CN109086251A - 一种确定rh炉精炼过程中合金加入量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定RH炉精炼过程中合金加入量的方法，主要解决现有RH炉精炼过程中合金加入控制精度低、合金投入成本高和钢水成分控制精度低的技术问题。本发明方法，包括以下步骤，计算RH炉合金元素的收得率；计算合金的投入量；合金投入操控。本发明方法提高了RH炉精炼过程中合金控制精度，降低了RH炉合金投入的成本，提高了钢水质量。

Description

一种确定RH炉精炼过程中合金加入量的方法

技术领域

本发明涉及一种确定RH炉精炼过程中合金加入量的方法，属于钢铁冶金过程的生产与控制技术领域。

背景技术

作为实现转炉与连铸中间工序的工艺设备，RH精炼炉必须提供满足质量成分要求的合格钢水，这是后工序顺利进行的前提条件。随着用户对钢材品种、质量的要求越来越高，对RH精炼过程控制也提出了更高的要求。RH处理过程中，对钢水质量的控制主要体现在对钢水的成分控制。

目前公知的比较科学的合金加入量控制方法，是根据钢水初始成分与标准目标成分的要求，筛选出不符合标准成分范围要求的元素，计算出各种合金的添加量。而添加一定种类与一定数量的合金对钢水成分进行优化调整，最终转化为线性规划问题，线性规划的约束条件为该钢种标准成分中有上限、下限要求的元素，约束变量为各种合金的投入量，目标函数为合金投入成本最小，合金的选择范围为料仓中存在的所有合金。

现有RH精炼过程中合金原料采用固定的收得率，只有在明显影响钢水成分调整或新的检验料批到来时，才会对合金收得率进行调整。不仅造成生产成本的提高，而且使得钢水质量地控制极不稳定，影响了产品质量。

在对钢水中各种元素进行调整时，影响钢水成分含量的因素也比较多，如：元素的收得率、元素间的反应、合金质量等，料仓中的合金含量和合金收得率事先检定或根据经验获得，在相当长时间内是固定不变的。最终还需要人工根据经验进行调整，不但增加了操作人员劳动负荷，导致合金投入成本上升，又无法实现钢水成分调整的自动控制，并且降低了钢水成分调整的精度。而RH最终的成分微调控制主要基于RH处理终点试样成分进行的，由于终点取样后继续吹氩、钢水内部杂质上浮等，其成分往往与最终成品样有一定差别，甚至不合格。

近年来，中国的一些钢厂开展了各种提高RH钢水成分控制精度的研究工作，涉及本研究领域的有以下一篇专利：

公开号CN1704484A的中国专利申请一种RH精炼过程中的合金化控制方，该方法主要包括以下步骤：(1)计算作为RH精炼过程中的脱氧剂和化学加热剂的合金元素耗用量；(2)根据钢水成分内各合金元素含量的初始值、目标值和合金元素耗用量计算每种合金元素的总计投入量；(3)确定合金投入组合与投入量，其中，每种合金元素通过投入组合内所有合金投入的数量等于该种合金元素的总计投入量；以及(4)将投入组合内的各种合金按照确定的投入量投入RH精炼炉，其中，投入顺序为：用作脱氧剂的合金、其它合金；公开的技术方案中没有考虑钢水成分控制过程中元素收得率变化因素，没有根据历史钢水处理进行自学习、优化控制的功能，控制的精度低。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定RH炉精炼过程中合金加入量的方法，主要解决现有RH炉精炼过程中合金加入控制精度低、合金加入成本高和钢水成分控制精度低的技术问题。

本发明的技术方案是，一种确定RH炉精炼过程中合金加入量的方法，包括以下步骤：

1)计算RH炉合金元素的收得率，当收到连铸炉次终点试样时，计算合金元素的收得率；

2)计算合金的投入量，根据各种合金含有的主要元素与所处理钢种标准目标成分的要求，在可供选择的合金中，确定钢水成分调整的有效合金，在有效合金中确定将钢水成分调整到标准目标成分需要的合金投入组合与投入数量，合金的投入量按公式四计算，

公式一中，X_j为合金j的投入量；A_ij为合金j中元素i的含量；Y_j为合金j的收得率；W_i为元素i的标准加入量；Wu_i为元素i标准加入量的上限值；元素i的标准加入量W_i按公式二计算，元素i加入量的上限值Wu_i按公式三计算，

