·202· 北京科技大学学报 第36卷 表2炼钢连铸过程钢水温度的主要影响因素 Table 2 Important factors of molten steel temperature in steelmaking process 流程区段 钢水温度主要影响因素 转炉终点温度、转炉内钢水等待时间、出钢时间、钢水重量、钢包热状态、钢包运输时间、各种合金和渣料加入量 2 炉后吹氩站钢水温度、钢包热状态、钢水重量、运输时间 3 LF精炼开始温度、钢包热状态、钢水重量、各种合金和渣料加入量、电弧加热功率（通电时间）、精炼时间、氩气消耗量 [「精炼终点温度、钢包热状态、钢水重量、运输时间、等待开浇时间、大包浇注钢水流量、中间包浇注第一包或连浇 注：表中流程区段1、2、3和4分别代表转炉出钢过程、转炉炉后吹氢站一LF精炼开始过程、LF精炼处理过程和LF精炼处理结束一中 间包过程 1.3在线钢水温度控制模型 出钢 转炉 运输 运输 运输 钢包 吹氟站 LF炉 连铸 本文提出的在线钢水温度控制模型，是结合炼 钢连铸流程特点，以钢包热状态跟踪模型为基础，由 运输 钢水温度的正向预测模型和逆向预定模型组成，主 是否继续周转 热修 倒渣 动的对关键工序节点温度进行准确控制.正向预测 ,否 下线 模型从转炉吹炼终点开始，随生产过程进行依次预 图1钢包周转过程示意图 测炉后吹氩站钢水温度、LF开始温度、LF终点温度 Fig.1 Schematic picture of ladle cyeling process 和中间包温度；逆向预定模型从要求的中间包钢水 温度开始，逆向计算LF终点目标温度、LF开始目标 分类.根据理论分析，钢包热状态由包龄、空包时间 温度和炉后吹氩站目标温度，最终得出转炉终点目 (连铸浇注结束至下一炉转炉出钢的时间间隔)、修 标温度 包后烘烤预热时间、包底冷钢量等因素决定.本文 1.3.1钢包热状态跟踪模型 结合实际情况，钢包热状态分类中，只考虑空包时 在炼钢连铸流程中，钢包是盛纳、运输钢水并进 间、修包后烘烤预热时间和包底冷钢量，而钢包包龄 行相应二次治金的容器，对钢水温度的控制有着密 作为钢包信息单独考虑.具体定义时，钢包热状态 切的联系.而连铸为了获得一个合适的浇注温度， 由钢包状况和冷钢状况组成 钢包运输、二次精炼、实际浇注过程钢水热损失需要 钢包状况分为周转包、修理包和特冷钢包，用数 准确的掌握和计算.钢包的初始热状态和运输过程 字编码，如1、2、3、….周转包在实际过程中根据 的传热特性对钢水的热损失有着非常重要的影响. 空包时间和预热时间进行判定，编码为1、2、3、4、5， 所以，通过钢包热状态的研究，模拟炼钢连铸整个流 如1代表浇注终了至下炉出钢间隔<75min,4代表 程钢水通过钢包边界的热损失，分析钢包热状态对 浇注终了至下炉出钢间隔≥195且<300mim,预热 钢水温度的影响，对钢水温度的准确控制至关重要. 1h,要在1h内出钢，等.修理包是指凡是冷修的钢 对钢包热状态的研究，本课题组已做了大量的 包，编码为6，这种钢包烘包（干燥）时间结束后，必 工作，如文献9]中建立了炼钢厂钢包热状态跟踪 须连续预热2h后要在1h内出钢.特冷钢包有两 模型，分析了新砌钢包烘烤预热时间、空包时间、离 种，编码为7、8,7代表浇注终了至下炉出钢间隔时 线烘烤时间和包衬侵蚀等因素对钢水温度的影响规 间≥195且<300min,无法实现预热1h,8代表修理 律.本文根据图1的H炼钢厂250t钢包的主要周 包第二次使用，浇注终了至下炉出钢≥195且 转过程，建立了钢包热状态跟踪模型，以实现对钢包 <300min,无法实现连续预热2h以上.冷钢状况由 热状态的在线监控.整个模型的建立过程如下. 钢包包底冷钢量表示，根据包底冷钢量的多少对冷 (1)利用热电偶实测钢包包衬温度和数值模拟 钢状况进行判定，编码为A、B、C、…,如A代表冷 分析建立了钢包热循环过程的传热模型，分析了空 钢量在0~0.5t内，C代表冷钢量在1.0~1.5t,F 包时间和修包后烘烤预热时间等因素对钢水温度的 代表冷钢量为2.5t以上，此时应按异常方式处 影响规律，计算了转炉出钢开始至连铸浇注结束钢 理等. 包热状态造成的钢水温降. 综合钢包状况和冷钢状况的编码就构成了钢包 (2)根据(1)的研究结果，对钢包热状态进行 热状态的编码，如1A,2A,…,7A等.