CN115341069A - 一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，包括如下步骤：S1：确定转炉吹炼的脱碳临界点、确定转炉吹炼终点；S2：根据建立的预测模型确定转炉吹炼脱碳临界点的钢液碳含量；S3：自转炉吹炼的脱碳临界点开始至转炉吹炼终点为止，基于理论脱碳速率对钢液碳含量的变化关系，结合根据步骤S2确定的转炉吹炼脱碳临界点的钢液碳含量，建立对转炉吹炼终点的钢液碳含量的预测。本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，采用炉口微差压信号，结合相应的检测模型及在线学习，实现转炉吹炼脱碳临界点的判定及临界点处的钢液碳含量的预测，进而实现终点碳含量的预测控制。

Description

一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预 测控制方法

技术领域

本发明属于转炉炼钢生产过程控制领域，具体涉及一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法。

背景技术

大型转炉经典控制方法是基于副枪的动态控制，即首先计算副原料及氧气总量进行吹炼，依据吹氧量比例，在接近吹炼结束前下副枪测定熔池温度与结晶定碳，同时提取钢水试样，并基于副测信息调整至吹炼终点。停吹后，再次下副枪测定钢液温度、游离氧并提取钢水试样。副枪动态控制技术应用显著提高了转炉终点命中率，但该技术也存在一些不足：在副枪测定前的绝大部分吹炼时间内，炉内反应状况不明；副枪测成率会对控制结果影响很大；副枪设备维护和测头费用成本花费；副枪测定时需降低供氧强度，吹炼结束后取样测温也需要时间，增加了转炉冶炼周期。

针对转炉副枪控制的不足，出现了基于炉气检测的转炉过程及终点控制方法。其基本原理建立于质量平衡以及终点钢液碳含量与脱碳速率的相关关系。为了满足终点控制的需要，炉气检测点需要尽可能地靠近炉口，以便快速响应过程变化。受制于取样头维护及分析仪检测方法的限制，目前炉气检测仍然存在一定的滞后时间。为了消除时间滞后的影响，需要进行修正。修正算法可以一定程度弥补计算精度，但是时间的滞后意味着控制操作的滞后以及控制时间窗口的变窄，增加了终点控制的难度，也不利于控制精度提升。

申请号为：CN200510123304.8的发明申请，公开了“一种转炉炼钢过程与终点控制系统”，主要涉及转炉炼钢过程与终点的控制。其采用炉气分析法，在转炉一文除尘器与二文除尘器之间的烟气管道上安装在位式激光气体分析仪，并在转炉高温烟道端安装烟气温度检测计，在除尘后的冷段管道上安装烟气流量检测计，从而获得包括烟气成分、烟气温度和烟气流量综合信息，该信息进入计算机与转炉其它信息相结合计算出转炉吹炼过程脱碳速度、脱碳量、反应变化曲线、过程中和接近终点时钢水中碳含量，以及结合转炉加入的原料、辅料、吹氧量、炉况、熔池搅拌等信息计算出吹炼中钢水温度；该结果直接反馈于转炉控制计算机，实现生产过程的氧枪枪位控制、吹氧控制、造渣控制吹炼终点提枪控制、底吹控制，转炉炼钢过程与终点的控制。

申请号为：CN 200910010672.X发明申请，公开了“一种连续预测转炉熔池碳含量的方法”，主要包括数据采集、原料控制、操作控制、工艺过程；数据采集中利用炉气流量计对炉气流量进行检测，所有检测信息通过数据通讯系统传输至计算机，经以下两个数学模型：公式一，w[C]＝0.1×(∑Cori-∑Cde)/Wm，公式二，

进行分析计算；原料控制中，废钢比为8％～13％，轻型废钢与重型废钢的重量百分比控制在14％～70％；操作控制中，在吹炼结束前的2～3分钟内保持固定枪位、固定烟罩；工艺过程中，当吹氧量占总吹氧量的比值小于或等于75％时，熔池中碳含量满足公式一，当吹氧量占总吹氧量的比值大于75％时，熔池中碳含量满足公式二。

申请号为：CN 201110357377.9的发明申请，公开了“一种转炉炼钢过程控制的方法、装置和系统”，该方法包括：步骤S11，获取炉气中CO和CO2的含量、记录转炉吹氧量；步骤S13，根据CO和CO2的含量和转炉吹氧量计算转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率；步骤S15，根据转炉脱碳氧效率和转炉脱碳氧效率变化率，输出喷溅预报信息或返干预报信息；步骤S17，根据喷溅预报信息或返干预报信息控制吹氧操作。

申请号为：CN 201210092210.9的发明申请，公开了“一种转炉冶炼低碳钢磷含量在线预测控制方法”，它的特点在于(1)利用在线采集的炉气信息间接对钢液中磷含量进行在线实时预测；(2)利用转炉炉气中CO的变化与吹炼后期熔池中氧含量的间接关系，即由炉气中CO的变化预测出碳含量，再根据碳氧积关系预测氧含量，炉渣碱度控制在R＝3.0-3.5；(3)对加料量、耗氧量及吹炼终点进行判断，结合数学模型和操作工艺实现转炉冶炼低碳钢磷含量在线控制。

申请号为：CN 201611020342.5的发明申请，公开了“一种转炉炼钢温度预报方法及服务器”，所述方法包括：获取当前转炉的炼钢信息，炼钢信息包括当前炉次的装入数据、投料数据、钢种信息数据和炉气数据；根据所述装入数据、投料数据、钢种信息数据和炉气数据以及根据物料平衡及热平衡原理建立的理论模型，计算获得第一钢水温度；根据当前转炉的炼钢信息获取当前炉次信息，并获取第一预设数量的历史炉次信息；根据当前炉次信息和第一预设数量的历史炉次信息，计算获得第二钢水温度；根据第一钢水温度和第二钢水温度，获得当前炉次的钢水预估温度。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其技术方案具体如下：

