一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法技术

本发明专利技术提供了一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法和设备，以副枪第一次检测点为分界点，将转炉炼钢过程分为第一阶段和第二阶段，在第一阶段中，根据铁水初始状态的特征参数和冶炼目标钢种的要求，基于吹氧量预测模型和终点碳含量预测模型，对终点碳含量和温度进行控制，克服了人工经验预测，导致精度不足的缺点，同时考虑了钢水喷溅、后期脱碳反应偏离平衡等不确定因素的影响，若第一阶段完毕时副枪第一次检测点对应的碳含量和温度不满足出钢要求，进行第二阶段，直至碳含量和温度满足出钢要求，提高了冶炼控制的精度；另外，终点碳含量预测模型中用于训练样本的炉次较多，训练神经网络的参数复杂，得到的神经网络误差较小。

A method for controlling end point carbon content and temperature in BOF steelmaking

The invention provides a method and equipment for controlling the carbon content and temperature at the end point of converter steelmaking. The converter steelmaking process is divided into the first and second stages with the first detection point of the sub-lance as the demarcation point. In the first stage, according to the characteristic parameters of the initial state of molten iron and the requirements of smelting target steel, the prediction of oxygen blowing rate is based on the prediction of oxygen blowing rate. The model and the prediction model of the end carbon content control the end carbon content and temperature, overcome the shortcomings of artificial experience prediction, resulting in inadequate accuracy, while taking into account the impact of uncertainties such as molten steel splashing, late decarbonization reaction deviation from equilibrium, if the first detection point of the sub-lance at the end of the first phase of the corresponding carbon content. And temperature does not meet the requirements of tapping, the second stage, until the carbon content and temperature meet the requirements of tapping, improve the accuracy of smelting control; in addition, the end-point carbon content prediction model used to train more samples, training neural network parameters are complex, the neural network error is small.