其中，1A代 了定义和编码，并根据不同钢包热状态对钢包进行 表了正常周转包，其他为非正常周转包，对于新包，北 京 科 技 大 学 学 报 第 36 卷 表 2 炼钢连铸过程钢水温度的主要影响因素 Table 2 Important factors of molten steel temperature in steelmaking process 流程区段 钢水温度主要影响因素 1 转炉终点温度、转炉内钢水等待时间、出钢时间、钢水重量、钢包热状态、钢包运输时间、各种合金和渣料加入量 2 炉后吹氩站钢水温度、钢包热状态、钢水重量、运输时间 3 LF 精炼开始温度、钢包热状态、钢水重量、各种合金和渣料加入量、电弧加热功率( 通电时间) 、精炼时间、氩气消耗量 4 LF 精炼终点温度、钢包热状态、钢水重量、运输时间、等待开浇时间、大包浇注钢水流量、中间包浇注第一包或连浇 注: 表中流程区段 1、2、3 和 4 分别代表转炉出钢过程、转炉炉后吹氩站———LF 精炼开始过程、LF 精炼处理过程和 LF 精炼处理结束———中 间包过程 1. 3 在线钢水温度控制模型 本文提出的在线钢水温度控制模型，是结合炼 钢连铸流程特点，以钢包热状态跟踪模型为基础，由 钢水温度的正向预测模型和逆向预定模型组成，主 动的对关键工序节点温度进行准确控制． 正向预测 模型从转炉吹炼终点开始，随生产过程进行依次预 测炉后吹氩站钢水温度、LF 开始温度、LF 终点温度 和中间包温度; 逆向预定模型从要求的中间包钢水 温度开始，逆向计算 LF 终点目标温度、LF 开始目标 温度和炉后吹氩站目标温度，最终得出转炉终点目 标温度． 1. 3. 1 钢包热状态跟踪模型 在炼钢连铸流程中，钢包是盛纳、运输钢水并进 行相应二次冶金的容器，对钢水温度的控制有着密 切的联系． 而连铸为了获得一个合适的浇注温度， 钢包运输、二次精炼、实际浇注过程钢水热损失需要 准确的掌握和计算． 钢包的初始热状态和运输过程 的传热特性对钢水的热损失有着非常重要的影响． 所以，通过钢包热状态的研究，模拟炼钢连铸整个流 程钢水通过钢包边界的热损失，分析钢包热状态对 钢水温度的影响，对钢水温度的准确控制至关重要． 对钢包热状态的研究，本课题组已做了大量的 工作，如文献［9］中建立了炼钢厂钢包热状态跟踪 模型，分析了新砌钢包烘烤预热时间、空包时间、离 线烘烤时间和包衬侵蚀等因素对钢水温度的影响规 律． 本文根据图 1 的 H 炼钢厂 250 t 钢包的主要周 转过程，建立了钢包热状态跟踪模型，以实现对钢包 热状态的在线监控． 整个模型的建立过程如下． ( 1) 利用热电偶实测钢包包衬温度和数值模拟 分析建立了钢包热循环过程的传热模型，分析了空 包时间和修包后烘烤预热时间等因素对钢水温度的 影响规律，计算了转炉出钢开始至连铸浇注结束钢 包热状态造成的钢水温降． ( 2) 根据( 1) 的研究结果，对钢包热状态进行 了定义和编码，并根据不同钢包热状态对钢包进行 图 1 钢包周转过程示意图 Fig． 1 Schematic picture of ladle cycling process 分类． 根据理论分析，钢包热状态由包龄、空包时间 ( 连铸浇注结束至下一炉转炉出钢的时间间隔) 、修 包后烘烤预热时间、包底冷钢量等因素决定． 本文 结合实际情况，钢包热状态分类中，只考虑空包时 间、修包后烘烤预热时间和包底冷钢量，而钢包包龄 作为钢包信息单独考虑． 具体定义时，钢包热状态 由钢包状况和冷钢状况组成． 钢包状况分为周转包、修理包和特冷钢包，用数 字编码，如 1、2、3、……． 周转包在实际过程中根据 空包时间和预热时间进行判定，编码为 1、2、3、4、5， 如 1 代表浇注终了至下炉出钢间隔 ＜ 75 min，4 代表 浇注终了至下炉出钢间隔≥195 且 ＜ 300 min，预热 1 h，要在 1 h 内出钢，等． 修理包是指凡是冷修的钢 包，编码为 6，这种钢包烘包( 干燥) 时间结束后，必 须连续预热 2 h 后要在 1 h 内出钢． 特冷钢包有两 种，编码为 7、8，7 代表浇注终了至下炉出钢间隔时 间≥195 且 ＜ 300 min，无法实现预热 1 h，8 代表修理 包第 二 次 使 用，浇注终了至下炉出钢 ≥ 195 且 ＜ 300 min，无法实现连续预热 2 h 以上． 冷钢状况由 钢包包底冷钢量表示，根据包底冷钢量的多少对冷 钢状况进行判定，编码为 A、B、C、……，如 A 代表冷 钢量在 0 ～ 0. 5 t 内，C 代表冷钢量在 1. 0 ～ 1. 5 t，F 代表冷 钢 量 为 2. 5 t 以 上，此时应按异常方式处 理等． 综合钢包状况和冷钢状况的编码就构成了钢包 热状态的编码，如 1A，2A，……，7A 等． 其中，1A 代 表了正常周转包，其他为非正常周转包，对于新包， ·202·