一种基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法，包括：利用案例推理算法根据待求解炉次的入炉铁水条件及终点控制目标，在以往案例库内寻找出与待求解炉次相似度最高的以往案例，作为参考案例；利用转炉吹炼过程中不同阶段氧气脱碳效率的影响因素不同，对参考案例的吹炼过程进行阶段划分，将吹炼过程划分为吹炼前期、吹炼中期和吹炼后期；基于预设的假设条件，根据参考案例的吹炼阶段划分时间和不同阶段的氧气脱碳效率对待求解炉次的供氧量进行预测，得到待求解炉次的供氧量预测结果。与传统的模型相比，本发明专利技术的技术方案可以有效地提高转炉炼钢过程中供氧量的预测精度。量的预测精度。量的预测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法


[0001]本专利技术涉及转炉炼钢
，特别涉及一种基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法。

技术介绍

[0002]氧气是转炉炼钢过程中必不可少的关键因素，吹入的氧气会在熔池中与铁水中的碳、硅、磷、硫等元素发生氧化反应，从而达到降碳去杂质的目的，同时氧化反应释放热量，提供冶炼过程中所需的温度。由于转炉炼钢冶炼生产环境复杂、转炉内反应变化快、影响供氧量的因素较多，供氧量难以控制，不仅影响能源消耗，还会影响生产效率。因此，转炉炼钢供氧量的精确控制为节约成本、提高氧气的利用率、增加冶炼的稳定性提供了重要的指导。目前转炉炼钢内供氧量控制的方法主要是人工经验控制、机理模型控制、统计模型控制和智能模型控制等。由于人工经验依靠人本身判断，受现场人员的操作水平影响，导致稳定性和精度较差，而传统机理模型中存在大量的假设，例如：碳被氧化生成90％的CO和10％的CO2，炉气中自由氧的含量为总炉气量的0.5％和终渣∑w(FeO)＝15％等，从而存在导致机理模型的误差也较大，无法精确控制供氧量，转炉终点控制精度也会随之降低。
[0003]关于转炉炼钢过程中供氧量的预测问题，一些学者们进行了多种方法的研究，提出了一些较为实用的预测方法或计算模型。李桦等通过推导建立转炉炼钢氧气消耗量和相关因素之间的关系方程式，设计炼钢冶炼氧气消耗分析及预测模型控制，实现供氧过程分析和控制，但模型涉及数据量较多，计算效率较慢。朱光俊等采用统计回归分析的方法计算出供氧量与废钢量之间的回归方程，并优化了其中的参数，优化了供氧量静态控制模型，影响供氧的因素不仅只有废钢，还需考虑其他影响因素。李洋等利用氧气脱碳效率预测模型后再进行静态供氧量和动态供氧量预测，提高了氧气计算精度；李爱莲等提出了一种改进深度信念网络的转炉供氧量预测模型，仿真结果表明模型有效提高了供氧量预测精度。以上模型均是统计模型或数据驱动模型直接将供氧量作为输出项，未考虑转炉炼钢过程内的物理化学反应，只考虑系统输入量和输出量之间的关系，缺少中间过程，属于黑箱建模，还可有改进空间以提高预测精度。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法，以解决现有的转炉供氧量预测方法对供氧量的预测不够精准的技术问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法，所述基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法包括：
[0007]利用案例推理算法根据待求解炉次的入炉铁水条件及终点控制目标，在以往案例库内寻找出与待求解炉次相似度最高的以往案例，作为参考案例；
[0008]利用转炉吹炼过程中不同阶段氧气脱碳效率的影响因素不同，对参考案例的吹炼
过程进行阶段划分，将吹炼过程划分为吹炼前期、吹炼中期和吹炼后期；
[0009]基于预设的假设条件，根据参考案例的吹炼阶段划分时间和不同阶段的氧气脱碳效率对待求解炉次的供氧量进行预测，得到待求解炉次的供氧量预测结果。
[0010]进一步地，所述吹炼前期到所述吹炼中期的拐点判断依据为吹炼过程的硅含量，所述吹炼中期到所述吹炼后期的拐点判断依据为吹炼过程的碳含量。
[0011]进一步地，各阶段拐点的确定方式为：当硅含量氧化至0.03％时，吹炼前期结束，进入吹炼中期；当碳含量氧化至0.4％时，吹炼中期结束，进入吹炼后期。
[0012]进一步地，所述对参考案例的吹炼过程进行阶段划分，包括：
[0013]根据参考案例入炉铁水碳含量、终点碳含量以及吹炼过程炉气数据，拟合出参考案例吹炼过程的碳含量变化曲线和硅含量变化曲线；
[0014]基于碳含量变化曲线和硅含量变化曲线，对参考案例吹炼过程进行阶段划分。
[0015]进一步地，根据参考案例的吹炼阶段划分时间和不同阶段的氧气脱碳效率对待求解炉次的供氧量进行预测，得到待求解炉次的供氧量预测结果，包括：
[0016]根据参考案例吹炼过程阶段划分结果，确定每个阶段的碳含量、铁水/钢水重量、耗氧量以及炉气中CO与CO2比例，并最终确定每个阶段的氧气脱碳效率；
[0017]基于参考案例的吹炼过程阶段划分时间，基于参考案例拟合出的各吹炼阶段时间与碳含量的关系，计算待求解炉次的不同吹炼阶段拐点的碳含量，其中，计算时，拟合公式中的常数项替换为待求解炉次的入炉铁水碳含量；
