專利名稱：一種確定rh精煉過程中吹氧量和冷材加入量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金過程的生產(chǎn)與控制領(lǐng)域，特別涉及一種確定RH精煉過程中吹氧量和冷材加入量的方法。
背景技術(shù)：
隨著用戶對鋼材品種、質(zhì)量的要求越來越高，RH精煉的應用逐漸增多，同時對RH處理的過程控制也提出了更高的要求，因此RH精煉爐已經(jīng)成為許多高等級鋼種生產(chǎn)必不可少的精煉設(shè)備。RH處理工藝的主要特點是通過鋼液在真空槽與鋼包內(nèi)的循環(huán)流動，并輔之以頂槍吹氧，實現(xiàn)脫碳、脫氣、調(diào)整鋼液溫度和成分、去除鋼液中的夾雜等冶金功能。圖1示出了一種典型的RH精煉爐的示意圖。如圖1所示，真空系統(tǒng)1與RH真空槽3相連接，當真空槽3的下口完全浸入鋼包2中的鋼液時，將形成一個密閉系統(tǒng)。真空槽3上還設(shè)置與合金加料系統(tǒng)4和氧槍5相接的端口。當RH處理開始時，啟動真空系統(tǒng)1排氣抽真空。在隨后的處理過程中，為了達到各項工藝要求，可通過合金加料系統(tǒng)4加入一定種類和數(shù)量的合金，并通過氧槍5向鋼液中吹氧。最后，當鋼液成分和溫度達到目標要求時，使真空系統(tǒng)1停止排氣從而結(jié)束整個RH處理過程。
作為實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐與連鑄中間工序的工藝設(shè)備，RH精煉爐必須提供滿足溫度要求的鋼液，這是后工序順利進行的前提條件。如果鋼液溫度過低，則后工序連鑄無法進行澆鑄，反之，則不但影響最終的鋼材質(zhì)量，而且導致生產(chǎn)成本上升。
在RH精煉處理中，影響溫度的因素較多，為了確保RH處理終了鋼液溫度達到目標溫度要求，必須對鋼液溫度進行適當?shù)恼{(diào)整。RH精煉處理溫度調(diào)整的主要方法包括在處理過程向鋼液中吹入氧氣或加冷材，其中，吹氧的主要作用為升溫和脫碳，所謂升溫，也即通過氧與合金的化學反應所產(chǎn)生的熱量實現(xiàn)鋼液溫度的升高目的，所謂脫碳，是指在真空狀態(tài)下，通過氧與碳的化學反應而使鋼液中的含碳量降低，加冷材的目的是用來降低鋼液溫度。由此可見，準確地計算出吹氧量和冷材加入量是控制RH處理終了鋼液溫度的關(guān)鍵。
目前常用的吹氧和冷材加入方法包括一種稱為逐步調(diào)整的方法，也即在RH精煉處理過程中，操作人員先吹入少量的氧或者加入少量的冷材，然后實測鋼液溫度，再憑借經(jīng)驗，根據(jù)實測溫度與RH處理終了時的目標溫度之間的差值確定進一步的吹氧量或冷材加入量，這樣的調(diào)整可能需要反復進行，直到達到目標溫度為止。另外一種吹氧和冷材加入方法采取比較保守的策略，操作人員給予足夠的富余量以保證處理終了的鋼液溫度高于目標溫度的上限，這樣就不會因處理終了后的鋼液溫度過低，導致下工序無法進行。但是以上兩種方法都會導致RH處理時間延長、生產(chǎn)成本上升和鋼液質(zhì)量下降等諸多缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種確定RH精煉過程中吹氧量和冷材加入量的方法，它能夠預先準確地確定達到RH精煉處理目標溫度所需的吹氧量和冷材加入量，從而縮短RH處理時間，降低生產(chǎn)成本，并提高鋼液質(zhì)量。
本發(fā)明的發(fā)明目的通過下列技術(shù)方案實現(xiàn)一種確定RH精煉過程中吹氧量和冷材加入量的方法，RH精煉處理鋼液為脫氧鋼液，包含以下步驟(1)確定RH精煉處理完成時刻的鋼液預測溫度，所述鋼液預測溫度包含向鋼液中加入合金引起的變化分量和自然降溫引起的變化分量，其中，所述自然溫降引起的變化分量利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計算；(2)如果所述鋼液預測溫度大于RH精煉處理完成時刻的鋼液目標溫度，則根據(jù)所述鋼液預測溫度與所述鋼液目標溫度的差值確定所需的冷材加入量，如果所述鋼液預測溫度小于所述鋼液目標溫度，則根據(jù)所述鋼液預測溫度與所述鋼液目標溫度的差值確定所需的吹氧量。
