【技术实现步骤摘要】
电弧炉炼钢过程实时能量变化预测方法及系统
[0001]本专利技术涉及电弧炉炼钢领域，尤其涉及电弧炉炼钢过程实时能量变化预测方法及系统
。
技术介绍
[0002]电弧炉炼钢过程炉内反应复杂，各种能量的输入和输出难以监控，工人仅凭经验判断或者采用单一的数据采集监控分析炉内状况，难以做到高效冶炼，如何分析炉内能量组成，实现输入能量高效化利用，以降低电弧炉工序能耗也是迫切该解决的问题，现需要一种切实有效的方法能够实时预报能量与温度变化
。
技术实现思路
[0003]为本专利技术提供电弧炉炼钢过程实时能量变化预测方法及系统，用于解决现有的数据采集方法难以实时监控炉内能量变化的问题
。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：
[0005]一种电弧炉炼钢过程实时能量变化预测方法，包括以下步骤：
[0006]S1
：根据初始入炉的金属料成分和温度，计算初始条件下的熔清能量和熔清温度；
[0007]S2
：根据采集得到当前周期内供氧量，并结合电弧炉炼钢过程的元素反应放热顺序，计算当前周期内化学反应热；
[0008]S3
：根据采集得到的供电
、
碳粉和天然气使用量，分别计算当前周期内电极供电
、
碳粉化学能以及天然气化学能的能量输入；
[0009]S4
：分别计算当前周期内的排出炉外的炉渣
、
炉气
、
烟尘
、
混
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.
一种电弧炉炼钢过程实时能量变化预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1
：根据初始入炉的金属料成分和温度，计算初始条件下的熔清能量和熔清温度；
S2
：根据采集得到当前周期内供氧量，并结合电弧炉炼钢过程的元素反应放热顺序，计算当前周期内化学反应热；
S3
：根据采集得到的供电
、
碳粉和天然气使用量，分别计算当前周期内电极供电
、
碳粉化学能以及天然气化学能的能量输入；
S4
：分别计算当前周期内的排出炉外的炉渣
、
炉气
、
烟尘
、
混杂在液态炉渣中的液态铁珠以及金属喷溅的能量输出；
S5
：计算当前周期内热损失的能量输出；
S6
：综合
S1
到
S5
的能量输入和输出，计算当前周期内的冶炼能量变化值，并计算当前钢液温度；
S7
：输出电弧炉炼钢过程实时钢液温度和冶炼能量的输入与输出组成
。2.
根据权利要求1所述的电弧炉炼钢过程实时能量变化预测方法，其特征在于，所述
S1
，通过以下公式实现：熔清的初始能量为：式中，
Q
Ini
为熔清的初始能量，单位为
kJ
；为铁水的初始物理热，单位为
kJ
；为废钢的初始物理热，单位为
kJ
；其中，初始状态下铁水的初始物理热的计算公式为：式中，
m
HM
为铁水的入炉重量，单位为
kg
；为生铁的比热容，单位为
kJ/(kg
·
℃)
；为铁水的熔点，单位为
℃
；
25
表示室温，单位为
℃
；为铁水的液化潜热，单位为
kJ/kg
；为铁水的比热容，单位为
kJ/(kg
·
℃)
；
T
HM
为铁水的入炉温度，单位为
℃
；其中，初始状态下废钢的初始物理热的计算公式如下：式中，为废钢的比热容，单位为
kJ/(kg
·
℃)
；
T
scrap
为废钢入炉前的温度，单位为
℃
；
25
表示室温，单位为
℃
；
m
Scrap
为废钢的入炉重量，单位为
kg
；其中，废钢的入炉重量通过以下公式计算得到：式中，
m
Scrap
为加入废钢的总质量，单位为
kg
，
m
p
为第
p
种废钢的质量，为第
p
种废钢相对于理想废钢的质量换算系数，单位为％；熔清的初始温度为：
式中，为熔清钢液的温度，单位为
℃
；
C
Steel
为钢液的比热容，单位为
kJ/(kg
·
℃)
；式中，为熔清钢液质量，单位为
kg
，所述通过以下公式计算得到：式中，
δ
表示钢液的熔清系数
。3.
