，则不进行校正；

步骤5：获得LF精炼过程钢水的实时温度；

步骤6：根据步骤1采集到的钢水目标温度，在电极加热时间结束前3min判断步骤5获得的钢水实时温度是否达到钢水目标温度，是，则电极加热过程结束，否，则执行步骤7；

步骤7：根据步骤1采集到的钢水目标温度、此时刻的加热档位及步骤5获得的钢水实时温度，重新计算采用该时刻的加热档位加热到钢水目标温度所需要的时间，继续加热；

由于现场因素较为复杂，且ΔT_rise,i和ΔT_drop都是取的平均值，加之现场加热过程各档位的电流电压也不稳定，所以在通过式（1）确定的t_heat,i时间内，钢水温度未必能达到预计温度，所以在加热时间达到t_heat,i的前3min，系统会根据步骤5获得的钢水实时温度，重新计算加热时间t_heat,i，并对剩余加热时间进行调整，以便达到按照步骤2-1-2计算的加热档位，并在调整后的加热时间内，实现步骤8。

步骤8：将钢水加热到目标温度，且控制在LF精炼现场允许的控制精度范围内。

Claims (2)

1.一种在线控制LF精炼过程钢水温度的系统，其特征在于：包括：

信息采集模块(1)：用来采集LF精炼过程中对应钢种、炉号、钢水重量、渣层厚度、渣层表面积、现场合金的添加量、合金的入炉温度、现场渣料的添加量、渣料的入炉温度、临界氩量、实时底吹氩量、电极的电流值、电极的电压值、电极加热档位、电极加热效率、精炼起始时间、精炼时间、环境温度、吹入氩气的初始温度、吹开渣层钢水裸露面积、根据现场工艺要求设定的加热时间、钢水目标温度、钢水初始温度及现场测得的钢水温度；

加热判断模块(2)：根据信息采集模块(1)采集到的电极的电流值，判断钢水是否正在加热，若电极的电流大于0时，则钢水正在加热，此时传递指令给电极加热升温模块(3)，若电极的电流为0则钢水不在加热，此时传递指令给温度计算模块(13)；

电极加热升温模块(3)：根据信息采集模块(1)采集到的钢水重量、钢水初始温度、根据现场工艺要求设定的加热时间和电极加热效率，计算电极的各加热档位加热到钢水目标温度所需要的时间，将加热到钢水目标温度所需时间小于根据现场工艺要求设定的加热时间的各档位进行排序，控制电极调整到该排序中最高的加热档位进行加热，并计算现场电极加热过程引起的钢水温度的变化量；

钢包包衬散热模块(4)：根据信息采集模块(1)采集到的精炼时间，计算钢包包衬散热引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块(13)；

添加合金判断模块(5)：根据信息采集模块(1)采集到的合金的添加量信息，判断该时刻现场是否向钢水中添加了合金，是，则传递指令给合金热效应模块(6)，否，则传递指令给温度计算模块(13)；

合金热效应模块(6)：根据信息采集模块(1)采集到的合金入炉温度、合金添加量、钢水初始温度及钢水重量，计算添加的合金的热效应引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块(13)；

添加渣料判断模块(7)：根据信息采集模块(1)采集到的渣料添加量信息，判断该时刻现场是否向钢水中添加了渣料，是，则传递指令给渣料热效应模块(8)，否，则传递指令给温度计算模块(13)；

渣料热效应模块(8)：根据信息采集模块(1)采集到的渣料入炉温度、渣料添加量、钢水温度及钢水的重量，计算添加的渣料的热效应引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块(13)；

氩气吹开渣层判断模块(9)：根据信息采集模块(1)采集到的临界氩量与实时底吹氩量，判断底吹氩气是否吹开了渣层，若实时底吹氩量大于临界氩量，表示底吹氩气吹开渣层，则传递指令给钢水辐射散热模块(10)，若实时底吹氩量小于临界氩量，表示底吹氩气未吹开渣层，系统传递指令给氩气吸热模块(11)；

钢水辐射散热模块(10)，根据信息采集模块(1)采集到的环境温度、吹开渣层钢水裸露面积、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算底吹氩气吹开渣层时裸露钢水的辐射散热引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块(13)；

氩气吸热模块(11)，根据信息采集模块(1)采集到的吹入氩气的初始温度、实时底吹氩量、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算钢水底吹氩气未吹开渣层时氩气吸热引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块(13)；

渣层散热模块(12)，根据信息采集模块(1)采集到的渣层表面积、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算渣层表面散热引起的钢水温度的变化量，并将该变化量传至温度计算模块(13)；