【技术实现步骤摘要】
一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法
本专利技术涉及钢铁冶金领域，尤其涉及一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法。
技术介绍
钢铁工业属于基础原材料工业，是国民经济的支柱产业。转炉炼钢是世界上最主要的炼钢方法，目前全世界有60％、我国有90％左右的钢是由转炉冶炼的。近十几年来，转炉炼钢规模迅速扩大，产量不断增长，技术不断更新，以转炉为核心的高炉-铁水预处理-氧气转炉-炉外精炼-连铸连轧工艺，经过优化组合、结构调整，已成为现代大型钢铁厂普遍采用的、具有钢铁产品制造、能源转换、社会部分大宗废弃物的处理、消纳等功能的模式。钢铁行业的智能制造正处在积极探索的过程之中，炼钢过程的智能化是未来钢铁工业实现智能制造的一个重要内容，而转炉炼钢终点的稳定与准确控制是智能炼钢亟需解决的问题之一。转炉炼钢是一个复杂的高温、多相的物理化学反应过程。转炉炼钢的优点是吹炼时间短，热效率高、升温速率快，但在实际炼钢过程中存在着一些不确定因素，如冶炼过程容易发生炉渣和金属喷溅，中期炉渣容易返干，后期脱碳反应容易偏离平衡等，同时转炉冶炼在1300℃以上的温度下进行，难以实现在线连续测量，检测信号缺乏，闭环控制实现困难。这些因素使得转炉终点碳含量和温度的准确控制一直是转炉控制的难点之一。准确地控制炼钢终点碳含量和温度，对保证钢水质量，缩短冶炼时间，减少生产返工，降低冶炼成本，增加炉衬使用寿命等方面具有重要意义。目前，转炉终点的控制基本都是基于模型的控制，而现有的转炉终点控制模型主要有机理控制模型，统计控制模型和人工智能控制模型。机理控制模型根据对转炉炼钢生产过程中的热平衡、物料平衡等冶金过程的物理化学分析及假设处理建立模型，但是由于做了很多假设处理，因此模型精度比较低。统计建模直接来源于人工控制的操作知识，用统计方法建立的模型往往只能针对某一个具体的转炉，通用性较差。人工智能方法如神经网络具有的对非线性过程拟合的能力以及易实现性，许多学者已经将其用于对转炉炼钢过程的建模，基本能反映钢水的碳含量和温度的实际变化，但由于训练神经网络的参数较杂不够精确，导致得到的神经网络存在较大的预测误差，不能全面地解释炼钢过程中已知或未知的物理化学反应过程。因此，目前转炉终点使用的控制模型往往存在精度较低、存在较大误差或通用性较差的缺点。
技术实现思路
为了解决目前转炉终点使用的控制模型往往存在精度较低、存在较大误差或通用性较差的缺点，一方面，本专利技术提供了一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法，包括：根据铁水初始状态的特征参数和冶炼目标钢种的要求，基于转炉冶炼终点碳含量和温度控制模型，进行终点碳含量和温度控制；转炉冶炼终点碳含量和温度控制模型以副枪第一次检测点为分界点，分为第一阶段和第二阶段；第一阶段包括吹氧量预测模型和终点碳含量预测模型，第二阶段包括对碳含量进行逻辑控制或对温度进行PID控制。优选地，第一阶段具体包括：S1、根据铁水初始状态的特征参数和冶炼目标钢种的要求，基于吹氧量预测模型，获得操作量吹氧量和冷却剂加入量；根据操作量吹氧量和现场吹氧流量，计算吹氧时间；S2、若吹氧时间在预设时间范围内，则按照吹氧时间和冷却剂加入量进行冶炼，直至副枪第一次检测点。优选地，步骤S2还包括：若吹氧时间不在预设时间范围内，则设置初始吹氧时间，基于终点碳含量预测模型，获得预测终点碳含量；若预测终点碳含量和目标终点碳含量的偏差值不大于预设偏差值，则按照初始吹氧时间进行冶炼，直至副枪第一次检测点；若预测终点碳含量和目标终点碳含量的偏差值大于预设偏差值，则将初始吹氧时间与预设时间步长相加，形成新的初始吹氧时间；根据新的吹氧时间，获得新的预测终点碳含量，直至获得不大于预设偏差值对应的吹氧时间；按照不大于预设偏差值对应的吹氧时间和冷却剂加入量进行冶炼，直至副枪第一次检测点。优选地，第二阶段具体包括：若副枪第一次检测点对应的碳含量和温度满足出钢要求，则直接出钢；若副枪第一次检测点对应的碳含量不满足出钢要求，则对碳含量进行逻辑控制；若副枪第一次检测点对应的温度不满足出钢要求，则对温度进行PID控制。优选地，对温度进行PID控制具体包括：根据期望温度值与实际温度值的差值，基于温度PID控制器，确定冷却剂加入量后进行冶炼，直至副枪第二次检测点；若副枪第二次检测点对应的温度满足出钢要求，则直接出钢；若副枪第二次检测点对应的温度不满足出钢要求，则重复上一步骤，直至温度满足出钢要求。优选地，温度PID控制器的处理方程为：其中，u为冷却剂加入量，e(t)为期望温度值与实际温度值的差值；Kp,Ki和Kd分别为温度PID控制器的性能参数。优选地，Kp,Ki和Kd性能参数由PSO算法进行优化，包括：随机产生初始的粒子群，并分别赋值给Kp,Ki和Kd；通过T＝f(u)的关系方程，计算出粒子的适应度函数值；其中，u为冷却剂加入量，T为钢水温度；若T和预设温度T0之间的差值是否小于阈值ε，则PSO算法结束；若T和预设温度T0之间的差值是否不小于阈值ε，则更新粒子群，并重复上述步骤。优选地，T＝f(u)的关系方程由热平衡方程Qscrap＝Q放求解而得，其中，Qscrap＝Mscrap×[CsteelSolw×(Rg-Tcon)+QsteelMeltw+CsteelLiqw×(T-Rg)]Q放＝CsteelLiq×MsteelLiq×(T0-T)其中，Qscrap为冷却剂吸热量，Q放为钢水放热量，CsteelSlow为废钢固热容，Rg为废钢熔点，Tcon为废钢初始温度，QsteelMeltw为废钢的熔化潜热，CsteelLiqw为废钢液热容，T为钢水最终温度；CsteelLiq为钢水比热容，MsteelLiq为钢水重量，T0为副枪检测的钢水温度。优选地，铁水初始状态的特征参数包括碳、硅、锰、磷、硫含量，氧气流量，底吹气体流量，副原料加入量和温度。另一方面，本专利技术还提供一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器、通信接口和总线；其中，处理器、存储器、通信接口通过总线完成相互间的通信；通信接口用于该测试设备与显示装置的通信设备之间的信息传输；存储器存储有可被处理器执行的程序指令，处理器调用程序指令能够执行一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法。本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，非暂态非计算机可读存储介质存储计算机指令，计算机指令使计算机执行一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法。本专利技术提供了一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法和设备，以副枪第一次检测点为分界点，将转炉炼钢过程分为第一阶段和第二阶段，在第一阶段中，基于吹氧量预测模型和终点碳含量预测模型，对终点碳含量和温度进行控制，克服了人工经验预测，导致精度不足的缺点，同时考虑了钢水喷溅、后期脱碳反应偏离平衡等不确定因素的影响，若第一阶段完毕时副枪第一次检测点对应的碳含量和温度不满足出钢要求，进行第二阶段，直至碳含量和温度满足出钢要求，提高了冶炼控制的精度；另外，终点碳含量预测模型中用于训练样本的炉次较多，训练神经网络的参数复杂，得到的神经网络误差较小。附图说明图1为根据本专利技术一个优选实施例的转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法的流程示意框图；图2为根据本专利技术一个优选实施例的转炉炼钢终点碳含量预测模型的建立流程图；图3为根据本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法，其特征在于，包括：根据铁水初始状态的特征参数和冶炼目标钢种的要求，基于转炉冶炼终点碳含量和温度控制模型，进行终点碳含量和温度控制；所述转炉冶炼终点碳含量和温度控制模型以副枪第一次检测点为分界点，分为第一阶段和第二阶段；所述第一阶段包括吹氧量预测模型和终点碳含量预测模型，所述第二阶段包括对碳含量进行逻辑控制或对温度进行PID控制。

