,1538 北京科技大学学报 第32卷 件下的冶炼操作为背景，其吹氧脱碳的过程如下， 第4孔烟气 (1)从电弧炉炉顶依次加入废钢和铁水后，供 取样探头 氧采用助熔模式.伴随着废钢熔化，熔池钢液中$ 红外 烟 Mn,P和C等元素相继开始氧化， 热管式 分析 余热 EAF 仪 (2)废钢完全熔化后，冶炼采用脱碳模式供氧， 蒸汽 同时，开始喷吹碳粉造泡沫渣，以降低电弧的热辐射 锅炉 PC机 以及提高热效率 图1烟气成分分析系统 (3)熔池碳含量降到终点碳后，冶炼采用保护 Fig1 Fume composition detectng systemn 模式小流量供氧，然后出钢， 该50电弧炉具有一支炉门氧枪和四支炉壁氧 据，进行物质平衡计算后，能连续预测电弧炉炼钢的 枪，平均钢铁料总装量为55t原料组成铁水53%十 脱碳速度和熔池碳含量，实现终点碳含量控制，模 废钢4%.电弧炉烟气进入布袋除尘器前，通过换 型的计算框图如图2所示. 热式蒸汽锅炉进行余热回收 废钢、铁水含碳量，喷碳量 供氧流量、烟气成分 1.2烟气成分分析系统的建立 烟气成分分析系统是本脱碳模型建立的基础， 脱碳速度 初始碳含量 =f+△ 主要包括第4孔烟气取样探头、红外烟气分析仪、 累积脱碳量 PC和计算机等，如图1所示，烟气分析样本通过 熔池碳含量 取样探头从第4孔中取得，经过除尘净化和冷却后， 利用德国西克麦哈克生产的S710模块化红外气体 终点碳含量 分析仪连续测定烟气中O2、C0、C02和H2成分含 图2模型计算框图 量.红外气体分析仪每隔10s分析一组烟气成分数据 Fig 2 Comnputational fowchart of the decaburization model 数据通过PLC转换后输入计算机中记录并分析. 2.1 模型的数据采集与假设 2电弧炉脱碳模型的建立 模型建立所需的基础数据及主要来源如表1所 示，为建立模型，采集分析了100余炉次的冶炼数 脱碳模型根据红外烟气分析仪连续测定的烟气 据和供氧数据，并对第4孔烟气成分进行测定和 成分，结合供氧量、入炉原辅料质量和成分等生产数 记录， 表1模型的数据来源 Table I Data sources for the decatburization model 数据 数据来源 炉门供氧量 记录炉门枪工作时间，按流量1100m3.h计算得到 炉壁供氧量 供氧自动控制系统测定和记录 烟气中C0体积分数 烟气成分分析系统测定和记录 烟气中C02体积分数 烟气成分分析系统测定和记录 烟气中02体积分数 烟气成分分析系统测定和记录 炉料中废钢质量 生产记录中记录 炉料中铁水质量 生产记录中记录 废钢中碳质量分数 根据废钢情况假设，为0.45兴 铁水中碳质量分数 根据铁水情况而定，3.%一4.% 喷碳量 记录喷碳时间，按喷碳量假设流量计算得到，每炉350~500kg 2.2脱碳模型的数学描述 示为 脱碳模型首先根据电弧炉排出烟气中的2完 Qg.= 全来自空气，进行氨平衡计算，计算可以得出电弧 0.79 炉排放烟气量和供氧流量的关系，即烟气量可表 0.605$(C0)+中(C02)+中(02)-0.21+00： (1)北 京 科 技 大 学 学 报 第 32卷 件下的冶炼操作为背景‚其吹氧脱碳的过程如下． （1） 从电弧炉炉顶依次加入废钢和铁水后‚供 氧采用助熔模式．伴随着废钢熔化‚熔池钢液中 Ｓｉ、 Ｍｎ、Ｐ和 Ｃ等元素相继开始氧化． （2） 废钢完全熔化后‚冶炼采用脱碳模式供氧． 同时‚开始喷吹碳粉造泡沫渣‚以降低电弧的热辐射 以及提高热效率． （3） 熔池碳含量降到终点碳后‚冶炼采用保护 模式小流量供氧‚然后出钢． 该 50ｔ电弧炉具有一支炉门氧枪和四支炉壁氧 枪‚平均钢铁料总装量为 55ｔ‚原料组成铁水 53％ ＋ 废钢 47％．电弧炉烟气进入布袋除尘器前‚通过换 热式蒸汽锅炉进行余热回收． 1∙2 烟气成分分析系统的建立 烟气成分分析系统是本脱碳模型建立的基础‚ 主要包括第 4孔烟气取样探头、红外烟气分析仪、 ＰＬＣ和计算机等‚如图 1所示．烟气分析样本通过 取样探头从第 4孔中取得‚经过除尘净化和冷却后‚ 利用德国西克麦哈克生产的 Ｓ710模块化红外气体 分析仪连续测定烟气中 Ｏ2、ＣＯ、ＣＯ2 和 Ｈ2 成分含 量．红外气体分析仪每隔10ｓ分析一组烟气成分数据． 数据通过 ＰＬＣ转换后输入计算机中记录并分析． 2 电弧炉脱碳模型的建立 脱碳模型根据红外烟气分析仪连续测定的烟气 成分‚结合供氧量、入炉原辅料质量和成分等生产数 图 1 烟气成分分析系统 Ｆｉｇ．1 Ｆｕｍｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｄｅｔｅｃｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ 据‚进行物质平衡计算后‚能连续预测电弧炉炼钢的 脱碳速度和熔池碳含量‚实现终点碳含量控制．模 型的计算框图如图 2所示． 图 2 模型计算框图 Ｆｉｇ．2 Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｈｅｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ 2∙1 模型的数据采集与假设 模型建立所需的基础数据及主要来源如表 1所 示．为建立模型‚采集分析了 100余炉次的冶炼数 据和供氧数据‚并对第 4孔烟气成分进行测定和 记录． 表 1 模型的数据来源 Ｔａｂｌｅ1 Ｄａｔａｓｏｕｒｃｅｓｆｏｒｔｈｅｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ 数据 数据来源 炉门供氧量 记录炉门枪工作时间‚按流量 1100ｍ3·ｈ－1计算得到 炉壁供氧量 供氧自动控制系统测定和记录 烟气中 ＣＯ体积分数 烟气成分分析系统测定和记录 烟气中 ＣＯ2体积分数 烟气成分分析系统测定和记录 烟气中 Ｏ2体积分数 烟气成分分析系统测定和记录 炉料中废钢质量 生产记录中记录 炉料中铁水质量 生产记录中记录 废钢中碳质量分数 根据废钢情况假设‚为 0∙45％ 铁水中碳质量分数 根据铁水情况而定‚3∙5％ ～4∙0％ 喷碳量 记录喷碳时间‚按喷碳量假设流量计算得到‚每炉 350～500ｋｇ 2∙2 脱碳模型的数学描述 脱碳模型首先根据电弧炉排出烟气中的 Ｎ2 完 全来自空气‚进行氮平衡计算．计算可以得出电弧 炉排放烟气量和供氧流量的关系‚即烟气量可表 示为 Ｑｇａｓ＝ 0∙79 0∙605●（ＣＯ）＋●（ＣＯ2）＋●（Ｏ2）－0∙21＋ω ·ＱＯ2 （1） ·1538·