一种耐候钢用于铁塔的制备方法与流程

本发明涉及合金材料制备，具体涉及一种耐候钢用于铁塔的制备方法。

背景技术：

1、电力铁塔是用于支撑和传输电力线路的重要基础设施，目前电力行业的铁塔均采用牌号为q235、q355以及q420等普通碳钢，制作完成之后采用镀锌的方式进行防腐蚀处理，而镀锌过程中会消耗大量的电能和燃料，带来额外的碳排放污染，不符合双碳目标。因此，使用耐候钢作为电力铁塔的制备材料不仅可以增加电力铁塔的承载能力，且具有较为优易的耐腐蚀性能。

2、耐候钢的制备通常需要在普通钢材的配方中加入镍元素，提高钢材的耐腐蚀性，并保证钢材的受力，综合提高钢材的各方面物理性能和化学性能。镍铁合金常作为耐候钢的主要制备原料，rkef(rotary klin electric furnace)回转窑干燥预还原-电炉还原熔炼是当下冶炼红土镍矿获得镍铁合金最成熟的工艺，rkef技术中的电炉熔炼阶段负责还原金属镍与部分铁，并将镍铁与残渣分开，产生粗镍铁液，此阶段中需要严格控制电极高度，电极距离炉料过近会使得炉料表面的电流密度过大，导致能耗的增加和电极磨损，进而对环境造成较大的负面影响；电极距离炉料过远会使得炉料表面的电流密度较小，导致熔炼还原反应效率不高，造成资源的浪费。

技术实现思路

1、本发明提供一种耐候钢用于铁塔的制备方法，以解决耐候钢制备过程中电弧炉熔炼过程中电极位置不合适导致损耗增加的问题，所采用的技术方案具体如下：

2、本发明一个实施例提供了一种耐候钢用于铁塔的制备方法，该方法包括以下步骤：

3、将红土镍矿作为制备镍铁合金的原材料，将红土镍矿进行破碎和筛分；将破碎和筛分后的红土镍矿输送至回转干燥窑进行干燥处理；将干燥处理后的红土镍矿和还原剂、助溶剂混合均匀后输送至回转窑进行烘焙-预还原处理；将烘焙-预还原处理后的红土镍矿与还原煤以25～50t/h的下料速度输送至电弧炉；

4、根据电弧炉熔炼过程中的电弧面积数据、电极电流数据、炉温数据、电极电阻数据的数据特征对电极位置进行实时调整，通过电弧炉熔炼获取粗镍铁合金液，随后经过精炼、铸造获取用于铁塔制备的耐候钢。

5、优选的，所述红土镍矿中主要化学成分的质量百分比分别为：ni镍2.6％、tfe全铁16.72％、feo氧化亚铁0.2％、sio2二氧化硅35.5％、cao氧化钙0.39％、al2o3三氧化二铝5.74％、mgo氧化镁13.39％。

6、优选的，所述筛分的粒度范围为：50～150nm。

7、优选的，所述干燥处理的温度和停止条件为：将破碎和筛分后的红土镍矿进行干燥处理时的初始温度设置为800℃，直至红土镍矿中的水分挥发量占矿物总质量的20％后停止干燥。

8、优选的，所述还原剂为占红土镍矿质量8％的焦炭，助溶剂为由80.40％的cao氧化钙、11.56％的sio2二氧化硅、4.59％的mgo氧化镁以及5.74％的al2o3三氧化二铝组成的石灰。

9、优选的，所述烘焙-预还原的预热温度为750℃，还原温度为850～1000℃。

10、优选的，所述根据电弧炉熔炼过程中的电弧面积数据、电极电流数据、炉温数据、电极电阻数据的数据特征对电极位置进行实时调整的方法为：

11、将电弧炉熔炼整个过程的时间均匀划分为多个时序区间，根据每个时序区间对应的电弧面积穿越数据和电极电流数据获取每个时序区间的炉料还原充分系数；

12、根据每个时序区间的电极电阻数据获取每个时序区间的电极磨损因子，基于每个时序区间的炉料还原充分系数和电极磨损因子获取每个时序区间的熔炼充分持续系数；

13、将电弧炉熔炼过程的初始预设时间作为初始调整区间，将初始调整区间对应的所有的时序区间的熔炼充分持续系数按照时间升序顺序组成的序列作为初始熔炼充分持续系数序列，采用指数移动平均算法获取初始熔炼充分持续系数序列的熔炼充分持续系数预测值，根据初始熔炼充分持续系数序列和熔炼充分持续系数预测值获取熔炼充分持续系数序列，采用聚类算法获取熔炼充分持续系数序列的聚类结果；

14、将熔炼充分持续系数预测值与熔炼充分持续系数序列中所有元素均值的差值作为第一差异值；将熔炼充分持续系数序列的聚类结果中熔炼充分持续系数预测值所在聚类簇中数据的数量作为分子，将熔炼充分持续系数序列的聚类结果中另一聚类簇中数据的数量作为分母，将分子与分母的比值作为第二差异值，将第一差异值的数据映射结果与第二差异值的乘积作为电极调整指数；根据电极调整指数对电极位置进行实时调整。