本發(fā)明的發(fā)明目的還通過下列技術(shù)方案實現(xiàn)一種確定RH精煉過程中吹氧量和冷材加入量的方法，RH精煉處理前鋼液為未脫氧鋼液，包含以下步驟(1)確定達到鎮(zhèn)靜前目標游離氧濃度所需的吹氧量VOLUMEFO2；(2)確定RH精煉處理完成時刻的鋼液預測溫度，所述鋼液預測溫度包含向鋼液中加入合金引起的變化分量、數(shù)量為VOLUMEFO2的氧氣溶入鋼液引起的變化分量和自然降溫引起的變化分量，其中，所述自然溫降引起的變化分量利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計算；(3)如果所述鋼液預測溫度大于鋼液目標溫度，則確定所需的總吹氧量為VOLUMEFO2并且根據(jù)所述鋼液預測溫度與所述鋼液目標溫度的差值確定所需的冷材加入量，如果所述鋼液預測溫度小于鋼液目標溫度，則根據(jù)所述鋼液預測溫度與所述鋼液目標溫度的差值確定所需的吹氧量VOLUMETO2，并將所需的總吹氧量確定為(VOLUMEFO2+VOLUMETO2)。
在上述方法中，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸入層的輸入變量包含從處理開始時刻至該時刻的時間間隔、RH精煉爐周圍環(huán)境溫度和鋼液重量，輸出層的輸出變量為自然溫降引起的變化分量。而且，比較好的是，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型采用三層反向傳遞網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)結(jié)構(gòu)。更好的是，所述三層反向傳遞網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)結(jié)構(gòu)的激勵函數(shù)為對數(shù)S形傳遞函數(shù)，其結(jié)構(gòu)為f(x)=11+e-x]]>由上可見，本發(fā)明的方法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來處理自然降溫因素，提高了預測溫度的準確性，在此基礎(chǔ)上，該方法綜合考慮吹氧和冷材加入對不同情況鋼液溫度的影響機理，提出了吹氧量和冷材加入量的具體計算模型，因此使得在RH處理開始時預先確定吹氧量和冷材加入量成為可能，從而縮短了RH處理的時間，降低了生產(chǎn)成本，并且提高了鋼液的質(zhì)量。


通過以下結(jié)合附圖對本發(fā)明較佳實施例的描述，可以進一步理解本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點，其中圖1為一種典型RH精煉爐的示意圖。
圖2為本發(fā)明較佳實例所采用的三層反向傳遞(BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明方法用于RH處理前鋼液已脫氧情形的流程圖。
圖4為本發(fā)明方法用于RH處理前鋼液未脫氧情形的流程圖。
具體實施例方式
為了確定所需的吹氧量和冷材加入量，首先必須建立一種能夠準確預測RH處理結(jié)束時鋼液溫度的方法。在RH處理過程中，影響鋼液溫度的因素一般可歸并為兩類，一類是可基于冶金學機理模型或生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行量化，例如合金的數(shù)量、種類、吹氧量和冷材加入量等，另一類因素往往具有非常復雜的非線性特征，難以用物理模型或熱力學模型以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行精確地描述，以下我們將其稱為自然溫降因素。對于前一類因素，采用基于冶金學機理模型或生產(chǎn)數(shù)據(jù)推導得出的代數(shù)學模型進行計算即可，而對于后一類因素，本發(fā)明則將其都歸結(jié)到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中而避免采用物理模型進行描述，也就是說，通過使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對一系列實測數(shù)據(jù)的學習建立起外界變量與自然溫降導致的溫度變化量之間的輸入-輸出關(guān)系。由此可在減少計算復雜度的前提下提高預測精度，從而達到準確預測RH精煉爐鋼液溫度的目的。
