一种铁水脱硫过程中脱硫剂投入量的控制方法
阅读说明：本技术 一种铁水脱硫过程中脱硫剂投入量的控制方法 (Control method of desulfurizer input amount in molten iron desulfurization process ) 是由 李成林 杨伟弘 于 2018-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种铁水脱硫过程中脱硫剂投入量的控制方法,本发明构建了全部脱硫区间段脱硫反应效率与铁水[S]含量之间的非线性关系,量化计算出了铁水温度对脱硫反应效率的影响,可对任意脱硫起点与终点的搅拌脱硫生产过程开展脱硫剂消耗量动态、实时计算。本计算方法不需要划分计算组,参数调整简便,易于维护。解决目前的控制方法对当前炉次的具体情况无法做出灵活反应,参数调整困难、控制过程复杂的问题。(The invention relates to a method for controlling the input amount of a desulfurizer in a molten iron desulphurization process, which constructs a nonlinear relation between desulphurization reaction efficiency and molten iron [ S ] content in all desulphurization sections, quantificationally calculates the influence of molten iron temperature on the desulphurization reaction efficiency, and can dynamically calculate the consumption amount of the desulfurizer in real time in the stirring desulphurization production process of any desulphurization starting point and end point. The calculation method does not need to divide calculation groups, is simple and convenient in parameter adjustment and is easy to maintain. The problems that the existing control method cannot flexibly respond to the specific conditions of the current heat, the parameter adjustment is difficult, and the control process is complex are solved.)
技术领域
本发明涉及转炉铁水预处理生产操作领域，具体涉及一种铁水脱硫过程中脱硫剂投入量的控制方法。
背景技术
近年来，随着用户对钢质量要求的不断提高，尤其是高质量的管线钢、容器钢、耐酸钢等均要求钢中S含量小于0.005％，甚至在0.001％以下。因此，铁水脱硫预处理过程在钢铁冶炼中的位置日益重要。铁水预脱硫对于提高钢的质量、优化钢铁生产工艺、节能降耗等方面都起着重要作用，它已发展成为钢铁冶金中不可缺少的环节。
在诸多铁水预脱硫方法当中，KR(Kambara Reactor)机械搅拌法因其具有脱硫成本低、效果好，喷溅少，脱硫后转炉内钢水回硫少等优点，被国内外钢厂广泛采用并取得了良好的经济效益，越来越成为主流铁水脱硫方法，KR搅拌脱硫工艺是通过机械搅拌使液体金属和熔剂混合接触达到脱硫的目的。脱硫剂是直接与铁水中的硫发生化学反应，从而出去硫的物料。加入铁水中的脱硫剂量是否合适，直接影响脱硫的最终效果。KR搅拌设备通过搅拌动能增加渣钢接触面积，提高脱硫速率常数，促进脱硫反应。
KR计算机过程控制数学模型主要包括：脱硫剂计算模型、搅拌时间计算模型、温降模型、成本模型、搅拌桨转速模型、液面计算模型、搅拌桨浸入深度模型、脱硫Pattern等。脱硫剂计算模型根据初始[S]、目标[S]、初始温度、目标温度、铁水重量、石灰萤石混合粉的混合比例计算出脱硫所需石灰粉、萤石的用量。
目前主流的脱硫剂计算方法是采用静态分组查表法，把初始[S]和目标[S]各分成多个区间段，初始[S]和目标[S]的区间段两两组合分成许多个计算组，每组预置粉剂量，计算时根据当前炉次的初始[S]和目标[S]查表得到脱硫剂量。这种计算方法对于过程控制简便高效，但属于静态模型，对当前炉次的具体情况无法做出灵活反应，参数调整困难，计算组众多，每个计算组都需要单独调整维护。
