CN114480781A - 一种感应炉异类钢连续熔炼过程中成分精确控制的方法 - Google Patents

Abstract

一种感应炉异类钢连续熔炼过程中成分精确控制的方法，包括以下步骤：通过分析感应炉生产过程中多炉次的成分数据，并通过本发明得到的计算模型得到上炉钢参与本炉钢的钢液量范围，在感应炉生产前的配料过程中，根据得到的上炉钢参与本炉钢的钢液量范围、熔炼技术标准和本发明得到的计算模型，预测上炉钢对本炉钢成分的影响范围，并提供合理的配料思路；本发明的成分稳定性的预测方法原理简单，不仅适合生产企业技术人员掌握，而且有利于程序化远程操作。

Description

一种感应炉异类钢连续熔炼过程中成分精确控制的方法

技术领域

本发明属于真空感应炉熔炼配料计算技术领域，具体涉及一种感应炉异类钢连续熔炼过程中成分精确控制的方法。

背景技术

合金化学元素含量的准确性直接决定了合金的力学性能，各批次产品成分的稳定性直接影响了合金质量的稳定性。感应炉熔炼作为合金的第一道熔炼工序对于铸锭中各合金元素的含量起着决定性的作用。然而，在感应炉实际生产过程中，为了延长坩埚寿命和提高生产效率，感应炉均为连续式运行。当上炉钢成分与本炉钢成分不一致时，上炉钢钢液在坩埚内的残留量不可避免的会影响本炉钢的成分。大多数生产企业通过每炉生产过程中的投料量与产出重量之差计算上炉钢的残留量。但是上炉钢液在坩埚内可能的残留位置包括坩埚底部、坩埚壁部和坩埚内渣圈位置，坩埚底部的残留钢液几乎全部参与了本炉钢液中，坩埚壁部的钢液参与本炉钢液的比例与生产工艺关系较大，渣圈部位参与本炉钢液的量与本炉钢的投料量相关，而且上述几个位置钢液的残留比例也难以确定，所以通过简单的投料量与产出量之差计算上炉钢的残留量可靠性较低。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种感应炉异类钢连续熔炼过程中成分精确控制的方法，预测感应炉上炉残留量对本炉钢种成分稳定性影响的模型，提供准确的炉前配料思路，解决上炉残留量无法预估和本炉钢种成分稳定性难以控制的问题，并可利用网络平台实现远程控制，适用于现代化管理手段对接，提升炉前自动化操作能力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新的感应炉异类钢连续熔炼过程中成分精确控制的方法，包括以下步骤：

步骤1，根据基于质量守恒原理推导的上炉钢种对下炉钢种成分稳定性影响的公式，分析已有上炉钢种与下炉钢种的炉前检测数据，统计出相同吨位坩埚内上炉次在本炉钢种的残留量范围；

步骤2，假定预留量，根据残留量范围得到不可预估量上限和不可预估量下限；

步骤3，根据上炉钢中对下炉钢种成分稳定性影响的公式，计算出不可预估量对本炉种成分稳定性影响的范围，并在此基础上提出合理的预留量。

所述的步骤3中的计算，具体方式为：

模型定义不可预估量为ΔA，不可预估量是指由于上炉钢液的残留使得本炉钢的总投料量存在偏差的那部分量；当本炉钢不进行预留时，不可预估量就为上炉钢在坩埚内的残留量；当本炉钢进行预留时，不可预估量就为上炉钢的残留量减去本炉钢的预留量；本炉钢的投料量，即有意添加量的总量为A，不包括不可预估量；不可预估量ΔA与本炉钢的投料量的总和为坩埚内除渣圈外所有金属元素的总和；此处所指的上炉钢在坩埚内的残留量是参与了本炉钢液的那部分残留量，这是因为上炉残留量在坩埚内的位置包括渣圈、坩埚底部残留量和渗透到坩埚内部的残留量，而参与本炉钢液的那部分残留量难以预估是否包括渣圈和渗透到坩埚炉衬内部的量；

