CN116304471A - 一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，属于转炉炼钢技术领域。本发明通过从出钢量、铁水量、矿石量、合金加入量、各类型废钢加入量之和、铁水收得率、矿石收得率、合金收得率以及炉况波动系数等方面考虑，选取最近多炉历史炉次，基于历史炉次信息计算出各类型废钢收得率，最后当前炉次各类型废钢收得率为基于历史炉次信息计算出的各类型废钢收得率和基于各类型废钢原始收得率的加权求和。基于炉次信息实现废钢收得率的自适应更新计算解决了现有物料计算过程中由于实际废钢收得率波动导致计算误差波动大的问题，提高了物料计算效率和准确性，降低了操作工的操作难度。

Description

一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法

技术领域

本发明属于转炉冶炼技术领域，更具体地说，涉及一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法。

背景技术

转炉炼钢是目前主要的炼钢工艺之一。通过向转炉内装入铁水、废钢、造渣材料，并通过转炉顶部氧枪向内部吹入氧气，氧气与铁水、造渣材料等发生氧化反应，实现升高金属熔池温度、降低铁水中的碳、脱除硫磷等有害元素的目的。在转炉冶炼过程中，明确炉内的热量收支关系是提高冶炼过程中静态和动态控制准确度的基础条件，对于冶炼过程中转炉内部的热量收支关系，其核心即是炉内参与反应的各物料之间所遵循的物质和热量的收支平衡。

目前，在计算转炉内物料平衡和热量平衡时，使用的入炉废钢收得率主要依据实验室热态实验测得，但在转炉实际生产过程中，不同种类的废钢在不同炉况及不同工艺条件下均有所不同，这导致在利用物料平衡和热量平衡时与实际情况存在较大偏差，影响转炉静态控制的准确性。

经检索，中国专利申请号为202210008828，申请日为2022年1月6日，发明创造名称为：一种转炉冶炼用废钢配料方法，包括：根据废钢收得率和废钢对应的冷却效应，构建不同种类废钢对应的收得率与冷却效应的关系式；构建转炉冶炼余热温度、废钢加入比例及其对应的冷却效应，以及废钢加入总量的模型方程，并构建不同种类废钢的加入量与废钢加入总量的关系函数；选择废钢种类及其加入比例，通过关系式获得废钢种类对应的冷却效应；然后根据废钢对应的冷却效应和加入比例，以及转炉冶炼余热温度，通过模型方程获得废钢加入总量，并通过关系函数获得不同种类废钢的加入量。采用该申请案的技术方案在一定程度上可以通过科学的配料方式，以提高不同类型废钢加入量的科学性，但其无法及时更新废钢收得率，以响应废钢收得率的变化对废钢配比的影响。

发明内容

1.要解决的问题

本发明的目的在于克服现有废钢收得率无法适应转炉实际生产过程变化的缺点，本发明创新性的提出了一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，实现了在进行物料平衡和热量平衡时对入炉废钢收得率的自适应更新。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明的一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，具体包括以下步骤：

步骤一、采集转炉冶炼过程的历史炉次生产数据，确定多炉历史炉次的炉次信息；

步骤二、根据多炉历史炉次的炉次信息，计算不同历史炉次的实际废钢收得率；计算得出的实际废钢收得率不区分废钢的类型，而是不同炉次中所有废钢加入后的整体收得率。

步骤三、根据多炉历史炉次的炉次信息，得到不同历史炉次的各类型废钢收得率方程；此时各类型的废钢收得率是未知数，通过利用多炉历史炉次的炉次信息(即相关生产数据)构造各类型废钢收得率的方程组。

步骤四、联立多炉历史炉次的各类型废钢收得率方程，计算出历史炉次的各类型废钢收得率；此时计算得到的各类型废钢收得率是不区分炉次的值，实际上是联立了多炉历史炉次得到的综合值。

步骤五、根据历史炉次的各类型废钢收得率，计算当前炉次的各类型废钢收得率。

作为本发明的进一步改进，步骤一中，采集的所述生产数据包括在转炉冶炼过程中的铁水加入量、各类型废钢加入量、矿石加入量、合金加入量、出钢量、铁水收得率、矿石收得率和合金收得率。