15、优选的，所述根据每个时序区间对应的电弧面积穿越数据和电极电流数据获取每个时序区间的炉料还原充分系数的方法为：

16、对于电弧炉熔炼阶段的每个采集时刻，将每个采集时刻对应的电弧穿越面积数据与电极电流数据的比值作为每个采集时刻的电流密度值；将每个采集时刻的电弧穿越面积数据与每个采集时刻所在时序区间内对应的所有的电弧穿越面积数据均值的差值作为每个采集时刻的电弧面积差异值；将每个采集时刻的电极电流数据与每个采集时刻所在时序区间内对应的所有电极电流数据均值的差值作为每个采集时刻的电流差异值；

17、将电弧炉熔炼阶段的对应的所有电流密度值按照时间升序的顺序组成的序列作为电流密度数据序列，采用stl序列分解算法获取电流密度数据序列中每个数据对应的趋势项和周期项，将所述趋势项和周期项组成的向量作为所述每个数据的特征二元向量；

18、对于电弧熔炉阶段的每个时序区间，将每个时序区间内每个采集时刻对应的电弧面积差异值与电流差异值的和作为所述每个采集时刻的第一特征值，将每个时序区间内所有采集时刻对应的第一差异值的总和作为每个时序区间的第二特征值，将所述第二特征值的数据映射结果作为分子；将每个时序区间内所有采集时刻对应的电弧穿越面积数据的信息熵与所有采集时刻对应的电极电流数据的信息熵的和作为第一可信系数，将第一可信系数与预设参数的和作为分母，将分子与分母的比值作为每个时序区间的电流密度可信权重；

19、根据每个时序区间对应的特征二元向量和电流密度值获取每个时序区间的电流密度稳态因子，基于电流密度可信权重和电流密度稳态因子获取炉料还原充分系数。

20、优选的，所述根据每个时序区间对应的特征二元向量和电流密度值获取每个时序区间的电流密度稳态因子，基于电流密度可信权重和电流密度稳态因子获取炉料还原充分系数方法为：

21、对于电弧熔炉阶段的每个时序区间，将每个时序区间内任意两个采集时刻对应的特征二元向量的点积比作为第一稳态值，将每个时序区间内对应的所有第一稳态值的总和作为第二稳态值；将每个时序区间内所有采集时刻对应的电流密度值按照时间升序顺序组成的序列作为每个时序区间的电流密度数据序列，采用序列分割算法获取所述电流密度数据序列中的突变点，将所有所述突变点的数量的数据映射结果与第二稳态值的乘积作为分子，将所述电流密度数据序列的方差与预设参数的和作为分母，将分子与分母的比值作为每个时序区间的电流密度稳态因子；

22、将每个时序区间的电流密度可信权重在以每个时序区间的电流密度稳态因子为底数的指数函数中的计算结果作为每个时序区间的第一还原系数，将所述第一还原系数与每个时序区间中所有时刻对应的炉温数据的最大值的乘积作为分子；采用lof异常检测算法获取每个时序区间中每个采集时刻对应的炉温数据的局部离群因子，将每个时序区间中对应的所有所述局部离群因子的均值与预设参数的和作为分母，将分子与分母的比值作为每个时序区间的炉料还原充分系数。

23、优选的，所述根据每个时序区间的电极电阻数据获取每个时序区间的电极磨损因子，基于每个时序区间的炉料还原充分系数和电极磨损因子获取每个时序区间的熔炼充分持续系数的方法为：

24、

25、

26、式中，fsi表示第i个时序区间的熔炼充分持续系数；ewi和fri分别表示第i个时序区间的电极磨损因子和炉料还原充分系数，exp()表示以自然常数为底数的指数函数；表示第i个时序区间对应的所有电极电阻数据中的最大值，表示第i个时序区间对应的所有电极电阻数据的均值；表示第i个时序区间中第j个采集时刻之前所有采集时刻对应的电极电阻数据的均值，表示第i个时序区间中第j个采集时刻之后所有采集时刻对应的电极电阻数据的均值；ji表示第i个时序区间对应的所有电极电阻数据的数量。

27、本发明的有益效果是：根据镍铁合金制备过程中电炉熔炼阶段的各项数据特征获得熔炼充分持续系数，之后构建初始调整区间，通过下一时序区间的熔炼充分持续系数预测值以及熔炼充分持续系数序列的聚类结果获得电极调整指数，实现电炉熔炼阶段中的电极位置实时调整，在确保电极磨损较为轻微的基础上，保证炉料熔炼还原充分，获得更高品质的粗镍铁合金液。通过对获得的粗镍铁合金液精炼后制备出的耐候钢，其有益效果在于不仅具备更好的拉力韧性，同时有着较高的防腐性能，将其实施到电力铁塔行业，避免了传统钢材作为电力铁塔原料时，在镀锌阶段浪费大量资源以及造成大量环境污染的弊端。