温度计算模块(13)：根据电极加热升温模块(3)计算出的现场电极加热过程引起的钢水温度的变化量、钢包包衬散热模块(4)计算出的钢包包衬散热引起的钢水温度的变化量、合金热效应模块(6)计算出的添加合金的热效应引起的钢水温度的变化量、渣料热效应模块(8)计算出的添加渣料的热效应引起的钢水温度的变化量、钢水辐射散热模块(10)计算出的底吹氩气吹开渣层时裸露钢水的辐射散热引起的钢水温度的变化量、氩气吸热模块(11)计算出的钢水底吹氩气未吹开渣层时氩气吸热引起的钢水温度的变化量和渣层散热模块(12)计算出的渣层表面散热引起的钢水温度的变化量，计算出LF精炼过程中钢水的实时温度，并将该实时温度分别传递给温度校正判断模块(14)和温度预报模块(16)；

温度校正判断模块(14)：设定温度校正规则，计算该时刻现场测得的钢水温度值与温度计算模块(13)得到的钢水实时温度值之间的温度差值，根据校正规则和该温度差值判断是否需要对温度计算模块(13)计算得到的钢水实时温度进行校正，是，则将现场测得的钢水温度值传至温度校正模块(15)，否，则将温度计算模块(13)得到的钢水实时温度值传至温度预报模块(16)；

温度校正模块(15)：对钢水实时温度进行校正，并将校正后的钢水实时温度值传至温度预报模块(16)；

温度预报模块(16)：预报LF精炼过程钢水的实时温度，并将该实时温度值传至温度控制模块(17)；

温度控制模块(17)：根据信息采集模块(1)采集到的LF精炼过程钢水目标温度、此时刻的加热档位及温度预报模块(16)预报的LF精炼过程钢水的实时温度值，重新计算加热时间，继续调整电极加热升温模块(3)的加热过程。

2.采用权利要求1所述系统的在线控制LF精炼过程钢水温度的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：采集LF精炼过程的初始信息；

LF精炼过程的初始信息包括采集LF精炼过程中对应钢种、炉号、钢水重量、渣层厚度、渣层表面积、现场合金的添加量、合金的入炉温度、现场渣料的添加量、渣料的入炉温度、临界氩量、实时底吹氩量、电极的电流值、电极的电压值、电极加热档位、电极加热效率、精炼起始时间、精炼时间、环境温度、吹入氩气的初始温度、吹开渣层钢水裸露面积、根据现场工艺要求设定的加热时间、钢水目标温度、钢水初始温度及现场测得的钢水温度；

步骤2：确定现场电极加热过程引起的钢水温度的变化量、确定钢包包衬散热引起的钢水温度的变化量、确定添加合金的热效应引起的钢水温度的变化量、确定添加渣料的热效应引起的钢水温度的变化量、确定底吹氩气吹开渣层时裸露钢水的辐射散热引起的钢水温度的变化量、确定钢水底吹氩气未吹开渣层时氩气吸热引起的钢水温度的变化量和确定渣层表面散热引起的钢水温度的变化量；

步骤2-1：确定电极加热引起的钢水温度变化量；

步骤2-1-1：根据步骤1采集到的电极的电流值，判断钢水是否在加热，若电极的电流值大于0，则钢水在加热，执行步骤2-1-2，若电极的电流值为0，则钢水不在加热，执行步骤3：

步骤2-1-2：根据步骤1采集到的钢水重量、钢水初始温度、根据现场工艺要求设定的加热时间和电极加热效率，计算电极加热引起的钢水温度变化量；

根据钢水初始温度与根据现场工艺要求设定的加热时间，自动选择LF精炼过程的电极加热档位及加热时间，电极加热档位共11档，即1档至11档，电极的11个档位将钢水加热到目标温度所需的加热时间通过式(1)计算，加热档位通过式(2)选择，在分别计算出电极的11个档位加热到钢水目标温度所需的时间后，在满足式(2)的所有档位中，选择其中最高的加热档位进行加热，

t_heat，i＝(T_aim-T₀)/(ΔT_rise，i-ΔT_drop)   (1)

t_heat，i＜Δt      (2)

式中：

T₀为钢水入站测温值，℃；T_aim为电极加热要达到的钢水目标温度，℃；ΔT_rise，i为i档位加热的平均升温速率，℃/s；ΔT_drop为平均温降速率，℃/s；t_heat，i为用i档将钢水加热到目标温度所需的时间，s；i为电极加热档位，包括1档至11档；Δt为根据现场工艺要求设定的加热时间，s；

