本發(fā)明屬于鋼鐵冶煉，具體涉及一種lf精煉鋼液成分預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、在煉鋼工序中，lf精煉爐扮演至關(guān)重要的鋼液精煉角色，它不僅是連接前后工序的橋梁，更是鋼鐵生產(chǎn)整個流程的“調(diào)節(jié)器”。鋼液在初煉完成后，其溫度和成分可能會有所波動，而lf精煉的任務(wù)就是對這些波動進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保為后續(xù)精煉或連鑄工序提供符合標(biāo)準(zhǔn)的鋼液。然而，在實際操作中，lf精煉存在以下問題：由于初煉結(jié)束時鋼液的狀態(tài)不穩(wěn)定，在lf精煉過程，脫氧劑、造渣料和合金的選擇與加入量，吹氬流量的控制等往往取決于操作人員的判斷，這可能導(dǎo)致鋼液動力學(xué)條件、爐渣的成渣性、鋼液成分在lf精煉期間出現(xiàn)較大波動，從而影響精煉效果。即便在相同的工藝和精煉渣加入條件下，冶煉不同鋼種時發(fā)生的反應(yīng)也不盡相同，這顯著增加了lf精煉過程鋼液成分的不確定性。

2、中國專利cn116469481a公開了一種基于xgboost算法的lf精煉鋼液成分預(yù)報方法，利用xgboost算法對lf精煉鋼液成分中al、si、mn三種元素含量進(jìn)行預(yù)報。具體步驟為：首先采集lf精煉初始參數(shù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；然后，通過訓(xùn)練集構(gòu)建xgboost模型，當(dāng)模型評價合格時，進(jìn)行模型預(yù)測結(jié)果處置，并采集未來一段時間內(nèi)的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，將其納入樣本數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫；當(dāng)模型評價數(shù)據(jù)不合格時，模型重回至數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟。然而這種預(yù)報方法依賴于龐大的數(shù)據(jù)集，對于新工藝條件或新型鋼種，由于缺乏足夠的數(shù)據(jù)支持，難以應(yīng)用這類方法進(jìn)行預(yù)報；這種預(yù)報方法對鋼液成分的預(yù)測僅停留在數(shù)據(jù)的表面層次，而無法深入到每個元素以及各個物相之間相互作用影響的微觀層次，在實際操作中，當(dāng)出現(xiàn)個別元素波動較大的情況，這種預(yù)報方法則會失效。綜上所述，基于xgboost算法的lf精煉鋼液成分預(yù)報方法具有較大局限性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種lf精煉鋼液成分預(yù)測方法，本發(fā)明提供的預(yù)測方法緊密貼合實際生產(chǎn)需求，能夠在不穩(wěn)定的工藝條件下維持預(yù)測的準(zhǔn)確性。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種lf精煉鋼液成分預(yù)測方法，包括以下步驟：

3、步驟1：基于有效平衡反應(yīng)區(qū)模型將lf精煉過程發(fā)生的反應(yīng)以反應(yīng)區(qū)的形式進(jìn)行定義和劃分；反應(yīng)區(qū)包括：電極向鋼液滲碳區(qū)、鋼液內(nèi)合金溶解反應(yīng)區(qū)、夾雜物上浮區(qū)、精煉渣溶解于爐渣反應(yīng)區(qū)、耐材與鋼液反應(yīng)區(qū)、耐材與爐渣反應(yīng)區(qū)、鋼液與爐渣反應(yīng)區(qū)、鋼液混勻區(qū)、爐渣混勻區(qū)；

4、步驟2：根據(jù)輸入的鋼液成分和質(zhì)量確定第一鋼液成分、質(zhì)量m鋼液1和第一夾雜物成分、質(zhì)量m夾雜物1，根據(jù)所述第一夾雜物成分、質(zhì)量m夾雜物1得到時間步長內(nèi)進(jìn)入夾雜物上浮區(qū)的夾雜物質(zhì)量δm夾雜物和進(jìn)入鋼液內(nèi)合金溶解反應(yīng)區(qū)內(nèi)的夾雜物質(zhì)量m夾雜物1-δm夾雜物；

5、根據(jù)設(shè)置的供電制度計算時間步長內(nèi)電極向鋼液滲碳區(qū)的滲碳質(zhì)量δm碳，根據(jù)所述滲碳質(zhì)量δm碳和第一鋼液成分、質(zhì)量m鋼液1確定第二鋼液成分、質(zhì)量m鋼液2；

