转炉冶炼过程中合金成分控制模型

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1、!""!年%!月东北大学学报（自然科学版）>6=?!""!第!)卷第%!期+,-./01,23,.4560746./8/9:6.794;（304-.01<=96/=6）@,1A!)，3,?%!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!文章编号：%""$#)"!(（!""!）%!#%%$$#")转炉冶炼过程中合金成分控制模型龚伟%，姜周华%，郑万!，陈念铀!（%?东北大学材料与冶金学院，辽宁沈阳%%"""B；!?武汉钢铁（集团）公司，湖北武汉B)""C"）摘要：通过对转炉冶炼过程脱氧和合金化过程的分析

2、，采用参考炉次法处理合金元素收得率参数，并采用多元线性规划方法对合金化操作进行最优化计算，得到工程实用的脱氧和合金化控制模型·通过该模型的应用，可以保证按照各钢种成分要求实现准确、经济地进行转炉出钢时脱氧和合金化操作，使钢水成分达到要求范围，实现钢水的窄成分控制·关键词：转炉冶炼；冶金数学模型；脱氧和合金化；成分控制；参考炉次法中图分类号：DE’(&A!文献标识码：F目前，宝山钢铁（集团）公司、武汉钢铁（集团）的收得率，I·公司等国内钢厂转炉炼钢过程中合金化操作一般依靠操作工人凭借经验，按照冶炼标准选择合金的种类和加入量，有些钢厂甚至分钢种制定固定的合金种类和数量·近年来随着用

3、户对钢材质量的要求越来越苛刻，传统的人工加入合金调整成分已经越来越难以满足生产需要·因此，开发适合于现场转炉冶炼过程的脱氧和合金化计算机控制模型势在必行［%］·%脱氧和合金化模型总体设计!"!模型的主要功能本模型主要完成以下功能：!依据冶炼技术标准，按照不同钢种计算合金化用铁合金的种类和加入量；"建立合金加入的最优化模型，实现合金化操作的成本最低·图%是脱氧和合金化模型的程序流程图·图!控制模型流程图!"#合金加入量的一般计算$%&"!$’()*+,-.(/.+0*(1.-(’2(30’%）基本计算式!）计算顺序合金加入量!的基本计算式［!］为E6*"由于相当多的铁合金中含有一

4、种以上的合金［"］%#［"］&元素，因此，在计算时要考虑到它们之间的相互影!E6#"$［"］(!*·（%）［)］E6’"()"响，通常可按以下顺序计算：其中，!为出钢量，4；!为铁合金E6’"的加*E6’"!含J/、<9、K合金加入量的计算入量，GH；［"］为到吹氩站元素"的目标含量，I；%按照工厂制订的工艺标准，将钢种分为低碳［"］为出钢时转炉终点元素"的残余含量，I；&硅和铝硅镇静钢、中高碳硅和铝硅镇静钢、低碳铝［"］为铁合金中元素"的成分，I；)为元素"E6*""镇静钢、中碳铝镇静钢、高碳铝镇静钢和超低碳钢收稿日期：!""!#"$#%$基金项目：国家“九五”科技攻关项目（

5、&’#$(!#")#"!）·作者简介：龚伟（%&’$*），男，辽宁抚顺人，东北大学博士研究生；姜周华（%&()*），男，浙江萧山人，东北大学教授·,,*5东北大学学报（自然科学版）第.3卷等钢种类别分别进行铁合金加入量的计算·%,$6,&,，.，⋯，$（5）!各元素目标成分［!］"确定+）合金优化计算数学模型求解为了能够控制合金加入量，避免超出标准，各上述模型中的目标函数和约束条件均为自变元素目标成分设定原则是：以企业内控的钢种成量的线性方程，可以采用单纯形法求解·分下限与中限的平均值作为吹氩站各元素成分的!"$合金元素收得率的计算目标值·同时建有分钢种各元素目标计算成分数,）

6、合金元素收得率的计算方法的选择据库，来维护目标成分数据·参照国内外一些钢厂的经验，在本模型中采!"#合金加入量的优化计算用参考炉次法计算合金元素的收得率·另外采用在转炉炉后脱氧和合金化的操作过程中，为［:］参考炉次法还考虑到以下几个原因·满足钢水中某一合金元素的成分要求，加入合金"工厂实际生产过程中冶炼的钢种十分繁的种类有时存在几种可供选择（如锰元素就有多，添加合金的种类和数量自然也多种多样，很难!"#$%、!"#$#、#$&’、!"#$()和金属#$等*采用统一的理论模型来计算·种）·合金加入量优化计算的原则是在满足钢种成!这种方法建模过程相对简单、易于维护，分要求的前提下，

7、使合金化成本最低［+］·并具有一定的自动更新和自学习能力·,）决策变量#除了考虑的添加合金过程的初态、终态和设需合金化的元素为!，共#个（即!-,，.，控制变量外，其他变量如果与参考炉次相比变化⋯，#），调整/，&’，#$，/0的合金种类为$种，每不大则可以忽略，这对模型精度影响不大·种合金的加入量%，%，⋯，%是决策变量［*］,.$·$随着转炉冶炼的进行，转炉在不同炉役时!%&（’,，’.，⋯，’$）1（.）期自身会发生一些变化，通过参考炉次的不断更显然，决策变量满足非负条件·新可以起到跟