以下進一步描述本發(fā)明的溫度預測方法原理。
假定RH處理過程發(fā)生于圖1所示的RH精煉爐內(nèi)，為簡單起見，將處理開始時刻設(shè)定為0，則時刻t時RH精煉爐內(nèi)鋼液溫度相對時刻為0的變化量f(t)可表示為f(t)＝TNATURAL(t)+TALLOY+TKTB(1)其中，TNATURAL(t)為自然溫降因素引起的RH精煉爐鋼液溫度變化分量，該變化分量需要采用下面將作進一步描述的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行計算，TALLOY為加入合金的種類和數(shù)量引起的RH精煉爐鋼液溫度變化分量，TKTB為吹氧量引起的RH精煉爐鋼液溫度變化分量，它們都可以根據(jù)公知的冶金學機理模型計算得到，下面也將作具體描述。
在具體實施方式
中，可采用具有圖2所示拓樸結(jié)構(gòu)的三層反向傳遞(BP)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)結(jié)構(gòu)來處理自然溫降因素引起的變化分量TNATURAL(t)，該網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)結(jié)構(gòu)是一種誤差反向傳播的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)從輸入到輸出的任意非線性映射。如圖2所示，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)包括輸入層、隱含層和輸出層三層，其中，輸入層包含三個輸入節(jié)點，分別對應從RH處理開始時刻至所要預測時刻的時間間隔、RH精煉爐周圍環(huán)境溫度和鋼液重量這三個輸入變量，輸出層包含1個輸出節(jié)點，對應自然溫降因素引起的變化分量TNATURAL(t)；此外，圖2所示神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的激勵函數(shù)采用對數(shù)S形(Sigmoid)傳遞函數(shù)，其結(jié)構(gòu)為(x)=11+e-x]]>為了建立起自然溫降的變化曲線，向該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供多組實測數(shù)據(jù)作為學習樣本，每組數(shù)據(jù)包括作為輸入變量的從RH處理開始時刻至所要預測時刻的時間間隔、RH精煉爐周圍環(huán)境溫度和鋼液重量和作為輸出變量的自然溫降因素引起的變化分量TNATURAL(t)。經(jīng)過學習，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將建立起一定的輸入-輸出關(guān)系。在預測鋼液溫度時，只要將具體的輸入變量輸入該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，即可利用已經(jīng)建立的輸入-輸出關(guān)系計算出自然溫降的變化分量TNATURAL(t)。
值得指出的是，對于計算自然溫降分量的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，其輸入變量一般包括從RH處理開始時刻至所要預測時刻的時間間隔、RH精煉爐周圍環(huán)境溫度和鋼液重量就可充分地刻畫自然溫降因素引起的溫度變化量，精度完全可滿足實際應用的需要，當然，也還可以引入其它的輸入變量以提高預測精度或適應特殊的應用場合，但是這些都基于本發(fā)明采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計算自然溫降分量的思路。