设上炉钢种a元素的百分含量为W_a’，不可预估量给本炉钢中有意添加元素a带来的影响为：

公式(1)中ΔR为上炉钢残留的不可预估量给本炉钢中a元素占比带来的偏差，a为元素a的质量，实际生产过程中，不可预估量的值远小于投料量，所以上式可以近似为下式：

ΔR＝(W_a-W_a’)·W_ΔA (2)

上式中W_ΔA为不可预估量影响系数，W_a为本炉钢种中a元素的含量，W_a’为上炉钢种中a元素的占比，从公式(1)可以看出，不可预估量影响系数可用下式表示：

从公式(2)可以看出，不可预估量影响系数越大，上炉钢种对本炉钢种成分的影响越大，

公式(2)经过变换可以得到下公式(4)：

根据往期熔炼炉前的成分数据，可以得到上炉钢种对下炉钢种的成分影响ΔR，随后根据投料量可以分别计算不同吨位坩埚、往期本炉钢种元素a的含量和往期上炉钢种元素a的含量，可以计算出不可预估量，步骤1中使用炉次的数据量越多计算得到的不可预估量范围越准确，不可预估量范围的上限用符号ΔA_up，不可预估量范围的下限用符号ΔA_down；

根据本炉期坩埚的实际状态，结合步骤1得到的本炉钢种残留量量范围，选择预留量，预留量用符号D表示，不可预估量上限减去预留量为不可预估量的影响上限，该值用符号D_up表示；不可预估量下限减去预留量为不可预估量的影响下限，该值用符号D_down表示；随后将D_up和D_down分别代入下式(5)，可以得到不可预估量影响后的本炉钢成分范围，若不可预估量影响后的本炉钢成分范围不在该炉钢标准要求的范围内时，就需要考虑最初的预留量是否合适，若预留不合适，不可预估量影响后会直接导致本炉钢成分超出标准要求的范围，

W＝W_a-(W_a-W'_a)·W_ΔA (5)

公式(5)是经公式(1)变换而来的。

本发明的有益效果是：

本发明通过理论推导而来的模型计算出上炉钢参与本炉钢的钢液量范围，在感应炉生产前的配料过程中，根据得到的上炉钢参与本炉钢的钢液量范围、熔炼技术标准和本发明得到的计算模型，预测上炉钢对本炉钢成分的影响范围，并提供合理的配料思路。本发明采用的预测上炉钢液残留量的方法合理可靠，可准确的控制感应铸锭的成分稳定性，对本炉钢成分稳定性影响尤为重要。本发明的成分稳定性的预测方法原理简单，不仅适合生产企业技术人员掌握，而且有利于程序化远程操作。此外通过案例的计算结果显示，预测结果准确，而且根据本模型提供的配料思路，计算得到的钢锭成分与分析结果一致性较好。

附图说明

图1为本发明上炉钢残留量对本炉钢成分稳定性影响的预测方法的流程图。

具体实施步骤

下面结合具体案例对本附录A的计算思路图做进一步说明。

一种新的感应炉异类钢连续熔炼过程中成分精确控制的方法，包括以下步骤：

步骤1，根据基于质量守恒原理推导的上炉钢种对下炉钢种成分稳定性影响的公式，分析往期上炉钢种与下炉钢种的炉前检测数据，统计出相同吨位坩埚内上炉次在本炉钢种的残留量范围；

步骤2，假定预留量，根据残留量范围得到不可预估量上限和不可预估量下限；

步骤3，根据上炉钢中对下炉钢种成分稳定性影响的公式，计算出不可预估量对本炉种成分稳定性影响的范围，并在此基础上提出合理的预留量。

所述的步骤3中的计算，具体方式为：

模型定义不可预估量为ΔA，不可预估量是指由于上炉钢液的残留使得本炉钢的总投料量存在偏差的那部分量；当本炉钢不进行预留时，不可预估量就为上炉钢在坩埚内的残留量；当本炉钢进行预留时，不可预估量就为上炉钢的残留量减去本炉钢的预留量；本炉钢的投料量，即有意添加量的总量为A，不包括不可预估量；不可预估量ΔA与本炉钢的投料量A的总和为坩埚内除渣圈外所有金属元素的总和；注意，此处所指的上炉钢在坩埚内的残留量是参与了本炉钢液的那部分残留量，这是因为上炉残留量在坩埚内的位置包括渣圈、坩埚底部残留量和渗透到坩埚内部的残留量，而参与本炉钢液的那部分残留量难以预估是否包括渣圈和渗透到坩埚炉衬内部的量；