在专利申请号：201510791844.7[一种KR终点硫含量的控制方法]中，主要发明点是一种KR终点硫含量的控制方法，属于KR铁水预脱硫工艺自动控制技术领域，特别是提供了一种KR搅拌模式和脱硫剂设定值的控制方法。该方法解决KR脱硫过程中经验化操作脱硫剂加入量和搅拌时间的问题。其解决的技术措施：一种KR终点硫含量的控制方法，是KR脱硫开始后，根据初始硫含量、目标硫含量要求、搅拌时间要求，脱硫剂循环计算模块在一定的搅拌模式下计算最优的脱硫剂加入量；通过计算机系统与一级基础自动化控制系统数据通讯，实现KR终点硫含量的控制要求。
该专利的计算方法主要是通过参考炉确定搅拌时间，再根据搅拌时间确定脱硫剂投入量。该专利的方法无法动态、实时计算脱硫剂量。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁水脱硫过程中脱硫剂投入量的控制方法，本发明的控制方法可动态、实时计算所需脱硫剂量，不需要划分计算组，参数调整简便，易于维护，用以解决目前的控制方法对当前炉次的具体情况无法做出灵活反应，参数调整困难、控制过程复杂的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：一种铁水脱硫过程中脱硫剂投入量的控制方法，步骤如下：
(1)铁水包受铁结束后，即对铁水的初始温度和初始[S]含量进行推算，铁水的目标[S]含量为设定值；
(2)构建脱硫反应效率与铁水中[S]含量的非线性关系模型；
(3)将铁水的初始[S]含量到目标[S]含量划分为多个浓度区间，根据步骤(2)构建的非线性关系模型，实时计算铁水脱硫过程中每一个浓度区间的实时[S]含量所对应的脱硫剂投入量；
(4)脱硫过程中，根据脱硫剂消耗量和当前炉次的铁水温度，并根据步骤(3)，对脱硫剂投入量进行实时、动态的修正；
(5)判定铁水中的当前[S]含量是否达到目标[S]含量，如果没有达到，则返回步骤(4)；如果达到，则完成脱硫。
进一步地，步骤(1)中，铁水初始[S]含量的推算如下：
式中，[S]％推算:推算的铁水包中的[S]含量，作为铁水初始[S]含量，％；
Ga:a鱼雷罐车倒出的铁水量，t；
Gb:b鱼雷罐车倒出的铁水量，t；
[S]a％:a鱼雷罐车倒出的铁水的[S]含量，％，化验室分析值；
[S]b％:b鱼雷罐车倒出的铁水的[S]含量。％，化验室分析值。
进一步地，步骤(1)中，推算的铁水初始温度如下：
式中,t推算：铁水初始温度推算，℃；
ta:高炉铁沟对应a鱼雷罐测温的结果，℃；
tb：高炉铁沟对应b鱼雷罐测温的结果，℃；
Ga:a鱼雷罐车倒出的铁水量，t；
Gb:b鱼雷罐车倒出的铁水量，t；
δ(t)：温降修正量，上限210℃，下限49℃。
进一步地，步骤(2)中，脱硫反应效率与铁水实时[S]含量的非线性关系模型如下：
式中，Fcao(s)：脱硫剂的单耗系数；
s：铁水实时[S]含量；
α：脱硫反应效率与铁水实时[S]含量的非线性关系曲线的曲线形状调整系数。
进一步地，步骤(3)中，从铁水的初始[S]含量开始至目标[S]含量，以1ppm为步长，循环累积脱硫剂单耗系数，计算出脱硫过程中，每一个步长的实时[S]含量所对应的脱硫剂投入量。
进一步地，步骤(3)中，每一个步长的实时[S]含量所对应的脱硫剂投入量计算方法：
CaoW(si+1)＝CaoW(si)+β×HmW×Fcao(si)，i＝0,1,2,.....n-1
其中：CaoW(si+1)：第i+1步脱硫剂投入量，单位Kg；
CaoW(si)：第i步脱硫剂投入量，单位Kg；
si+1，si：第i+1步和第i步铁水实时[S]含量，步长为1ppm，其中s0为初始[S]，sn为目标[S]；
β：调整系数，0.005≤β≤0.02；
HmW：铁水量，单位吨；
Fcao(si)：第i步脱硫剂单耗系数。
进一步地，步骤(4)中，脱硫剂投入量的修正方法为：
式中，CaoW′：脱硫剂投入量修正值；
CaoW：脱硫剂投入量，单位Kg；
HmTave：铁水温度平均值；
HmT：当前炉次铁水温度；
γ：修正系数，0.02≤γ≤0.2。
进一步地，铁水实时[S]含量所对应的脱硫剂投入量上限为5500kg，下限为600kg。
