专利名称：一种在线预测循环真空脱气法中钢水总脱碳量的方法
技术领域：
本发明涉及冶金精炼的生产控制技术领域，更具体地讲，涉及ー种在线预测循环真空脱气过程中的钢水脱碳量的方法。
背景技术：
循环真空脱气法(即，RH法)的真空脱碳对于生产超低碳钢起着关键的作用，但是RH脱碳的在线控制技术却由于无法实时监测碳氧含量而无法提高精度；现行的RH脱碳控制模型多为静态模型，无法准确模拟RH真空装置内脱碳过程的实际状态，例如文献“Effect of Refining Conditions for Ultra Low Carbon Steel on Decarburization Reaction in RH Degasser，，(ISIJ International, 1992,32 (I) 126 135. YamaguchiK. et al)，忽略了上升管内气泡的脱碳作用和真空室液滴的脱碳作用；文献“DynamicModeling and Control of Vacuum Circulation Process” uron and Making,1993,20(5) 390. Kleimt B. et al)没有考虑上升管内气泡和真空室液滴位置的脱碳作用；而文献“RH-MFB脱碳过程模型与エ艺优化”(唐山河北理工大学硕士论文，刘泊松，2005)虽然考虑了钢液本体、飞溅液滴与提升气体氩气泡表面的脱碳，但是对于脱碳机理的描述也不够详尽。到目前为止所见文献与专利均没有讨论脱碳位置在不同的脱碳阶段对于脱碳速率的影响。现行的RH脱碳控制模型多为静态模型，只能通过经验数据设定真空度、压降模式等エ艺參数，一旦运行便无法修改參数，无法准确检测真空室中的碳氧含量，及时修正计算结果，导致精度无法保证。文献“Application of Off-gas Analysis for RH DecarburizationProcess”(SEAISI Quarterly, 1997, 26 (2) :27-30. Ming. SiangChiang, et al.)显不在 RH排气系统中安装质谱仪，通过质谱仪在线连续检测排气中CO、CO2等的变化，同时以来钢条件以及脱碳过程的真空度、压降模式、提升气体流量等相关參数计算钢中碳含量的变化，从而采取最优化的エ艺參数，达到自动控制及精确控制的目的。但是这种动态的脱碳模型需要在RH排气系统中安装质谱仪，通过质谱仪在线连续检测排气中CO、CO2等的变化，并且要实时监测真空度变化和提升气体流量变化，进行计算，过程多次取样化验碳含量，成本很高，国内很多钢厂无法达到如此条件。基于上述原因，本发明的，既解决了静态模型不灵活，精度难以提高的问题，又改善了动态脱碳模型成本高的情況。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的之ー在于提供一种能够在线预测循环真空脱气法的钢水脱碳量的方法。为了实现上述目的，本发明提供了ー种在线预测循环真空脱气法中钢水总脱碳量的方法。所述循环真空脱气法通过包括真空室和上升管的循环真空脱气装置实现，所述方法包括以下步骤将循环真空脱气装置内的脱碳过程划分为高速反应阶段、強制脱碳阶段和低浓度反应阶段；将循环真空脱气装置中的脱碳位置划分为钢液内部CO气泡脱碳Qro、真空室内钢液自由表面脱碳Qsm、真空室内Ar气泡表面脱碳I、真空室内飞溅液滴脱碳Qdra和上升管内Ar气泡表面脱碳Qto,p ;通过计算高速反应阶段、強制脱碳阶段和低浓度反应阶段所分别对应的钢液内部CO气泡脱碳Q 、真空室内钢液自由表面脱碳Qsm、真空室内Ar气泡表面脱碳Qto、真空室内飞溅液滴脱碳Qdro和上升管内Ar气泡表面脱碳Qtop的总和，得出钢水总脱碳量。在本发明的一个示例性实施例中，所述总脱碳量根据式(a)得出，所述式(a)为