【技术特征摘要】
1.一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法，其特征在于，包括：根据铁水初始状态的特征参数和冶炼目标钢种的要求，基于转炉冶炼终点碳含量和温度控制模型，进行终点碳含量和温度控制；所述转炉冶炼终点碳含量和温度控制模型以副枪第一次检测点为分界点，分为第一阶段和第二阶段；所述第一阶段包括吹氧量预测模型和终点碳含量预测模型，所述第二阶段包括对碳含量进行逻辑控制或对温度进行PID控制。2.根据权利要求1所述的一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法，其特征在于，所述第一阶段具体包括：S1、根据所述铁水初始状态的特征参数和冶炼目标钢种的要求，基于所述吹氧量预测模型，获得操作量吹氧量和冷却剂加入量；根据所述操作量吹氧量和现场吹氧流量，计算吹氧时间；S2、若所述吹氧时间在预设时间范围内，则按照所述吹氧时间和所述冷却剂加入量进行冶炼，直至所述副枪第一次检测点。3.根据权利要求2所述的一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法，其特征在于，所述步骤S2还包括：若所述吹氧时间不在所述预设时间范围内，则设置初始吹氧时间，基于所述终点碳含量预测模型，获得预测终点碳含量；若所述预测终点碳含量和所述目标终点碳含量的偏差值不大于预设偏差值，则按照初始吹氧时间进行冶炼，直至所述副枪第一次检测点；若所述预测终点碳含量和所述目标终点碳含量的偏差值大于所述预设偏差值，则将初始吹氧时间与预设时间步长相加，形成新的初始吹氧时间；根据所述新的吹氧时间，获得新的预测终点碳含量，直至获得不大于所述预设偏差值对应的吹氧时间；按照不大于所述预设偏差值对应的吹氧时间和所述冷却剂加入量进行冶炼，直至所述副枪第一次检测点。4.根据权利要求1所述的一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法，其特征在于，所述第二阶段具体包括：若所述副枪第一次检测点对应的碳含量和温度满足出钢要求，则直接出钢；若所述副枪第一次检测点对应的碳含量不满足所述出钢要求，则对碳含量进行所述逻辑调控；若所述副枪第一次检测点对应的温度不满足出钢要求，则对温度进行所述PID控制。5.根据权利要求4所述的一种转炉炼钢终点碳含量和温度控制方法，其特征在于，所述对温度进行所述PID控制具体包括：根据期望温度值与实际温度值的差值，基于温度PID控制器，确定所述冷却剂加入量后进行冶炼，直至副枪第二次检测点；若所述副枪第二次检测点对应的温度满足出钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋朝辉，谢禁，陈致蓬，桂卫华，阳春华，谢永芳，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43