本发明达到的有益效果：本发明构建了全部脱硫区间段脱硫反应效率与铁水中实时[S]含量之间的非线性关系，量化计算出了铁水温度对脱硫反应效率的影响，可对任意脱硫起点与终点的搅拌脱硫生产过程动态、实时计算所需脱硫剂量，不需要划分计算组，参数调整简便，易于维护。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明脱硫反应效率与铁水实时[S]含量的非线性关系曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明构建了全部脱硫区间段脱硫反应效率与铁水[S]含量之间的非线性关系，量化计算出了铁水温度对脱硫反应效率的影响，可对任意脱硫起点与终点的搅拌脱硫生产过程开展脱硫剂消耗量动态、实时计算，本发明选择的脱硫剂为石灰(CAO)。
本发明的具体步骤如下：
步骤1，铁水初始温度、初始[S]含量推算：
由于铁水要到达脱硫站后才进行测温取样，为了不影响生产节奏，铁水包受铁结束后即对铁水初始温度，初始[S]含量进行合理推算，具体推算方法如下：
用铁水包对应鱼雷罐在高炉测温取样的结果，铁水中的[S]含量直接用鱼雷罐取样分析的结果，推算出的铁水包中的[S]含量直接作为铁水的初始[S]含量，而鱼雷罐的温度则需要做延时温降处理。
铁水中初始[S]含量推算：
式中,[S]％推算:推算的铁水包中的[S]含量，％；
Ga:a鱼雷罐车倒出的铁水量，t；
Gb:b鱼雷罐车倒出的铁水量，t；
[S]a％:a鱼雷罐车倒出的铁水的[S]含量，％，化验室分析值；
[S]b％:b鱼雷罐车倒出的铁水的[S]含量。％，化验室分析值。
铁水初始温度推算：
式中，ta:高炉铁沟对应a鱼雷罐测温的结果，℃；
tb：高炉铁沟对应b鱼雷罐测温的结果，℃；
Ga:a鱼雷罐车倒出铁水量，t；
Gb:b鱼雷罐车倒出铁水量，t；
δ(t)：温降修正量，推荐值152℃，上限210℃,下限49℃。
铁水中[S]含量的默认值为300ppm，铁水中[S]含量的下限30ppm，上限为2500ppm，超过上下限时，分别取上下限值，测不到[S]含量时，取默认值。
步骤2，脱硫反应效率与铁水实时[S]含量的非线性关系模型的构建
用每吨铁水每脱0.001％[S]的脱硫剂单耗(单位：Kg/t/0.001％[S])表征脱硫反应效率。由脱硫实绩数据回归分析可推知，在相同脱硫目标、初始铁水温度、搅拌桨桨龄、搅拌桨转速、搅拌桨浸入深度、搅拌时间条件下，脱硫剂(石灰)单耗与铁水[S]含量呈非线性关系，[S]含量越低，则石灰单耗越高，脱硫效率越低。
构建脱硫反应效率与铁水[S]含量的非线性关系模型：
式中，Fcao(s)：脱硫剂单耗系数；
s：铁水实时[S]含量，取值为0.5至250，单位:0.001％(1个S)；
α：脱硫反应效率与铁水实时[S]含量的非线性关系曲线的曲线形状调整系数，上限0.7，下限0.1，优选为0.37；
Fcao(s)最低值取0.05。
脱硫反应效率与铁水实时[S]含量的非线性关系曲线请参见图2。
步骤3，脱硫剂投入量的动态、实时计算
从铁水初始[S]含量开始至目标[S]含量，以1ppm为步长，循环累积石灰单耗系数，计算出脱硫过程中所有步长的铁水实时[S]含量(精确到1ppm)所对应的石灰投入量：
CaoW(si+1)＝CaoW(si)+β×HmW×Fcao(si)i＝0,1,2,.....n-1
式中，CaoW(si+1)：第i+1步石灰投入量，单位Kg；
CaoW(si)：第i步石灰投入量，单位Kg；
si+1，si：第i+1和第i步铁水实时[S]含量，步长为1ppm，
其中s0为初始[S]含量，sn为目标[S]含量；
β：调整系数，上限0.02，下限0.005，优选为0.012；
HmW：铁水量，单位吨；
Fcao(si)：第i步石灰单耗系数。
CAO投入量上限5500kg，下限600kg。
步骤4，脱硫剂投入量修正
铁水温度与脱硫效率之间呈正相关性，与脱硫剂消耗量之间呈负相关性，即铁水温度高则脱硫效率高，脱硫剂消耗量降低。我们总结了脱硫剂消耗量与铁水温度之间的量化关系，用于修正CAO投入量：
式中，CaoW：石灰投入量，单位Kg；
HmTave：铁水温度平均值，1320℃左右；
HmT：当前炉次铁水温度；
γ：修正系数，上限0.2，下限0.02，优选为0.05。
步骤5，脱硫处理
将修正后的脱硫剂投入量作为铁水脱硫过程的脱硫剂设定值，对铁水进行脱硫处理。判定铁水中的当前[S]含量是否达到目标[S]含量，如果没有达到，则返回步骤4重新计算脱硫机投入量；如果达到，则完成脱硫。
脱硫过程中，一般需要加入一定量的化渣剂进行化渣，例如萤石(Caf2)，萤石(Caf2)加入量的计算如下：
Caf2W＝a_caf2×CaoW
式中，Caf2W：萤石投入量，单位Kg；
CaoW：石灰投入量，单位Kg；
a_caf2：萤石投入量计算系数。
本发明构建了全部脱硫区间段脱硫反应效率与铁水中实时[S]含量之间的非线性关系，量化计算出了铁水温度对脱硫反应效率的影响，可对任意脱硫起点与终点的搅拌脱硫生产过程动态、实时计算所需脱硫剂量，不需要划分计算组，参数调整简便，易于维护。