SQ — a C0 X Qco+ a surX Qsur+ a Ar X QAr+ a dro X Qdro+ a Ar, p X QAr, p，其中，在高速反应阶段，ac。取 0.78 1.22，a dro 取 0. 78 1.22，a Ar> a sur> a Ar>p取0. 30 0. 52 ;在強制脱碳阶段，a co> a sur、a Ar> a dro> a Ar,p取0. 47 0. 52 ;在低浓度反应阶段，a Ar 取 0. 37 0. 43，a c。、a sur、a dr。、a Ar p 取 0。 本发明的方法的有益效果包括能够对RH过程中的钢水总脱碳量进行实时检测；与现有技术的静态模型相比更加灵活且精度高，并且与现有技术的动态脱碳模型相比成本低。
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中图I示出了根据本发明的示例性实施例的ー个模型系统的架构图；图2示出了根据本发明的示例性实施例的脱碳位置明细图；图3示出了根据本发明的示例性实施例的脱碳机理流程图。
具体实施例方式在下文中，将參照附图来详细说明本发明的实施例。本发明的技术构思为据来钢条件和目标要求，结合RH顶枪的特点，从冶金学碳氧平衡原理出发，根据钢水初始碳含量、氧含量及钢水温度、真空度等信息，进行钢水总脱碳量的在线实时计算，达到用户所要求的效果。在脱碳过程中，在真空脱碳过程的不同阶段起主要反应作用的位置不一样，各个反应位置对总脱碳速率的贡献率不同。根据实际情况调整反应位置的主次，可以模拟到与RH真空精炼设备相符的各个反应位置在不同阶段的贡献率，在本发明的方法中表现为參数设置的不同，从而最大限度的真实模拟RH内的脱碳过程。本发明提供了ー种在线预测循环真空脱气法中钢水总脱碳量的方法。所述循环真空脱气法通过包括真空室和上升管的循环真空脱气装置实现，所述方法包括以下步骤将循环真空脱气装置内的脱碳过程划分为高速反应阶段、強制脱碳阶段和低浓度反应阶段；将循环真空脱气装置中的脱碳位置划分为钢液内部CO气泡脱碳Qcq、真空室内钢液自由表面脱碳Qsm、真空室内Ar气泡表面脱碳Qto、真空室内飞溅液滴脱碳Qdra和上升管内Ar气泡表面脱碳Qto, p ;通过计算高速反应阶段、強制脱碳阶段和低浓度反应阶段所分别对应的钢液内部CO气泡脱碳Q 、真空室内钢液自由表面脱碳Qsm、真空室内Ar气泡表面脱碳Qto、真空室内飞溅液滴脱碳Qdra和上升管内Ar气泡表面脱碳Qtop的总和，得出钢水总脱碳量。
图I示出了根据本发明的示例性实施例的ー个模型系统的架构图。图2示出了根据本发明的示例性实施例的脱碳位置明细图。图3示出了根据本发明的示例性实施例的脱碳机理流程图，其中，A表示数据管理与跟踪模块，B表示自然脱碳模块，C表示強制脱碳模块，D表示脱氧模块(针对MFB/顶枪)，E表示显示输出模块。在一个示例性实施例中，本发明的方法可以采用程序模块来实现。系统所采用的体系结构C/S结构。由客户端完成数据处理，数据表示以及用户接ロ功能；客户端请求服务器，由服务器端完成模型的核心运算功能。如附图I所示，模型与炼钢厂L2通过数据库进行信息交互。模型调用动态库进行计算，与各模块间灵活互动，并将计算结果存入数据库共L2获取。L2将LI信息采集到接ロ表中，供模型系统使用。整个模型功能的实现可以按不同的功能模块来描述。各个模块通过图I所示来连接和配合，实现各自的功能。(I)数据管理与跟踪模块 该模块记录来钢信息和冶炼要求，如钢种、炉号、钢水重量、处理目标等；同时记录初始取样测温分析结果、成分信息，为其它エ艺控制模块提供相应的信息。该模块通过数据库与LI与L2进行数据交互；(2)动态參数计算及调整模块(i)该模型中将设备的參数以及生产參数的变化进行实时的数据采集输入到各个參数的计算中，诸如真空室内钢液深度、真空室内钢液重量、钢水循环流量、钢液搅拌能等參数都是根据真空室内压カ和提升气体流量的实时数据变化通过ー级控制层采集到ニ级系统供模型进行计算，这样更能保证模型所计算的真空室的状况与实际状况相符合。(ii)模型将脱碳位置进行了细分，钢液内部CO气泡脱碳Qcq、真空室内钢液自由表面脱碳Qsm、真空室内Ar气泡表面脱碳QAr、真空室内飞溅液滴脱碳Qdr。、上升管内Ar气泡表面脱碳Qa 。并且将这些脱碳位置对于总脱碳量的贡献通过參数的形式进行了设定S Q — a coX Qco+a sur X Q sur+aArXQ Ar+a droXQdr。