一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：确定转炉吹炼的脱碳临界点、确定转炉吹炼终点；

S2：根据建立的预测模型确定转炉吹炼脱碳临界点的钢液碳含量；

S3：自转炉吹炼的脱碳临界点开始至转炉吹炼终点为止，基于理论脱碳速率对钢液碳含量的变化关系，结合根据步骤S2确定的转炉吹炼脱碳临界点的钢液碳含量，建立对转炉吹炼终点的钢液碳含量的预测。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

步骤S1中的转炉吹炼的脱碳临界点的确定，基于炉口炉压变化完成。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

步骤S1中的转炉吹炼终点的确定，通过将自转炉吹炼的脱碳临界点开始至转炉吹炼终点为止的、累积吹氧量的预测值与转炉吹炼终点的吹氧量的目标设定值进行比较确定。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

步骤S2具体为：

针对每个当前炉次，于脱碳临界点、基于当前氧枪流量、并根据线性拟合分析建立的氧枪流量与钢液碳含量的线性拟合方程，完成该炉次脱碳临界点的钢液碳含量的预测。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

步骤S3，具体如下：

其中，

C_c：钢液碳含量；

m_stl：钢液重量，单位：kg；

吹氧脱碳速率，单位：kg/s。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

基于炉口炉压变化完成对转炉吹炼的脱碳临界点的确定，具体为：

按照计算周期截取t时刻至过去时间段[t',t]的炉压测量值的动态记录信息，并据此进行测量信息连续增量幅度最大值、连续降低幅度最大值、测量值变化量三个维度的数值的计算；

对各自的计算结果建立各自的约束条件判定，若同时满足三个约束条件的判定，则判定为该时刻为脱碳临界点。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

用于提供给线性拟合分析的样本空间的样本值，基于对当前炉次之前的设定数量的炉次的各自相应值的统计确定；

所述的当前炉次之前的设定数量的炉次、随着每次炉次的迭代更新而相应迭代更新。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的用于提供给线性拟合分析的样本空间的样本值，包括：各自炉次对应的氧枪流量及脱碳临界点的钢液碳含量，

其中的氧枪流量通过检测得出，

其中的脱碳临界点的钢液碳含量根据转炉吹炼终点的钢液碳含量、结合碳元素质量平衡方程得出。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的“脱碳临界点的钢液碳含量根据转炉吹炼终点的钢液碳含量、结合碳元素质量平衡方程得出”，具体为：

其中，

C_C,tp：基于烟气推定的脱碳临界点的碳含量；

△m_c：脱碳临界点至吹炼终点的脱碳量，单位：kg；

m_stl：出钢钢水重量，单位：kg；

△m_Fe：脱碳临界点至吹炼终点的铁元素吹氧消耗量，单位：kg；

C_C,end：吹炼终点钢液碳含量检测值。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的△m_c根据设置的烟气流量计算模型计算得出。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的烟气流量计算模型根据烟气检测、并基于吹炼过程中碳元素的质量平衡、建立的对烟气检测的偏差修正完成。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的烟气流量计算模型具体为：

△m_c＝f_qw_c，

其中，

△m_c：脱碳临界点至脱碳终点的脱碳量，单位：kg；

f_q：修正系数；

w_c：基于烟气流量计算出的、脱碳临界点至脱碳终点的脱碳累积量，单位：kg。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的w_c，具体根据如下确定：

其中，

P⁰：标准大气压，单位：pa；

M_C：碳元素的摩尔质量，单位：kg/mol；

R：气体常数，单位：J/mol/K；

T⁰：标准状态温度，单位：K；

t_p：转炉吹炼脱碳临界点时刻，单位：S；

_te：转炉吹炼终点时刻，单位：S；

q_off：烟气流量，单位：m³/s；

C_co：CO含量，摩尔分数；

CO₂含量，摩尔分数。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的f_q，具体根据如下确定：

其中，

l：炉次编号；

N：设定的炉次数目；

m'_C：吹炼过程碳总量的变化量，单位：kg；

基于烟气流量计算出的、转炉吹炼开始时刻至脱碳终点的脱碳累积量，单位：kg。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的m'_C，根据如下确定：

m'_C＝m_hotC_C,hot+m_scrC_C,scr-m_stlC_stl，

其中，

m_hot：铁水重量，单位：kg；

C_C,hot：铁水中碳元素的质量含量；

m_scr：转炉加入废钢重量，单位：kg；

C_C,scr：转炉加入废钢中的碳元素质量含量；

m_stl：转炉出钢钢水重量，单位：kg；

C_C,stl：转炉出钢钢水的碳元素质量含量。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的△m_Fe，根据如下确定：

其中，

M_Fe：铁元素的摩尔质量，单位：kg/mol；

α：铁元素氧化与氧的摩尔比；

脱碳临界点至吹炼终点的氧量，单位：m³；

△m_c：脱碳临界点至吹炼终点的脱碳量，单位：kg；

P⁰：标准大气压，单位：pa；

R：气体常数，单位：J/mol/K；

T⁰：标准状态温度，单位：K；

M_c：碳原子摩尔质量，单位：kg/mol。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的烟气流量计算模型的计算开始时间根据实际时间减去烟气检测分析的滞后时间确定，

其中的烟气检测结束时间根据实际停吹时间加上烟气检测分析的滞后时间确定。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

