徐钢等：基于函数型数字孪生模型的转炉炼钢终点碳控制技术 ·525· 氧气流量 副枪检测71000 60, 1000 900 氧气流量 900 50 800 50f 800 700 40 700 600 CO 600 30 C0摩尔分数 500 30 摩尔分数 500 400 独20 400 CO. C0,座尔分数。 300 20 300 摩尔分数 200 200 10 100 100 100200300400500600700800 0 200 400 6008001000120014001600 吹炼时间/s 吹炼时间修 图2正常情况下烟气数据实测与拟合曲线 图4二次扒渣过程中烟气数据曲线 Fig.2 Measured and fitted off-gas profile under normal conditions Fig.4 Off-gas profile in two-stage slagging 累到一定厚度，炉渣变得黏稠甚至结成硬块，称为 为了更准确地预测脱碳和拉碳过程，仅取二次 “返干”.出现“返干”时，钢水中大量的C0不易排 扒渣后再次吹炼的烟气数据，如图5和图6所示. 出，积累到一定程度时，就会突然从炉口喷出，即出 图5表示扒渣后，正常吹炼时烟气中C0和C02含 现喷溅.当炉缸内出现返干时，CO含量突然下降， 量的变化曲线。图6是扒渣后，在吹炼过程出现喷 C02含量增加. 溅时，烟气中C0和C02含量变化曲线 出现喷溅是炼钢过程中经常发生的现象，为了 60 1000 氧气流量 副枪检测 验证炼钢数字孪生模型的普适性，采集了出现喷溅 900 800 时烟气曲线，如图3所示.从图中可以看出，当出现 700 40 返干时烟气中C0含量突然下降，化渣后又迅速上 600 C0摩尔分数 升.尽管出现了复杂的喷溅现象，但是函数型数字 30 500 400 孪生模型仍然能很好地描述各种复杂情况.需要特 C0,摩尔分数 300 别指出，喷溅样本是与正常样本组成同一个学习样 200 100 本集，基函数及函数参数是一致的，说明数字孪生模 型具有良好的鲁棒性，能适应各种复杂情况. 50100150200250300350400450508 吹炼时间/s 1000 图5二次扒渣后正常情况下烟气曲线 氧气流量 副枪检测 900 60 Fig.5 Off-gas profile under normal conditions after two-stage slag- 800 50 ging 700 品40 600 70 1000 C0摩尔分数 500 副枪检测 30 900 400 60r 氧气流量 800 20 C0,摩尔分数 300 出现喷湲 50 700 200 10 600 100 500 100200300400500600700800 0 0 C0摩尔分数 400 吹炼时间s 出现喷溅 300 C0,摩尔分数 图3出现喷湲时烟气数据实测与拟合曲线 200 100 Fig.3 Measured and fitted off-gas profile when slopping occurs 50100150200.250300350400450500 (3)二次扒渣. 吹炼时间s 当初始铁水中硅含量过高时，将会使转炉治炼 图6二次扒渣后出现喷溅时烟气曲线 过程中的渣料和消耗增加，极易出现喷溅等异常现 Fig.6 Off-gas profile when slopping occurs after two-stage slagging 象，并使得渣料中的SiO2含量过高，从而影响石灰 从图5和图6可以看出，虽然经过二次扒渣，再 渣化速度，延长吹炼时间.因此，由于初始铁水S引 次吹氧过程中仍与前面所讨论的脱碳与拉碳过程有 含量的差异，部分炉次的吹炼过程中会采用“二次 着相同的规律，尤其是拉碳阶段，烟气中CO含量迅 扒渣”.转炉在扒渣时处于停止吹氧状态，如图4 速下降，CO,含量显著增加.因此，转炉炼钢过程的 所示. 数字孪生模型仍然适用于二次扒渣的情况.唯一的徐 钢等: 基于函数型数字孪生模型的转炉炼钢终点碳控制技术 图 2 正常情况下烟气数据实测与拟合曲线 Fig． 2 Measured and fitted off-gas profile under normal conditions 累到一定厚度，炉渣变得黏稠甚至结成硬块，称为 “返干”． 出现“返干”时，钢水中大量的 CO 不易排 出，积累到一定程度时，就会突然从炉口喷出，即出 现喷溅． 当炉缸内出现返干时，CO 含量突然下降， CO2含量增加． 出现喷溅是炼钢过程中经常发生的现象，为了 验证炼钢数字孪生模型的普适性，采集了出现喷溅 时烟气曲线，如图 3 所示． 从图中可以看出，当出现 返干时烟气中 CO 含量突然下降，化渣后又迅速上 升． 尽管出现了复杂的喷溅现象，但是函数型数字 孪生模型仍然能很好地描述各种复杂情况． 需要特 别指出，喷溅样本是与正常样本组成同一个学习样 本集，基函数及函数参数是一致的，说明数字孪生模 型具有良好的鲁棒性，能适应各种复杂情况． 图 3 出现喷溅时烟气数据实测与拟合曲线 Fig． 3 Measured and fitted off-gas profile when slopping occurs ( 3) 二次扒渣． 当初始铁水中硅含量过高时，将会使转炉冶炼 过程中的渣料和消耗增加，极易出现喷溅等异常现 象，并使得渣料中的 SiO2 含量过高，从而影响石灰 渣化速度，延长吹炼时间． 因此，由于初始铁水 Si 含量的差异，部分炉次的吹炼过程中会采用“二次 扒渣”． 转炉在扒渣时处于停止吹氧状态，如图 4 所示． 图 4 二次扒渣过程中烟气数据曲线 Fig． 4 Off-gas profile in two-stage slagging 为了更准确地预测脱碳和拉碳过程，仅取二次 扒渣后再次吹炼的烟气数据，如图 5 和图 6 所示． 图 5 表示扒渣后，正常吹炼时烟气中 CO 和 CO2 含 量的变化曲线． 图 6 是扒渣后，在吹炼过程出现喷 溅时，烟气中 CO 和 CO2含量变化曲线． 图 5 二次扒渣后正常情况下烟气曲线 Fig． 5 Off-gas profile under normal conditions after two-stage slag￾ging 图 6 二次扒渣后出现喷溅时烟气曲线 Fig． 6 Off-gas profile when slopping occurs after two-stage slagging 从图 5 和图 6 可以看出，虽然经过二次扒渣，再 次吹氧过程中仍与前面所讨论的脱碳与拉碳过程有 着相同的规律，尤其是拉碳阶段，烟气中 CO 含量迅 速下降，CO2含量显著增加． 因此，转炉炼钢过程的 数字孪生模型仍然适用于二次扒渣的情况． 唯一的 · 525 ·