W_i＝(C_目标i-C_初始i)×W_钢水…公式二

公式二中，C_目标i为i元素的目标值；C_初始i为i元素在RH处理前的初始值；W_钢水为在进入RH精炼工序时的钢水重量；

Wu_i＝(C_上限i-C_初始i)×W_钢水…公式三

公式三中，C_上限i为钢水中i元素的目标成分上限值；C_初始i和W_钢水含义同公式二；

控制合金的投入量的成本为最小，合金的投入量成本值最小按公式四计算，

公式四中，X_j为合金j的投入量；C_j为合金j的单价；

3)合金投入操控，合金i投料重量取值为计算出的合金投入重量X_i，生产控制系统(L2系统)计算出合金投入重量X_i后将其发送至基础自动化控制系统(L1系统)，基础自动化控制系统(L1系统)将收到的合金投入重量X_i设定为合金料仓投料设定值，基础自动化控制系统(L1系统)根据合金料仓投料设定值称量合金和合金投入控制。

进一步，本发明步骤1)中计算合金元素的收得率，包括以下步骤：

1.1)评判对该炉次有效性，该炉次钢水是否在RH供需处理后，直接上连铸进行浇铸；如果没有直接上连铸，而是进入其它工序，如LF进行升温处理，则视为无效炉次，不再继续处理；

1.2)检验试样有效性，试样是否为连铸代表炉次试样，由公知判断规则进行判断；只有在代表炉次试样时进入下一步；

1.3)合金收得率反馈计算，对该炉次在RH工序时初始试样C_初始i、钢水重量W_钢水以及处理过程中加入的合金重量X_i，结合连铸终点样C_终点i，按公式五计算该炉次在RH精炼处理过程中实际添加合金的收得率Y_i，

公式五中，X_j为合金j的投入量，单位Kg；A_ij为合金j中元素i的含量，单位百分比；Y_j为合金j的收得率，单位百分比；W_i为元素i的需要加入量，单位Kg；按公式六计算元素i的需要加入量W_i

W_i＝(C_终点i-C_初始i)×W_钢水…公式六

公式六中，W_i为元素i的加入量，单位Kg；C_终点i为连铸代表样i元素的成分值；C_初始i为i元素在RH处理前的初始成分值。

1.4)计算合金元素收得率的修正值，用合金元素收得率的修正值替换原始的合金元素收得率并将其存储到合金收得率数据表中，合金元素收得率修正值按公式七计算，

Y_i＝ηY_原始i+(1-η)Y_新i…公式七

公式七中，Y_i为i合金收得率的优化值，Y_原始i为i合金收得率的初始值，Y_新i为i合金收得率，由公式五求解得到的方程值Y_j，三者单位相同均为百分比；η为动态修正系数(遗传系数)，取值0～1之间，默认0.6。

本发明方法运用后工序成品样，对RH工序合金收得率进行反馈计算、动态自学习，不断优化合金收得率，提高了RH炉合金投入的控制精度，保证了RH精炼生产的稳定顺行，成效显著。

本发明方法根据合金收得率取值有一个合理的范围的公知常识，对线性方程求解，取合理解作为合金收得率反馈计算值，对所有经过RH进行合金添加成分处理后进入最后一道工序，即连铸进行浇铸处理的的炉次，在浇铸过程中得到代表本炉次最后成分试样时，对RH线性方程的合金收得率反向求解计算，并对参数进行优化处理，使参数值自学习幅度有一个渐进的过程，避免合金计算出现大的波动。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：本发明方法相比过去采用固定收得率，有效降低了钢水终点样与钢水标准样之间的偏差，提高了RH炉精炼过程中合金控制精度，降低了RH炉合金投入的成本，提高了钢水质量，效果显著。

附图说明

图1为本发明方法RH炉合金收得率控制流程示意图。

具体实施方式

参照图1，实施例RH炉精炼钢水的重量为262吨，实施例中实际调节成分C、Mn和Al，添加锰碳球、铝铁块合金，合金元素含量见表3，一种确定RH炉精炼过程中合金加入量的方法，包括以下步骤：

1)计算RH炉合金元素的收得率，当收到连铸大包钢水终点试样检测成分时，计算并更新合金元素的收得率；

1.1)评判对该炉次有效性，该炉次钢水是否在RH供需处理后，直接上连铸进行浇铸；如果没有直接上连铸，而是进行其它工序，如LF进行升温处理，则视为无效炉次，不再继续处理；