以差分形式建立对方程的推进计算，其中的C_c，具体如下：

其中，

C_c ⁱ：i时间步长的碳含量；

C_c ^i-1：i-1时间步长的碳含量；

i时间步长的吹氧脱碳速率，单位：kg/s；

i时间步长的钢液重量，单位：kg。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的

具体如下：

其中，

i-1时间步长的钢液重量，单位：kg；

i时间步长的铁的氧化速率，单位：kg/s。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的

具体如下：

其中，

吹氧脱碳速率，单位：kg/s；

σ_C：碳元素的氧化耗氧比例；

q_O2：氧气流量，单位：Nm³/s；

d_O2：氧气密度，单位：kg/m³；

M_C：碳原子摩尔质量，单位：kg/mol；

M_O：氧原子摩尔质量，单位：kg/mol。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的

具体如下：

其中，

铁的氧化速率，单位：kg/s；

α：铁元素氧化与氧的摩尔比；

σ_Fe：铁元素的氧化耗氧比例；

氧气流量，单位：Nm³/s；

氧气密度，单位：kg/m³；

M_Fe：铁原子摩尔质量，单位：kg/mol；

M_O：氧原子摩尔质量，单位：kg/mol。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的σ_C，具体如下：

其中，

k_j：元素j反应速率常数，单位：1/s；

k_C：碳元素反应速率常数，单位：1/s；

C_j：元素j质量含量；

C_C：碳元素质量含量；

平衡碳含量。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的σ_Fe，具体如下：

其中，

k_j：元素j反应速率常数，单位：1/s；

k_C：碳元素反应速率常数，单位：1/s；

k_Fe：铁元素反应速率常数，单位：1/s；

C_Fe：铁元素质量含量；

C_j：元素j质量含量；

C_C：碳元素质量含量；

平衡碳含量。

根据本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的三个约束条件的判定的判别式，分别如下：

I_M<I_t，

D_M>D_t，

C<C_t，

其中，

I_M：测量信息连续增量幅度最大值；

D_M：连续降低幅度最大值；

C：测量值变化量；

I_t：设定的判定值；

D_t：设定的判定值；

C_t：设定的判定值。

本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，可以利用已有除尘系统配备的红外气体成分检测仪的检测信息，不必追求气体分析的速度，可以避开烟气分析滞后的影响，实现对转炉吹炼终点碳含量的有效预测和控制；采用炉口微差压信号，结合相应的检测模型及在线学习，实现转炉吹炼脱碳临界点的判定及临界点处的钢液碳含量的预测，进而实现终点碳含量的预测控制。其中的利用转炉炉口微差压信号变化特征的提取以实现脱碳临界点的判定和捕捉，可以避免采用烟气成分含量进行判定的滞后性，创造性地提出了脱碳临界点处碳含量的预测方法，进而实现终点钢液碳含量的预测控制。本技术方案可以脱离炉气检测独立实现转炉吹炼终点的控制；同样具备替代副枪的定碳功能，这和烟气检测控制的功能预期是一致的。

附图说明

图1为本发明的预测控制方法步骤示意图；

图2为本发明实施例的整体过程流程示意图；

图3为本发明实施例中的脱碳临界点处烟气推定的钢液碳含量与氧枪流量关系示意图；

图4为本发明实施例中的转炉过程脱碳临界点判定、临界点碳含量及终点碳含量预测结果示意图。

具体实施方式

下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法作进一步具体说明。

一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1：确定转炉吹炼的脱碳临界点、确定转炉吹炼终点；

S2：根据建立的预测模型确定转炉吹炼脱碳临界点的钢液碳含量；

S3：自转炉吹炼的脱碳临界点开始至转炉吹炼终点为止，基于理论脱碳速率对钢液碳含量的变化关系，结合根据步骤S2确定的转炉吹炼脱碳临界点的钢液碳含量，建立对转炉吹炼终点的钢液碳含量的预测。

其中，

步骤S1中的转炉吹炼的脱碳临界点的确定，基于炉口炉压变化完成。

其中，

步骤S1中的转炉吹炼终点的确定，通过将自转炉吹炼的脱碳临界点开始至转炉吹炼终点为止的、累积吹氧量的预测值与转炉吹炼终点的吹氧量的目标设定值进行比较确定。

其中，

步骤S2具体为：

针对每个当前炉次，于脱碳临界点、基于当前氧枪流量、并根据线性拟合分析建立的氧枪流量与钢液碳含量的线性拟合方程，完成该炉次脱碳临界点的钢液碳含量的预测。

其中，

步骤S3，具体如下：

其中，

C_c：钢液碳含量；

m_stl：钢液重量，单位：kg；

吹氧脱碳速率，单位：kg/s。

其中，

基于炉口炉压变化完成对转炉吹炼的脱碳临界点的确定，具体为：

按照计算周期截取t时刻至过去时间段[t',t]的炉压测量值的动态记录信息，并据此进行测量信息连续增量幅度最大值、连续降低幅度最大值、测量值变化量三个维度的数值的计算；