+a Ar,pXQ Ar,p。(iii)模型分为三个脱碳阶段，高速反应阶段、強制脱碳阶段和低浓度反应阶段，各时期起主要作用的脱碳部位各有不同，通过现场运行设定和模型自学习可以调整參数a，以确定不同设备在不同脱碳阶段对脱碳速率的贡献率。这里，所述高速反应阶段、強制脱碳阶段和低浓度反应阶段可以分别对应脱碳前期、脱碳中期和脱碳后期。(iv)根据RH脱碳过程的数学模拟以及生产过程中各个时间点实际碳含量的检测结果(碳含量检测可參考各生产企业实际エ艺操作)来确定初始參数，模型參数在运行前设定范围和初始值，将每一炉次的结果存入数据库，要求模型反算出各參数，逐渐修正，直到达到要求的精度。经过模型验证，參数选取建议脱碳前期碳氧反应剧烈，喷溅液滴和CO气泡脱碳起主要作用，aco^(0. 78 L 22，0&。取0. 78 L 22，a a ■、a Ar,p取0. 30 0. 52 ;脱碳中期碳氧反应趋于平和，各參数可在0. 47 0. 52范围内选取，优选地，各參数都取0.5 ;脱碳后期主要为氩气泡表面脱碳，Cito可在0.37 0.43范围内选取，优选地，
取0.4，其他參数取O。(3)机理模型运算模块为了使模型更易于用数学公式表达，现对脱碳模型做如下假设(i)钢包和真空室中的钢水均充分混合；
(ii)脱碳反应主要在真空室中进行，上升管内氩气泡表面对脱碳也有一定的贡献率；(iii)气-液界面的C、0浓度与CO气相分压保持平衡；(iv)脱碳速率由C、0传质控制。根据以上假设，借鉴前人的工作，结合笔者对脱碳机理的分析，可得如下模型方程式。式(5)、(6)表示了脱碳量与碳氧传质之间的关系。
权利要求
1.ー种在线预测循环真空脱气法中钢水总脱碳量的方法，所述循环真空脱气法通过包括真空室和上升管的循环真空脱气装置实现，其特征在于，所述方法包括以下步骤 将循环真空脱气装置内的脱碳过程划分为高速反应阶段、強制脱碳阶段和低浓度反应阶段； 将循环真空脱气装置中的脱碳位置划分为钢液内部CO气泡脱碳Qcq、真空室内钢液自由表面脱碳Q■、真空室内Ar气泡表面脱碳Qp真空室内飞溅液滴脱碳Qdro和上升管内Ar气泡表面脱碳； 通过计算高速反应阶段、強制脱碳阶段和低浓度反应阶段所分别对应的钢液内部CO气泡脱碳Qro、真空室内钢液自由表面脱碳Qsm、真空室内Ar气泡表面脱碳Qto、真空室内飞溅液滴脱碳Qdro和上升管内Ar气泡表面脱碳Qa 的总和，得出钢水总脱碳量。
2.根据权利要求I所述的在线预测循环真空脱气法中钢水总脱碳量的方法，其特征在于，所述总脱碳量根据式(a)得出，所述式(a)为SQ — a coXQco+a surXQsur+a ArXQAr+a droXQdro+a Ar,pXQAr,p, 其中，在高速反应阶段，a CQ取0.78 1.22，a dM取0. 78 I. 22，a Ar> a sur> a p取-0.30 0. 52 ;在強制脱碳阶段，a co、a sur> a Ar> a dro> a Ar>p取0. 47 0. 52 ;在低浓度反应阶段，a Ar 取 0. 37 0. 43，a co、a sur、a dro> a Ar p 取 0。
全文摘要
本发明提供了一种在线预测循环真空脱气法中钢水总脱碳量的方法。所述方法包括将循环真空脱气装置内的脱碳过程划分为高速反应阶段、强制脱碳阶段和低浓度反应阶段；将循环真空脱气装置中的脱碳位置进行细分；通过计算高速反应阶段、强制脱碳阶段和低浓度反应阶段所分别对应的脱碳位置的脱碳量的总和，得出钢水总脱碳量。本发明的方法的有益效果包括能够对RH过程中的钢水总脱碳量进行实时检测；并且操作灵活、精度高、成本低。
文档编号C21C7/068GK102766730SQ20121020925
公开日2012年11月7日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者孙建立, 孙维松, 张敏, 曾建华, 朱苗勇, 祭程, 陈亮, 陈永 申请人:东北大学, 攀钢集团研究院有限公司