1.2)检验试样有效性，试样是否为连铸代表炉次试样，由公知判断规则进行判断；只有在代表炉次试样时进入下一步；

1.3)合金收得率反馈计算，对该炉次在RH工序时初始试样成分值C_初始i、钢水重量W_钢水以及处理过程中加入的合金重量X_i值见表1，RH炉精炼钢水过程中加入的合金重量X_i见表2，结合连铸代表炉次试样成分值C_终点i，按公式一计算该炉次在RH精炼处理过程中实际添加合金的收得率Y_i(Y₁～Y_n)，

公式一中，X_j为合金j的投入量，单位Kg；A_ij为合金j中元素i的含量，单位百分比；Y_j为合金j的收得率，单位百分比；W_i为元素i的需要加入量，单位Kg；按公式二计算元素i的需要加入量W_i，

W_i＝(C_终点i-C_初始i)×W_钢水…公式二

公式二中，W_i为元素i的需要加入量，单位Kg；C_终点i为连铸代表样i元素的成分值；C_初始i为i元素在RH处理前的初始成分值。

1.4)计算合金元素收得率的修正值，用合金元素收得率的修正值替换原始的合金元素收得率并将其存储到合金收得率数据表中，合金元素收得率修正值按公式三计算，

Y_i＝ηY_原始i+(1-η)Y_新i…公式三

公式三中，Y_i为i合金收得率的优化值，Y_原始i为i合金收得率的初始值，Y_新i为i合金收得率，由公式五求解得到的方程值Y_j，三者单位相同均为百分比；η为动态修正系数(遗传系数)，取值0～1之间，默认0.6；

2)计算合金的投入量，根据各种合金含有的主要元素与所处理钢种标准目标成分的要求，在可供选择的数目众多的合金中，确定钢水成分调整的有效合金，在有效合金中确定将钢水成分调整到标准目标成分需要的合金投入组合与投入数量，合金的投入量按公式四计算，

公式四中，X_j为合金j的投入量；A_ij为合金j中元素i的含量；Y_j为合金j的收得率；W_i为元素i的标准加入量；Wu_i为元素i加入量的上限值；元素i的标准加入量W_i按公式五计算，元素i加入量的上限值Wu_i按公式六计算，

W_i＝(C_目标i-C_初始i)×W_钢水…公式五

公式五中，C_目标i为i元素的目标值；C_初始i为i元素在RH处理前的初始值；W_钢水为进入RH精炼工序时的钢水重量；

Wu_i＝(C_上限i-C_初始i)×W_钢水…公式六

公式六中，C_上限i为钢水中i元素的目标成分上限值；C_初始i和W_钢水含义同公式五；

控制合金的投入量的成本为最小值，合金的投入量成本值最小按公式七计算，

公式七中，X_j为合金j的投入量；C_j为合金j的单价；

3)合金投入操控，合金i投入重量为计算出的合金投入重量X_i，生产控制系统(L2系统)计算出合金投入重量X_i后将其发送至基础自动化系统(L1系统)，基础自动化系统(L1系统)将收到的合金投入重量X_i设定为合金料仓投料设定值，基础自动化系统(L1系统)根据合金料仓投料设定值称量合金和合金投入控制。

表1本发明实施例RH炉精炼钢水化学成分，单位：重量百分比

表2本发明实施例RH炉精炼钢水过程合金的投入量

类别	铝铁	高碳锰铁	中碳锰铁
				主要元素	Al	C，Mn	C，Mn
合金投入量(kg)	972	345	89

表3本发明实施例合金中各种元素含量，单位：重量百分比

类别	C	Si	Mn	P	S	Cr	Nb	V	Al
										锰碳球	36	0	36	0.2	0.05	0	0	0	0
普通硅铁	0.3	72	0.5	0.03	0.01	0.35	0	0	0
										高纯硅铁	0.2	76	0.5	0.01	0.02	0.5	0	0	0
硅锰	1.8	18	67	0.7	0.03	0	0	0	0
										高碳锰铁	7	0.8	72	0.25	0.03	0	0	0	0
中碳锰铁	1.5	1.5	78.5	0.2	0.04	0	0	0	0
										金属锰	0	0.01	99.5	0.02	0.02	0.5	0	0	0
磷铁	1	0.3	0	25.2	0.5	0	0	0	0
										中碳铬铁	1	0.17	0	0.04	0.01	70	0	0	0
低碳铬铁	0.5	0.15	0	0.03	0.02	66	0	0	0
										铝铁	0.07	0.06	0	0.02	0.01	0	0	0	42
纯铝	0	0	0.07	0	0	0	0	0	99.5
										铝硅锰	0.4	18	50	0.2	0.01	0	0	0	20