步骤2-2：根据步骤1采集到的精炼时间，计算钢包包衬散热引起的钢水温度变化量；

步骤2-3：确定添加合金的热效应引起的钢水温度的变化量；

步骤2-3-1：根据步骤1采集到的合金添加量信息判断该时刻现场是否添加了合金，是，则执行步骤2-3-2，否，则执行步骤3；

步骤2-3-2：根据步骤1采集到的合金入炉温度、合金添加量、钢水温度及钢水重量，计算现场添加合金的热效应引起的钢水温度的变化量；

步骤2-4：确定添加渣料的热效应引起的钢水温度的变化量；

步骤2-4-1：根据步骤1采集到的渣料添加量信息，判断该时刻现场是否添加了渣料，是，则执行步骤2-4-2，否，则转去执行步骤3；

步骤2-4-2：根据步骤1采集到的渣料入炉温度、渣料添加量、钢水温度及钢水的重量，计算添加渣料的热效应引起的钢水温度的变化量；

步骤2-5：确定底吹氩热损引起的钢水温度的变化量；

步骤2-5-1：根据步骤1采集到的临界氩量与实时底吹氩量，判断底吹氩气是否吹开渣层，若实时底吹氩量大于临界氩量，表示底吹氩气吹开渣层，则执行步骤2-5-2，若实时底吹氩量小于临界氩量，表示底吹氩气未吹开渣层，则执行步骤2-5-3；

步骤2-5-2：根据步骤1采集到的环境温度、吹开渣层钢水裸露面积、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算底吹氩气吹开渣层时，裸露部分钢水辐射散热引起的钢水温度变化量；

步骤2-5-3：根据步骤1采集到的吹入氩气的初始温度、实时底吹氩量、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算底吹氩气未吹开渣层时，氩气吸热引起的钢水温度的变化量；

步骤2-6：根据步骤1采集到的渣层表面积、钢水重量及现场测得的钢水温度，计算渣层散热引起的钢水温度的变化量；

步骤3：根据步骤2计算得到的各个钢水温度的变化量，计算出钢水的实时温度值；

步骤4：计算步骤3得到的钢水实时温度值与该时刻现场测得的钢水温度值之差，根据温度校正规则，判断步骤3计算出的钢水实时温度是否需要校正，是，则根据温度校正规则校正，校正后的温度即为钢水实时温度，否，则执行步骤5；

所述的温度校正规则如下：

a.现场首次测量钢水温度后的3min之内，若有新的钢水温度测量值，则按照新的钢水温度测量值进行校正，即将新的钢水温度测量值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度；否则，将该时刻计算出的钢水实时温度值作为LF精炼过程钢水的实时温度；

b.若现场首次测量钢水温度后的第二次测温值与计算出的钢水实时温度值相差超过5℃，则按照第二次测温值进行校正，即将第二次的测温值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度输出；否则，将该时刻计算出的钢水实时温度值作为LF精炼过程钢水的实时温度输出；

c.LF精炼过程中，若现场不间隔连续两次测量钢水温度，且两次测温值的温差在5℃以内，则将计算出的钢水实时温度值与后一次测温值进行比较：若两者的温度偏差在5℃以内，则将该时刻计算出的钢水实时温度值作为LF精炼过程钢水的实时温度输出；否则，将后一次的测温值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度输出；

d.LF精炼过程中，若现场间隔超过3min连续两次测量钢水温度，且计算出的钢水实时温度值与第一次测温值的偏差为△T_i，计算出的钢水实时温度值与第二次测温值的偏差为△T_i+1；若ΔT_i＜5℃时且5℃＜ΔT_i+1＜20℃，则将计算出的钢水实时温度值按第二次测温值进行校正，即将第二次测温值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度输出；若ΔT_i＜5℃时且ΔT_i+1＞20℃，则认为第二次测温值不准确，不进行校正；若△T_i＞5℃且|△T_i+1-△T_i|＜5℃，则计算出的实时温度值按第二次测温值进行校正，即将第二次测温值作为该时刻的LF精炼过程钢水的实时温度输出；若△T_i＞5℃且|△T_i+1-△T_i|＞5℃，则认为第二次测温值不准确，则不进行校正；

步骤5：获得LF精炼过程钢水的实时温度；

步骤6：根据步骤1采集到的钢水目标温度，在电极加热时间结束前3min判断步骤5获得的钢水实时温度是否达到钢水目标温度，是，则电极加热过程结束，否，则执行步骤7；

步骤7：根据步骤1采集到的钢水目标温度、此时刻的加热档位及步骤5获得的钢水实时温度，重新计算采用该时刻的加热档位加热到钢水目标温度所需要的时间，继续加热；

步骤8：将钢水加热到目标温度，且控制在LF精炼现场允许的控制精度范围内。