此外，處理自然溫降因素引起的變化分量TNATURAL(t)所用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并不局限于圖2所示的結(jié)構(gòu)，激勵函數(shù)也不局限于公式(2)所示的形式，對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說，在認識到采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來處理自然溫降因素可有效避免計算復雜性和提高溫度預測的實時性、準確性這一關(guān)鍵點之后，根據(jù)具體情況采用合適類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是顯而易見的，因此以其它類型的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)替代本實施例所采用的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)皆屬于等同替換。
以下描述合金加入引起的鋼液溫度變化量TALLOY的計算方法。在RH精煉處理過程中，加入的合金一般根據(jù)所起的化學作用分成兩類普通合金和特殊合金。普通合金是指加入的合金僅作為鋼液中的成分元素而存在(即僅起到合金化作用)，本身并不參與脫氧。特殊合金則既是鋼液中的成分元素，又起到脫氧劑的作用。在計算合金加入引起的鋼液溫度變化量時，首先應根據(jù)加入時鋼液所處的狀態(tài)判斷加入合金的作用是作為脫氧劑還是成分元素，或者是既作為脫氧劑又作為成分元素。表1～3列出了各種合金在不同情況下的溫降計算公式，單位為℃/千克/噸，即每千克合金的加入量使每噸鋼液的溫度改變量。在確定溫降計算公式之后，將每種合金的加入量和鋼液重量代入相應的溫降計算公式即可計算出每種合金的加入所引起的鋼液溫度變化分量。最后，將這些溫度變化分量相加即得到TALLOY。
(1)特殊合金特殊合金主要有鋁(Al)、硅鐵(FeSi)和碳粉(C-PW)，當其既作為脫氧劑又作為成分元素時，溫降計算公式如表1所示。
表1

若特殊合金僅用于鋼液的合金化，則其溫降計算公式如表2所示。
表2

表1和表2中的WSTEEL為鋼液重量；WAl、WFeSi、WC-PW分別為加入的鋁、硅鐵和碳粉的重量。Δ[O]為脫去的游離氧濃度，單位為ppm。
(2)普通合金普通合金主要有冷材、錳鐵、鈦鐵、硼鐵、磷鐵、鉻鐵、鉬鐵和鈮鐵，它們的作用是合金化，其溫降計算公式如表3所示。
表3

表3中的WSTEEL為鋼液重量；WH-Mn、WM-Mn、WL-Mn、WL-CTi、WFe-B、WLCCr、WFe-Mo、WScHP、WFeSi分別為加入的各種普通合金的重量。
在RH處理過程中，吹氧主要有兩個目的脫碳和升溫。對于已脫碳的鋼液，吹氧主要用來升溫。對于未脫碳的鋼液，處理前期的吹氧主要用來提供脫碳所需要的氧和促進脫碳反應的進行，處理后期由于鋼液中碳含量較低，因此吹氧的主要作用是升溫。以下分別描述這兩種情況下吹氧引起的鋼液溫度變化量TKTB的計算方法。
(1)已脫氧鋼液的吹氧當向已脫氧鋼液吹入氧氣時，吹氧的唯一目的是升溫，鋼液中的合金元素將與氧發(fā)生化學反應，這些化學反應將吸收或釋放熱量從而引起鋼液溫度的變化。為了確定這種溫度變化，首先可根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)確定吹入氧氣的利用率，即有多少數(shù)量的氧氣參與化學反應和每種化學反應耗用的氧氣比例，然后根據(jù)每種化學反應吸收或釋放的熱量計算出吹入氧氣引起的鋼液溫度變化分量TKTB。假設(shè)吹入體積為VOLUMEO2的氧氣，則引起的溫度變化分量為TKTB=CO2ηWSTEELVOLUMEO2---(3)]]>其中，WSTEEL為鋼液的重量，TKTB為鋼液溫度變化分量，CO2為單位體積氧氣與某種合金反應可使脫氧鋼液上升的溫度，η為脫氧鋼液的氧氣利用率系數(shù)。一般情況下，氧主要與鋼液中的鋁發(fā)生反應，因此計算可僅考慮氧與鋁的化學反應。
(2)未脫氧鋼液的吹氧當向未氧碳鋼液吹入氧氣時，吹氧脫碳與沒有吹氧時鋼液中的脫碳反應熱效應相同，因此可以不考慮吹氧脫碳引起的溫度變化，需要考慮的僅是溶入鋼液中的吹入氧氣部分對鋼液溫度的影響。溶入鋼液中的吹入氧氣數(shù)量可以用鋼液中的游離氧濃度變化表征，游離氧濃度增加量與溫度變化量的對應關(guān)系可根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)獲得，由此即可計算出吹入氧氣引起的鋼液溫度變化分量TKTB。
