电弧炉冶炼过程建模及用氧制度优化

论文摘要

现代电弧炉炼钢工艺的发展都是围绕着缩短冶炼周期和降低电耗进行的,基本思路是充分利用冶炼过程的物理热和化学热。为此,电弧炉炼钢的生铁配入量和热装铁水比不断增加,冶炼用氧量也随之大幅度提高。本文在综述了电弧炉炼钢用氧技术的基础上,根据物料平衡、能量平衡和化学平衡建立了电弧炉冶炼过程模型,主要包括冶炼周期模型、冶金模型、热模型和化学反应模型;然后在此基础上,根据冶炼周期最短的原则,按照电弧炉炼钢的工艺要求,提出了电弧炉合理用氧制度并建立了分阶段的用氧制度迭代优化模型。该模型综合考虑供电制度和用氧制度的特点,将电弧炉的冶炼过程划分为起弧、穿井及电极上升不吹氧、穿井及电极上升吹氧助熔、熔化末了吹氧助熔和升温阶段进行优化,对于通电不吹氧的阶段,仅进行供电制度的优化,对于通电且吹氧的阶段,将供电制度和用氧制度同时进行优化,从而实现了两者的综合控制。本文最后针对不同的配料工艺对电弧炉用氧制度进行了优化仿真,结果表明本文所建立的用氧制度优化模型能够根据冶炼进程给出一条动态的供氧制度曲线,使冶炼过程中氧气的喷吹更加合理,在保证了冶炼周期最短的同时,降低了吨钢电耗并改善了冶炼效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 电弧炉用氧技术发展
• 1.2 氧气在炼钢中的应用
• 1.2.1 氧气的作用
• 1.2.2 氧气参与的反应
• 1.3 现代电弧炉用氧技术
• 1.3.1 氧枪熔池吹氧
• 1.3.2 碳氧枪
• 1.3.3 泡沫渣
• 1.4 现代电弧炉用氧制度优化
• 1.5 论文主要工作
• 第2章 电弧炉冶炼过程建模
• 2.1 电弧炉冶炼周期模型
• 2.2 电弧炉炼钢冶金模型
• 2.2.1 渣料加入量计算模型
• 2.2.2 钢液质量及成分含量模型
• 2.2.3 炉渣质量及成分含量模型
• 2.2.4 用氧平衡模型
• 2.3 电弧炉炼钢热模型
• 2.3.1 能量消耗
• 2.3.2 能量损耗
• 2.3.3 能量供给
• 2.4 电弧炉炼钢化学反应模型
• 2.4.1 碳粉反应速率
• 2.4.2 钢液中碳反应速率
• 2.4.3 钢液中硅反应速率
• 2.4.4 钢液中磷反应速率
• 2.4.5 钢液中锰反应速率
• 2.4.6 元素反应速率与氧气量的关系
• 2.5 本章小结
• 第3章 电弧炉用氧制度优化建模
• 3.1 电弧炉炼钢工艺要求
• 3.1.1 现代电弧炉炼钢过程
• 3.1.2 现代电弧炉操作要求
• 3.2 电弧炉合理用氧制度建立
• 3.2.1 起弧和穿井及电极上升不吹氧阶段
• 3.2.2 穿井及电极上升吹氧助熔阶段
• 3.2.3 熔化末了吹氧助熔和升温阶段
• 3.3 电弧炉用氧制度优化建模
• 3.3.1 条件假设
• 3.3.2 起弧和穿井及电极上升不吹氧阶段
• 3.3.3 穿井及电极上升吹氧助熔阶段
• 3.3.4 熔化末了吹氧助熔和升温阶段
• 3.4 本章小结
• 第4章 电弧炉用氧制度优化仿真
• 4.1 优化流程及求解算法
• 4.2 参数选取
• 4.3 废钢加生铁冶炼工艺优化
• 4.3.1 钢液升温为主的优化仿真
• 4.3.2 元素氧化为主的优化仿真
• 4.4 兑铁水冶炼工艺优化
• 4.4.1 钢液升温为主的优化仿真
• 4.4.2 元素氧化为主的优化仿真
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