步骤二中，不同历史炉次的实际废钢收得率计算公式如下：

其中，

为第i炉次实际废钢收得率；/>

及/>

分别表示出钢量、铁水加入量、矿石加入量、合金加入量以及废钢加入总量，单位为t；a为炉况波动系数，a的取值为0.5～2.0。

需要说明的是，在转炉冶炼过程中，受工艺条件和操作水平的影响，不同炉次转炉炉况存在较大差异，具体表现在转炉喷溅、炉渣铁损等方面，依据各历史炉次的冶炼情况，将冶炼操作水平进行量化，并将其与铁水加入量及铁水收得率进行关联相乘，表征为炉况波动系数a，炉况波动系数a的取值范围为0.5～2.0，最优范围取0.85～1.15，转炉冶炼越稳定，转炉喷溅及炉渣铁损等不稳定因素越少，则炉况波动系数取值越大。

采用步骤二中的公式，可通过上述公式，计算出各历史炉次的实际废钢收得率。

作为本发明的进一步改进，步骤三中，得到历史炉次的各类型废钢收得率方程的方法如下：

先令第i炉次各类型废钢加入量占比矩阵表示为α⁽⁾，第i炉次各类型废钢收得率表示为y⁽⁾，具体如下：

其中，

为第i炉次第n种废钢类型的加入量占对应炉次总废钢加入量的比值；/>

为第i炉次第n种类型废钢收得率；

然后联立历史炉次的实际废钢收得率计算公式、第i炉次各类型废钢加入量占比矩阵及第i炉次各类型废钢收得率，具体如下：

得到历史炉次的各类型废钢收得率方程。

作为本发明的进一步改进，步骤四中，选择n炉历史炉次，分别根据转炉冶炼过程的对应炉次生产数据，计算各历史炉次的实际废钢收得率；再根据各历史炉次中对应的各类型废钢实际加入量，计算得到历史炉次的各类型废钢收得率方程；

然后通过联立步骤三中得到的n炉历史炉次的各类型废钢收得率方程，从而得到各类型实际废钢收得率方程组，求解方程组，得到历史炉次的各类型废钢收得率。

作为本发明的进一步改进，步骤五中，根据历史炉次的各类型废钢收得率，该各类型废钢收得率是综合选定的多炉历史炉次数据的综合值，而非某单个历史炉次得出的值，然后计算得到当前炉次(也即待测炉次)的各类型废钢收得率，具体为：

在实验室中采用现有常规的方法可以分别测得出不同类型废钢的原始收得率，测出的值可作为求解当前炉次各类型废钢收得率的指导值，联立当前炉次各类型废钢的原始收得率，得到当前炉次各类型废钢的原始收得率矩阵为y⁽⁰⁾，通过加权计算当前炉次的各类型废钢收得率y^new：

y^new＝y⁽⁰⁾+m(y⁽ⁱ⁾-y⁽⁰⁾)

其中，m为加权修正系数，m的取值范围在0～1。

值得说明的是，为保证各类型废钢收得率动态计算的及时性，同时避免异常炉次对计算结果的干扰，保证最终计算结果的合理性，本发明中在各类型废钢收得率的计算中引入了加权修正系数m，加权修正系数m的取值范围为0～1，优选为0.55～0.75，当历史炉次各类型废钢收得率与实验室测得的各类型废钢收得率差异越大，则加权修正系数m越小，从而以避免对原始收得率的过度调整。

更进一步的，申请人通过大量实验验证以及对海量实验数据进行分析处理，考虑不同炉况及工艺情况，为更加精确地实现各类型废钢收得率的动态调整及自适应更新，采用对计算当前炉次的各类型废钢收得率y^new进行适度调整时，需严格控制m的取值：