值得指出的是，由于合金和吹氧對鋼液溫度的影響可以采用冶金學機理模型或生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行描述并且對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說計算方法也是公知的，因此上述合金加入和吹氧引起的鋼液溫度變化量的計算方法僅是示意性質(zhì)的，不應構(gòu)成對本發(fā)明精神和保護范圍的限定。
在上述溫度預測的計算中未考慮鋼包狀態(tài)及包底冷鋼狀態(tài)引起的鋼液溫度變化量，它們對鋼液溫度的影響主要是在RH處理前期，并且與鋼液溫度相比，影響程度也較小。假定RH處理過程發(fā)生于圖1所示的RH精煉爐內(nèi)，為簡單起見，仍將處理開始時刻設(shè)定為0，則時刻t時RH精煉爐內(nèi)鋼液溫度相對時刻為0的變化量f(t)表示為f(t)＝TNATURAL(t)+TALLOY+TKTB+TLADLEB(t) (3′)其中，TNATURAL(t)為自然溫降因素引起的RH精煉爐鋼液溫度變化分量，該變化分量可采用與上述相同的方式計算，TALLOY為加入合金的種類和數(shù)量引起的RH精煉爐鋼液溫度變化分量，TKTB為吹氧量引起的RH精煉爐鋼液溫度變化分量，它們也可采用與上述相同的方式計算。TLADLEB(t)為鋼包狀態(tài)及包底冷鋼狀態(tài)引起的鋼液溫度變化量。以下對鋼包狀態(tài)及包底冷鋼狀態(tài)引起的鋼液溫度變化量的計算方式作詳細描述。
所謂鋼包狀態(tài)即上一爐澆注結(jié)束至本爐出鋼開始的時間間隔，當該時間間隔較長時，在RH處理初期，鋼包將吸收較多的熱量，因此使得鋼液溫度的降低程度更大，反之，鋼包將吸收較少的熱量，因此使得鋼液溫度的降低程度較小。為了簡化處理，可以將鋼包狀態(tài)分為1～6共計6級，也即將時間間隔分為6段范圍，每級或每段對應一個溫度補正量，并且按照下式計算引起的鋼液溫度變化量ΔT1(t)＝TB1×t/8(t≤8) (4)
其中，ΔT1(t)為t時刻鋼液的溫度，TB1為與相應級別和段對應的溫度補正量，具體數(shù)值根據(jù)生產(chǎn)情況確定，表4示出了一個實例。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，鋼包的吸熱主要發(fā)生在RH處理的前8分鐘，因此這里t≤8分鐘。
所謂包底冷鋼狀態(tài)即上一爐澆注結(jié)束后留在鋼包底部的冷鋼數(shù)量。從RH處理開始幾分鐘后鋼包內(nèi)的鋼液環(huán)流比較明顯，持續(xù)幾分鐘后達到循環(huán)均勻，因此包底冷鋼對處理過程溫降的影響局限于這段時間，一般情況下，這段時間為RH處理后的第3～6分鐘。如果冷鋼數(shù)量較多，將吸收較多的熱量，因此鋼液溫度的降低程度更大，反之，冷鋼吸收的熱量較少，因此鋼液溫度的降低程度較小。為了簡化處理，可以將冷鋼狀態(tài)分為A～B共計5級，也即將冷鋼數(shù)量分為5段范圍，每級或每段對應一個溫度補正量，并且按照下式計算引起的鋼液溫度變化量ΔT2(t)＝TB2(t-3)/3(3≤t≤6) (5)其中，ΔT2(t)為t時刻鋼液的溫度，TB2為與相應級別和段對應的溫度補正量，具體數(shù)值根據(jù)生產(chǎn)情況確定，表4示出了一個實例。這里假設(shè)包底冷鋼對處理過程溫降的影響局限于從RH處理開始的第3～6分鐘，即3≤t≤6分鐘。
將上述鋼包狀態(tài)和包底冷鋼狀態(tài)引起的溫度變化量ΔT1(t)和ΔT2(t)相加即可獲得TLADLEB(t)。
表4

值得指出的是，可以采用冶金學機理模型或根據(jù)生產(chǎn)數(shù)據(jù)精確確定對鋼液溫度影響程度的并不局限于上述第一和第二實施例所列出的合金加入、吹氧、鋼包狀態(tài)和包底冷鋼狀態(tài)等因素，由于實際應用的多樣性，這里無法窮舉出各種因素，例如當真空槽長時間擱置后再投入使用時，其對鋼液溫度的影響因素在說明書中未作詳細論述，因此上述描述僅是示意性質(zhì)的。對于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來說，只要通過閱讀本說明書就能得到可采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來處理冶金學機理模型或生產(chǎn)數(shù)據(jù)無法精確描述的溫度影響因素的啟示，至于如何根據(jù)冶金學機理模型或生產(chǎn)數(shù)據(jù)精確確定這類因素對鋼液溫度的影響程度則是顯而易見的事情，因此上述示意性質(zhì)的描述不應構(gòu)成對本發(fā)明精神和保護范圍的限定。