对各自的计算结果建立各自的约束条件判定，若同时满足三个约束条件的判定，则判定为该时刻为脱碳临界点。

其中，

用于提供给线性拟合分析的样本空间的样本值，基于对当前炉次之前的设定数量的炉次的各自相应值的统计确定；

所述的当前炉次之前的设定数量的炉次、随着每次炉次的迭代更新而相应迭代更新。

其中，

所述的用于提供给线性拟合分析的样本空间的样本值，包括：各自炉次对应的氧枪流量及脱碳临界点的钢液碳含量，

其中的氧枪流量通过检测得出，

其中的脱碳临界点的钢液碳含量根据转炉吹炼终点的钢液碳含量、结合碳元素质量平衡方程得出。

其中，

所述的“脱碳临界点的钢液碳含量根据转炉吹炼终点的钢液碳含量、结合碳元素质量平衡方程得出”，具体为：

其中，

C_C,tp：基于烟气推定的脱碳临界点的碳含量；

△m_c：脱碳临界点至吹炼终点的脱碳量，单位：kg；

m_stl：出钢钢水重量，单位：kg；

△m_Fe：脱碳临界点至吹炼终点的铁元素吹氧消耗量，单位：kg；

C_C,end：吹炼终点钢液碳含量检测值。

其中，

其中的△m_c根据设置的烟气流量计算模型计算得出。

其中，

所述的烟气流量计算模型根据烟气检测、并基于吹炼过程中碳元素的质量平衡、建立的对烟气检测的偏差修正完成。

其中，

所述的烟气流量计算模型具体为：

△m_c＝f_qw_c，

其中，

△m_c：脱碳临界点至脱碳终点的脱碳量，单位：kg；

f_q：修正系数；

w_c：基于烟气流量计算出的、脱碳临界点至脱碳终点的脱碳累积量，单位：kg。

其中，

所述的w_c，具体根据如下确定：

其中，

P⁰：标准大气压，单位：pa；

M_C：碳元素的摩尔质量，单位：kg/mol；

R：气体常数，单位：J/mol/K；

T⁰：标准状态温度，单位：K；

t_p：转炉吹炼脱碳临界点时刻，单位：S；

t_e：转炉吹炼终点时刻，单位：S；

q_off：烟气流量，单位：m³/s；

C_co：CO含量，摩尔分数；

CO₂含量，摩尔分数。

其中，

所述的f_q，具体根据如下确定：

其中，

l：炉次编号；

N：设定的炉次数目；

m'_C：吹炼过程碳总量的变化量，单位：kg；

基于烟气流量计算出的、转炉吹炼开始时刻至脱碳终点的脱碳累积量，单位：kg。

其中，

所述的m'_C，根据如下确定：

m'_C＝m_hotC_C,hot+m_scrC_C,scr-m_stlC_stl，

其中，

m_hot：铁水重量，单位：kg；

C_C,hot：铁水中碳元素的质量含量；

m_scr：转炉加入废钢重量，单位：kg；

C_C,scr：转炉加入废钢中的碳元素质量含量；

m_stl：转炉出钢钢水重量，单位：kg；

C_C,stl：转炉出钢钢水的碳元素质量含量。

其中，

所述的△m_Fe，根据如下确定：

其中，

M_Fe：铁元素的摩尔质量，单位：kg/mol；

α：铁元素氧化与氧的摩尔比；

脱碳临界点至吹炼终点的氧量，单位：m³；

△m_c：脱碳临界点至吹炼终点的脱碳量，单位：kg；

P⁰：标准大气压，单位：pa；

R：气体常数，单位：J/mol/K；

T⁰：标准状态温度，单位：K；

M_c：碳原子摩尔质量，单位：kg/mol。

其中，

其中的烟气流量计算模型的计算开始时间根据实际时间减去烟气检测分析的滞后时间确定，

其中的烟气检测结束时间根据实际停吹时间加上烟气检测分析的滞后时间确定。

其中，

以差分形式建立对方程的推进计算，其中的C_c，具体如下：

其中，

C_c ⁱ：i时间步长的碳含量；

C_c ^i-1：i-1时间步长的碳含量；

i时间步长的吹氧脱碳速率，单位：kg/s；

i时间步长的钢液重量，单位：kg。

其中，

其中的

具体如下：

其中，

i-1时间步长的钢液重量，单位：kg；

i时间步长的铁的氧化速率，单位：kg/s。

其中，

其中的

具体如下：

其中，

吹氧脱碳速率，单位：kg/s；

σ_C：碳元素的氧化耗氧比例；

氧气流量，单位：Nm³/s；

氧气密度，单位：kg/m³；

M_C：碳原子摩尔质量，单位：kg/mol；

M_O：氧原子摩尔质量，单位：kg/mol。

其中，

其中的

具体如下：

其中，

铁的氧化速率，单位：kg/s；

α：铁元素氧化与氧的摩尔比；

σ_Fe：铁元素的氧化耗氧比例；

氧气流量，单位：Nm³/s；

氧气密度，单位：kg/m³；

M_Fe：铁原子摩尔质量，单位：kg/mol；

M_O：氧原子摩尔质量，单位：kg/mol。

其中，

其中的σ_C，具体如下：

其中，

k_j：元素j反应速率常数，单位：1/s；

k_C：碳元素反应速率常数，单位：1/s；

C_j：元素j质量含量；

C_C：碳元素质量含量；

平衡碳含量。

其中，

其中的σ_Fe，具体如下：

其中，

k_j：元素j反应速率常数，单位：1/s；

k_C：碳元素反应速率常数，单位：1/s；

k_Fe：铁元素反应速率常数，单位：1/s；

C_Fe：铁元素质量含量；

C_j：元素j质量含量；

C_C：碳元素质量含量；

平衡碳含量。

其中，

所述的三个约束条件的判定的判别式，分别如下：

I_M<I_t，

D_M>D_t，

C<C_t，

其中，

I_M：测量信息连续增量幅度最大值；

D_M：连续降低幅度最大值；

C：测量值变化量；

I_t：设定的判定值；

D_t：设定的判定值；

C_t：设定的判定值。

工作原理、过程及实施例

工作原理、过程

1转炉烟气检测流量的修正方法

已知烟气流量、烟气成分与转炉吹炼过程的脱碳速率存在如下关系：

式中，

为脱碳速率(kg/s)；P⁰为标准大气压(Pa)；M_C为碳元素的摩尔质量(kg/mol)；R为气体常数(8.314J/mol/K)；T⁰为标准状态温度(273.15K)；q_off为烟气流量(m³/s)；C_CO、C_CO2烟气成分中CO和CO₂含量(摩尔分数)。积分可得烟气带走碳的累计量：