根据权利要求1所述的电弧炉炼钢过程实时能量变化预测方法，其特征在于，所述
S2
通过以下步骤实现：
S21、
计算当前周期内钢液成分各个元素：式中，
w
ori
[i]
为
i
元素的当前周期开始前的成分含量，单位为％，
i
取值为
C、Si、Mn
或
P
元素，
n
为金属料的序号；
m
n
为金属料
n
的质量，单位为
kg
；
w
ori
[i]
n
为金属料
n
对应
i
元素的含量；
S22、
结合电弧炉炼钢过程的元素反应放热顺序以及平衡关系，确定当前周期的主要氧化元素，所述主要氧化元素至少包括
Si、Mn、P
以及
C
，计算当前周期内该元素的化学反应热；在电弧炉炼钢过程中，各元素氧化反应的平衡关系式以及热焓值如下：
Δ
H
C
‑
CO
＝
11639kJ/kgC+O2＝
CO2Si+O2＝
SiO
22
Δ
H
Mn
‑
MnO
＝
6594kJ/kg
Δ
H
Fe
‑
FeO
＝
4250kJ/kg4250kJ/kg
反应式中
Δ
H
C
‑
CO
表示为
C
元素氧化为
CO
的热焓值，单位为
kJ/kg
；表示为
C
元素氧化为
CO2的热焓值，单位为
kJ/kg
；表示
Si
元素氧化为
SiO2的热焓值，单位为
kJ/kg
；
Δ
H
Mn
‑
MnO
表示
Mn
元素氧化为
MnO
的热焓值，单位为
kJ/kg
；
Δ
H
Fe
‑
FeO
表示
Fe
元素氧化为
FeO
的热焓值，单位为
kJ/kg
；表示
Fe
元素氧化为
Fe2O3的热焓值，单位为
kJ/kg
；表示
P
元素氧化的热焓值，单位为
kJ/kg
；根据上述反应平衡关系式，电弧炉炼钢过程元素氧化的质量
、
元素成分变化趋势如下：元素成分变化趋势如下：元素成分变化趋势如下：
式中，为电弧炉炼钢过程中各元素成分的质量变化趋势，单位为
kg
，
i
取值为
C、Si、Mn、Fe
或
P
元素；表示当前周期内参与化学反应的氧气体积，单位为
Nm3；
k
c
表示
C
元素不完全氧化转化为
CO
的系数；
k
Fe
表示
Fe
元素不完全氧化转化为
FeO
的系数；每个周期较短，可视为主要与一个元素氧化反应，其他元素反应占比较少，在当前周期可忽略不计，即式
(2
‑
2)
～
(2
‑
6)
只计算其中一个质量变化；各元素的化学反应放热计算公式为：各元素的化学反应放热计算公式为：各元素的化学反应放热计算公式为：各元素的化学反应放热计算公式为：各元素的化学反应放热计算公式为：式中，
Q
rea
‑
i
表示当前周期电弧炉炼钢过程中
i
元素氧化下所放出的化学热，单位为
kJ
，
i
取值为
C、Si、Mn、Fe
或
P
元素；每个周期较短，可视为主要与一个元素氧化反应，其他元素反应占比较少，在当前周期可忽略不计，即式
(2
‑
7)
～
(2
‑
11)
只计算其中一个反应放出的热量；根据上述化学反应方程式可得电弧炉炼钢过程中的元素化学反应放热为：
Δ
Q
rea
＝
Δ
Q
rea
‑
C
+
Δ
Q
rea
‑
Si
+
Δ
Q
rea
‑
Mn
+
Δ
Q
rea
‑
P
+
Δ
Q
rea
‑
Fe
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(2
‑
12)
式中，
Δ
Q
rea
表示当前周期内电弧炉炼钢总元素氧化放热量，单位为
kJ。4.
根据权利要求1所述的电弧炉炼钢过程实时能量变化预测方法，其特征在于，所述
S3
通过以下公式实现：通过以下公式实现：通过以下公式实现：式中，
Δ
Q
ele
表示当前周期内供电极提供的电能，单位为
kJ
；
P
表示供电极功率，单位为
kW
；
t
ele
表示当前周期供电的时长，单位为
s
；表示供电利用系数，根据当前周期的电极工作状态取值；
m
Carbon
表示当前周期加入碳粉质量，单位为
kg
；
Δ
Q
c
表示当前周期内碳粉燃烧所提供的化学能，单位为
kJ
；
w
c
表示碳粉中
C
的含量，单位为％；
k
′
c
表示碳粉燃烧产生
CO
的不完全燃烧系数；表示当前周期内天然气所提供的化学能，单位为
kJ
；表示当前周期内使用天然气量，单位为
Nm3；
Δ
H
CH4
表示天然气的热焓值，单位为
kJ/Nm3。
5.
根据权利要求1所述的电弧炉炼钢过程实时能量变化预测方法，其特征在于，所述
S4
通过以下公式实现，
S41、
确定电弧炉炼钢过程的炉渣质量变化趋势，并根据炉渣质量变化趋势计算高温液态炉渣的物理热；根据熔池内选择性氧化规律，设定每个周期内吹氧先后只与
Si、Mn、Fe
或者
P
其中之一的元素发生反应；其中，电弧炉炼钢过程的炉渣质量变化趋势为：其中，电弧炉炼钢过程的炉渣质量变化趋势为：其中，电弧炉炼钢过程的炉渣质量变化趋势为：其中，电弧炉炼钢过程的炉渣质量变化趋势为：其中，电弧炉炼钢过程的炉渣质量变化趋势为：式中，表示当前周期内炉渣中
SiO2的增加量，单位为
kg
；表示电当前周期内炉渣中
MnO
的增加量，单位为
kg
；表示当前周期内炉渣中
Fe
氧化物的增加量，单位为
kg
；表示当前周期内炉渣中
P
氧化物的增加量，单位为
kg
；
Δ
m
slag
表示当前周期内炉...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨凌志，王帅，陈凤，郭宇峰，俸曾，胡航，邹雨池，景建发，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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