在準確預測RH處理終了時溫度的基礎(chǔ)上，即可根據(jù)預測溫度與目標溫度的差值確定應該吹入的氧氣量和/或加入的冷材量。如上所述，對于RH處理開始前已脫氧鋼與未脫氧鋼，吹氧的目的與作用不盡相同，其中前者吹氧的唯一目的是升溫以保證鋼液在處理終了時達到目標溫度，而后者吹氧則除了升溫以外，還有將鋼液含碳量降低至某一水平的目的。以下分別描述兩種不同情況下吹氧量和冷材加入量的計算方法。
RH處理前已脫氧鋼的吹氧量和冷材加入量的計算圖3為本發(fā)明方法用于RH處理前已脫氧鋼液情形時的流程圖。
如圖3所示，在步驟31中，按照上述方法計算普通合金和特殊合金加入引起的鋼液溫度變化量TALLOY。
接著，在步驟32中，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計算RH處理終了時自然溫降引起的鋼液溫度變化分量TNATURAL，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸入層的輸入變量包含從RH處理開始時刻至處理終了時刻的時間間隔、RH精煉爐周圍環(huán)境溫度和鋼液重量，輸出層的輸出變量為自然溫降引起的變化分量TNATURAL。如上所述，可以采用各種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，例如圖2所示的三層反向傳遞(BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
隨后，在步驟33中，將RH處理開始時的初始溫度與步驟31和32計算得到的變化分量TALLOY和TNATURAL相加以得到RH處理終了時的預測溫度TSTATD。
接著，在步驟34中，將鋼液預測溫度TSTATD與RH精煉處理完成時刻的鋼液目標溫度TAIM進行比較，如果鋼液預測溫度TSTATD等于鋼液目標溫度TAIM，則進入步驟35，如果鋼液預測溫度TSTATD不等于鋼液目標溫度TAIM，則進入步驟36。
在步驟35中，由于預測溫度與目標溫度一致，無需通過吹氧或加入冷材對RH處理終了時的溫度作進一步的調(diào)整，因此結(jié)束計算流程。
在步驟36中，如果鋼液預測溫度TSTATD大于鋼液目標溫度TAIM，則進入步驟37，如果鋼液預測溫度TSTATD小于鋼液目標溫度TAIM，則進入步驟38。
由于預測溫度大于目標溫度，需要通過加入冷材降溫，因此在步驟37中，按照下式(6)計算冷材的加入量WSCHPWSCHP＝WSTEELΔT/CSCHP(6)其中，WSTEEL為鋼液的重量，CSCHP為冷材的溫降系數(shù)，ΔT為鋼液預測溫度TSTATD與鋼液目標溫度TAIM之差。
由于預測溫度小于目標溫度，需要通過吹氧升溫，因此在步驟38中，按照下式(7)計算吹氧量VOLUMEO2VOLUMEO2=ΔTC1O2η1WSTEEL---(7)]]>其中，WSTEEL為鋼液的重量，ΔT為鋼液預測溫度TSTATD與鋼液目標溫度TAIM之差，C1O2為單位體積氧氣與鋁反應可使脫氧鋼液上升的溫度，η1為脫氧鋼液的氧氣利用率系數(shù)。為簡單起見，這里的計算假設(shè)氧只與鋼液中的鋁發(fā)生反應而不與硅、錳等其它合金發(fā)生反應，這樣的假設(shè)與RH實際處理工藝基本上是一致的。
步驟37和38的處理完成之后都返回步驟35，輸出計算得到的吹氧量或冷材加入量。
RH處理前未脫氧鋼的吹氧量和冷材加入量的計算在生產(chǎn)IF鋼和電工鋼等超低碳鋼種時，RH處理有脫碳要求，脫碳反應耗用的游離氧數(shù)量(以濃度計)[O]C為[O]C＝([C]INI-[C]AIM)×16÷12 (8)其中，[C]INI為初始碳含量(ppm)，[C]AIM為目標碳含量(ppm)。式中的16為氧元素的原子量，12為碳元素的原子量。
此外，為了保證脫碳反應能夠順利進行，還需在鎮(zhèn)靜(又稱鋼水脫氧)前使鋼液中的游離氧保持在一定的濃度水平之上(以下將該濃度水平稱為鎮(zhèn)靜前目標游離氧濃度[O]AIM)。這樣，鎮(zhèn)靜前鋼液中所需的游離氧數(shù)量[O]DEMAND(以濃度計)即等于游離氧濃度[O]C與游離氧濃度[O]AIM之和。