设上炉钢种a元素的百分含量为Wa’，不可预估量给本炉钢中有意添加元素a带来的影响为：

实际生产过程中，不可预估量的值远小于投料量，所以上式可以近似为下式：

ΔR＝(W_a-W'_a)·W_ΔA (2)

上式中W_ΔA为不可预估量影响系数，从公式(1)可以看出，不可预估量影响系数可用下式表示：

从公式(2)可以看出，不可预估量影响系数越大，上炉钢种对本炉钢种成分的影响越大，

公式(2)经过变换可以得到下公式(4)：

根据往期熔炼炉前的成分数据，可以得到上炉钢种对下炉钢种的成分影响ΔR，随后根据投料量可以分别计算不同吨位坩埚、往期本炉钢种元素a的含量和往期上炉钢种元素a的含量，可以计算出不可预估量，往期炉次的数据量越多计算得到的不可预估量范围越准确，不可预估量范围的上限用符号ΔA_up，不可预估量范围的下限用符号ΔA_down；

根据本炉期坩埚的实际状态，结合步骤1得到的本炉钢种残留量量范围，选择预留量，预留量用符号D表示，不可预估量上限减去预留量为不可预估量的影响上限，该值用符号D_up表示；不可预估量下限减去预留量为不可预估量的影响下限，该值用符号D_down表示，随后将D_up和D_down分别代入下式(5)，可以得到不可预估量影响后的本炉钢成分范围。若不可预估量影响后的本炉钢成分范围不在该炉钢标准要求的范围内时，就需要考虑最初的预留量是否合适，若预留不合适，不可预估量影响后会直接导致本炉钢成分超出标准要求的范围，

W＝W_a-(W_a-W'_a)·W_ΔA (5)

可以看出公式(5)是经公式(1)变换而来的。

案例一，预测6吨坩埚熔炼时上炉钢种GH4698对本炉钢GH4169成分稳定性的影响

通过公式(4)分析往期生产炉次，计算得到6吨坩埚的不可预估量范围在40～100kg之间。

假定预留量为90kg，不可预估量上限为10kg，不可预估量下限为-50kg。附录B中的表1为上炉钢种GH4698和本炉钢种GH4169的成分；将不可预估量上限和不可预估量下限以及附录B表1中相应的合金元素含量代入公式(5)，计算出上炉钢种GH4698的不可预估量对下炉钢种GH4169中各元素含量的影响，见附录B中的表2。

表3为本炉钢种GH4169的成分要求。可以看出，当预留量为90kg时，不可预估量Cr元素的下限影响超出标准要求范围的上限，这说明90kg预留量较多，应增加预留量。最后发现预留量为99kg时为最佳预留量。

表1上炉钢种GH4698的检测成分和本炉钢种GH4169各元素的目标值

表2上炉钢种GH4698对本炉钢种GH4169成分稳定性的影响

表3本炉钢中GH4169成分范围要求

案例二，预测3吨坩埚熔炼时上炉钢种GH3030对本炉钢种N06625成分稳定性的影响。

通过公式(4)分析往期生产炉次，计算得到3吨坩埚的不可预估量范围在20～60kg之间。

假定预留量为30kg，不可预估量上限为35kg，不可预估量下限为-5kg。附录C中的表4为上炉钢种GH3030和本炉钢种N06625的成分。将不可预估量上限和不可预估量下限以及附录C表4中相应的合金元素含量代入公式(5)，计算出上炉钢种GH3030的不可预估量对下炉钢种N06625中各元素含量的影响，见附录C中的表5。