在对钢水成分控制过程中，合金的收得率Y_i往往会受到合金料仓批次不同、生产钢种不同等因素影响，导致收得率Y_i实际值与最初设定值之间存在较大的偏差，运用连铸终点代表样对合金收得率进行自适应调整，提高钢水成分控制精度。

采用本发明方法确定RH精炼过程中合金加入量的方法对合金模型进行优化后，直接参与RH生产的自动投料控制，模型命中率从原来的86.1％提高到现在的96.85％，有效降低RH生产中合金消耗，提高了钢水质量，成效显著。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种确定RH炉精炼过程中合金加入量的方法，其特征是，包括以下步骤：

1)计算RH炉合金元素的收得率，当收到连铸大包钢水终点试样检测成分时，计算并更新合金元素的收得率；

2)计算合金的投入量，根据各种合金含有的主要元素与所处理钢种标准目标成分的要求，在可供选择的合金中，确定钢水成分调整的有效合金，在有效合金中确定将钢水成分调整到标准目标成分需要的合金投入组合与投入数量，合金的投入量按公式四计算，

公式一中，X_j为合金j的投入量；A_ij为合金j中元素i的含量；Y_j为合金j的收得率；W_i为元素i的标准加入量；Wu_i为元素i标准加入量的上限值；元素i的标准加入量W_i按公式二计算，元素i加入量的上限值Wu_i按公式三计算，

W_i＝(C_目标i-C_初始i)×W_钢水…公式二

公式二中，C_目标i为i元素的目标值；C_初始i为i元素在RH处理前的初始值；W_钢水为进入RH精炼工序时的钢水重量；

Wu_i＝(C_上限i-C_初始i)×W_钢水…公式三

公式三中，C_上限i为钢水中i元素的目标成分上限值；C_初始i和W_钢水含义同公式二；

控制合金的投入成本最小，合金的投入量成本值最小按公式四计算，

公式四中，X_j为合金j的投入量；C_j为合金j的单价；

3)合金投入操控，合金i投料重量取值为计算出的合金投入重量X_i，生产控制系统计算出合金投入重量X_i后将其发送至基础自动化控制系统，基础自动化控制系统将收到的合金投入重量X_i设定为合金料仓投料设定值，基础自动化控制系统根据合金料仓投料设定值称量合金和合金投入控制。

2.如权利要求1所述的一种确定RH炉精炼过程中合金加入量的方法，其特征是，所述步骤1)包括以下步骤：

1.1)评判对该炉次有效性，该炉次钢水是否在RH供需处理后，直接上连铸进行浇铸；如果没有直接上连铸，而是进行其它工序，如LF进行升温处理，则视为无效炉次，不再继续处理；

1.2)检验试样有效性，试样是否为连铸代表炉次试样，由公知判断规则进行判断；只有在代表炉次试样时进入下一步；

1.3)合金收得率反馈计算，对该炉次在RH工序时初始试样成分值C_初始i、钢水重量W_钢水以及处理过程中加入的合金重量X_i，结合连铸代表炉次试样成分值C_终点i，按公式五计算该炉次在RH精炼处理过程中实际添加合金的收得率Y_i，

公式五中，X_j为合金j的实际投入量，单位Kg；A_ij为合金j中元素i的含量，单位百分比；Y_j为合金j的收得率，单位百分比；W_i为元素i的加入量，单位Kg；按公式六计算元素i的加入量W_i

W_i＝(C_终点i-C_初始i)×W_钢水…公式六

公式六中，W_i为元素i的加入量，单位Kg；C_终点i为连铸代表样i元素的成分值；C_初始i为i元素在RH处理前的初始成分值。

1.4)计算合金元素收得率的修正值，用合金元素收得率的修正值替换原始的合金元素收得率并将其存储到合金收得率数据表中，合金元素收得率修正值按公式七计算，

Y_i＝ηY_原始i+(1-η)Y_新i…公式七

公式七中，Y_i为i合金收得率的优化值，Y_原始i为i合金收得率的初始值，Y_新i为i合金收得率，由公式五求解得到的方程值Y_j，三者单位相同均为百分比；η为动态修正系数(遗传系数)，取值0～1之间，默认0.6。