6、根據(jù)輸入的合金加入制度和所述第二鋼液成分、質(zhì)量m鋼液2分別得到鋼液內(nèi)合金溶解反應(yīng)區(qū)中第二夾雜物的成分、質(zhì)量m夾雜物2和第三鋼液的成分、質(zhì)量m鋼液3；

7、根據(jù)耐材成分和溶解速率分別計算時間步長內(nèi)耐材與鋼液反應(yīng)區(qū)內(nèi)參與反應(yīng)的耐材質(zhì)量δm耐材→鋼液和耐材與爐渣反應(yīng)區(qū)內(nèi)參與反應(yīng)的耐材質(zhì)量δm耐材→爐渣，得到耐材與鋼液反應(yīng)區(qū)內(nèi)第三夾雜物的成分、質(zhì)量m夾雜物3和耐材與鋼液反應(yīng)區(qū)內(nèi)第四鋼液的成分、質(zhì)量m鋼液4；

8、根據(jù)輸入爐渣成分和質(zhì)量確定第一爐渣成分、質(zhì)量m爐渣1，根據(jù)所述第一爐渣成分、質(zhì)量m爐渣1、設(shè)置的精煉渣加料制度和夾雜物上浮區(qū)上浮的夾雜物得到精煉渣溶解于爐渣反應(yīng)區(qū)的第二爐渣成分、質(zhì)量m爐渣2；根據(jù)所述耐材與爐渣反應(yīng)區(qū)內(nèi)參與反應(yīng)的耐材質(zhì)量δm耐材→爐渣和第二爐渣成分、質(zhì)量m爐渣2得到耐材與爐渣反應(yīng)區(qū)內(nèi)第三爐渣成分、質(zhì)量m爐渣3；

9、根據(jù)公式1計算時間步長內(nèi)鋼液和爐渣反應(yīng)區(qū)參與反應(yīng)的鋼液質(zhì)量δm鋼液,根據(jù)公式2計算時間步長內(nèi)鋼液和爐渣反應(yīng)區(qū)參與反應(yīng)的爐渣質(zhì)量δm爐渣；

10、δm鋼液＝k鋼液a爐底ρ鋼液δt????公式1，

11、δm爐渣＝k爐渣a爐底ρ爐渣δt?????公式2，

12、其中，k鋼液為鋼液元素的傳質(zhì)系數(shù)，m·s-1；k爐渣為爐渣組分的傳質(zhì)系數(shù)，m·s-1；a爐底為lf精煉爐內(nèi)鋼液面的幾何面積，m2；ρ鋼液為鋼液密度，kg·m-3；ρ爐渣為爐渣密度，kg·m-3；δt為時間步長，s；

13、在時間步長內(nèi)，進(jìn)入鋼液混勻區(qū)的鋼液質(zhì)量為δm新鋼液和m鋼液4-δm鋼液，進(jìn)入鋼液混勻區(qū)的夾雜物質(zhì)量為m夾雜物2、m夾雜物3和δm新夾雜物；進(jìn)入爐渣混勻區(qū)的爐渣質(zhì)量為δm新爐渣和m爐渣3-δm爐渣；

14、根據(jù)各反應(yīng)區(qū)的反應(yīng)過程編寫mac格式的宏處理代碼，將合金加入制度、鋼液成分及質(zhì)量、耐材成分、爐渣成分及質(zhì)量、供電制度、精煉渣加料制度、δm碳、δm夾雜物、m夾雜物1-δm夾雜物、δm耐材→鋼液、δm耐材→爐渣、δm鋼液、δm爐渣、m鋼液4一δm鋼液和m爐渣3-δm爐渣進(jìn)行宏處理編碼，并利用factsage進(jìn)行模擬計算，得到各反應(yīng)區(qū)反應(yīng)后的物相成分和質(zhì)量；

15、步驟3：重復(fù)循環(huán)步驟2的操作x次，當(dāng)x△t大于等于lf精煉總時長t總時則停止計算，輸出lf爐冶煉終點的鋼液成分、質(zhì)量m鋼液，lf爐冶煉終點的夾雜物成分、質(zhì)量m夾雜物和lf爐冶煉終點的爐渣成分、質(zhì)量m爐渣。

