LF炉精炼过程钢水温度预报模型

孙学刚

（新疆八一钢铁股份有限公司 第一炼钢厂，新疆 乌鲁木齐 830022）

LF炉具有投资少，功能强的特点，因此近年来被广泛采用。LF炉主要功能是在非氧化性气氛下，通过电弧加热制造高碱度还原渣，并从钢包底部吹入惰性气体，强化精炼反应，进行钢液的脱氧、脱硫、合金化等冶金反应，以净化钢液、调整钢液温度和合金成分、促进钢液温度和合金成分的均匀化，从而达到生产工艺和钢种质量的要求。

LF炉精炼过程钢水温度模型是建立在对LF炉精炼工艺和功能深入理解的基础上，结合现代自动控制技术，采用先进的算法，开发出钢包精炼炉温度预报模型。可以有效地提高自动化水平，提高生产效率，降低劳动强度，减少生产成本，并获得优质的钢水。

1 LF温度模型简介

LF温度模型主要有如下功能：根据钢液温度已有的实际测量值与采取的工艺操作，实时推定钢液的当前温度和预报未来时刻钢液的温度，并根据所预报的在标准处理时刻钢液的温度与目标温度的差值计算需要的通电量。操作人员根据模型所提供的信息，可以有效的对处理过程进行控制，减少通电升温的次数，提高处理终了温度的命中率，同时能够稳定操作，缩短处理周期。

为了计算方便，将所有事件的发生时刻，如加合金与脱硫剂时刻、通电加热开始结束时刻转化成相对时间。相对时间即为事件的发生时间与LF炉处理开始时间的差值，如处理开始时刻即为相对时刻0，处理开始1分钟为相对时刻1。

2 LF温度模型的基本构成

2.1 温度模型的基本结构

假定钢液的温度随时间的变化函数为T(t)，T(t)包括以下几部分：

TS：温度的实际测量值或者是由前工序温度计算出的钢水的初始温度；

TNATURAL(t)：自然温降；

TALLOYS：合金及脱硫剂的加入对钢液温度的影响；

THEAT：通电加热对钢液温度的影响；

TLASLEB(t)：钢包热状态及冷钢重量对钢液温度的影响；

TFW：喂丝对钢液温度的影响；

TELSE：其它因素对钢液温度的影响，暂时预留；

TSELF：温度模型中自适应量，暂时预留。

2.2 初始温度的说明

根据前工序的不同，初始温度计算方法如下：

1）当前工序为RH时。钢水在RH经过一段时间的处理，钢包吸热基本达到饱和，随后的温降较小，也比较均匀，LF处理的初始温度可用下式计算：

Torigin=Tlast-B×Δt

式中：

Tlast：RH处理最后一个温度值；

B：前工序为RH时的温降系数；

Δt：LF处理开始时间与前工序Tlast测温时间间隔。

2）当前工序为LD时，初始温度无论如何计算都不会很准确，采用下式计算：

Torigin=Tlast-A×Δt-C×ln（Δt）

A：前工序为LD时的温降系数1；

C：前工序为LD时的温降系数2。

根据实际数据回归求出，或者用AIMT软件对实际统计的温度数据建模。

2.3 各个子项的具体说明

2.3.1 自然温降

TNATURAL(t)：对实验数据用AIMT软件建立数学模型，通过AIMT软件可以生成模型用的人工智能算法的子程序及相关系数，所生成的子程序与其它函数式一起进行温度叠加计算。

2.3.2 合金及脱硫剂对钢液温度的影响

1）合金及脱硫剂

虽然合金及脱硫剂的加入是瞬间的，但对钢液温度的影响要在其后的1~3分钟才能完全体现出来。

将加入的合金及脱硫剂对温度的影响平均分配到加入时刻之后的3分钟时间里。

其补正公式为：T(t)=T(t0)+ΔTALLOYS(t-t0)/3

式中：

t0：加入合金的时刻；

T(t)：t时刻钢液的温度（t0+1≤t≤t0+3）；

T(t0)：t0时刻钢液的温度；

ΔTALLOYS：加入合金及脱硫剂对钢液温度的影响。

若一次加入合金及脱硫剂大于3吨，则将加入的合金对钢液温度的影响平均分配到加入合金的4分钟时间里，计算公式同上。

合金进入钢液，钢液的总重量增加，因此应将合金的重量考虑在内。

2）合金及脱硫剂的温降系数

合金与脱硫剂温降系数如表1所示。

表1 合金的温降系数

2.3.3 通电加热对温度的影响

正常情况下计算通电加热对钢水温度的影响，应根据电弧的有功功率与通电时间，计算钢水的温度随时间的变化。但是三相电弧加热由于受许多因素的影响，有功功率波动较大，上述的计算会带来较大的误差。本方法由过程记录的周期信息中的累计耗电量，确定每一分钟消耗的电量，从而计算出通电加热对温度的影响。单位电量使钢水温度的改变量见下表。