式中，

为烟气带走碳的累计量(kg)；t₀为转炉吹炼开始时刻(s)；t为转炉吹炼时刻(s)。采用上式的差分格式，对于单个时间步长的计算，有烟气带走碳的累计量：

式中，上标i表示第i个△t计算时间步长(s)。对于计算起点，

为0。

因烟气流量测量存在偏差，使得采用检测流量获得的脱碳速率及脱碳量难以利用。为此，基于历史吹炼过程的碳元素质量平衡计算，统计得出烟气流量测量值的修正系数，作为当前吹炼过程的计算参数，如此使得烟气检测信息可靠性获得提升，并可以进一步推算其它过程信息。考虑到烟气流量检测值漂移的特性，因此，历史炉次仅选择足够样本数的临近炉次(20～30炉)，这样可以保证与检测装置测量一致；而足够多的样本数可以消除计算采用的其它测量信息偏差，如铁水碳含量分析偏差、重量称量偏差等。

对于转炉每一炉吹炼过程，原料中带入碳总量的变化量计算如下：

m'_C＝m_hotC_C,hot+m_scrC_C,scr-m_stlC_end (4)

式中，m'_C为吹炼过程碳总量的变化量(kg)；m_hot为铁水重量(kg)；C_C,hot为铁水中碳元素的质量含量；m_scr为转炉加入废钢重量(kg)(生铁并入废钢一起考虑)；C_C,scr为转炉加入废钢中的碳元素质量含量；m_stl为转炉出钢钢水重量(kg)；C_C,end为吹炼终点钢液碳含量检测值。

利用临近的N炉历史炉次计算的m'_C和

数据，可以得出烟气流量检测值修正系数，有：

式中，t_e为转炉吹炼终止时刻(s)；下标l为炉次编号。

2基于炉口微差压的转炉吹炼脱碳临界点的判定

转炉吹炼后期会发生脱碳速率转折性下降过程，在此之前虽然铁水中碳含量不断降低，但是脱碳速率基本保持在恒定水平。脱碳速率的转折点对应碳含量的较低范围(约0.5％以下)，称之为临界碳含量。此后的吹炼控制因为时间很短，为了达到预期的终点碳含量又不至于发生过度吹氧(过度吹氧造成降低金属收得率，同时也对钢水的质量产生不利影响)，需要相应的检测控制手段。在无副枪的条件下，可以利用烟气成分的变化趋势来判定脱碳的临界点。对于脱碳临界点处，CO气体成分含量出现转折性降低，而CO₂含量则出现转折性升高。理论上通过气体成分含量变化趋势的判定，即可以获得临界碳含量点的捕捉。但是，因为烟气成分检测受制于检测位置和检测条件限制，会有一定的滞后时间。过度的滞后对于终点的控制是极为不利的。因为脱碳临界点至吹炼终点通常是1分多钟的时间。为了避免利用烟气判定的滞后特点，采用炉气压力信息作为脱碳临界点的判定。因为观察发现，炉气压力与烟气含量的变化存在一致性，而且吹炼后期脱碳临界点处炉压存在同样的转折点(参见图1。考虑烟气分析的滞后时间，图中将烟气分析数据进行了前移处理)。无副枪条件下炉子压力变化转折点的判定方法如下：

截取t时刻的过去时间段[t',t]内的炉压测量值(Pa)的动态记录信息，分析测量信息连续增量幅度最大值I_M、连续降低幅度最大值D_M、测量值变化C。对于此时间段内，若满足I_M<I_t、D_M>D_t及C<C_t的约束判定条件，即可以认为t时刻发生了脱碳临界点处的脱碳速率转折变化，即t'时刻对应着脱碳临界点的发生。通常，时间段取值范围[10,30]，单位：S，I_t、D_t、C_t、均为设定值。研究表明，通过对时间段、I_t、D_t、C_t数值的恰当选择，即可以有效对脱碳临界点进行捕捉。

3脱碳临界点碳含量判定方法

脱碳临界点处碳含量并非是一个固定数值，而是因操作条件变化而发生改变。研究表明，临界碳含量与氧枪流量存在强的线性相关关系，并可用于临界碳含量的预测。这种统计关系可以通过临近的多炉次的结果进行线性回归获得。为了保证与转炉逐渐变化的条件相吻合，可以设定固定的炉次结果用于统计回归。当最新炉次可利用的结果存入数据文件时，同时将最久的炉次结果进行删除。如此实现在线动态的炉次数据保存，并进行最新结果的学习，进而用于临界碳含量的预测。写入用于统计回归数据文件的临界碳含量确定方法如下。