当历史炉次各类型废钢收得率与实验室测得的各类型废钢收得率差值在0.5％以内时，m的取值为0.75；

当历史炉次各类型废钢收得率与实验室测得的各类型废钢收得率差值在0.5％～2％时，m的取值为0.7～0.75；

当历史炉次各类型废钢收得率与实验室测得的各类型废钢收得率差值在2％～5％时，m的取值为0.6～0.7；

当历史炉次各类型废钢收得率与实验室测得的各类型废钢收得率差值在5％～8％时，m的取值为0.55～0.6；

当历史炉次各类型废钢收得率与实验室测得的各类型废钢收得率差值在8％以外时，m的取值为0.55。

作为本发明的进一步改进，多炉历史炉次的确定方法如下：

首先，统计当前炉次的废钢类型数，向前寻找用于计算的历史炉次信息；

然后，构造历史炉次各类型废钢配比系数矩阵A，A＝[α⁽¹⁾,α⁽²⁾,…,α^(j)]^T；j为已选择的历史炉次数；

最后，判定历史炉次各类型废钢配比系数矩阵A是否满秩，满秩则进行步骤四；若不满秩，则继续向前寻找用于计算的历史炉次，直至满秩时完成多炉历史炉次的选择。

更具体的，本发明通过暂定取最近的10炉次作为历史炉次，按时间由近至远选择相应炉次汇总各类型废钢加入量占炉次总废钢加入量的比值，构造历史炉次各类型废钢配比系数矩阵A，表示为如下公式：

其中，j为已选择的历史炉次数，计算已选择历史炉次各类型废钢配比系数矩阵A的秩，记为r(A)，如果r(A)＝r([α⁽¹⁾,α⁽²⁾,…,α^(j),α⁽j+¹⁾]^T)，则忽略第j+1炉次，继续向前寻找参考炉次，记r(A)＝r([α⁽¹⁾,α⁽²⁾,…,α^(j),α^(j+2)]^T)，并计算更新后的r(A)，直至更新后的r(A)＝n为止。如果当前10炉次均没有实现r(A)＝n，则继续向前推10炉次，直到r(A)＝n时完成多炉历史炉次的选择。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

本发明的一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，通过引入炉况波动系数，将各历史炉次中不稳定同时又对冶炼具有较大影响的因素进行量化，提高历史炉次实际废钢收得率的计算精度；

同时，通过废钢收得率的自适应计算，能够很好的将转炉平衡计算过程中参与计算的废钢收得率进行动态计算，在入炉废钢收得率发生变化时及时响应，降低了实际收得率变化对热平衡的扰动影响，提高了转炉内物料平衡和热量平衡计算的准确性；

另外，还可以将本发明的计算方法运用到现有的计算模型中，从而可以实现转炉内物料平衡和热量平衡的自动计算，提升了模型的可靠性和计算效率，显著降低了工人的劳动强度。

附图说明

图1为本发明的一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法的流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。

实施例1

本实施例的一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，包括如下步骤：

步骤一、获取某厂120t转炉最近10炉次的历史炉次生产数据。

步骤二、以3种废钢种类进行示例说明，确定废钢种类数为3.

步骤三、选择的10炉次中，取与当前待计算炉次时间最近的3炉历史炉次生产数据进行计算。

获取该3炉次的具体炉次信息，如表1所示；

3炉次中，对应各炉次生产数据中，3种不同类型的废钢加入量及其配比等生产数据，具体如表2所示。

表1最近3炉次的历史炉次生产数据

表2最近3炉次的废钢加入配比数据

步骤四、根据上述数据，计算得到的最近3炉的实际废钢收得率，如下：

步骤五、列出最近3炉的各类型废钢收得率方程，如下：

炉次22114729：

炉次22114728：

炉次22114727：

步骤六、联立最近3炉历史炉次的各类型废钢收得率方程，求解各类型废钢收得率，如下：

求解结果如下：

步骤七、根据最近3炉历史炉次的各类型废钢收得率，计算当前炉次的各类型废钢收得率并存入历史数据库，具体如下：

采用本发明的技术方案进行计算，计算出的当前待测炉次的三种类型的废钢收得率分别为93.04％，91.62％，94.51％。

在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是，应当理解，可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述和附图应仅被认为是说明性的，而不是限制性的，如果存在任何这样的修改和变型，那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外，背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义，并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。