表2 单位电量使钢水温度的改变量

表2中的热效率系数是根据实际统计数据回归求出。

2.3.4 钢包热状态和冷钢重量对温度的影响

自然温降中包括因钢包及包底冷钢的吸热引起的钢水温度下降，但是自然温降是建立在钢包状态出现概率最高的良好状态，对于与自然温降建立时不同的钢包状态，应对钢水温度进行补正。按照上一炉浇注结束至本炉出钢开始时间的长短，将钢包状态分成六级（1、2、3、4、5、6）；根据包底冷钢重量的多少，将包底冷钢对温度的影响分成五级（A、B、C、D、E）。钢包状态及包底冷钢的每一个级别在计算温降时都有相应的温度补正标准，见表3。钢包状态及包底冷钢的分级标准见表3。

表3 钢包状态和包底冷钢的温度补正标准

1）包底冷钢的具体补正方法

LF炉通过吹氩搅拌促使钢液成分、温度均匀，LF炉处理开始即开始吹氩搅拌，因此包底冷钢对处理过程温降的影响应从第1分钟计算，直至循环均匀。假定循环均匀需要3分钟，并且包底冷钢的温度补正量平均分配到3分钟上，则其对温降的影响公式如下：

T(t)=T(0)+TB1×t/3（1≤t≤3）

T(t)：t时刻钢液的温度；

T(0)：处理开始时刻钢液的温度；

TB1：温度补正量。

2）钢包状态的具体补正方法

LF炉处理时，钢水已在钢包中停留了较长的一段时间，可以认为，LF处理过程中，钢包的吸热比较平稳。总的说来，钢包状态比较好时，对处理过程中温降影响较少。假定钢包吸热主要发生在前10分钟，补正公式如下：

T(t)=T(0)+TB2×t/10（t≤10）

T(t)：t时刻钢液的温度；

T(0)：处理开始时刻钢液的温度；

TB2：温度补正量。

2.3.5 喂丝对温度的影响

喂丝一般持续2~4分钟，可在喂丝结束根据喂丝量和丝线种类计算喂丝引起的总的温降，并将这一温降平均分配到喂丝所持续的这一段时间内。各种丝线的温降系数如下表所示。

表4 各种丝线的温降系数

2.3.6 无吹氩搅拌时对自然温降的修正

自然温降是在有吹氩搅拌的状态下求出的，而在LF炉的整个处理周期内，某些时段没有吹氩搅拌，在没有吹氩搅拌时，钢水散热减慢，必须对自然温降进行修正，没有吹氩搅拌这段时间的自然温降乘一修正系数。

2.4 计算达到目标温度需要的通电量

如果温度模型所预报的在标准处理时刻钢液的温度与目标温度的差值小于0，则计算需要的通电量，公式如下：

ΔT=TNT-TAIM

TNT：所预报的在标准处理时刻钢液的温度；

TAIM：目标温度；

ΔT：温度差。

当ΔT＜0时，则需计算需要的通电量。

Q=ΔT/DHEAT/COEHEAT×WSTEEL

Q：需要的通电量（单位：kwh）；

WSTEEL：钢液重量（单位：kwh）；

DHEAT、COEHEAT的值同表 2。

2.6 LF温度模型启动方式

1）事件启动方式

当以下事件发生时，模型自动启动进行计算，成功完成计算后，模型画面显示计算输出信息与部分输出信息，并绘制温度预报曲线。

表5 模型启动方式

3 结语

LF炉钢水温度预报模型主要应用于LF精炼过程中快速、准确地预报钢水温度，与精炼钢水成分预报模型、脱硫模型、吹氩搅拌模型构成了LF炉精炼过程控制模型，是实行LF炉精炼过程自动化控制地重要基础。

［1］李晶.钢包精炼过程中钢水成分微调及温度预报[J].钢铁研究学报，1999,11（2）：6-8.

［2］傅杰.发展我国钢的二次精炼技术的建议[J].特殊钢，1999,20（增刊）：23-25.