第12期 何春来等：基于烟气成分分析的电弧炉炼钢脱碳模型 .1539. 式中，Q为电弧炉排出烟气量(m3.h1)Qo为电 6000 弧炉供氧量(m3.h),中(C0)为烟气中C0的体积 5000H 分数，中(C02)为烟气中C02的体积分数，中(02)为 烟气中02的体积分数，ω为模型烟气成分修正系 数，由于烟气中除N2外还包括其他红外烟气分析 仪不能测定的气体，影响脱碳模型的精度，因此需引 2000 入ω对烟气N2含量进行修正， 1000 利用式(1)根据供氧流量计算出烟气流量后， 0 10002000 3000 根据熔池中脱除的碳与烟气中碳的原子平衡，脱碳 冶炼时间s 速度可以表示为 图3某炉次供氧曲线图 c(Co:Ms x100%(2 Figs 3 Oxygen supply curve 60V msteel 式中：飞为脱碳速度，%·mim；Mc为碳的摩尔质 -C0 -C0 量，12gmo:V为标准状况下的气体摩尔体积， 20 22.4Lmo厂，m为熔池中钢液总质量，kg 通过式(2)计算出的脱碳速度计算出熔池累计 10 脱碳量，利用入炉总碳量和累计脱碳量之差，可计算 出熔池中碳的质量分数w[C]: w[C]= memw[C].emtm=w[C]m一∑飞△t 10002000 3000 治炼时间s msrel (3) 图4电弧炉烟气中气体成分含量 式中，w[C]为熔池中碳的质量分数，mm为电弧炉 Fig 4 Camponent contents ofEAF's fime gas 入炉废钢的质量，kgmm为电弧炉入炉铁水的质量， 0.09r kgm为除废钢、铁水带入电弧炉的其他入炉碳的 质量之和，kgw[C]cm为废钢中碳的质量分数； w[C]m为铁水中碳的质量分数；△为模型更新计算 一次的时间周期，为10s 供氧数据和烟气成分数据每10s更新一次，因 此该模型每隔10s计算一次熔池中碳含量，实现对 熔池碳含量的连续预报和对终点碳含量的预测 2.3脱碳模型的验证 1000 2000 3000 治炼时间s 利用该脱碳模型对现场某炉次数据进行模拟计 图5脱碳速率变化图 算，连续预报熔池中碳含量；将模型预报值同取样分 Fig 5 Variation of decarburization rate 析值进行比较，验证模型的准确度. 首先利用自动化部门采集的炉壁供氧曲线和炉 取样分析值和脱碳模型预报值，如图7所示。结果 门供氧记录计算出供氧曲线，某炉次供氧曲线如 显示，预报模型的终点命中率误差在士0.1%以内占 图渐示，烟气成分分析系统测量的烟气成分变化 64.7%,在士0.2%以内占75.2%.该模型的主要误 曲线如图4所示， 差是来自炉门氧气喷吹量和喷入电弧炉的碳粉量的 然后经过模型的计算得到同炉次的脱碳速度， 不准确。后期工作中将引入炉门氧气和喷碳量的准 如图5所示.在该炉次的冶炼末期先后取了三个样 确测量装置，有助于改善预测模型的终点命中率， 进行碳含量分析，并将熔池碳含量的模型预报值与 对10余炉次电弧炉脱碳速度的模拟计算结果 取样分析值进行对比，结果如图6所示.可见模型 还表明，电弧炉的脱碳速率在冶炼中后期最大，达 预报值与测量值得到较好的吻合， 0.129%0.16%mn.