当脱碳临界点判定时，同步启动积分计算脱碳量(kg)，直至吹炼终点：

式中，t_p为脱碳临界点发生时刻(s)。对于单个时间步长的计算，采用上式的差分格式，有：

式中，上标i表示第i个计算时间步长。对于计算起点，

为0。至吹炼终点，可以获得基于烟气推定的脱碳临界点的碳含量：

式中，m_stl为出钢钢水重量(kg)；C_C,end为吹炼终点钢液碳含量分析值；△m_Fe为脱碳临界点至吹炼终点的铁元素吹氧消耗(kg)，计算如下：

式中，M_Fe为铁元素的摩尔质量(kg/mol)；α为铁元素氧化与氧的摩尔比，可以经验值给定，取值范围[0.67，1]；

为脱碳临界点至吹炼终点的氧量(m³)。

转炉每个炉次计算结束，保存更新学习文件数据。新炉次开始时，利用学习文件进行线性回归分析，得出脱碳临界点碳含量与对应时刻氧枪流量的线性关系式。

式中，A和B为回归系数，对于不同转炉会有不同的回归系数范围。使用回归方程作为当前炉次脱碳临界点碳含量预测公式。

4吹炼终点钢液碳含量的预测控制

在临界碳含量预测的基础上，采用机理模型计算吹炼终点的钢液碳含量。转炉吹氧脱碳消耗氧气的比例计算如下：

式中，σ_C为碳元素的氧化耗氧比例；k_j为元素j反应速率常数(1/s)；k_C为碳元素反应速率常数(1/s)；C_j为元素j质量含量；C_C为碳元素质量含量；

为平衡碳含量，取经验值(0.02％～0.025％)。则吹氧脱碳速率(kg/s)为：

式中，q_O2为氧气流量(Nm3/s)；

为氧气密度(kg/m3)；M_C为碳原子摩尔质量(kg/mol)；M_O为氧原子摩尔质量(kg/mol)。同理，则有：铁的氧化速率：

式中，α同(9)式中的参数及取值；M_Fe为铁原子摩尔质量(kg/mol)；σ_Fe为铁元素的氧化耗氧比例，计算如下：

式中，k_Fe：铁元素反应速率常数，单位：1/s；

C_Fe：铁元素质量含量；其他定义同公式11。

以临界碳含量为起点，利用脱碳速率计算式对钢液碳含量的变化进行预测计算，得出达到目标终点碳含量时的吹氧量和吹氧时间，以此作为吹氧终点的判定条件。

吹氧脱碳钢液碳含量变化如下：

式中，m_stl为钢液重量(kg)；

为吹氧脱碳速率(kg/s)。利用该式进行以终点钢液碳含量为目标值的预测计算。按照预定的氧气流量，累积计算达到目标碳含量时的吹氧量和吹氧时间。

上式写成差分格式，对于单个步长的计算有：

t_i＝i△t (19)

以临界碳含量为起点，经过n个步长的计算，当

时，

为所需的吹氧量，t_n为所需要的吹氧时间。式中，

为目标终点的钢液碳含量；ε为碳含量允许的偏差范围。

实施例

如图2流程图所示，按照前文中表述的技术方案，按照如下步骤实现对转炉吹炼脱碳临界点判定、临界点处碳含量预测，以及以脱碳临界点为起点的吹氧量、吹氧时间的控制，从而实现对吹炼终点钢液碳含量的控制：

(a)转炉吹炼新炉次开始，时间t＝0；

(b)烟气流量检测值修正系数计算；

读取参考炉次学习文件保存的

及m'_C数据，按下式计算烟气流量检测值修正系数：

式中，

为l炉次转炉吹炼过程烟气中碳的累计量(kg)；m'_C为转炉吹炼过程碳总量的变化量(kg)；N为文件记录的历史炉次数。

(c)脱碳临界点碳含量与对应时刻氧枪流量的线性关系式回归分析；

利用多炉次转炉计算保存的学习文件数据C_C,tp及

进行线性回归分析，得出如下关系式：

式中，A和B为回归方程的系数；C_C,tp为脱碳临界点碳含量；

为对应时刻的氧枪流量(Nm³/s)。

如图3所示为脱碳临界点处碳含量与氧枪流量关系，图中直线为回归的线性关系。(d)时间记为t+Δt。进行Δt(s)时间段内的过程模型计算；

通过Δt时间段内的过程计算，实现对过程连续跟踪，包括钢液温度变化、废钢熔化、钢液及炉渣成分变化等。

(e)进行烟气带走碳量累积计算；

进行Δt时间步长的脱碳累积量计算：

式中，上标i表示第i个计算时间步长；

为烟气中碳的累计量(kg)，对于计算起点，

为0；P⁰为1各标准大气压(Pa)；M_C为碳元素的摩尔质量(kg/mol)；R为气体常数(8.314J/mol/K)；T⁰为标准状态温度(273.15K)；q_off为烟气检测流量(Nm³/s)；C_CO、

为烟气成分中CO和CO₂含量。

考虑到烟气分析的滞后时间，在线实时计算时，需要将炉气检测的信号进行前移，使得与其它检测信号对准。这样，对于当前计算，只能是落后于当前的过去时刻的过程。因为计算量不是直接用于控制，而是作为参考炉数据保存的，所以不会对过程控制造成影响，但是为了满足数据的完整，需要在停吹后再继续计算一段时间，使得滞后的烟气分析信息完全获得，以保证计算量的正确。

(f)脱碳临界点判定；

以当前时刻为起点，往过去截取时间段[t',t]内的炉压测量值的动态记录信息，分析测量信息连续增量幅度最大值I_M、连续降低幅度最大值D_M、测量值变化C。此时间段内，若满足I_M<I_t、D_M>D_t及C<C_t的约束判定条件，即认为t'时刻对应着钢液脱碳临界点的发生。时间间隔的取值范围[10,30]，I_t取0，D_t取值范围[10,30]，C_t取值范围[-30,-10]。

若判定为脱碳临界点进入下一步，否则进入(i)步骤；

如图4所示，依据炉压变化捕捉到了脱碳临界点发生。图中钢液碳含量发生明显转折，这是利用碳含量预测式进行预测修正的结果。

(g)进行脱碳临界点碳含量的预测；

利用临界点处氧气流量，采用(10)式进行脱碳临界点碳含量预测。利用预测值修正过程模型计算的钢液碳含量，作为后续计算新的起点值。

如图4所示，钢液碳含量发生明显转折点为预测修正点。

(h)进行以脱碳临界点为起点的吹氧脱碳过程碳含量变化的预计算。

以脱碳临界点为起点，进行n次如下单步长的顺序计算((16)～(19)式)，当

时，

即为所需的吹氧量，t_n为所需要的吹氧时间。式中，

为目标终点钢液碳含量；ε为碳含量允许的偏差范围。

t_i＝i△t (19)

上式中，i为计算的步数；m_stl为钢液重量(kg)；

为吹氧脱碳速率(kg/s)；

为铁氧化速率(kg/s)；

为氧量(m³)。

计算如下：

式中，

为氧气流量(Nm3/s)；

为氧气密度(kg/m3)；M_C为碳原子摩尔质量(kg/mol)；M_O为氧原子摩尔质量(kg/mol)；M_Fe为铁原子摩尔质量(kg/mol)；α同(9)中的参数及取值；σ_C、σ_Fe为碳、铁元素的氧化耗氧比例，计算如下：