如果初始游離氧數(shù)量(以濃度計)[O]INI大于或等于游離氧濃度[O]DEMAND，則表明脫碳處理后的游離氧濃度大于或等于鎮(zhèn)靜前目標游離氧濃度[O]AIM，因此鎮(zhèn)靜前無需吹氧，反之，則表明需要通過吹氧增加鋼液中的游離氧數(shù)量以保證鎮(zhèn)靜前的游離氧濃度不低于目標游離氧濃度[O]AIM。這樣，所需的吹氧量VOLUMEFO2可按照下式計算VOLUMEFO2=Δ[O]CNO2η2WSTEEL,Δ[O]>0---(9a)]]>VOLUMEFO2＝0Δ [O]≤0(9b)其中，Δ[O]為鎮(zhèn)靜前鋼液中所需的游離氧濃度[O]DEMAND減去初始游離氧濃度[O]INI的差值，CNO2為單位體積氧氣完全溶于單位重量鋼液時所形成的游離氧濃度，η2為未脫氧鋼液的氧氣利用率系數(shù)，VSTEEL為鋼液的重量。
圖4為本發(fā)明方法用于RH處理前未脫氧鋼液情形時的流程圖。
如圖4所示，在步驟41中，按照上述方法計算普通合金和特殊合金加入引起的鋼液溫度變化量TALLOY。
接著，在步驟42中，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計算RH處理終了時自然溫降引起的鋼液溫度變化分量TNATURAL，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸入層的輸入變量包含從RH處理開始時刻至處理終了時刻的時間間隔、RH精煉爐周圍環(huán)境溫度和鋼液重量，輸出層的輸出變量為自然溫降引起的變化分量TNATURAL。如上所述，可以采用各種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，例如圖2所示的三層反向傳遞(BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
隨后，在步驟43中，利用上式(9a)或(9b)計算所需的吹氧量VOLUMEFO2。
接著，在步驟44中，計算吹氧量VOLUMEFO2引起的鋼液溫度變化分量TKTB1，其計算方式如上所述，可根據(jù)游離氧濃度增加量Δ[O]與溫度變化量的對應關(guān)系確定。
隨后，在步驟45中，將RH處理開始時的初始溫度與步驟41、42和44中計算得到的變化分量TALLOY、TNATURAL和TKTB1相加，從而以得到RH處理終了時的預測溫度TSTATD′。
接著，在步驟46中，將鋼液預測溫度TSTATD′與RH精煉處理完成時刻的鋼液目標溫度TAIM進行比較，如果鋼液預測溫度TSTATD′等于鋼液目標溫度TAIM，則進入步驟47，如果鋼液預測溫度TSTATD′不等于鋼液目標溫度TAIM，則進入步驟48。
在步驟47中，由于預測溫度與目標溫度一致，無需通過吹氧或加入冷材對RH處理終了時的溫度作進一步的調(diào)整，因此確定總計吹氧量為VOLUMEFO2并進入步驟49，輸出計算結(jié)果。
在步驟48中，如果鋼液預測溫度TSTATD′大于鋼液目標溫度TAIM，則進入步驟410，如果鋼液預測溫度TSTATD′小于鋼液目標溫度TAIM，則進入步驟411。
由于預測溫度大于目標溫度，需要通過加入冷材降溫，因此在步驟410中，按照式(10)計算冷材的加入量WSCHPWSCHP＝WSTEELΔT′/CSCHP(10)其中，WSTEEL為鋼液的重量，CSCHP為冷材的溫降系數(shù)，ΔT′為鋼液預測溫度TSTATD′與鋼液目標溫度TAIM之差。
由于預測溫度小于目標溫度，需要通過吹氧升溫，因此在步驟411中，按照下式計算吹氧量VOLUMEO2VOLUMETO2=ΔT′C2O2η2WSTEEL---(11)]]>其中，WSTEEL為鋼液的重量，ΔT′為所述鋼液預測溫度TSTATD′與所述鋼液目標溫度TAIM之差，C2O2為未脫氧鋼液的吹氧升溫系數(shù)，也即單位體積氧氣使單位重量未脫氧鋼液升溫的數(shù)值，其包括氧氣溶于鋼液和合金脫氧這兩部分的貢獻，η2為未脫氧鋼液的氧氣利用率系數(shù)。為簡單起見，這里的計算假設(shè)氧只與鋼液中的鋁發(fā)生反應而不與硅、錳等其它合金發(fā)生反應，這樣的假設(shè)與RH實際處理工藝基本上是一致的。