表4上炉钢种GH3030的检测成分和本炉钢种N06625各元素的目标值

表5上炉钢种GH3030对本炉钢种N06625成分稳定性的影响

表6为本炉钢种N06625的成分要求。可以看出，当预留量为30kg时，Mo元素的不可预估量上限影响超出标准要求范围的上限，这说明30kg预留量较多，应降低预留量。故应提高预留量，发现预留量为25kg时为最佳预留量。

表6本炉钢种N06625成分范围要求

Claims (2)

1.一种感应炉异类钢连续熔炼过程中成分精确控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据基于质量守恒原理推导的上炉钢种对下炉钢种成分稳定性影响的公式，分析往期上炉钢种与下炉钢种的炉前检测数据，统计出相同吨位坩埚内上炉次在本炉钢种的残留量范围；

步骤2，假定预留量，根据残留量范围得到不可预估量上限和不可预估量下限；

步骤3，根据上炉钢中对下炉钢种成分稳定性影响的公式，计算出不可预估量对本炉种成分稳定性影响的范围，并在此基础上提出合理的预留量。

2.根据权利要求1所述的一种感应炉异类钢连续熔炼过程中成分精确控制的方法，其特征在于，所述的步骤3中的计算，具体方式为：

模型定义不可预估量为ΔA，不可预估量是指由于上炉钢液的残留使得本炉钢的总投料量存在偏差的那部分量；当本炉钢不进行预留时，不可预估量就为上炉钢在坩埚内的残留量；当本炉钢进行预留时，不可预估量就为上炉钢的残留量减去本炉钢的预留量；本炉钢的投料量，即有意添加量的总量为A，不包括不可预估量；不可预估量ΔA与本炉钢的投料量的总和为坩埚内除渣圈外所有金属元素的总和；此处所指的上炉钢在坩埚内的残留量是参与了本炉钢液的那部分残留量，这是因为上炉残留量在坩埚内的位置包括渣圈、坩埚底部残留量和渗透到坩埚内部的残留量，而参与本炉钢液的那部分残留量难以预估是否包括渣圈和渗透到坩埚炉衬内部的量；

设上炉钢种a元素的占比为Wa’，不可预估量给本炉钢中有意添加元素a带来的影响为：

公式(1)中ΔR为上炉钢残留的不可预估量给本炉钢中a元素占比带来的偏差，a为元素a的质量,实际生产过程中，不可预估量的值远小于投料量，所以上式可以近似为下式：

ΔR＝(W_a-W’_a)·W_ΔA (2)

上式中W_ΔA为不可预估量影响系数,W_a为本炉钢种中a元素的含量，W_a’为上炉钢种中a元素的占比，从公式(1)可以看出，不可预估量影响系数可用下式表示：

从公式(2)可以看出，不可预估量影响系数越大，上炉钢种对本炉钢种成分的影响越大，

公式(2)经过变换可以得到下公式(4)：

根据已得到上炉钢种对下炉钢种的成分影响ΔR，随后根据投料量A可以分别计算不同吨位坩埚、本炉钢种元素a的含量和上炉钢种元素a的含量，可以计算出不可预估量，步骤1中使用炉次的数据量越多计算得到的不可预估量范围越准确，不可预估量范围的上限用符号ΔA_up，不可预估量范围的下限用符号ΔA_down；

根据本炉期坩埚的实际状态，结合步骤1得到的本炉钢种残留量量范围，选择预留量，预留量用符号D表示，不可预估量上限减去预留量为不可预估量的影响上限，该值用符号D_up表示；不可预估量下限减去预留量为不可预估量的影响下限，该值用符号D_down表示；随后将D_up和D_down分别代入下式(5)，可以得到不可预估量影响后的本炉钢成分范围，若不可预估量影响后的本炉钢成分范围不在该炉钢标准要求的范围内时，就需要考虑最初的预留量是否合适，若预留不合适，不可预估量影响后会直接导致本炉钢成分超出标准要求的范围，

W＝W_a-(W_a-W_a‘)·W_ΔA (5)

公式(5)是经公式(1)变换而来的。

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