[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

摘要

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。

主权项

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，其特征在于，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＝ΔGΘ+RTlnJ其中ΔG是反应的非标准态吉布斯自由能变化量，ΔGΘ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nΔm，则B区成分每个周期减少量nΔm有如下对应关系：nΔm=fO2(nO2)=2nO2(C)nO2(Si)2nO2(Mn)2nO2(Fe)]]>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＝nΔm，C’＝C，D＝B×k，D’＝D；则计算区域C’、D’的成分如下：C,=[C]=mΔm×nCAA[Si]=nΔm×nSiAA[Mn]=nΔm×nMnAA[Fe]=nΔm×nFeAAD,=[C]=B×k×nCAA[Si]=B×k×nSiAA[Mn]=B×k×nMnAA[Fe]=B×k×nFeAA]]>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：A,=nC′A=nCA-nΔm×nCAA-D′×nCAA+D×nCBBnSi′A=nSiA-nΔm×nSiAA-D′×nSiAA+D×nSiBBnMn′A=nMnA-nΔm×nMnAA-D′×nMnAA+D×nMnBBnFe′A=nFeA-nΔm×nFeAA-D×nFeAA+D×nFeBB]]>B,=nC′B=nCB-nΔm×nCAA+D′×nCAA-D×nCBBnSi′B=nSiB-nΔm×nSiAA+D′×nSiAA-D×nSiBBnMn′B=nMnB-nΔm×nMnAA+D′×nMnAA-D×nMnBBnFe′B=nFeB-nΔm×nFeAA+D′×nFeAA-D×nFeBB-nΔm]]>步骤六：根据步骤二，炉渣成分MnO、SiO2、FeO变化量表示如下：nSiO2′=nSiO2nMnO′=nMnOnFeO′=nFeO+nΔm]]>若冶炼过程加入含有相应炉渣成分的辅料，则辅料直接进入炉渣不参与反应计算，该元素相应的氧化物增加nΔm。