冶炼过程中，大多数时间熔 研究比较了现场10余炉次的28个熔池碳含量 池碳含量都在脱碳反应碳氧限制的临界碳含量以第 12期 何春来等： 基于烟气成分分析的电弧炉炼钢脱碳模型 式中‚Ｑｇａｓ为电弧炉排出烟气量 （ｍ 3·ｈ －1 ）‚ＱＯ2为电 弧炉供氧量 （ｍ 3·ｈ －1 ）‚●（ＣＯ）为烟气中 ＣＯ的体积 分数‚●（ＣＯ2）为烟气中 ＣＯ2 的体积分数‚●（Ｏ2）为 烟气中 Ｏ2 的体积分数‚ω为模型烟气成分修正系 数．由于烟气中除 Ｎ2 外还包括其他红外烟气分析 仪不能测定的气体‚影响脱碳模型的精度‚因此需引 入 ω对烟气 Ｎ2含量进行修正． 利用式 （1）根据供氧流量计算出烟气流量后‚ 根据熔池中脱除的碳与烟气中碳的原子平衡‚脱碳 速度 ｖＣ可以表示为 ｖＣ ＝ Ｑｇａｓ［●（ＣＯ）＋●（ＣＯ2） ］ＭＣ 60Ｖｍｍｓｔｅｅｌ ×100％ （2） 式中：ｖＣ为脱碳速度‚％·ｍｉｎ －1；ＭＣ为碳的摩尔质 量‚12ｇ·ｍｏｌ －1；Ｖｍ为标准状况下的气体摩尔体积‚ 22∙4Ｌ·ｍｏｌ －1‚ｍｓｔｅｅｌ为熔池中钢液总质量‚ｋｇ． 通过式 （2）计算出的脱碳速度计算出熔池累计 脱碳量‚利用入炉总碳量和累计脱碳量之差‚可计算 出熔池中碳的质量分数 ｗ［Ｃ］： ｗ［Ｃ］ ＝ ｍｓｃｒａｐｗ ［Ｃ］ｓｃｒａｐ＋ｍｈｍｗ ［Ｃ］ｈｍ ＋ｍｃ ｍｓｔｅｅｌ －∑ ｖｃ·Δｔ （3） 式中‚ｗ［Ｃ］为熔池中碳的质量分数‚ｍｓｃｒａｐ为电弧炉 入炉废钢的质量‚ｋｇ；ｍｈｍ为电弧炉入炉铁水的质量‚ ｋｇ；ｍＣ为除废钢、铁水带入电弧炉的其他入炉碳的 质量之和‚ｋｇ；ｗ［Ｃ］ｓｃｒａｐ为废钢中碳的质量分数； ｗ［Ｃ］ｈｍ为铁水中碳的质量分数；Δｔ为模型更新计算 一次的时间周期‚为 10ｓ． 供氧数据和烟气成分数据每 10ｓ更新一次‚因 此该模型每隔 10ｓ计算一次熔池中碳含量‚实现对 熔池碳含量的连续预报和对终点碳含量的预测． 2∙3 脱碳模型的验证 利用该脱碳模型对现场某炉次数据进行模拟计 算‚连续预报熔池中碳含量；将模型预报值同取样分 析值进行比较‚验证模型的准确度． 首先利用自动化部门采集的炉壁供氧曲线和炉 门供氧记录计算出供氧曲线‚某炉次供氧曲线如 图 3所示‚烟气成分分析系统测量的烟气成分变化 曲线如图 4所示． 然后经过模型的计算得到同炉次的脱碳速度‚ 如图 5所示．在该炉次的冶炼末期先后取了三个样 进行碳含量分析‚并将熔池碳含量的模型预报值与 取样分析值进行对比‚结果如图 6所示．可见模型 预报值与测量值得到较好的吻合． 研究比较了现场 10余炉次的 28个熔池碳含量 图 3 某炉次供氧曲线图 Ｆｉｇ．3 Ｏｘｙｇｅｎｓｕｐｐｌｙｃｕｒｖｅ 图 4 电弧炉烟气中气体成分含量 Ｆｉｇ．4 ＣｏｍｐｏｎｅｎｔｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆＥＡＦ’ｓｆｕｍｅｇａｓ 图 5 脱碳速率变化图 Ｆｉｇ．5 Ｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅ 取样分析值和脱碳模型预报值‚如图 7所示．结果 显示‚预报模型的终点命中率误差在 ±0∙1％以内占 64∙7％‚在 ±0∙2％以内占 75∙2％．该模型的主要误 差是来自炉门氧气喷吹量和喷入电弧炉的碳粉量的 不准确．后期工作中将引入炉门氧气和喷碳量的准 确测量装置‚有助于改善预测模型的终点命中率． 对 10余炉次电弧炉脱碳速度的模拟计算结果 还表明‚电弧炉的脱碳速率在冶炼中后期最大‚达 0∙12％ ～0∙16％ ｍｉｎ －1．冶炼过程中‚大多数时间熔 池碳含量都在脱碳反应碳氧限制的临界碳含量以 ·1539·