式中，k_j为元素j反应速率常数(1/s)；k_C为碳元素反应速率常数(1/s)；C_j为元素j质量含量；C_C为碳元素质量含量；

为平衡碳含量，取经验值(0.02％～0.025％)。

如图4所示，图中标出了脱碳临界点后的碳含量预计算阶段，给出了该阶段钢液碳含量的计算结果。在线计算时，若脱碳临界点后的氧气流量不发生变化，则碳量变化曲线将与预计算一致，否则会有所改变。

(i)脱碳临界点为起点的烟气中碳累积量修正值计算；

进行Δt时间步长的脱碳临界点为起点的烟气中碳累积量修正值计算：

式中，i为以脱碳临界点为起点的计算步长数；

为i步计算的累积值，对于计算起点，

为0；f_q为烟气流量检测值修正系数。

(j)吹炼终点判定；

若，

停止吹氧，进入下一步；否则转入步骤(l)。式中，

为吹氧量的目标设定值，而判别式之前的脱碳临界点，为起点的累积吹氧量为步骤(h)以停吹碳为目标的预测吹氧量。

如图4所示，标出了达到目标氧量处时的吹炼终点判定时刻。

(k)过程计算终点判定；

若t>t_e+δt，进入下一步；否则转入步骤(d)。式中，δt为用于计算的烟气成分分析的系统滞后时间。过程计算也可以延迟至出钢前，如图4所示，过程计算在吹炼终止后延长了较长的时间，满足因烟气滞后所需的时间。此阶段计算的是钢水在出钢前停留阶段的变化。

(l)计算并保存本炉次的入炉总碳量的变化值；

m'_C＝m_hotC_C,hot+m_scrC_C,scr-m_stlC_end (4)

式中，m'_C为吹炼过程碳总量的变化量(kg)；m_hot为铁水重量(kg)；C_C,hot为铁水中碳元素的质量含量；m_scr为转炉加入废钢重量(kg)(生铁并入废钢一起考虑)；C_C,scr为转炉加入废钢中的碳元素质量含量；m_stl为转炉出钢钢水重量(kg)；C_C,end为吹炼终点钢水的碳元素含量分析值。

(m)计算本炉次脱碳临界点碳含量推定值；

式中，m_stl为出钢钢水重量(kg)；△m_Fe为脱碳临界点至吹炼终点的铁元素吹氧消耗(kg)，计算如下：

式中，α为铁元素氧化的与氧的摩尔比，可以经验值给定，取值范围[0.67，1]；

为脱碳临界点至吹炼终点的氧量(m³)。

将计算的C_C,tp以及对应点的氧气流量

保存，更新学习文件数据。

(n)结束。

本发明的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，可以利用已有除尘系统配备的红外气体成分检测仪的检测信息，不必追求气体分析的速度，可以避开烟气分析滞后的影响，实现对转炉吹炼终点碳含量的有效预测和控制；采用炉口微差压信号，结合相应的检测模型及在线学习，实现转炉吹炼脱碳临界点的判定及临界点处的钢液碳含量的预测，进而实现终点碳含量的预测控制。其中的利用转炉炉口微差压信号变化特征的提取以实现脱碳临界点的判定和捕捉，可以避免采用烟气成分含量进行判定的滞后性，创造性地提出了脱碳临界点处碳含量的预测方法，进而实现终点钢液碳含量的预测控制。本技术方案可以脱离炉气检测独立实现转炉吹炼终点的控制；同样具备替代副枪的定碳功能，这和烟气检测控制的功能预期是一致的。

Claims (24)

1.一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于包括如下步骤：

S1：确定转炉吹炼的脱碳临界点、确定转炉吹炼终点；

S2：根据建立的预测模型确定转炉吹炼脱碳临界点的钢液碳含量；

S3：自转炉吹炼的脱碳临界点开始至转炉吹炼终点为止，基于理论脱碳速率对钢液碳含量的变化关系，结合根据步骤S2确定的转炉吹炼脱碳临界点的钢液碳含量，建立对转炉吹炼终点的钢液碳含量的预测。

2.根据权利要求1所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

步骤S1中的转炉吹炼的脱碳临界点的确定，基于炉口炉压变化完成。

3.根据权利要求1所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

步骤S1中的转炉吹炼终点的确定，通过将自转炉吹炼的脱碳临界点开始至转炉吹炼终点为止的、累积吹氧量的预测值与转炉吹炼终点的吹氧量的目标设定值进行比较确定。

4.根据权利要求1所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

步骤S2具体为：

针对每个当前炉次，于脱碳临界点、基于当前氧枪流量、并根据线性拟合分析建立的氧枪流量与钢液碳含量的线性拟合方程，完成该炉次脱碳临界点的钢液碳含量的预测。

5.根据权利要求1所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

步骤S3，具体如下：

其中，

C_c：钢液碳含量；

m_stl：钢液重量，单位：kg；

吹氧脱碳速率，单位：kg/s。

6.根据权利要求2所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

基于炉口炉压变化完成对转炉吹炼的脱碳临界点的确定，具体为：

按照计算周期截取t时刻至过去时间段[t',t]的炉压测量值的动态记录信息，并据此进行测量信息连续增量幅度最大值、连续降低幅度最大值、测量值变化量三个维度的数值的计算；

对各自的计算结果建立各自的约束条件判定，若同时满足三个约束条件的判定，则判定为该时刻为脱碳临界点。

7.根据权利要求4所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

用于提供给线性拟合分析的样本空间的样本值，基于对当前炉次之前的设定数量的炉次的各自相应值的统计确定；

所述的当前炉次之前的设定数量的炉次、随着每次炉次的迭代更新而相应迭代更新。

8.根据权利要求4所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的用于提供给线性拟合分析的样本空间的样本值，包括：各自炉次对应的氧枪流量及脱碳临界点的钢液碳含量，

