[发明专利]一种基于机理模型的电弧炉冶炼过程成分实时预报的方法

说明书

本发明公开了一种基于机理模型的电弧炉冶炼过程成分实时预报的方法，本发明以电弧炉炼钢过程主要元素氧化反应行为的原理为基础，结合熔池搅拌的动力学条件，对电弧炉熔池区域进行划分，使用循环运算的方法对熔池主要成分的含量进行计算，为电弧炉炼钢过程成分的实时预报提供了一个理论的直接方法。

技术领域

本发明属于电弧炉炼钢领域，特别涉及一种基于机理模型的电弧炉冶炼过程成分实时预报的方法。

背景技术

电弧炉炼钢的过程中，要根据熔池的元素成分来对钢液进行成分、温度的调整以达到出钢要求。实际钢铁企业生产过程中，这种对熔池成分的控制是根据工人的经验判断结合终点控制来实现的，不直观。由于电弧炉炼钢流程短、节奏快，通常忽视过程成分控制，同时缺乏一个冶炼过程中成分预判的直观方法作为支撑。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可以在电弧炉炼钢过程中实时计算成分变化的预报模型。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，

一种基于机理模型的电弧炉冶炼过程成分实时预报的方法，包括以下步骤：

步骤一：输入初始入炉金属料量与成分、炉渣量与成分；作为模型的初始计算条件；其中入炉金属料成分包括C、Si、Mn、Fe，炉渣成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO、MnO、FeO、Fe₂O₃；

步骤二：用非标准态选择性氧化模型对输入的初始入炉金属料量与成分、炉渣量与成分进行计算，得到元素氧化反应的非标准态吉布斯自由能，非标准态选择性氧化模型为：

ΔG＝ΔG^Θ+RTlnJ

其中ΔG是反应的非标准态吉布斯自由能变化量，ΔG^Θ为标准态吉布斯自由能变化量，R是热力学常数，R＝8.314J/(mol·K)，T为反应温度，J为活度商；

步骤三：将电弧炉内分为钢液流动的A区和完全混匀的B区，A区与B区进行物质交换；其中B区内包括单位时间内流失的元素氧化生成的氧化物的C区，和单位时间内B区流向A区的物质交换量的D区；A区内包括单位时间内A区对B区的物质补充量的C’区，和单位时间内A区流向B区的物质交换量D’区；

则针对B区有如下反应：

[O]+[C]＝CO

[O]+[Si]＝(SiO₂)

[O]+[Mn]＝(MnO)

[O]+[Fe]＝(FeO)

步骤四：B区成分每个周期减少量为n_Δm，则B区成分每个周期减少量n_Δm有如下对应关系：

其中m代表当反应ΔG最小时C、Si、Mn、Fe中的一种元素；且途中各区域物质的量的对应关系有C＝n_Δm，C’＝C，D＝B×k，D’＝D；

则计算区域C’、D’的成分如下：

其中，为组分i在A区中的物质的量，k为钢液流动系数；

步骤五、计算下一周期A、B的初始值A’、B’如下：

步骤六：根据步骤二，炉渣成分MnO、SiO₂、FeO变化量表示如下：