更具体地，尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、例如各个实施例之间的组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释，且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例，这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此，本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定，而不是由上文给出的说明和示例来确定。

除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。速率、压强、温度、时间、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，1-50的范围应理解为包括选自1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、43、44、45、46、47、48、49或50的任何数字、数字的组合、或子范围、以及所有介于上述整数之间的小数值，例如，1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8和1.9。关于子范围，具体考虑从范围内的任意端点开始延伸的“嵌套的子范围”。例如，示例性范围1-50的嵌套子范围可以包括一个方向上的1-10、1-20、1-30和1-40，或在另一方向上的50-40、50-30、50-20和50-10。

Claims (9)

1.一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤一、采集转炉冶炼过程的历史炉次生产数据，确定多炉历史炉次的炉次信息；

步骤二、根据多炉历史炉次的炉次信息，计算不同历史炉次的实际废钢收得率；

步骤三、根据多炉历史炉次的炉次信息，得到不同历史炉次的各类型废钢收得率方程；

步骤四、联立多炉历史炉次的各类型废钢收得率方程，计算出多炉历史炉次的各类型废钢收得率；

步骤五、根据历史炉次的各类型废钢收得率，计算当前炉次的各类型废钢收得率。

2.根据权利要求1所述的一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，其特征在于：步骤一中，采集的所述生产数据包括在转炉冶炼过程中的铁水加入量、各类型废钢加入量、矿石加入量、合金加入量、出钢量、铁水收得率、矿石收得率和合金收得率。

3.根据权利要求2所述的一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，其特征在于：步骤二中，不同历史炉次的实际废钢收得率计算公式如下：

其中，

为第i炉次实际废钢收得率；/>

及/>

分别表示出钢量、铁水加入量、矿石加入量、合金加入量以及废钢加入总量，单位为t；a为炉况波动系数，a的取值为0.5～2.0。

4.根据权利要求3所述的一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，其特征在于：所述炉况波动系数a的取值范围为0.85～1.15。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，其特征在于：步骤三中，得到历史炉次的各类型废钢收得率方程的方法如下：

先令第i炉次各类型废钢加入量占比矩阵表示为α⁽⁾，第i炉次各类型废钢收得率表示为y⁽⁾，具体如下：

其中，

为第i炉次第n种废钢类型的加入量占对应炉次总废钢加入量的比值；

为第i炉次第n种类型废钢收得率；

然后联立历史炉次的实际废钢收得率计算公式、第i炉次各类型废钢加入量占比矩阵及第i炉次各类型废钢收得率，具体如下：

得到历史炉次的各类型废钢收得率方程。

6.根据权利要求5所述的一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，其特征在于：步骤四中，通过联立步骤三中得到的n炉历史炉次的各类型废钢收得率方程，从而得到各类型废钢收得率方程组，求解方程组，得到历史炉次的各类型废钢收得率。

7.根据权利要求6所述的一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，其特征在于：多炉历史炉次的确定方法如下：

首先，统计当前炉次的废钢类型数，向前寻找用于计算的历史炉次信息；

然后，构造历史炉次各类型废钢配比系数矩阵A，A＝[α⁽¹⁾,α⁽²⁾,…,α^(j)]^T；j为已选择的历史炉次数；

最后，判定历史炉次各类型废钢配比系数矩阵A是否满秩，满秩则进行步骤四；若不满秩，则继续向前寻找用于计算的历史炉次，直至满秩时完成多炉历史炉次的选择。

8.根据权利要求7所述的一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，其特征在于：步骤五中，根据历史炉次的各类型废钢收得率，计算得到当前炉次的各类型废钢收得率，具体为：实验室测得的当前炉次各类型废钢的原始收得率矩阵为y⁽⁰⁾，通过加权计算当前炉次的各类型废钢收得率y^new：

y^new＝y⁽⁰⁾+m(y⁽ⁱ⁾-y⁽⁰⁾)

其中，m为加权修正系数，m的取值范围在0～1。

9.根据权利要求7所述的一种基于炉次信息的废钢收得率自适应计算方法，其特征在于：所述加权修正系数m的取值范围为0.55～0.75。

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