[0018]计算出待求解炉次吹炼过程的铁水/钢水重量；
[0019]基于每个阶段的氧气脱碳效率，结合待求解炉次的入炉铁水碳含量、吹炼过程的铁水/钢水重量，以及不同吹炼阶段拐点的碳含量，对待求解炉次的供氧量进行预测，得到待求解炉次的供氧量预测结果。
[0020]进一步地，对待求解炉次的供氧量进行预测，包括：
[0021]通过以下公式计算不同吹炼阶段的供氧量：
[0022][0023][0024][0025]将各吹炼阶段的供氧量进行累加，得到总供氧量
[0026]Q
总
＝Q1+Q2+Q3[0027]其中，Q1表示吹炼前期供氧量；Q2表示吹炼中期供氧量；Q3表示吹炼后期供氧量；w(C)0表示入炉铁水中碳含量；m0表示入炉铁水重量；w(C)1表示吹炼前中期拐点碳含量；m1表示吹炼前中期拐点铁水重量；η1表示吹炼前期的氧气脱碳效率；w(C)2表示吹炼中后期拐点碳含量；m2表示吹炼中后期拐点钢水重量；η2表示吹炼中期的氧气脱碳效率；w(C)3表示吹炼终点碳含量；m3表示吹炼终点钢水重量；η3表示吹炼后期的氧气脱碳效率；μ表示每1kg碳氧化所需氧气量。
[0028]进一步地，吹炼过程的铁水/钢水重量计算公式为：
[0029]m3＝m0·
α+m
s
·
β
[0030]m2＝m0+(m3‑
m0)
·
(γ1+γ2)
[0031]m1＝m0+(m3‑
m0)
·
γ1[0032][0033]其中，α表示铁水收得率；β表示废钢收得率；γ1表示吹炼前期废钢融化百分比；γ2表示吹炼中期废钢融化百分比；λ1表示碳氧化生成CO的比例；λ2表示碳氧化生成CO2的比例。
[0034]进一步地，所述预设的假设条件包括：
[0035]在实际转炉吹炼过程中，铁水和废钢的收得率不为100％；假设铁水收得率为95％，废钢收得率为85％；废钢在吹炼前期融化20％，吹炼中期融化剩余80％；
[0036]在实际转炉吹炼过程中，碳氧化并非生成100％的CO，而是会生成一定比例的CO2，且炉气在转炉炉外二次燃烧率为10％；
[0037]根据案例推理得到的参考案例，假设参考案例与待求解炉次每一吹炼阶段碳氧化生成CO和CO2的比例相同，且每一吹炼阶段的氧气脱碳速率相同。
[0038]再一方面，本专利技术还提供了一种电子设备，其包括处理器和存储器；其中，存储器中存本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法，其特征在于，所述基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法包括：利用案例推理算法根据待求解炉次的入炉铁水条件及终点控制目标，在以往案例库内寻找出与待求解炉次相似度最高的以往案例，作为参考案例；利用转炉吹炼过程中不同阶段氧气脱碳效率的影响因素不同，对参考案例的吹炼过程进行阶段划分，将吹炼过程划分为吹炼前期、吹炼中期和吹炼后期；基于预设的假设条件，根据参考案例的吹炼阶段划分时间和不同阶段的氧气脱碳效率对待求解炉次的供氧量进行预测，得到待求解炉次的供氧量预测结果。2.如权利要求1所述的基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法，其特征在于，所述吹炼前期到所述吹炼中期的拐点判断依据为吹炼过程的硅含量，所述吹炼中期到所述吹炼后期的拐点判断依据为吹炼过程的碳含量。3.如权利要求2所述的基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法，其特征在于，各阶段拐点的确定方式为：当硅含量氧化至0.03％时，吹炼前期结束，进入吹炼中期；当碳含量氧化至0.4％时，吹炼中期结束，进入吹炼后期。4.如权利要求1所述的基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法，其特征在于，所述对参考案例的吹炼过程进行阶段划分，包括：根据参考案例入炉铁水碳含量、终点碳含量以及吹炼过程炉气数据，拟合出参考案例吹炼过程的碳含量变化曲线和硅含量变化曲线；基于碳含量变化曲线和硅含量变化曲线，对参考案例吹炼过程进行阶段划分。5.如权利要求4所述的基于分段式氧气脱碳效率的转炉供氧量预测方法，其特征在于，根据参考案例的吹炼阶段划分时间和不同阶段的氧气脱碳效率对待求解炉次的供氧量进行预测，得到待求解炉次的供氧量预测结果，包括：根据参考案例吹炼过程阶段划分结果，确定每个阶段的碳含量、铁水/钢水重量、耗氧量以及炉气中CO与CO2比例，并最终确定每个阶段的氧气脱碳效率；基于参考案例的吹炼过程阶段划分时间，基于参考案例拟合出的各吹炼阶段时间与碳含量的关系，计算待求解炉次的不同吹炼阶段拐点的碳含量，其中，计算时，拟合公式中的常数项替换为待求解炉次的入炉铁水碳含量；计算出待求解炉次吹炼过程的铁水/钢水重量；基于每个阶段的氧气脱碳效率，结合待求解炉次的入炉铁水碳含量、吹炼过程的铁水/钢水重量，以及不同吹炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁飞，王慧贤，徐安军，谷茂强，刘旋，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：