16、優(yōu)選的，根據(jù)公式3計算鋼的傳質(zhì)系數(shù)，根據(jù)公式4計算爐渣組分的傳質(zhì)系數(shù)：

17、k鋼液＝4×10-6ε1.4h鋼液????公式3；

18、

19、其中，ε為攪拌能，w·t-1；h鋼液為lf精煉爐內(nèi)鋼液高度，m。

20、優(yōu)選的，根據(jù)公式5計算攪拌能：

21、

22、其中，n為摩爾氣體流速，mol·s-1；r為理想氣體常數(shù)，j·mol-1·k-1；t為溫度，k；m鋼液4的單位為t；pt為鋼包底部氣體總壓力，pa；p0為熔體表面氣體壓力，pa。

23、優(yōu)選的，所述δm夾雜物按照公式6計算得到：

24、δm夾雜物＝rfl×m夾雜物1????公式6；

25、其中，rfl為夾雜物去除率。

26、優(yōu)選的，所述rfl按照公式7計算得到：

27、rfl＝4.2×10-4ε0.2???公式7；

28、優(yōu)選的，所述δm耐材→鋼液按照公式8計算得到：

29、δm耐材→鋼液＝v1a鋼液側(cè)壁面δt???公式8；

30、其中，v1為耐材溶解于鋼液的溶解速率，kg·m-2·s-1，a鋼液側(cè)壁面為鋼液接觸精煉爐側(cè)壁的面積，m2。

31、優(yōu)選的，所述a鋼液側(cè)壁面按照公式9計算得到：

32、a鋼液側(cè)壁面＝2πrh鋼液???公式9；

33、其中，r為lf鋼包爐半徑，m，h鋼液為鋼液高度，m。

34、優(yōu)選的，所述δm耐材→爐渣按照公式10計算得到：

35、δm耐材→爐渣＝v2a爐渣側(cè)壁面δt???公式10；

36、其中，v2為耐材溶解于爐渣的溶解速率，kg·m-2·s-1，a爐渣側(cè)壁面為爐渣接觸精煉爐側(cè)壁的面積，m2。

37、優(yōu)選的，所述a爐渣側(cè)壁面按照公式11計算得到：

38、a爐渣側(cè)壁面＝2πrh爐渣????公式11；

39、其中，r為lf鋼包爐半徑，m，h爐渣為爐渣厚度，m。

40、優(yōu)選的，根據(jù)公式12計算時間步長內(nèi)電極向鋼液滲碳區(qū)的滲碳質(zhì)量δm碳；

41、

42、其中，i為通過電極電流，ka；r電極為電極直徑，mm，δt為時間步長，s。

43、有益效果：本發(fā)明提供的lf精煉鋼液成分預(yù)測方法需要結(jié)合用戶工廠的lf精煉爐相關(guān)參數(shù)和工藝過程，提供了一種自定義的工況模擬方法。這種方法能夠在沒有充足機(jī)器學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的情況下，有效地優(yōu)化新鋼種的冶煉工藝，減少試錯次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提升鋼液成分命中率。本預(yù)測方法依據(jù)冶金物理化學(xué)反應(yīng)原理，基于有效平衡反應(yīng)區(qū)模型(eerz)綜合考慮元素間以及各物相間的相互作用，切實對應(yīng)lf精煉實際反應(yīng)過程，能準(zhǔn)確預(yù)測lf精煉過程鋼液的成分。通過深入各反應(yīng)區(qū)內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理，超越了簡單的數(shù)據(jù)邏輯，提供更為準(zhǔn)確的鋼液成分預(yù)測。為理解和控制冶煉過程提供洞見。本發(fā)明能夠適應(yīng)生產(chǎn)中的突發(fā)數(shù)據(jù)波動，提供有效的預(yù)測(本方法基于冶金原理切實貼合實際反應(yīng)過程，即使發(fā)生數(shù)據(jù)波動，實際反應(yīng)始終符合冶金反應(yīng)原理)。本發(fā)明計算過程和方法對應(yīng)實際生產(chǎn)過程，能夠在不同工藝條件下確保預(yù)測的準(zhǔn)確性。這種適應(yīng)性使該方法在動態(tài)生產(chǎn)條件下始終有效，確保了連續(xù)生產(chǎn)流程的穩(wěn)定性和產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。此外，它還能夠幫助識別潛在的生產(chǎn)問題，便于提前進(jìn)行工藝調(diào)整(該模型可以在冶煉前直接預(yù)測lf精煉過程將發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)，可以提前進(jìn)行規(guī)劃冶煉工藝)，從而減少浪費，提高效率。