其中的氧枪流量通过检测得出，

其中的脱碳临界点的钢液碳含量根据转炉吹炼终点的钢液碳含量、结合碳元素质量平衡方程得出。

9.根据权利要求8所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的“脱碳临界点的钢液碳含量根据转炉吹炼终点的钢液碳含量、结合碳元素质量平衡方程得出”，具体为：

其中，

C_C,tp：基于烟气推定的脱碳临界点的碳含量；

△m_c：脱碳临界点至吹炼终点的脱碳量，单位：kg；

m_stl：出钢钢水重量，单位：kg；

△m_Fe：脱碳临界点至吹炼终点的铁元素吹氧消耗量，单位：kg；

C_C,end：吹炼终点钢液碳含量检测值。

10.根据权利要求9所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的△m_c根据设置的烟气流量计算模型计算得出。

11.根据权利要求10所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的烟气流量计算模型根据烟气检测、并基于吹炼过程中碳元素的质量平衡、建立的对烟气检测的偏差修正完成。

12.根据权利要求11所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的烟气流量计算模型具体为：

△m_c＝f_qw_c，

其中，

△m_c：脱碳临界点至脱碳终点的脱碳量，单位：kg；

f_q：修正系数；

w_c：基于烟气流量计算出的、脱碳临界点至脱碳终点的脱碳累积量，单位：kg。

13.根据权利要求12所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的w_c，具体根据如下确定：

其中，

P⁰：标准大气压，单位：pa；

M_C：碳元素的摩尔质量，单位：kg/mol；

R：气体常数，单位：J/mol/K；

T⁰：标准状态温度，单位：K；

t_p：转炉吹炼脱碳临界点时刻，单位：S；

_te：转炉吹炼终点时刻，单位：S；

q_off：烟气流量，单位：m³/s；

C_co：CO含量，摩尔分数；

CO₂含量，摩尔分数。

14.根据权利要求12所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的f_q，具体根据如下确定：

其中，

l：炉次编号；

N：设定的炉次数目；

m'_C：吹炼过程碳总量的变化量，单位：kg；

基于烟气流量计算出的、转炉吹炼开始时刻至脱碳终点的脱碳累积量，单位：kg。

15.根据权利要求14所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的m'_C，根据如下确定：

m'_C＝m_hotC_C,hot+m_scrC_C,scr-m_stlC_stl，

其中，

m_hot：铁水重量，单位：kg；

C_C,hot：铁水中碳元素的质量含量；

m_scr：转炉加入废钢重量，单位：kg；

C_C,scr：转炉加入废钢中的碳元素质量含量；

m_stl：转炉出钢钢水重量，单位：kg；

C_C,stl：转炉出钢钢水的碳元素质量含量。

16.根据权利要求9所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的△m_Fe，根据如下确定：

其中，

M_Fe：铁元素的摩尔质量，单位：kg/mol；

α：铁元素氧化与氧的摩尔比；

脱碳临界点至吹炼终点的氧量，单位：m³；

△m_c：脱碳临界点至吹炼终点的脱碳量，单位：kg；

P⁰：标准大气压，单位：pa；

R：气体常数，单位：J/mol/K；

T⁰：标准状态温度，单位：K；

M_c：碳原子摩尔质量，单位：kg/mol。

17.根据权利要求11所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的烟气流量计算模型的计算开始时间根据实际时间减去烟气检测分析的滞后时间确定，

其中的烟气检测结束时间根据实际停吹时间加上烟气检测分析的滞后时间确定。

18.根据权利要求5所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

以差分形式建立对方程的推进计算，其中的C_c，具体如下：

其中，

C_c ⁱ：i时间步长的碳含量；

C_c ^i-1：i-1时间步长的碳含量；

i时间步长的吹氧脱碳速率，单位：kg/s；

i时间步长的钢液重量，单位：kg。

19.根据权利要求18所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的

具体如下：

其中，

i-1时间步长的钢液重量，单位：kg；

i时间步长的铁的氧化速率，单位：kg/s。

20.根据权利要求18或19所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的

具体如下：

其中，

吹氧脱碳速率，单位：kg/s；

σ_C：碳元素的氧化耗氧比例；

氧气流量，单位：Nm³/s；

氧气密度，单位：kg/m³；

M_C：碳原子摩尔质量，单位：kg/mol；

M_O：氧原子摩尔质量，单位：kg/mol。

21.根据权利要求19所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的

具体如下：

其中，

铁的氧化速率，单位：kg/s；

α：铁元素氧化与氧的摩尔比；

σ_Fe：铁元素的氧化耗氧比例；

氧气流量，单位：Nm³/s；

氧气密度，单位：kg/m³；

M_Fe：铁原子摩尔质量，单位：kg/mol；

M_O：氧原子摩尔质量，单位：kg/mol。

22.根据权利要求20所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的σ_C，具体如下：

其中，

k_j：元素j反应速率常数，单位：1/s；

k_C：碳元素反应速率常数，单位：1/s；

C_j：元素j质量含量；

C_C：碳元素质量含量；

平衡碳含量。

23.根据权利要求21所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

其中的σ_Fe，具体如下：

其中，

k_j：元素j反应速率常数，单位：1/s；

k_C：碳元素反应速率常数，单位：1/s；

k_Fe：铁元素反应速率常数，单位：1/s；

C_Fe：铁元素质量含量；

C_j：元素j质量含量；

C_C：碳元素质量含量；

平衡碳含量。

24.根据权利要求6所述的一种基于在线动态检测模型的转炉吹炼终点的钢液碳含量预测控制方法，其特征在于：

所述的三个约束条件的判定的判别式，分别如下：

I_M<I_t，

D_M>D_t，

C<C_t，

其中，

I_M：测量信息连续增量幅度最大值；

D_M：连续降低幅度最大值；

C：测量值变化量；

I_t：设定的判定值；

D_t：设定的判定值；

C_t：设定的判定值。

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