隨后，在步驟412中，按照下式計算總的吹氧量VOLUME
VOLUME＝VOLUMEFO2+VOLUMETO2(12)步驟410和412的處理完成之后都返回步驟49，輸出計算結(jié)果。
在上述溫度預測的計算中雖然未考慮鋼包狀態(tài)及包底冷鋼狀態(tài)引起的鋼液溫度變化量，但是當需要進一步提高精度時，完全可以按照上述方式將它們對鋼液溫度的影響也考慮進去。
權(quán)利要求
1.一種確定RH精煉過程中吹氧量和冷材加入量的方法，RH精煉處理前鋼液為脫氧鋼液，其特征在于，包含以下步驟(1)確定RH精煉處理完成時刻的鋼液預測溫度，所述鋼液預測溫度包含向鋼液中加入合金引起的變化分量和自然降溫引起的變化分量，其中，所述自然溫降引起的變化分量利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計算；(2)如果所述鋼液預測溫度大于RH精煉處理完成時刻的鋼液目標溫度，則根據(jù)所述鋼液預測溫度與所述鋼液目標溫度的差值確定所需的冷材加入量，如果所述鋼液預測溫度小于所述鋼液目標溫度，則根據(jù)所述鋼液預測溫度與所述鋼液目標溫度的差值確定所需的吹氧量。
2.一種確定RH精煉過程中吹氧量和冷材加入量的方法，RH精煉處理前鋼液為未脫氧鋼液，其特征在于，包含以下步驟(1)確定達到鎮(zhèn)靜前目標游離氧濃度所需的吹氧量VOLUMEFO2；(2)確定RH精煉處理完成時刻的鋼液預測溫度，所述鋼液預測溫度包含向鋼液中加入合金引起的變化分量、數(shù)量為VOLUMEFO2的氧氣溶入鋼液中引起的變化分量和自然降溫引起的變化分量，其中，所述自然溫降引起的變化分量利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計算；(3)如果所述鋼液預測溫度大于鋼液目標溫度，則確定所需的總吹氧量為VOLUMEFO2并且根據(jù)所述鋼液預測溫度與所述鋼液目標溫度的差值確定所需的冷材加入量，如果所述鋼液預測溫度小于鋼液目標溫度，則根據(jù)所述鋼液預測溫度與所述鋼液目標溫度的差值確定所需的吹氧量VOLUMETO2，并將所需的總吹氧量確定為(VOLUMEFO2+VOLUMETO2)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸入層的輸入變量包含從處理開始時刻至該時刻的時間間隔、RH精煉爐周圍環(huán)境溫度和鋼液重量，輸出層的輸出變量為自然溫降引起的變化分量。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型采用三層反向傳遞網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述三層反向傳遞網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)結(jié)構(gòu)的激勵函數(shù)為對數(shù)S形傳遞函數(shù)，其結(jié)構(gòu)為f(x)=11+e-x]]>
全文摘要
一種確定RH精煉過程中吹氧量和冷材加入量的方法，它能夠預先準確地確定達到RH精煉處理目標溫度所需的吹氧量和冷材加入量，從而縮短RH處理時間，降低生產(chǎn)成本，并提高鋼液質(zhì)量。該方法在確定RH精煉處理完成時刻的鋼液預測溫度時，將溫度變化量分解為合金加入、吹氧和自然溫降等不同因素引起的分量，并且利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計算所述自然溫降引起的變化分量，如果鋼液預測溫度大于鋼液目標溫度，則根據(jù)鋼液預測溫度與鋼液目標溫度的差值確定所需的冷材加入量，如果鋼液預測溫度小于鋼液目標溫度，則根據(jù)鋼液預測溫度與鋼液目標溫度的差值確定所需的吹氧量。對于處理前未脫氧鋼液，本發(fā)明的方法還提供了確定鎮(zhèn)靜前所需吹氧量的計算方法。
文檔編號C21C7/06GK1782102SQ200410084688
公開日2006年6月7日 申請日期2004年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月29日
發(fā)明者杜斌, 謝樹元, 林云 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司